Biologie für Mediziner WS 2007/08

Transkript

1 Biologie für Mediziner WS 2007/08 Teil Allgemeine Genetik, Prof. Dr. Uwe Homberg 1. Endozytose 2. Lysosomen 3. Zellkern, Chromosomen 4. Struktur und Funktion der DNA, Replikation 5. Zellzyklus und Zellteilung (Mitose) 6. Reifeteilung (Meiose) 7. Zellkommunikation 8. Signalmoleküle, Rezeptoren 9. Signalantwort 10. Apoptose, Nekrose Folien zum download:

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3 Phospholipase C produziert Diacylglycerol und Inositoltrisphosphat

4 Ca ++ -Anstiege in einer Eizelle nach der Befruchtung durch ein Spermium

5 Kontrolle der intrazellulären Ca ++ - Konzentration im Cytosol ~ 10-7 M

6 Calzium-bindende Proteine: Calmodulin Bindung an CaM-Kinase

7 IP 3 - und Ca ++ -abhängige Signalwege Campell et al. (2006) Biologie

8 Signal über G-Protein-gekoppelten Rezeptor Sek. Messenger: camp IP 3 Ca ++ DAG A-Kinase C-Kinase CaM-Kinase Genregulation

9 Anstieg von Ca++ durch einen G-Protein-gekoppelten Rezeptor durch einen Ionenkanalrezeptor Unterschiede?

10 Langsame und schnelle Antworten auf externe Signale Alberts et al. (1999) Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie

11 Koinzidenzdetektoren Synergismen = Koinzidenzen

12 Zusammenfassung: Signale werden von Rezeptoren detektiert und transduziert in intrazelluläre Signale, mit sehr großer Empfindlichkeit, zeitlicher Koordination und hoher Spezifität

13 Wie erreicht man Spezifität? Wie erreicht man hohe Empfindlichkeit? Wie erreicht man Schnelligkeit? Wie erreicht man Flexibilität?

14 Liganden-abhängige Ionenkanäle: sehr schnelle (µsec), transiente Signaltransduktion

15 G-Proteingekoppelte Rezeptoren: sehr gut regulierbare, sehr verstärkte Signaltransduktion

16 Stimulation des Glykogenabbaus durch Adrenalin Verstärkung!

17 Spezifität: 12 verschiedene G-Protein α-untereinheiten bei Säugern: Gαs Gαi Gαq Gα12,15,16 +AC -AC, +PD, +ion channel +PLC +Rho

18 Spezifität: 11 G-Protein γ-untereinheiten 5 G-Protein β-untereinheiten

19 Spezifität: G-Protein aktivierte Enzyme: Adenylylcyclasen (camp) Phospholipase C (IP3, DAG) Phospholipase A2 (Arachidonsäure) Phosphodiesterasen (camp-, cgmp- Abbau)

20 Negatives Feedback = Stoppsignal

21 Zusammenfassung: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren: besonders hoher Grad an Verstärkung hohe Spezifität sind nicht die schnellsten Rezeptoren

22 Signalverarbeitung: 1. Erkennung 2. Übertragung 3. Antwort

23 Zellantworten schnelle, transiente Zustandsänderungen z.b. durch Phosphorylierungen langsame, langfristige Zustandsänderungen durch Genregulation verändern das Verhalten der Zellen

24 Zusammenfassung:

25 Liganden binden direkt an Enzyme Enzyme = Rezeptoren

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27 Signalverarbeitung: 1. Erkennung 2. Übertragung 3. Antwort

28 Liganden sind oft Dimere: (nur wenn beide Liganden akkumulieren, dann Aktivierung)

29 Signalverarbeitung: 1. Erkennung 2. Übertragung 3. Antwort

30 Tyrosinkinase- Rezeptoren: sehr viele verschiedene Signalwege gleichzeitig

31 Aktivierte Rezeptor-Tyrosinkinasen: intrazelluläre Signalkomplexe

32 Rezeptortyrosinkinasen aktivieren das GTP-bindende Ras-Protein

33 Signalverarbeitung: 1. Erkennung 2. Übertragung 3. Antwort

34 Ras aktiviert eine Phosphorylierungskaskade

35 Phosphorylierung eines Tyrosins: Bindestelle für SH2-Domänen

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37 Monomere G-Proteine: aktiv + GTP inaktiv + GDP

38 Monomere G-Proteine regulieren Veränderung der Zellstruktur

39 Dimere Phosphorylierungskaskaden Genregulation

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42 Gerüstproteine: Zusammenlagerung von Signaltransduktionskaskaden

43 Zusammenfassung: Signale werden von Rezeptoren detektiert und transduziert in intrazelluläre Signale, mit sehr großer Empfindlichkeit und hoher Spezifität und verändern so die Zellen

44 APOPTOSE und NEKROSE

45 1. Was ist eine Nekrose? 2. Wie entsteht sie? 3. Welche Formen von Nekrosen gibt es?

46 Nekrose Das morphologische Bild der Nekrose: Zelle platzt, Karyorhexis (Fragmentierung des Zellkerns) Karyolyse (Auflösung des Zellkerns) Kernpyknose (Verdichtung des Zellkerns)

47 Onkose (Schwellung der Zellen) durch Ischämie (Minderdurchblutung) verursacht Nekrosen

48 Schädigung der Zellen: intrazellulärer Ca++-Anstieg: Zellen platzen

49 Koagulationsnekrosen (Proteine koagulieren, Karyolyse) Kolliquationsnekrosen (Proteine lysieren, Karyorhexis) Verkäsende Nekrosen (hohe Glykolipidanhäufung)

50 1. Was ist Apoptose? 2. Warum gibt es Apoptose? 3. Die Mechanismen der Apoptose?

51 Apoptose ist programmierter Zelltod = Selbstmord der Zelle

52 Ohne Überlebensfaktoren von anderen Zellen: Apoptose

53 Apoptose bei der Mäusepfotenentwicklung

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56 Zelltod und Proliferation: bestimmte Größe eines Gewebes

57 Apoptose Zelle schrumpft: die DNA wird zwischen den Nukleosomen gespalten: durch Endonuclease CAD ( bp x n); Kernmembran blasig, viele Lysosomen, Abbau essenzieller Proteine

58 Apoptose auslösende Signale und Ziele: Hormone: Glucocorticoide (Lymphozyten) Entzug von Östrogenen (Brustdrüsen) und Testosteron (Prostata) Viren (HIV-Infekt) (Helfer-T-Lymphozyten) Entzug von Wachstumsfaktoren (NGF- Neurone) Fas-Rezeptorstimulation (Lymphozyten)

59 Apoptose: Aktivierung einer proteolytischen Kaskade

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61 Caspasen (Cystein-Aspartyl-Proteasen)

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63 Mutation in Proto-Onkogen Onkogen Tumore durch unbeschränkte Zellproliferation

64 Zusammenfassung: Zellkommunikation ist lebensnotwendig ohne Kommunikation: Apoptose

65 Kommunikation von Organismen mit der Umwelt über sensorische Systeme