Zoologie Entwicklungsbiologie Flashcards
Nennen sie drei Beispiele für die Geschlechtsdetermination
Säugetier/Mammalia: Mutter hat (XX) und Vater (XY) Chromosomen Æ 50% Chance
durch Vater
Vögel/Aves: Vater (ZZ) und Mutter (ZW) Chromosomen Æ 50% Chance durch Mutter
Insekten/Haplodiploidie: Ameisen, Bienen, Wespen: Königin speichert Samen von Männern
und legt Eier. Befruchtete Eier (diploid) Æ weiblich (XX), unbefruchtete Eier (haploid) Æ
männlich (X0)
Temperatur: Reptilien: Krokodile, Schildkröten: Geschlecht hängt von der Temperatur nach
der Befruchtung ab
Sequentielle Hermaphroditen/Fisch: Clownfisch: Alle werden als Männchen (nn) geboren
und wandeln sich dann in ein Weibchen (nn) um (als junge Tiere männlich und als
erwachsene weiblich)
Bonellia (Seewurm): Wenn sie auf den Boden fallen Æ weiblich (nn); wenn auf einem
Weibchen landet, wird es ein Männchen (nn)
Unisexuelle Reproduktion: Eidechsen: Klonen sich selbst Æ alle sind weiblich
Was sind die wichtigsten monomeren/polymeren Biomoleküle der
Zelle?
Monomer: Energiequelle; Polymer (verzweigt und unverzweigt): Energiespeicher,
Gerüststruktur
Polysaccharide: Cellulose, Glycogen
Lipide: Lipid-Doppelschicht, zweidimensionale Flüssigkeit, dreidimensionale Micellen und
Grenzschichten von Zellen und Kompartimenten
Nukleotide bzw. Nukleinsäuren: Adenintriphosphat (ATP) = zentrale Energiewährung der
Zelle, Iformationsspeicher (DNA, RNA), Adapter (tRNA), Katalysatoren (rRNA, snRNA),
Genexpression (mRNA)
Proteine
Wie ist der Bau und was ist die grundsätzliche Funktion einer
Elementarmembran?
Aufbau:
- Bestehen vor allem aus Lipiden und Proteinen
- Der größte Teil der Membranlipide gehört zu den Phospholipiden, die einen
„zwittrigen“ Molekülbau aufweisen
- Einen hydrophilen, polaren Kopfteil und einen lipophilen, unpolaren Schwanzteil
- Dadurch bilden sie in wässriger Umgebung schnell Doppelschichten aus
- Membranproteine sind unregelmäßig auf und in der Lipid-Doplleschicht verteilt
- Periphere (lose außen an die Kopfteile der Lipidmoleküle gebunden) und integrale
Proteine (reichen in die Lipiddoppelschicht hinein oder erstrecken sich quer durch die
ganze Doppelschicht)
- Lipide und Proteine auf der Außenseite der Zellmembran können Kohlenhydratketten
tragen (Glycolipide, Glycoproteine)
Funktion:
- Abgrenzung von Zellen, Umhüllen von Organellen, regeln den Stoffaustausch
zwischen Zelle und ihrer Umgebung (semipermeabel), regeln Stoffaustausch zwischen
Organellen und Cytoplasma, erkennen Hormone durch bestimmte Membranproteine,
Aufbau von elektrischen Potentialen, erkennen von Nachbarzellen und fremden Zellen
. Was sind die Phasen des Zellzyklus? Wie werden sie reguliert?
Zellzyklus:
G1-Phase: Zellwachstum (gap1), Proteinbiosynthese Æ Vermehrung des Zellplasmas (1.
Wachstumsphase)
S-Phase: DNA Replikation (Synthese), Verdopplung der Chromatiden zu Zwei-ChromatidChromosomen (Autoradiographie (DNA Replikation) und Histonbildung)
G2-Phase: Vorbereitung auf Mitose (gap2), Stoffwechselaktive Phase (2. Wachstumsphase)
M-Phase: Mitose
Cytokinese: Zellteilung (Zellmembran schnürt die Zelle in zwei Zellen ab)
G0-Phase: Differenzierung, keine Synthese und keine Vorbereitung auf Teilung
Regulation: Zellzyklus-Kontrollsystem
Cycline regulieren die Zellzyklus Stadien, indem sie die Genexpression im Zellzyklus
steuern.
- Kontrollsystem besteht aus einem zyklisch wirkenden Satz von Molekülen, die die
wichtigsten Ereignisse im Zellzyklus in Gang setzen und koordinieren
- Der Zellzyklus wird durch interne und externe Signale reguliert
- Ein Kontrollpunkt des Zellzyklus ist ein Moment, an dem Signale darüber entscheiden
können, ob der Zyklus weiter abläuft oder angehalten wird
- Die drei Hauptkontrollpunkte liegen in der G1-, der G2- und der M-Phase
- Die Geschwindigkeit, mit der die aufeinanderfolgenden Ereignisse im Zellzyklus
ablaufen, wird durch rhythmische Schwankungen in der Konzentration und Aktivität
bestimmter Proteine (Proteinkinasen und Cycline) vorgegeben, die den Zellzyklus
steuern
- Proteinkinasen phosphorylieren andere Proteine und führen zu deren Aktivierung oder
Hemmung
- Für die Aktivierung des Kinasemoleküls muss es sich mit einem Cyclin verbinden
- Cycline werden immer wieder auf- und abgebaut
- Cyclin D: (Anfang G1- bis Ende M-Phase) veranlasst die Zelle sich von der G0 zur
G1 zur S-Phase zu entwickeln
- Cyclin E: (Mitte G1- bis Mitte S-Phase) bereitet die Zelle darauf vor die DNA
Replikation in der S-Phase durchzuführen
- Cyclin A: (Ende G1-Phase bis Anfang M-Phase) aktiviert die DNA Replikation in
dem Nucleus in der S-Phase
- Cyclin B: (Ende G1- bis Anfang M-Phase) leitet die Versammlung von der
mitotischen Spindel und den anderen Aufgaben in dem Cytoplasma ein, um die Mitose
vorzubereiten
- Beschreiben sie den Verlauf der Mitose.
Mitose: somatische Zellteilung
Prophase: Chromosomen-Kondensation und Ausbildung des Spindelapparats
Pro-Metaphase: Abbau der Nuclearmembran und Verankerung der Chromosomen an den
Mikrotubuli
Metaphase: Anordnung der Chromosomen in der Metaphaseebene
Anaphase: Trennung der Schwesterchromatiden
Telophase: Chromosomen am Spindelpol, Dekondensation, Beginn der Cytokinese
. Was passiert während der Meiose?
Meiose: geschlechtliche Zellteilung, Reifeteilung, Reduktionsteilung
Besteht aus zwei Zellteilungen (Meiose 1 und Meiose 2). In der Meiose werden die
homologen Chromosomen voneinander getrennt. In der Meiose 2 werden die
Schwesterchromatiden voneinander getrennt (wie bei der Mitose). Der diploide
Chromosomensatz der Keimzellen wird auf einen haploide reduziert. Bei der Meiose
entstehen vier haploide Zellen.
Bei der Meiose kommt es zu einer Reduktion des diploiden Chromosomensatzes, zur
interchromosomalen Rekombination durch Neukombination des genetischen Materials
(zufällige Verteilung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen) und zur
intrachromosomalen Rekombination durch Crossing Over.
Crossing-Over: Ergebnis bei dem die Chromosomen Teile ihrer DNA austauschen.
Was sind die prinzipiellen Proteinfasern der Zelle und welche
Aufgaben besitzen diese?
Cytoskelett:
Mikrotubuli: bestehen aus Tubulin Untereinheiten (hohle Stäbchen aus dem globulären
Protein Tubulin); 25nm; kann an einem Ort abgebaut und an einem anderen wieder aufgebaut
werden
Aufgabe: Zellteilung Æ Chromosomenanordnung (Spindelfasern); formen und stützen die
Zelle, außerdem dienen sie als Leitschienen, an denen sich Organellen mithilfe von
Motorproteinen (Dynein) entlang bewegen; zusätzlich leiten sie Versikel vom ER zum GolgiApparat und vom Golgi-Apparat zur Plasmamembra
Mikrofilamente/Actinfilamente: sind dünne, massive Stränge aus Actin (Proteinuntereinheiten); 7 nm; können in linearer Form auftreten oder Maschenwerke ausbilden
Aufgabe: unterstützt die Aufrechterhaltung der Zellmorphologie (Zellgestalt); verleiht dem
äußeren Cytoplasmabereich die halbfeste Konsistenz eines Gels; Zellteilung: verankern
während der Mitose die Zentrosomen, aber sind keine Spindelfasern; Zellbeweglichkeit:
Membranbewegung und wichtig für Muskelkontraktion (Myosin fungiert als Motorprotein der
Actinfilamente); Bildung von Pseudopodien (Zellfortsätze)
Intermediärfilamente: aus Tetramer (vier) Untereinheiten aufgebaut; 10nm
Aufgaben: Form, Stabilität, Festigkeit der Zelle, Signalübertragung über Desmosomen,
Haftung
Was versteht man unter einer extrazellulären Matrix?
Extrazelluläre Matrix: Raum zwischen den Zellen (Interzellularraum), welcher viele
Makromoleküle beinhaltet.
Aufgaben: Überleben, Migration (Bewegung), Adhäsion/Haftung (Verankerung der zellen
und der Formkonsistenz der Gewebe), Proliferation (schnelles Wachstum)
Besteht aus der Gesamtheit aller Makromoleküle (Proteine, Glykoproteine und
Polysaccharide). Dazu zählen: Kollagenfasern und Fibronectin (ein Glykoprotein, bestehend
aus Polysacchariden, Kohlenhydraten und Proteinen), welche an Integrinen (Membran-
proteinen) angelagert sind. Integrine erlauben die Übermittlung von Signalen zwischen ECM
und Cytoskelett und kommunizieren somit Veränderungen innerhalb und außerhalb der Zelle.
Durch die Kommunikation mit der Zelle mittels Integrinen kann die extrazelluläre Matrix das
Verhalten der Zelle regulieren. Zu dem kann sie die Genexpression im Kern beeinflussen.
Benennen sie drei Keimblätter und jeweils zwei Organe/Zelltypen,
die daraus entstehen.
Keimblätter: Ektoderm, Mesoderm und Endoderm
Ektoderm: Epidermis, Neutralgewebe
Mesoderm: Muskel, Blut, Neuralgewebe
Endoderm: Darm, Leber
Was ist die Akrosomenreaktion?
Akrosom: enzymhaltiges Zellkompartiment im Spermienkopf
Spermium beim Kontakt mit Eizelle Æ setzt proteolytische (=eiweißabbauende) Enzyme frei
Æ ermöglicht Eindringen in die Eizelle
Als Akrosomreaktion bezeichnet man die Fusion zwischen Akrosomenmembran und
Spermienmembran im Rahmen der Fertilisation. Die Akrosomreaktion ermöglicht durch
Ausschüttung proteolytischer Enzyme die Penetration der Eizellhüllen durch das Spermium.
Über einen Membranrezeptor der Oozyte bindet der Spermienkopf an das Glycoprotein ZP3.
ZP3 induziert die Exozytose des akrosomalen Inhalts mittels Fusion von Akrosom- und
Zellmembran (Akrosomreaktion). Die ausgeschwemmten Enzyme ermöglichen den Übetritt
des Spermiums in den perivitellinen Raum (Raum zwischen Zona pellucida und
Eizellmembran) mit nachfolgender Penetration.
Wie wird bei der Befruchtung die Polyspermie verhindert?
Polyspermie: abnormales Eindringen von mehreren Spermien in die Eizelle
Schneller Polyspermieblock: Die Eizellmmebran depolarisiert von -70mV auf +20mV durch
einen Natriumeinstrom. Die Ladungsänderung verhindert das Eindringen weiterer Spermien.
Langsamer Polyspermiblock: bei dem automatischen repolarisieren der Eizellmembran
werden Calcium-induzierte Kortikalgranula freigesetzt, die Proteoglykane ausschütten und
ZP3 inaktivieren und ZP2 modifizieren. Dadurch verhärtet die Zona pellucida.
Sie behandeln animale Kappen mit Aktivin. Was erwarten sie?
Aktivin ist ein Proteohormon und gehört zur Familie der TGFβ Wachstumshormone. Das
Protein Aktivin ist ein Mesoderm-induzierender Faktor. Behandelt man isolierte animale
Kappen mit Aktivin, so kann man die Bildung von mesodermalem Gewebe in der Kappe
stimulieren.
Der Effekt von gereinigtem Aktivin auf die Entwicklung isolierter animaler Kappen ist zudem
konzentrationsabhängig: Je nachdem wie viel Aktivin zu der animalen Kappe hinzugegeben
wird, ist eine unterschiedliche Zelldifferenzierung zu erwarten. Eine hohe AktivinKonzentration führt zur Ausbildung einer Chorda dorsalis, eine geringere Konzentration an
Aktivin dagegen hat die Bildung von Muskelzellen zur Folge.
Aktivin wird jedoch nicht in der Embryonalentwicklung natürlich sezerniert.
Wodurch wird die cortikale Rotation in Amphibien ausgelöst?
Die cortikale Rotation wird durch das Spermium ausgelöst, welches nur auf der animalen
Seite der Eizelle eintreffen kann.
Die Festlegung der dorso-ventralen Achse in Amphibien erfolgt bereits mit der
Befruchtung. So kann das Spermium prinzipiell an jedem Ort der animalen Häfte in die
Eizelle eintreten. Der Ort des Spermieneintritts legt die ventrale Seite des Embryos fest,
während auf der 180° gegenüberliegenden Seite die dorsale Seite gebildet wird. Ursache
hierfür ist der Übertritt der Centriole aus dem Spermium. Dieses organisiert die Mikrotubuli
der Eizelle neu, welche in der vegetalen Hälfte eine parallele Anordnung annehmen. Dadurch
wird das unmittelbar unterhalb der vegetal lokalisierten Zellmembran liegende Cytoplasma,
die Cortex-Schicht, vom Rest des Cytoplasmas separiert. In Folge dessen rotiert das cortikale
Cytoplasma entlang der zukünftigen dorsalen Seite, was dazu führt, dass sich ehemals vegetal
lokalisierte Moleküle auf der zukünftigen dorsalen Seite des Embryos ansammeln. Weiterhin
sorgt ein protein namens Dishevelled für die vermehrte Stabilisierung des cytoplasmatischen
Proteins β-Catenin in den dorsalen Zellen.
Wie wird das Nieuwkoop-Zentrum ausgebildet?
Nieuwkoop-Zentrum: Induktionszentrum auf der Dorsalseite des Embryos
Es entsteht, bei der durch den Spermieneintritt ausgelösten Cortexrotation, gegenüber der
Spermieneintrittsstelle und legt hier die zukünftige Dorsalseite des Embryos fest. Gegenüber
der Eintrittsstelle entwickelt sich das Signalzentrum (Nk-Z) in der vegetativen Hälfte). Nach
der Cortex-Rotation akkumuliert sich auf der späteren Dorsalseite das Protein β-Catenin und
aktiviert (als Komplex an Tcf3 gebunden) die Nieuwkoop-Zentrum-spezifischen Gene
(reguliert die Genexpression). Das Nieuwkoop-Zentrum induziert in den animal angrenzenden
Zellen den Spemann Organisator.
Was ist der Spemann-Organisator?
Der Spemann-Organisator wird vom Nieuwkoop-Zentrum induziert. Er ist das
Organisationszentrum der Amphibien und steuert die Entwicklung der Körperachsen, also
die Entwicklung aller drei Keimblätter. Die Ontogenese (Gestaltbildung eines Embryos) wird
vom Spemann-Organisator organisiert, sowie die Induktion des Nervensystems.
Als verantwortlich für die dorsalisierende Wirkung aus dem Spemann-Organisator konnten
verschiedene Faktoren beschrieben werden, darunter die Moleküle Chrodin, Noggin und
Follistatin. Umgekehrt hat sich heraus gestellt, dass BMP2 und BMP1 auf der ventralen Seite
des Embryos lokalisiert sind. Die Expression von Noggin und Chordin in der Region des
Spemann-Organisators hängt von der Ausbildung des Nieuwkoop-Zentrums und somit von
der Stabilisierung β-Catenins ab.
Durch die Transplantation, zu Beginn der Gastrulationsphase, des Spemman-Organisators von
der dorsalen Marginalzone auf die ventrale Region eines Empfänger Embryos entstehen
siamesische Zwillinge.
Wie wird das zukünftige Neuralgewebe im Ektoderm festgelegt?
Sowohl das Neuralgewebe als auch die Epidermis (Haut) entstehen aus dem ektodermalen
Keimblatt.
Isolation der animalen Kappe: Die Dissoziation und nachfolgende Reaggregation von
Zellen der animalen Kappe führt zur Bildung neuraler Zellen. Eine Erklärung dieses
Phänomens ist die Gegenwart eines extrazellulären Wachstumsfaktors, der in der animalen
Kappe die Ausbildung neuraler Zellen unterdrückt. Durch die Dissoziation der Zellen wird
dieser extrazellulär vorliegende Faktor ausgedünnt, was zur Induktion von Neuralgewebe
führt.
Der Spemann-Organisator ist an der Induktion von Neutralgewebe beteiligt. Die Moleküle
Noggin, Chordin und Follistatin, die im Spemann-Organisator gebildet werden, bewirken in
der animal-dorsalen Hälfte des Ektoderms durch Inhibition des BMP-Signalwegs die
Ausbildung der Neuralplatte (Vorläuferzellpopulation des Zentralen Nervensystems). Der
Neural-induzierende Effekt durch die Dissoziation der animalen Kappe beruht also darauf,
dass dadurch das in der animalen Kappe befindliche extrazelluläre BMP-Protein entfernt
wird. Neben dem BMP- spielt auch der FGF-Signalweg eine essentielle Rolle während der
Neuralinduktion. Während der Gastrulation wandert die ehemalige Organisatorregion
unterhalb des Ektoderms in den Embryo ein und regt in diesem weiterhin die Bildung von
Neuralgewebe an (vertikale Neuralinduktion).
Beschreiben Sie das 4-Signal-Modell der droso-ventralen
Musterung des Mesoderms.
- Signale aus dem vegetalen Pol (Nodal, VegT) wirken auf die Marginalzone ein und
induzieren das Mesoderm. - Das zweite Signal (β-Catenin) stammt aus dem Nieuwkoop-Zentrum (gegenüber der
Spermieneintrittsstelle) und legt dorsales Mesoderm fest - Während der Gastrulation kommt ein drittes Signal aus dem Spemann-Organisator
(BMP-Antagonisten = Chordin) - Und ein viertes aus dem ventralen Mesoderm (BMPs), beide sind für die Musterung
des Mesoderms in der dorsoventralen Achse verantwortlich.
. Welche Strukturen entsprechen dem Spemann-Organisator in
Huhn und Zebrafisch?
Zebrafisch (Danio rerio): Shield ist der Organisator; etwa 5,5 bis 6 Stunden nach der
befruchtung ist auf der dorsalen Seite des Embryos einer Verdickung zu erkennen, das
sogenannte shield, bei welcher die Gastrulation einsetzt
Huhn (Gallus domesticus) und Maus: Hensenscher Knoten ist der Organisator
Über welche Struktur erfolgt die Zell-Wanderung bei der
Gastrulation im Huhn?
Die Zell-Wanderung erfolgt über den Primitivstreifen.
Entwicklung nach der Eiablage: Gastrulation setzt mit Zellteilung und Bewegung ein.
Wanderung von Zellen aus Epiblast in Richtung Mittellinie.
Ausbildung des Primitivstreifens: Endodermlae und mesodermale Zellen wandern über den
Primitivstreifen nach innen. Der Endoderm verdrängt die Hypoblasten. Die Kollersche Sichel
bildet den Primitivstreifen aus.
Wanderung des Hensenschen Knotens: Bei der Wanderung des Hensenschen Knotens von
anterior (oben) nach posterior (unten) entlang des Primitivstreifens bildet sich der Kopf (aus
dem Ektoderm und Endoderm) aus. Notochord und Somiten folgen aus dem Mesoderm.
Oberhalb des Notochords bildet sich die Neuralleiste (aus dem Ektoderm) aus.
