Fragen zur Allgemeinen Biologie I Vorlesung, Teil III (Zellbiologie)

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1 Fragen zur Allgemeinen Biologie I Vorlesung, Teil III (Zellbiologie) Membranstruktur Aus was für Molekülen bestehen Zellmembranen? Wieso leitet sich die Struktur der Lipid-Doppelschicht von den Eigenschaften ihrer Lipide ab? Was versteht man unter dem Begriff Membranfluidität? Wie kann sie verändert Sind in der Kälte membranabhängige Prozesse beeinträchtigt? Warum haben die beiden Schichten der Lipid-Doppelschicht eine unterschiedliche Lipidzusammensetzung? Finden sich Zuckerketten, die an Lipide oder Proteine geknüpft sind, auf der dem Zytosol zugewandten oder abgewandten Seite? Welche Funktionen können diese Zuckerketten ausüben? Welche Moleküle können eine Lipiddoppelschicht passieren und welche nicht? Erklären sie warum. Ordnen sie folgende Verbindungen nach ihrer Membranpermeabilität an: Wasser, DNA, K +, Mg 2+, Glukose, Äthanol, Sauerstoff. Wozu benötigen Zellmembranen Proteine? In welcher Struktur durchqueren häufig Transmembranproteine die Lipid- Doppelschicht? Welche Vorteile bietet diese Sruktur? Können sich Transmembranproteine innerhalb der Membran bewegen? Auf welche Arten können Proteine mit einer Membran assoziiert sein? Welche Kräfte wirken einer Fusion zweier membranumschlossener Organellen entgegen? Wie ist das Grössenverhältnis von Proteinen zu Phospholipiden? Membrantransport Wieso kann die Plasmamembran einem Stoff selektiv den Durchtritt ermöglichen, der die Endoplasmatische Reticulum-Membran nicht passieren kann? Erklären sie, was ein elektrochemischer Gradient ist.

2 Hängt der Glukosetransport vom elektrochemischen Gradienten ab? Welche Tests würden sie machen, um unterscheiden zu können, ob ein Stoff mittels eines Kanal- oder Carrierproteins die Membran durchquert? Welche Energieformen können für energieabhängige Transportprozesse genutzt Wieso sind in tierischen Zellen verschiedene Transportprozesse von der Na + -K + - Pumpe abhängig? In welche Richtung transportiert sie Kaliumionen? Warum platzen tierische Zellen, wenn sie keine ständige Energiezufuhr erhalten? Gilt das auch für Pflanzenzellen und Bakterien? Geben sie drei Möglichkeiten an, wie ein Ionenkanal reguliert werden kann. Unter welchen Voraussetzungen wird ein Ion passiv respektive aktiv transportiert? Warum ist der Transport durch Kanalproteine viel schneller als mit Hilfe von Carrierproteinen? Transportieren Carrierproteine einen spezifischen gelösten Stoff nur in eine Richtung durch die Membran oder können sie ihn in beide Richtungen transprotieren? Begründen sie ihre Antwort. Der Neurotransmitter Acetylcholin wird im Zytosol hergestellt und anschliessend in die synaptischen Vesikel transportiert, wo seine Konzentration 100mal höher als im Zytosol ist. Wenn synaptische vesikel aus Nervenzellen isoliert werden, können sieaber nur in Anwesenheit von ATP zusätzliches Acetylcholin aus der Lösung aufnehmen, in der sie suspendiert worden sind. Für die Aufnahme des Acetylcholins werden keine Na+-Ionen benötigt. Seltsamerweise beschleunigt eine Erhöhung des ph-wertes der Lösung, in der die synaptischen vesikel suspendiert sind, die Acetylcholinaufnahme. Ausserdem wird der Transport durch eine Zugabe von Präparaten blockiert, die die membran für H+-Ionen durchlässig machen. Schlagen sie einen Mechanismus vor, der allen diesen Beobachtungen gerecht wird. Energieumwandlung in Mitochondrien und Chloroplasten Was haben Mitochondrien oder Chloroplasten gemeinsam mit dem Zellkern? Was unterscheidet sie vom Zellkern? Welche Polymere dienen den Zellen als Energiespeicherstoffe? Welche für die Zelle unmittelbar nutzbare Energiewährung stellen Mitochondrien, Chloroplasten und Bakterien her? In welchem Stoffwechselzyklus wird CO 2 in welchem Kompartiment produziert?

3 Wie wird die Energie gespeichert, die aus der Oxidation von Acetyl-CoA im Zitronensäurezyklus frei wird? Wie kann das Abfallprodukt CO 2 aus dem Mitochondrium entweichen? Was versteht man unter chemiosmotischer Kopplung? Warum ist die Elektronentransportkette in der Membran eingebettet? Auf was werden die Elektronen am Ende der Elektronentransportkette übertragen? Was ist ein Normalpotential? Lässt sich daraus dg o berechnen? Wieviele und welche Proteinkomplexe enthält die Atmungskette? Mit was ist der Elektronenflus gekoppelt respektive wie wird die freiwerdende Energie genutzt? Wo sitzt die ATP-Synthase und was treibt sie an? Kann sie auch als ATPase wirken? Wieso könnten Mitochondrien kein ATP mehr synthetisieren, wenn Protonen frei durch die innere Mitochondrienmembran diffundieren könnten? Wozu nutzt der Chloroplast die Lichtenergie? Wie wird die Energie aus Licht eingefangen? Was wird entlang der Thylakoidmembran transportiert? und was bewirkt dieser Transport? Wozu wird Wasser in der Photosynthese gebraucht und in was wird es verwandelt? Welche Energieträger werden produziert, die für die Kohlenstofffixierung benötigt Was entsteht aus CO 2 bei der Kohlenstofffixierung? Wird CO 2 dabei oxidiert oder reduziert? In welchem Kompartiment der Chloroplasten wird CO 2 fixiert? In welchem Kompartiment des Chloroplasten erwarten sie den niedrigsten ph-wert? Das Endomembransystem Welche membranumschlossenen Organellen sind in Eukaryontenzellen vorhanden und welche Hauptfunktionen haben sie? Welche dieser Organellen sind über vesikulären Transport miteinander verbunden?

4 Auf welchen Wegen gelangen Proteine in den Zellkern, die Mitochondrien, Peroxisomen und Chloroplasten? Wie verhält sich das Volumen zur Membranfläche in den verschiedenen Organellen? Wie werden die Organellen vermehrt? Wie werden sie während der Zellteilung auf die zwei Zellen verteilt? Wo in der Zelle werden Proteine synthetisiert? Wie werden die Proteine dann sortiert und an die richtige Adresse geliefert? Können Proteine im gefalteten Zustand in das Zielorganell gelangen oder müssen sie dazu entfaltet Benötigt der Proteintransport in die Organellen Energie? Warum sitzen auf der zytoplasmatischen Oberfläche des rauhen endoplasmatischen Retikulums Ribosomen? Sind immer dieselben Ribosomen angeheftet oder sind Ribosomen nur vorübergehend angeheftet und pendeln zwischen Zytosol und rer? Wie werden neu synthetisierte Proteine im endoplasmatischen Retikulum funktionstüchtig gemacht? Ein Plasmamembranprotein trägt wegen einer Genmutation zwei veränderte Aminosäuren und kann deshalb nicht mehr richtig gefaltet werden. Wird es zur Plasmamembran gelangen? Begründen sie ihre Antwort. Warum muss der Golgi-Apparat keine Proteine aus dem Zytosol importieren? Auf welchem Wege bekommt er sie? Welche grundsätzlichen Prozesse beinhaltet die Abschnürung eines Transportvesikels? Wie gelingt es Zellen aus einer Membranfläche kleine Vesikel mit einem kleinen Radius abzuschnüren (obwohl dies von alleine nie passieren würde)? Stimmen die folgenden Aussagen: - Bevor ein Vesikel sich an seine Zielmembran heften kann, muss es seine Hüllproteine abwerfen. - Eine spezifische Wechselwirkung zwischen Proteinen auf der Vesikeloberfläche mit Proteinen auf der Oberfläche der Zielmembran ist für die Spezifität des gezielten Proteintransports notwendig. - Beim verschmelzen eines Vesikels mit dem Zielorganell bleibt die Membrantopologie erhalten, das heisst die dem Zytosol zugewandte Oberfläche bleibt dem Zytosol zugewandt.

5 Die Oligosaccharidkette eines Glykoproteins verändert sich auf seinem Weg durch den cis, mittleren und trans Golgi dreimal. Was schliessen sie daraus? Protein A gelangt vom Trans-Golgi-Netz zur Plasmamembran, Protein B zum Endosom. Gehen diese beiden Proteine vom Trans-Golgi-Netz aus auf getrennten Wegen zu ihrem Ziel oder könnten sie auch eine Strecke im selben Transportvesikel zuücklegen? Begründen sie ihre Antwort. Erläutern sie die Begriffe konstitutive und regulierte Sekretion. Welche Möglichkeiten hat die Zelle, ihre Plasmamembranzusammensetzung zu verändern? Wohin können durch Endozytose in die Zelle aufgenommene Moleküle gelangen? Wie kann der Ligand vom Rezeptor getrennt Warum ist es sinnvoll Ligand und Rezeptor zu trennen? Was passiert mit der Plasmamembran, wenn wir gezielt die Endozytose blockieren? In welchem Organell finden sich saure Hydrolasen und welche Reaktionen katalysieren sie? Zellorganisation, Zellform, Zellbewegung Zytoskelett Aus was für Filamenten besteht die Kernlamina? Wie sind Intermdiärfilamente aufgebaut? Warum gibt es wahrscheinlich keine Motormoleküle, die gerichtete Kraft entlang von Intermediärfilamenten erzeugen? Warum können Intermdiärfilamente in Epithelien punktuelle mechanische Belastungen auf die ganze Epithelschicht verteilen, so dass sie mechanischen Belastungen besser standhalten? Warum bezeichnet man Mikrotubuli und Aktinfilamente als polar? Wo werden Mikrotubuli in Zellen gebildet? Mikrotubuli sind dynamische Strukturen. Worauf beruht ihre Dynamik und wie ist sie regulierbar? Warum wächst das eine Mikrotubuliende schneller als das andere? Nennen sie ein paar zelluläre Strukturen, die aus stabilen Mikrotubuli aufgebaut sind.

6 Wie können Organellen sich in einer Zelle gerichtet bewegen? Welche Bauteile und Substanzen sind dafür notwendig? Für welche zellulären Funktionen werden Mikrotubuli benötigt? Was sind die Konsequenzen, wenn sie in einer Zelle die dynamische Instabilität der Mikrotubuli künstlich erhöhen oder erniedrigen? Sie möchten gerne den Zellyzklus in der Metaphase der Mitose anhalten, damit sie nachsehen können, ob die Zellen eines Fötus drei oder zwei Chromosomen 21 haben. Können sie dazu Zellgifte verwenden, die die Mikrotubulidynamik stören? Warum haben Zellen ausser Mikrotubuli auch Aktinfilamente? Welche zusätzlichen Eigenschaften vermitteln Aktinfilamente den Zellen? Wie können aktinbindende Proteine Form und Funktionen von Aktinfilamenten erweitern? Welches Nukleotid bindet Tubulin, welches Aktin? Wo in der Zelle entstehen Aktinfilamente? Wozu kann Aktinpolymerisation genutzt Wo nehmen Motormoleküle die chemische Energie her, die sie in mechanische Kraft umwandeln? Wie wird sichergestellt, dass Motormoleküle eine geordnete Folge von Konformationsänderungen durchlaufen? Zellkommunikation, Signalübertragung Welche Vorteile ergeben sich, wenn jeder Rezeptor nur ein spezifisches Molekül erkennt? Von welcher Art können extrazelluläre Signale sein und über welche Distanzen können sie ihre Wirkung entfalten? Wenn sie eine Nachricht an möglichst viele Zellen im menschlichen Körper weiterleiten möchten, wie würden sie diese Nachricht (das extrazelluläre Signalmolekül) versenden? Was folgern sie über die Beschaffenheit eines extrazellulären Signalmoleküls, wenn dafür ein intrazellulärer Rezeptor vorhanden ist? Welche Möglichkeiten haben Zellen, um ein extrazelluläres Signal, das die Membran nicht durchqueren kann, in ein intrazelluläres Signal umzuwandeln? Welche Strategien haben Zellen, um die Aktivitäten von Proteinen reversibel zu verändern?

7 Welche Möglichkeiten eröffnen Ketten von Signalumwandlungsreaktionen gegenüber einer direkten Übertragung auf den/die Ausführenden? Ist die folgende Aussage richtig: Zellen benutzen G-Proteine, sekundäre Botenstoffe, Proteinkinasen, Proteinphosphatasen, Adaptorproteine und Enzyme um Stoffwechselprozesse, Zytoskelettorganisation und Genexpression zu steuern. Eine Zelle reagiert auf ein Signal innerhalb einer Millisekunde, auf ein anderes aber erst nach mehreren Stunden. Haben sie eine Erklärung dafür? Das Hormon Adrenalin führt in Herzmuskelzellen zur Aktivierung eines G- proteingekoppelten Rezeptors, einem intrazellulären Anstieg der Konzentration von camp und einer Steigerung der Herzfrequenz und Kontraktionsstärke. Ein Pharmaunternehmen möchte eine Substanz finden, welche den Adrenalin-Rezeptor für Adrenalin unreaktiv macht. Der Forschungsleiter schlägt deshalb vor, Herzzellen in vitro in Kultur wachsen zu lassen, sie mit verschiedenen Testsubstanzen zu inkubieren und dann nach Zugabe von Adrenalin die Konzentration von camp zu bestimmen. Würden sie diesen Vorschlag unterstützen oder ihm einen anderen Vorschlag unterbreiten?