Zellulärer Transport und Zytoskelett Flashcards
Wie heißen die 3 Filamentebenen?
Mikrofilamente
Intermediärfilamente
Makrofilamente
Arten von Makrofilamenten
Strukturproteine (Tubuline)
Motorproteine (Dynein und Kinesin)
Tubulinpolymerisierung
MTOC(Microtubule Organizing Center) ist der Keim (Startpunkt) ->viele alpha und beta Tubuline -> schneller Aufbau von Mikrotubuli am (+ Ende), langsamer Aufbau am (- Ende)
Kinesin
Am Tail ist ein Vesikel befestigt und mit hilfe von Konformationsändeung nach ATP Hydrolyse bewegt sich das Motorprotein
vom (-)Pol zum (+)Pol
von + → - = Dynein
Wimpersschlag der Kinozillen
Molekulare Bewegung der Kinozillen
Dynein ein Motorprotein sitzt zwischen festverankerten Mikrotubuliedoubletts durch ATP kontraktieren die Dynein Proteine und der Tubuliekomplex verändert sich.
Für die Chromosomenbewegung zuständige Tubuli benennen
Ausgangspunkt Centriol
Pol- Mikrotubulie sorgen dafür das die Centriolen auseinander gedrückt werden sie besitzen am eine eine Kinesin-ähnliche Struktur
Kinetochor-Mikrotubulus binden an die Chromatiden und durch Depolymerisation weden die Chromatiden von einander getrennt
Auf den Kinetochor gibt es dem Dam1 complex welcher eine Rinstrucktur und den Kinetochor bildet und an dieser nicht depolymerisierten Struktur bindet das Chromatid
Namen von Pharmakologischen Mikrotubulussystemhemmern
Colchicin wirkt depolymerisierent
Taxol (Block Polymerisation und bindet an beta Tubulin -> Antikrebsmittel (Ovarien, Mamma, Prostata)
Vinblastin (Block Polymerisierung)
Wie ist ein Kreatinfilament aufgebaut?
Ein Kreatin Polypeptid zu Dimern zusammengesetzt welche dann zu Tetrameren und dann zu Filamenten zusammengesetzt ist
Funktionen des Zytoskeletts
Stabilisierung der Zellmembran
gerichtete Bewegung
Beweglichkeit von Zilien Mikrovilli
Intrazellulärer Transport (Autobahn für Vesikel die mit einem Motorprotein “fahren”)
Zellteilung (Mikrotubuli)
Membranskelett des Erys
Aktin verbunden mit alpha und beta Spectrin Helix gebunden an die Zellmembran und zusammen gehalten durch Ankyrin in verbindung mit 4.1 und 4.2 und ab und zu Glykophorin
Zytoskelett sorgt für die Form des Erys
Motorprotein der Mikrofilamente?
Myosin
Wie wiederstehen Endothelzellen dem Sharestress
durch Actinfilamentstressfasern
Aktin Strukturen
Aktinmonomer (G-Aktin)
wenn viel davon da ist bilden sich F Aktine (Polymer)
Aufbau ist gerichtet
- Pol = langsamer Aufbau
+ Pol = schneller Aufbau
Capping und Fragmentierung din regulationsmechanismen für die Polymerisierung
Cytochalasin
vehindert F-Aktinwachstum durch bindung an den + Pol
Pathogenität
Fähigkeit einer Spezies von Mikroorganismen, krankheitserregend für einen bestimmten Wirt zu wirken
fakultativ: nur bei Schwächung des Immunsystems
obligat: auch bei intakten Immunsystem
Virulenz
Ausprägungsgrad der krankheitserregenden Eigenschaften bei einem bestimmten Stamm einer pathogenen Spezies von Mikroorganismen. Innerhalb einer pathogenen Spezies kann es virulente und avirulente Stämme geben
Reservoir (Wirtsspezifisch)
Gesamtheit aller infizierter Wirte
Hauptwirt, der oder die Wirte an die der Parasit am besten angepasst ist.
Empfänglichkeit
Gegenbegriff zu Resistenz
beschreibt ob ein Wirt für einen erreger empfänglich/angreifbar ist
Resistenz
natürliche Immunität (in Abgrenzung zur adaptiven Immunität)
beruht aufunspezofische Resistenzfaktoren
für deren Wirksamkeit ist keine vorhergegangener kontakt mit den Erregern notwendig
es entwickelt sich kein Gedächtnis
Kolonisationresistenz durch Haut, physiologische Flora, mechanische Wischbewegungen (Wimpern, Zilien,…), Spülung (Speichel, …)
Resistenz gegen eingedrungene Erreger: Entzündung, unspezifische Immunreaktion (Makrophagen, …)
Transmission-infektion
Übertragung von Erregern an weitere Wirte
Latenz (Viren)
Fähigkeit von Viren still in einer Zelle zu liegen (im lysogener Zyklus) -> kann ohne erneute Infektion aktiviert werden (-> lytischer Zyklus)
Vermehrung von Viren
obligat intrazellulär
- Adsorption (1)
- Penetration/Injektion (2)
- Uncoating
- Eklipse (3)
- Montage/Reifung
- Freisetzung (4(+Lyse))
Adsorption (beim viralen Vermehrungszyklus)
rezeptorvermittelte Anbindung an Wirtzellen
Kapsidproteine bewerkstelligen über spezifische Rezeptoren der Wirtzelle eine Adhäsion
Penetration/Injektion (beim viralen Vermehrungszyklus)
direkte Translozierung oder rezeptorvermittelte Endozytose
bei letzterem: Virus-Rezeptor: Komplexe an bestimmten Clathrin bestückten Eindellungen der Zellmembran (“coated pits”) -> Endozytosevesikel
bei umhüllten Viren Fusion der Membranen möglich
Uncoating (beim viralen Vermehrungszyklus)
Freisetzung der Nukleinsäuren aus dem Kapsid, vorwiegend durch zelluläre Enzyme
Eklipse (beim viralen Vermehrungszyklus)
Replikation der Virus Nukleinsäuren, Synthese viraler Enzyme
Montage/Reifung (beim viralen Vermehrungszyklus)
Zusammensetzung der Viruspartikel
Freisetzung (beim viralen Vermehrungszyklus)
entweder aktiv durch Wirtzelle oder Lyse der Wirtzelle durch Masse an Viruspartikeln
Umhüllte Viren durch “budding”: Umhüllung des Virus mit Wirtsmembran
Vermehrungszyklus von Bakterien
Vermehrung durch symmetrische Zweiteilung
- lag-Phase: Anpassung an Umgebung ohne Vermehrung
- log-Phase: logarithmische Vermehrung
- Plateau: Gleichgewicht zwischen Vermehung un Absterben
- Absterbephase
Aufbau Bakterium
Haben keinen Zellkern, DNA liegt frei im Zytoplasma vor
Zellwand (schützt sie und gibt Stabilität)
Organellen und ist somit zur selbständigen Vermehrung fähig
Bedeutung der Normalflora
bezeichnet man die Gesamtheit der Mikroorganismen, die auf der inneren und äußeren Körperoberfläche des Menschen und anderer Lebewesen leben, normalerweise ohne in den Körper einzudringen (Infektion) und eine Erkrankung hervorzurufen
auch als physiologsiche Kolonisationsresistenz
Mikroorganismen dir durch Endocytose in den Körper eindringen
- Influenza A
- Rhinovirus
- Shigellen
- Pneumokokken
- Chlamydien
- Leishmanien
Endocytose bei Influenza A
das Influenza A Virus bindet mit einem Hämagglutinin (HA) an einen Rezeptor (neuraminsäure) der Wirtzelle, zB einem “coated pit”, wodurch eine Endocytose stimuliert wird -> in dem Endosom werden nun Protonen durch Protonenpumpen hineingepumpt (pH sinkt unter 6,0) der virale Ionenkanal M2 leitet dann auch die Protonen in das Virusinnere -> HA wird aktiviert und fusioniert die Endos/Lysosommembran mit der membran des Virus -> Zelle wird infiziert
Amantadin
Arzneimittel zur Behandlung von Inluenza Infektionen
verhindert das uncoating (Freisetzunug des viralen Erbgutes) durch Blockierung des viralen Ionenkanals M2 -> keine Aktivierung von HA -> keine Fusion der Membranen
Virus Aufbau (Influenza)
Lipidhülle mit Neuraminidase und Hämaglutinin
segmentierten RNA (austauschbar mit anderen Influenza Vieren)
Kapsid
Größenordnung (100nm)
Bakterien Arten
Kokken (kugelförmige B.), Stäbchen (z.B.: E. coli) und Schrauben.
Grampositiv und Gramnegativ
Endozytose [Definition, Formen]
Aufnahme von Makromolekülen, Flüssigkeiten, zellen, partikeln in die Zelle durch Membraneinstülpungen
Formen:
- Makropinzytose
- Clathrin-vermittelte Endozytose
- Endozytose durch Caveolae
- Phagozytose
Makropinozytose
Definition: Aufnahme größerer Flüssigkeitsmengen durch Zellen
Funktion:
- Ernährung (Amoeben)
- Motiltät (Gerichteter Plasmamembran Umbau)
- Zugang von Pathogenen (S.typhimurium)
Endozytose durch Caveolae
Endozytose über spezialisierte Membrandomänen
Funktion:
Transzytose (im Endothel)
Zugang von Pathogenen (SV40)
Clathrin vermittelte Endozytose
Def: Rezeptor vermittelte Endozytose und Recycling synaptischer Vesikel über Bildung Clathrin-umhüllter Vesikel
Phagozytose
Definition: Aufbahme von Partikeln (Bakterien, Fremdkörper, apoptotischer Zellreste) durch spezialisierte Zellen
Schritte: Erkennung, Bindung -> Aufnahme (->Phagosom), pH wird über Protonen-Pumpe gesenkt -> Fusion mit Lysosom (-> Phagolysosom) -> Degradation
Endozytose des LDL-Rezeptors
Apoprotein B-100 des LDL bindet an ein LDL-Rezeptor in einem coated pit, das mit Clathrinen ausgekleidet ist -> Membran stülpt sich ein und umschließt mit Hilfe des Clathrins das LDL mit rezeptor -> coated Vesikel -> Vlathrin löst sich ab (Vesikel-Uncoating) ->frühes Endosom -> Reifung des Endosoms durch pH Minderung durch H+-Pumpen -> LDL löst sich vom Rezeptor (Ligand-Rezeptor-Trennung) -> der rezeptor wird zurück zur membran gebracht (rezeptor-Recycling) und das LDL-haltige Endosom fusioniert mit einem Lysosom zu einem sekundären Lysosm in dem nun das LDL abgebaut wird (ligand-Abbau im Lysosom)
Exozytose bei synaptischen Vesikeln
Im Ruhezustand der Zelle sind die vesikel mit Synapsin in das Aktinskelett des Endknöpfchens eingebunden -> Aktionspotential -> präsynaptische Membran depolarisiert. Die spannungsabhängigen Ca-Kanäle öffnen sich und es kommt zu einem Einstrom von Ca-Ionen -> Synapsin wird phosphoryliert und ändert dadurch seine Konformation -> die Vesikel lösen sich aus ihrer Verankerung im Zytoskelett
Anlagerung eines sekretorischen Vesikels an die Zellmembran -> Bildung SNARE-Komplex(Moleküle, die teils in der Zellmembran verankert sind (SNAP-25 und Syntaxin) und in der Vesikelmembran (Synaptobrevin)) -> Anheftung beider Membranen
Synaptobrevin rollt sich zu einer Helix auf und zieht damit die Membranen zueinander -> Membranen fusionieren -> Vesikelinhalt entleert sich in den synaptischen Spalt
Wirkung Tetanustoxin und Botulinumtoxin
Neurotoxine des Clostridium tetani und botulinum
werden unter aneroben Bedingungen aktiviert -> wirken auf SNARE-Protein-Komplexe in Synapsen uns zerstören diese -> keine Neurotransmitterfreisetzung (GABA/Ach) durch Exocytose -> unkontrollierte Krämpfe (tonisch und klonisch) (C. tetani) bzw Muskelerschlaffung (C. botulinum)
Pertussis
- Hochinfektiöse Atemwegsinfektion (tröpfcheninfektion)
- durch Bordatella pertussis
- Präverntion durch Impfungen
- keine lebenslange Immunität möglich
Toxin vermittelte Erkrankung
Adhäsion am Flimmerepithel der Atemwegsschleimhaut
-> Hemmung Zilienfunktion -> inflammation des Respirationstraktes
Symptome Pertussis
- stakkatoartiger, anfallsartiger (paroxysmaler), nächtlicher Husten
- inspiratorisches Juchzen/Ziehen
- Rausstrecken der Zunge
- Speichelfluss
- Zyanose während der Hustenanfälle
- >2 Wochen
- tyischer Verlauf ind 3 Stadien (S. cattarhale, convulsium, decrementi)
3 Stadien bei Pertussis
- Stadium: Stadium catarrhale (1-2 Wochen)
* Symptome: Schnupfen, leichtes Fieber, milder, gelegentlicher Husten - hochinfektiös! - Stadium: Stadium paryoxysmalis/convulsivum (1-6- Wochen, bis zu 10 Wochen
* Symptome: typische anfallsweise auftretender, trockener Husten mit juchzenden Inspirium, Erbrechen, anschließende eerschöpfung, Attacken bis 10x/24h, nächtliche Häufung - Stadium: Stadium rekonvalenz/decrementi (ca. 2-3 Wochen)
* Symptome: Intensität und Dauer der Hustenanfälle nehmen langsam ab
extrazellulären Produkte von bordella pertussis
Pertussistoxin (PT): Hexamer, eigentlich toxische Komponente ist Monomer A (eine ADP-Ribosyltranferase -> bewirkt veränderte Signaltransduktion im Epithel, vermindert die auscchüttung von cAMP, verringerte Insulinsekretion
Tracheale Cytotoxin (TC): Stillstand der Zilienbewegung
Rolle der Microtubulie bei der Mitose
Anaphase A
- Kinetochor Mikrotubuli bauen sich auf und binden an die Chromosomen. Das Verbindungsstück ist das Dam 1 Molekül welches nicht depolymerisiert wird
Anaphase B
- Die Pol Microtubulie welche eine Kinesinähnliche Struktur aufweisen drücken die Centriolen und damit die Zellen auseinander und so könnne zwei Zellen entstehen
Pertussis-Komplikationen
- Pneumonie (5,2%, bei Säuglingen <6Monate: 11.8%)
- Krampfanfälle (0.8%)
- Enzephalopathie (0.1%
- Hospitalisierung (20%)
- Tod (0.2%)
Risikopatienten für Pertussis
- Ungeschützte/nicht geimpfte Personen
- Junge Säuglinge
- erhöhtes Risiko für Pneumonien
- Apnoen
- Hospitalisierung, Tod
- Patienten mit chronischen Erkrankungen/Immundefekten
Menschlicher Chromosomensatz
- Unterteilung in Autosomen(44) und Gonosomen(2)
- Chromosomenformen (akrozentrisch, submetazentrisch und metazentrisch)
- C Banden repetitve Sequenzen
- helle G Banden kodieren elementare Gene
- dunkle G Banden kodieren gewebsspezifisch
Chromosomenanomalien
- gonosomale Monosomien (45,X) (Turner-Syndom)
- gonosomale Trisomien (47, XXX; XXY) (Triplo X-syndom; klinefelter-Syndrom)
- autosomale Monosomien
- autosomale Trisomien (+13; +18; + 21)
- Triploidien (69, XXX; XXY; XYY)
- Tetraploidien (92, XXXX; XXYY)
Phasen des Zellzyklus
G1 Entscheidung Apoptose/Wachstum -> G0 Differenzierung ?
S Phase Replikation
G2 Phase Reparatur/Kontrolle
M Phase Mitose
Antriebe Proteine (Cyclin B (wird aufgebaut während G2)und D(wird aufgebaut während G1))
Inversion (von lateinisch inversio, die Umkehrung
Chromosom bricht an 2 Stellen
beiden Bruchstellen werden jedoch in umgekehrter Anordnung eingebaut. Dadurch wird die Reihenfolge der Gene auf diesem Chromosomenabschnitt umgekehrt
Translokation
genabschnitt von Chromosom A auf Chromosom B umgelagert
Sonderform: Robertsche Translokation (s.Bild):
- Verschmelzung von 2 akrozentrischer Chromosomen
Duplikation
Verdoppelung eines bestimmten Abschnitts eines Chromosoms
Aufbau Microtubulie
- dynamische Struktur
- schnelle Diffusion der Untereinheiten
- Bindung mit GTPasen
- T Form GTP gebunden (Monomer)
- D Form GDP (Polymer) (nur beta Tubulin)
- Umwandlung zur D Form folgt nach Einbau in den Polymer
- Minus und Plus Pol (keine echte Ladung nur unterschiedliche Struktur)
- Minus Pol alpha Tubulin
- Plus Pol Beta Tubulin
- hohl Zylinder
Tretmühlenmechanismus
Fließgleichgewicht
Aufbau und Abbau des Tubulinfilaments ist im Gleichgewicht
keine Nettolängenänderung
gerichtete Bewegung (schnellerer Aufbau am Plus Pol)
Motorproteine in Microtubulie
Kinesin (Bewegung zum plus Pol): Kopfstruktur und Schwanz, an dem eine Vesikel binden kann
Dynein (Bewegung zum minus Pol)
MTOC
Ausgangspunkt für Microtubulie
Intermediärfilamente (Arten)
saures und basisches Kreatin (in den Hautzellen)
Neurofilamente (H,M,L)
Lamine kleiden Zellkern aus
Vimentin in Fibroblasten
Intermediärfilamente Aufgabe
Wiederstandsfähigkeit der Zelle
Kreatinfilamente sind über Desmosen mit Kreatinen aus anderen Zellen verbunden
Neurofilamente schützen die Nervenfasern
Lamine stabilisieren den Zellkern
und Interagieren mit nukleären Porenkomplexen
Polymerisation von Aktin
G Aktin -> Hydrolyse von ATP ->Nucleation -> Elongation ->Steady state
Lokalisation von Aktin in der Zelle
in der Ganzen Zelle verteilt
Verhältnis von freiem Aktin zu Aktin in Filamenten 1/1
Verbindung von Actinfilamenten
Fimbrin und Filamin
Fimbrin bindet 2 Aktinfilamente zusammen
Filamin sorgt für eine Gitterstruktur aus vielen Filamenten
Funktionen Mikrotubulie
Geißelschlag und Bewegung der Zillien
Trennung der Chromosomen Mitose
Transport von Organellen und Vesikeln
Muskelfunktionen
- Bewegung
- Körperhaltung
- Atmung
- Wärmeproduktion
- Herzschlag
- Konstriktion von Organen und Gefäßen
Muskelarten
Skelettmuskulatur (quergestreift)
Glatte Muskulatur
Herzmuskulatur (quergestreift)
Muskeleigenschaften
• Kontraktionsfähigkeit
Die Fähigkeit des Muskels sich durch Krafterzeugung zu verkürzen
• Erregbarkeit
Die Fähigkeit auf einen Reiz zu antworten
• Dehnbarkeit und Elastizität
Muskeln können auf ihren Ruhedehnungszustand und sogar etwas darüber hinaus gedehnt werden
Aufbau des Skelettmuskels
Ein Muskel besteht aus Muskelfaserbündeln
Muskelfasern sind lange veschmolzene Zellen mit mehreren Zellkernen
In den Muskelfasern sind die Myofibrillen
Aufbau der Myofibrillen
mehrer Sakomere welche aus den unten genannten Bestandteilen aufgebaut ist.
- Z-Scheiben welche mir Actinfilamenten fest verbunden sind
- Myosinfilamente zwischen den Aktinfilamenten und mit der Golfschlägerartigen Kopf verbunden
- Gegenspieler der Myosinfilamente sind die Titin Proteine
Gleitfilamenttherorie
Die Myosinfilamente verschieben sich durch Konformationsänderung der Kopfgruppe unter Abspaltung von ATP in Richtung der Z Scheiben und so verkürzt sich das Sakomer.
Dabei wird die H Zone und Z Zone kleiner.
Bild zeigt Beispiel eines verkürzten Muskels
Physiologische Aktivierung der Muskelfaser
- Elektrische Erregung durch die neuromuskuläre Synapse (Ansteuerung und Aktivierung durch das Nervensystem)
- Freisetzung von Kalzium (Ca2+) aus intrazellulären Speichern (Sarkoplasmatisches Retikulum)
- Kontraktion, d.h. Verkürzung der Muskelfaser durch den Gleitfilamentmechanismus der Myofibrillen unter Energieverbrauch
- Beendigung der Kontraktion durch Zurückpumpen des freigesetzten Kalziums in die intrazellulären Speicher und binden von ATP an das Myosinköpfchen
Warum verkürzt sich die Skelettmuskelfaser und nicht nur ihre kontraktilen Elemente ?
Die kontraktilen Elemente der Skelettmuskelfaser sind über zytoskelettale Proteine miteinander und der Plasmamembran verbunden.
Bindeglieder zwischen der Plasmamembran und kontraktilem Apparat der Muskelfaser? (Name)
Dystrophine welche an den Sarkoglykankomplex binden
Muskeldystrophie
Erkrankung der Muskulatur mit Muskelschwund und Muskelschwäche
Angeboren (Gendefekt)
langsam fortschreitend
Dystrophinopathie partiell (Typ Becker)
- Mildere Form der Dystrophinopathie
- Beginnnachdem6.Lj.
- Gehfähig bis ca. 35. Lj.
- Lebenserwartung 40- 60 J.
Dystrophinopathie komplett (Typ Duchenne)
Fortschreitende Muskelschwäche und Atrophie
- Beginn 2.- 3. Lebensjahr
- Verzögerte motorische Entwicklung: Krabbeln, Laufen, watschelnder Gang, Stürze
- Verlust Gehfähigkeit bis ca. 13. Lj.
Einschränkung der Atemmuskulatur
• Verkürzt Lebenserwartung auf 20- 30 Jahre
Pathophysiologie Dystrophinopathie
- Gendefekt
- Dystrophin vermindert ausgebildet oder nicht funktionsfähig
- Dystrophin kann nicht mehr richtig an den Dystrophin-associated- Protein-Komplex binden
- Sarkolemm instabil, z.B. bei mechanischem Stress, reißt ein
- Daraus resultiert ein Membrandefekt
- Ca2+ aus dem Extrazellulärraum gelangt unkontrolliert nach intrazellulär
- Untergang der betroffenen Muskelfasern
- Der Muskel wird atroph
Cadherine
Transmembranproteine aus einer extrazellulären Domäne, einem transmembranabschnitt und einer Zytosol-Domäne
kommen in Desmosomen & Adheren Junctions vor und bewirken Zellkontakte in verschiedenen Geweben -> Stabilisierung der Zell-Zell-verbindungen
mit der N-terminalen extrazellulären Domäne bindet ein Cadherin-Molekül der zelle A mit der N-terminalen Domäne des Cadherin der Zelle Bzu einem Domer (-> Zellverbindung)
Ankyrin
vermitteln die nicht-kovalenten Bindungen des Zytoskeletts an Membranproteine der zellmembran
Vorraussetzung für zusammenhalt der plasmamembrane
Protein 4.1
verbindet Aktin-Filamente mit der zellmembran bzw mit den Membran-Glykoproteinen
in den Erythrozyten
Plectin
Verbindungsstück zwischen Aktin, Mikrotubuli und Intermediärfilamenten
verbindet das zytoskelett mit der zellmembran
