Zellbiologie-Tag 2

Question 1

Golgi-Apparat =

Answer 1

Paketzentrum der Zelle

Question 2

Was passiert, nachdem das Protein an ER fertig synthetisiert wurde?

Answer 2

» Proteine, die am rauen ER produziert wurden, gelangen zum Golgi-Apparat und von dort zum Ort ihrer Bestimmung transportiert

Question 3

Wie ist das Golgi-Apparat aufgebaut?

Answer 3

» ähnlich wie ER:
• aus Membranen, die Hohlräume (Zisternen) bilden → Hohlräume organisieren sich zu Stapeln = Diktyosomen
• Eine Seite des Golgi-Apparats ist dem rauen ER zugewandt, von dem es Vesikel mit frisch synthetisierten und modifizierten Proteinen empfängt = cis-Golgi-Netzwerk
• auf der anderen Seite werden verarbeitete Proteine in Vesikeln abgeschnürt und weiter transportiert = trans-Golgi-Netzwerk

Question 4

Wie werden Proteine weiter modifiziert? Welche posttanslationale Modifikationen des Golgi-Apparats gibt es?

Answer 4

» Glykosylierung: Zucker (Glucose) an Proteine anhängen
» Markierung von Proteinen für den Transport in Lysosomen: findet mittels eines Zuckers namens “Mannose” statt.
» Abspaltung von Peptidketten aus dem Protein
» Sulfatierungen: das Anhängen von Sulfat-Ionen mit der Summenformel [SO4]2−
» Phosphorylierungen: das Anhängen von Phosphat-Ionen mit der Summenformel [PO4]3−

Question 5

Eine Aufgabe des Golgi-Apparats?

Answer 5

» es stellt Lysosomen her

Question 6

Was benötigen solche Prozesse wie Reaktionen, Kontraktionen & Synthesen für ihren Ablauf?

Answer 6

» ENERGIE

Question 7

Woran unterscheidet man Peptid und Protein?

Answer 7

» an die Anzahl von Aminosäuren
» Peptid = Aminosäurenketten, die aus 100 oder weniger Aminosäuren bestehen
» Protein = alles drüber (>100)

Question 8

Welches Zellorganell wird als “Kraftwerk der Zelle” genannt?

Answer 8

Das Mitochondrium

Question 9

Was bedeutet ATP?
Was ist seine Aufgabe?

Answer 9

• ATP = Adenosintriphosphat = kleines Molekül
• Energielieferant für Zellen
• limitierender Faktor für die unterschiedlichsten Zellprozesse

Question 10

Wo wird ATP hergestellt?
Was passiert, wenn ATP an einem Ort fehlt?

Answer 10

• in den Mitochondrien
• Fehlen ATP und seine energiereichen Phosphatgruppen an einem Ort, können keine energieverbrauchende Reaktionen ablaufen.

Question 11

» Energie in Form von ATP
» Mitochondrien kommen in fast allen eukaryotischen Zellen vor
» Welche Zellen besitzen keine Mitochondrien und warum??? Was könnte auch noch fehlen?

Answer 11

• Erythrozyten (= rote Blutkörperchen) besitzen keine Mitochondrien, weil sie voll und ganz auf Sauerstofftransport spezialisiert sind..
• es fehlen auch Kern oder Ribosomen

Question 12

Woraufhin deuten viele Mitochondrien in der Zelle? Nenne ein Beispiel dafür!

Answer 12

• auf hoher Bedarf an ATP
• Beispiel: Muskelzellen

Question 13

Wie ist das Mitochondrium aufgebaut?

Answer 13

• Doppelmembran, die einen Raum (= Matrix) umschließt
• zwischen innerer und äußerer Membran findet sich der Intermembranraum
• innere Membran = stark gefaltet
• Anhand dieser Anfaltung unterscheidet man zwei bzw. drei Typen von Mitochondrien

Question 14

Welche Typen von Mitochondrien gibt es? Beschreibe diese!

Answer 14

★ Mitochondrien vom Cristae-Typ:
• meistens bei Mitochondrien in stoffwechselaktiven Geweben (z.B. Herzmuskelzellen)
• innere Membran = flächiger, blattförmige Einstülpungen

★ Mitochondrien von Tubulus-Typ:
• vor allem in Zellen, die Steroidhormone synthetisierten
• innere Membran = röhrenartige Strukturen

★ Mitochondrien von Sacculus-Typ:
• ausschließlich (حصراً) in der Zona glomerulosa der Nebennierenrinde

Question 15

» Definiere das Mitochondrium?
» Warum verfügt das Mitochondrium über eine Doppelmembran?

Answer 15

• Das Mitochondrium ist ein röhrenförmiges Netzwerk, das die gesamte Zelle durchziehen kann

• aufgrund der Endosymbiontentheorie: diese besagt, dass Mitochondrien mal eigenständige Prokaryoten waren → der eigenständige Prokaryot wurde von einem anderen Prokaryot durch Phagozytose aufgenommen → es entstand eine innere Symbiose, von der beide Zellen profitieren. Die innere der beiden Membranen stammt vom phagozytierten Prokaryot (المأكول). Die andere wurde ihm von der Wirtszelle (الآكل) bei der Phagozytose verpasst.

Question 16

Unterscheiden sich innere und äußere Membran in ihrer Zusammensetzung?

Answer 16

• Ja!
• Cardiolipin, das sonst in den Zellen unseres Körpers nicht vorkommt. Dafür fehlt ihr das Cholesterin, das sich wiederum in allen anderen Membranen findet → unterschiedlicher Aufbau erklärt, warum es für viele Stoffe nicht ganz einfach ist, die innere Membran zu passieren → Hierfür sind oft spezielle Shuttles und Transporter notwendig, wohingegen die äußere Membran dank eingebauter Porine vergleichsweise leicht passiert werden kann

Question 17

Was ist mit der DNA der phagozytierten Bakterie passiert?

Answer 17

• Diese ist zu “eigenen DNA” der Mitochondrien geworden

Question 18

» Werden die Mitochondrien wie andere Organellen auch, vor der Zellteilung (Mitose) vermehrt?

Answer 18

• Die Mitochondrien können sich unabhängig vom Zellzyklus (azyklisch) vermehren

Question 19

Gibt es noch andere Hinweise, dass Mitochondrien mal Prokaryonten waren?

Answer 19

• Mitochondrien besitzen wie auch die Zelle, in der sie vorkommen, Ribosomen.
• Während unsere eukaryontische Zelle in ihren Zytoplasma sogenannte 80S-Ribosomen besitzen, gibt es im Inneren der Mitochondrien 70S-Ribosomen

Question 20

Wo findet man ebenfalls(in den Mitochondrien) 70S-Ribosomen?

Answer 20

• in Bakterien

Question 21

Welche Organellen weisen Doppelmembran auf?

Answer 21

• Mitochondrien und Zellkern

Question 22

» Was weißt du über Mitochondrien bei der Befruchtung?

Answer 22

• Spermien enthalten Mitochondrien, die bei der Befruchtung in der Regel (عادةً) nicht in die Eizelle gelangen (wenn doch, werden sie dort eliminiert).
• Folglich stammen alle Mitochondrien eines Kindes ausschließlich von seiner Mutter (maternaler Erbgang).
• Dies wird besonders bei genetischen Defekten, die die mitochondriale DNA betreffen, wichtig.

Question 23

Was ist die Hauptaufgabe des Mitochondriums?

Answer 23

• Die Hauptaufgabe des Mitochondriums ist es, durch eine Vielzahl von Stoffwechselwegen, darunter der Citratzyklus, die β-Oxidation der Fettsäuren und die Atmungskette, Energie in Form von ATP zur Verfügung zu stellen

Question 24

» Was macht man mit chemischen wie biologischen Molekülen, die entweder ihre Arbeit getan haben und nicht mehr benötigt werden oder von vornherein unnütz (عديم الفائدة) oder gar nicht schädlich für die Zelle sind?

Answer 24

• Diese Stoffe werden abgebaut

Question 25

Welche Organellen sind für den Abbau von Stoffen zuständig?

Answer 25

• Lysosomen
• Proteasomen
• Peroxisomen

Question 26

» Was sind Enzyme?

Answer 26

• große Proteine, die den Ablauf einer chemischen Reaktion beschleunigen bzw. katalysieren
• viele zelluläre Reaktionen können erst dann ablaufen, wenn sie durch ein Enzym katalysiert werden
• ein Begriff mit Endung -ase = Enzym (Hydrolase, Alkoholdehydrogenase, Alpha-Amylase)

Question 27

» Lysosomen

Answer 27

• für den Verdau von Makromolekülen zuständig
• weniger spezialisiert als Proteasomen

Question 28

» Proteasomen

Answer 28

• beschränken sich auf den Abbau von Proteinen

Question 29

» Was brauchen Lysosomen, um viele verschiedene Stoffe abzubauen?

Answer 29

• es braucht viele verschiedene Enzyme (Nucleasen, Proteasen, Lipasen etc.)

• Für Lysosomen sind vor allem Enzyme aus der Gruppe der sauren Hydrolasen charakteristisch

• Besonders wichtig für Lysosomen ist ihr Leitenzym (= saure Phosphatase)

Question 30

» Was sind saure Hydrolasen bzw. Phosphatasen?

Answer 30

• Hydrolasen = Enzyme, die Bindungen unter Einbau eines Wassermoleküls spalten

• Phosphatasen gehören zu Hydrolasen →sie spalten eine Phosphorsäureester-Bindung und benötigen dafür ein Wassermolekül

• Zusatz “sauer” → Enzyme haben ihr pH-Optimum im Sauren, also bei einem sauren pH am besten funktionieren

• saure Phosphatase = pH-Optimum bei 4,5–5,5

Question 31

» Aufbau der Lysosomen:

Answer 31

• Lysosom = von einer Membran begrenzt + Lysosom entsteht als Vesikel aus dem Golgi-Apparat
• In der Membran des Lysosoms sitzen Protonenpumpen (= H+-ATPase) →befördern unter Verbrauch von ATP Protonen in die Lysosomen & sorgen so für den niedrigen pH im Inneren

Question 32

» Was für einen Sinn hat es, dass die lysosomalen Enzyme ihr pH-Optimum im Sauren haben?

Answer 32

• sollte es aus irgendwelchen Gründen einmal ein Enzym aus dem Lysosom ins Zytoplasma schaffen, kann es dort aufgrund des höheren pHs nicht richtig arbeiten und keinen großen Schaden anrichten

Question 33

» Was macht das saure pH-Optimum?

Answer 33

• Das saure pH-Optimum schützt die Zelle vor dem Selbstverdau

• werden jedoch größere Mengen von Lysosomen geschädigt →werden auch große Mengen an H+ und Enzymen in die Zelle ausgeschüttet →führt zu einer Verschiebung des pH-Werts des Zytoplasmas

• Neben dem Selbstverdau der Zelle durch die lysosomalen Enzyme (auch anhand der sauren Phosphatase) kann der “programmierte Zelltod” (= Apoptose) eingeleitet werden

Question 34

» In welche “Stadien” werden die Lysosomen eingeteilt?

Answer 34

• primäres Lysosom: ein Lysosom, das noch nicht mit abzubauenden Stoffen gefüllt ist (sich also frisch aus dem Golgi-Apparat abgeschnürt hat)

• sekundäres Lysosom: verschmilzt das primäre Lysosom mit einem Vesikel, das ein Molekül enthält, das abgebaut werden soll

Question 35

» Welche Lysosomen gibt es noch?

Answer 35

• Autolysosomen: bauen zelleigene Stoffe ab
• Heterolysosomen: bauen zellfremde Stoffe (z.B. Bakterienbestandteile) ab. → zeitnaher und sicherer Abbau zellfremder Stoffe = wichtig für Infektabwehr

Question 36

» Was passiert nach dem Abbau im sekundären Lysosom?

Answer 36

• alle Stoffe, die noch verwertbar sind, werden ins Zytoplasma exportiert

• manche Stoffe können nicht abgebaut werden → müssen eingelagert werden

Question 37

Nach dem Abbau im sekundären Lysosom manche Stoffe können nicht abgebaut werden → diese müssen eingelagert werden!
» Wie heißt das Lysosom, das eine solche Speicherfunktion ausübt?

Answer 37

• tertiäres Lysosom, Telolysosom oder Residualkörper

Question 38

» Welche Stoffe können meistens nicht abgebaut werden und welche Folgen haben diese?

Answer 38

• Bei einem Großteil der Stoffe, die nicht abgebaut werden können, handelt es sich um Lipide, sodass vor allem Fette (aber auch Proteine) in den tertiären Lysosomen zurückbleiben und “bräunliche Ablagerungen” bilden = Lipofuscingranula bzw. Alterspigment
• Alterspigment auf den Handrücken älterer Personen

Question 39

》 Lysosomen können auch mit der
Zellmembran verschmelzen und
dabei ihre Enzyme nach außen (in den
Extrazellularraum) abgeben
》 Wie nennt man diesen Prozess?
》Nenne Beispiele!

Answer 39

= Exozytose
• Osteoklasten: besondere Knochenzellen nutzen die Exozytose von lysosomalen Enzymen um Knochen abzubauen
• Spermien besitzen in ihrem Kopf ein Lysosom (= das Akrosom), um die Zona pellucida (= die Schutzhülle der Eizelle) aufzulösen

Question 40

In einer Zelle fallen oft Proteine an (يتراكم), die nicht mehr gebraucht werden.
» Welches Zellorganell ist dafür zuständig die Proteine zu recyceln?

Answer 40

• Das Proteasom (im Zytoplasma)

Question 41

» Ist das Proteasom wie das Lysosom von einer Membran umgeben?

Answer 41

• Nein

Question 42

» Definiere das Proteasom!

Answer 42

• ein großer Proteinkomplex, der andere Proteine auseinanderschneidet

Question 43

Damit ein Protein zum Proteasom gelangt, muss es zunächst mit einer Substanz markiert werden, die deutlich macht, wo es hingehen soll.
» Wie heißt diese Substanz?

Answer 43

• Ubiquitin

Question 44

» Wie wird das Proteasom oft beschrieben?
» Wie wird das Protein innerhalb des Proteasoms abgebaut?

Answer 44

• als tonnenförmig
• Das Protein wird in kleinere Peptidketten gespalten, die wiederum bis zu den einzelnen Aminosäuren abgebaut werden →aus den Aminosäuren können dann neue Proteine synthetisiert werden

Question 45

» Wie entstehen Peroxisomen einer Zelle?

Answer 45

• entstehen entweder aus Abschürungen des rauen ER oder durch Knospung aus anderen Peroxisomen
• = wie die Lysosomen von einer Membran umgeben

Question 46

» Was ist die Aufgabe von Peroxisomen?
» Was brauchen sie dafür?

Answer 46

• sie bauen das in der Zelle anfallende Wasserstoffperoxid ab
• Hierfür verfügen die Peroxisomen über zwei Enzyme namens Peroxidase und Katalase, die den Abbau von Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff katalysieren

Question 47

» Wie lautet die Reaktion, die von der Katalase unterstützt wird?

Answer 47

2H₂O₂→2H₂O+O₂
2 Wasserstoffperoxid →2 Wasser + Sauerstoff

Question 48

» Was macht die Katalase so besonders? Was kann sie?

Answer 48

• sie kann in einer Sekunde bis zu 40 Millionen H₂O₂-Moleküle zu Wasser und Sauerstoff umsetzen

Question 49

» Nenne eine weitere Aufgabe der Peroxisomen?

Answer 49

• Abbau von Fettsäuren

Question 50

» Welche Fettsäuren gelangen in das Peroxisom?

Answer 50

• besonders lange Fettsäuren (= aus vielen C-Atomen aufgebaut). Dort werden einige Kohlenstoffatome abgespalten und die kürzeren Fettsäuren gelangen zum endgültigen Abbau ins Mitochondrium

Question 51

» Was können Peroxisomen noch?

Answer 51

• Fette synthetisieren
• es entstehen Plasmalogene (Etherlipide), die vor allem für die Myelinscheiden des Nervensystems, aber auch für das Herz von Bedeutung sind.

Question 52

» Wie wird die wässrige Lösung, die die Organellen umgibt, genannt?

Answer 52

• Zytosol

Question 53

» Was ist das Zytoplasma?

Answer 53

= Gesamtheit des lebenden Inhalts einer Zelle, der von einer Zellmembran umschlossen wird
• beinhaltet das Zytosol, das Zytoskelett sowie bei Eukaryoten auch die Zellorganellen
• nicht nur Füllmaterial, sondern bietet Raum für Vielzahl chemischer Reaktionen von der Synthese einiger Aminosäuren über Gluconeogenese bis hin zur Glykolyse
• als Speicherort wichtig
• überschüssige Glucose wird hier als Glykogen gelagert

Question 54

» Was findet man im Zytoplasma noch?

Answer 54

• Enzyme, die zur Gruppe der Cysteinproteasen gehören und Proteine hinter der Aminosäure Aspartat schneiden = Caspasen {Cysteinyl-Aspartate Specific Protease}

Question 55

» Caspasen sind essenziell für..

Answer 55

• den programmierten Zelltod (Apoptose)
• Als Proteasen beginnen sie einerseits damit, Proteine zu spalten, andererseits aktivieren sie auch weitere Enzyme, die für den Abbau der DNA verantwortlich sind (DNAsen)

Question 56

» Die Zellmembran grenzt..

Answer 56

• grenzt die Zelle nach außen hin ab und hält sie mithilfe des Zytoskeletts zusammen