Experimentelle und Theoretische Ansätze der Biologie - Cheatsheet

Pflanzliche Naturstoffe und ihre Biosynthese

Definition:

Synthese organischer Verbindungen durch Pflanzenzellen; wichtig für Metabolismus, Abwehr und Kommunikation.

Details:

• Primäre Metaboliten: Essentielle Verbindungen, z.B. Aminosäuren, Zucker, Nukleotide
• Sekundäre Metaboliten: Nicht direkt essentiell, aber wichtig für Überleben und Fortpflanzung, z.B. Alkaloide, Terpenoide, Flavonoide
• Biosynthesewege: Komplexe Reaktionswege, oft startend mit einem Primärmetaboliten (z.B. Mevalonat-Weg für Terpenoide)
• Enzyme: Spezifische Katalysatoren jedes Schrittes, z.B. Polyketidsynthasen, Prenyltransferasen
• Regulation: Genexpression, Umweltfaktoren, Entwicklung
• Nutzung: Medizin, Landwirtschaft, Industrie (z.B. Medikamente, Pestizide, Aromastoffe)

Membranproteine und Ionenkanäle

Definition:

Membranproteine: integrale od. periphere Proteine; Ionenkanäle: ermöglichen selektiven Ionenfluss durch Membran

Details:

• Membranproteine: Struktur und Funktion Zellmembran
• Integrale Proteine: transmembran; Periphere Proteine: an Membranoberfläche
• Ionenkanäle: spannungs-, ligandengesteuert oder durch mechanische Reize
• Selektivität: z.B. Na⁺, K⁺, Ca²⁺-Kanäle
• Ermöglichen Signalweiterleitung, Zellvolumenregulation, Stofftransport

Zellteilung und Mikrotubuli-Dynamik

Definition:

Teilung der Zelle in zwei Tochterzellen; dynamische Veränderungen der Mikrotubuli-Struktur zur Unterstützung der Zellteilung

Details:

• Mitose: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase
• Mitosespindel aus Mikrotubuli
• Mikrotubuli-Wachstum und -Schrumpfen währen der Mitose
• Motorproteine (Kinesin, Dynein) wichtig für Chromosomen-Bewegung
• Regulation durch GTP-Hydrolyse bei Mikrotubuli
• Checkpoint-Kontrolle: Sicherstellung der korrekten Chromosomenverteilung

Gewebsdifferenzierung und Organogenese

Definition:

Gewebsdifferenzierung: Prozess, bei dem aus unspezialisierten Zellen spezialisierte Zellen entstehen. Organogenese: Entwicklung und Bildung von Organen während der Embryonalentwicklung.

Details:

• Gewebsdifferenzierung spielt eine zentrale Rolle in der Entwicklung vielzelliger Organismen.
• Zellteilung, Zelldifferenzierung und Morphogenese sind wesentliche Schritte in der Organogenese.
• Signalmoleküle und Transkriptionsfaktoren steuern die Differenzierung und Organbildung.
• Induktion: Signalübertragung zwischen Zellen führt zu spezifischen Zellentwicklungen.
• Hox-Gene und andere regulatorische Gene sind entscheidend in der Musterbildung und Organentwicklung.
• Mechanismen wie Apoptose (programmed cell death) helfen, unnötige Zellen zu entfernen und richtige Organstrukturen zu bilden.

Rekombinante DNA-Techniken

Definition:

Rekombinante DNA-Techniken: Methoden zur gezielten Modifikation der DNA, Einführung von Genen in Organismen.

Details:

• Schlüsseltechniken: PCR, Restriktionsenzyme, Ligase, Plasmide, Transformation
• Anwendungen: Gentechnik, Medizin (z.B., Insulinproduktion), Forschung (z.B., Genfunktion)
• Voraussetzung: Kenntnis von DNA-Sequenzen und -Strukturen
• Wichtig: Kontrolle der Expression, Selektion transgener Organismen
• Risiken: Ethische Bedenken, Umweltwirkungen

Gen-Expressionsanalysen und Genomics

Definition:

Untersuchung der Genexpressionsmuster in Zellen zur Bestimmung der genauen Rolle einzelner Gene und deren Regulation in unterschiedlichen biologischen Prozessen.

Details:

• Gen-Expressionsanalysen: Quantifizierung der mRNA-Level
• Methoden: Microarray, RNA-Seq
• Genomics: Untersuchung des gesamten Genoms einer Organismus
• Techniken: Sequenzierung (z.B. NGS), Bioinformatik-Analyse
• Ziele: Identifikation von Genen, Varianten, epigenetischen Markierungen
• Anwendungen: Krankheitsforschung, Medikamentenentwicklung, Evolutionäre Biologie
• Wichtige Konzepte: Genotyp-Phänotyp Beziehung, Genregulation, Transkriptom

Proteinreinigung und Chromatographie

Definition:

Reinigung von Proteinen durch Trennung in einzelnen Phasen mittels physikalisch-chemischen Eigenschaften.

Details:

• Größe: Gelelektrophorese, Größenausschlusschromatographie
• Ladung: Ionenaustauschchromatographie
• Hydrophobie: Hydrophobe Interaktionschromatographie
• Spezifische Bindung: Affinitätschromatographie
• Detektion: UV-Absorption, Fluoreszenz

Statistische Auswertung biologischer Daten

Definition:

Statistische Methoden zur Analyse und Interpretation biologischer Daten

Details:

• Datenaufbereitung: Normalisierung, Transformation, Bereinigung
• Hypothesentests: t-Test, ANOVA, \(\text{p-Wert}\)
• Korrelationsanalyse: Pearson, Spearman
• Regression: Lineare Regression \((y = mx + b)\), Multiple Regression
• Clusteranalyse: k-Means, Hierarchisches Clustering
• Software: R, Python (Pandas, SciPy)