Biochemie / Molekularbiologie - Cheatsheet

Signaltransduktion und Zellkommunikation

Definition:

Signaltransduktion: Prozess, bei dem ein extrazelluläres Signal in eine intrazelluläre Antwort umgewandelt wird. Zellkommunikation: Austausch von Signalen zwischen Zellen zur Regulation biologischer Prozesse.

Details:

• Extrazelluläre Signalmoleküle (Hormone, Neurotransmitter, Wachstumsfaktoren)
• Zelloberflächenrezeptoren (G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, Rezeptor-Tyrosinkinasen)
• Intrazelluläre Signalkaskaden (Second Messenger wie cAMP, Ca²⁺)
• Phosphorylierung und Dephosphorylierung (Proteinkinasen, Phosphatasen)
• Signalverstärkung (Amplifikation)
• Zelluläre Antworten (Genexpression, Metabolismus, Zellproliferation, Apoptose)
• Negative Rückkopplung und Desensibilisierung

Enzymkatalyse und -regulation

Definition:

Enzymkatalyse: Beschleunigung biochemischer Reaktionen durch Enzyme. Enzymregulation: Kontrolle der Enzymaktivität.

Details:

• Enzym-Substrat-Komplex: Bildung nach Schlüssel-Schloss-Prinzip oder induced fit
• Michaelis-Menten-Kinetik: \[ v = \frac{v_{max} [S]}{K_m + [S]} \]
• Allosterische Regulation: Bindung von Effektor-Molekülen an allosterische Zentren
• Allosterische Inhibitoren/Aktivatoren ändern Enzymkonformation
• Feedback-Hemmung: Endprodukt hemmt frühes Enzym
• Posttranslationale Modifikation: Phosphorylierung, Acetylierung, etc.
• Kooperativität: Mehrere Bindungsstellen beeinflussen sich gegenseitig

Nukleinsäuren und Genexpression

Definition:

Nukleinsäuren: DNA/RNA, Genexpression: Umsetzung genetischer Information in Proteine

Details:

• Nukleinsäuren bilden die Grundlage der genetischen Information
• DNA (Desoxyribonukleinsäure): Doppelhelix-Struktur, enthält Gene
• RNA (Ribonukleinsäure): Einzelstrang, vermittelt DNA-Information
• Replikation: Vervielfältigung der DNA
• Transkription: Umschreiben von DNA in mRNA
• Translation: Übersetzung der mRNA in Aminosäuresequenzen (Proteine)
• Genregulation: Steuerung der Genexpression durch Transkriptionsfaktoren und andere Mechanismen
• Mutationen: Veränderungen in der DNA-Sequenz, können Genexpression beeinflussen
• Enzyme: DNA-Polymerase (Replikation), RNA-Polymerase (Transkription), Ribosomen (Translation)
• Coding/Non-Coding Regionen: Exons (kodierend), Introns (nicht kodierend) im Eukaryoten

Zellzyklus und Zellteilung

Definition:

Reihenfolge und Mechanismus der Zellvermehrung.

Details:

• Zellzyklus: Abfolge von Phasen, die das Leben einer Zelle von einer Teilung zur nächsten charakterisieren.
• Phasen: G1 -> S -> G2 -> M
• G1-Phase: Zellwachstum und Vorbereitung der DNA-Synthese.
• S-Phase: DNA-Replikation.
• G2-Phase: Vorbereitung auf die Mitose.
• Mitose (M-Phase): Teilung des Zellkerns; Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase.
• Zytokinese: Teilung des Zellplasmas, Folge der Mitose.
• Kontrollpunkte: G1/S, G2/M, Spindelkontrollpunkt
• CDKs und Cycline: Regulatoren des Zellzyklus.
• Krebs: Unkontrollierte Zellteilung durch Mutationen in Genen, die Zellzyklus regulieren.

Chromosomale Anomalien

Definition:

Chromosomale Anomalien betreffen Abweichungen in der Anzahl oder Struktur von Chromosomen und können genetische Erkrankungen verursachen, z.B. Trisomie 21 (Down-Syndrom).

Details:

• Numerische Anomalien: Abweichung von der normalen Chromosomenanzahl (z.B. Trisomie, Monosomie)
• Strukturelle Anomalien: Veränderungen in der Struktur von Chromosomen (z.B. Deletionen, Duplikationen, Inversionen, Translokationen)
• Beispiele numerischer Anomalien: Trisomie 21, Klinefelter-Syndrom (XXY), Turner-Syndrom (X0)
• Beispiele struktureller Anomalien: Cri-du-Chat-Syndrom (Deletion auf Chromosom 5), Philadelphia-Chromosom (Translokation zwischen Chromosom 9 und 22)
• Diagnosemethoden: Karyotypisierung, Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH), Array-CGH
• Ursachen: Fehler bei der Meiose, Strahlung, chemische Mutagene

Struktur und Funktion des Immunsystems

Definition:

Hauptaufgabe: Schutz des Körpers vor Infektionen und Krankheiten durch Erkennung und Neutralisierung von Pathogenen (z.B. Bakterien, Viren).

Details:

• Immunsystem unterteilt in angeborenes und adaptives System.
• Angeborenes Immunsystem: schnelle Reaktion, keine spezifische Anpassung an Pathogene, Hauptkomponenten sind phagozytierende Zellen (Makrophagen, Neutrophile).
• Adaptives Immunsystem: langsame Initialreaktion, spezifische Anpassung an Pathogene, Hauptkomponenten sind T- und B-Lymphozyten.
• T-Lymphozyten: zelluläre Immunantwort, erkennen und zerstören infizierte Zellen.
• B-Lymphozyten: humorale Immunantwort, produzieren Antikörper, die Pathogene neutralisieren.
• Antikörper: Proteine, die spezifisch an Antigene binden und Pathogene markieren.
• Humorale Immunität: Übertragung von Antikörpern durch Körperflüssigkeiten.
• Gedächtniszellen: ermöglichen schnellere und stärkere Reaktion bei erneuter Infektion.
• Formel für Antikörper-Antigen-Bindung: \[ \text{K}_D = \frac{[\text{Antigen}][\text{Antikörper}]}{[\text{Komplex}]} \]
• Zytokine: Signalmoleküle, regulieren Immunantwort.

Stoffwechselwege und -regulierungen

Definition:

Biochemische Prozesse zur Umwandlung von Molekülen und Energie im Körper, reguliert durch Enzyme, Hormone und Rückkopplungsmechanismen.

Details:

• Wichtige Stoffwechselwege: Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette, Fettsäuresynthese
• Glykolyse: Umwandlung von Glukose zu Pyruvat, ATP und NADH
• Citratzyklus: Oxidation von Acetyl-CoA, GTP, NADH, FADH2
• Atmungskette: Elektronentransport und ATP-Synthese durch oxidative Phosphorylierung
• Fettsäuresynthese: Bildung von Fettsäuren aus Acetyl-CoA
• Schlüsselenzyme als Regulationspunkte, z.B. Phosphofructokinase in der Glykolyse
• Hormonelle Regulation: Insulin und Glucagon
• Rückkopplungsmechanismen: Allosterische Hemmung/Aktivierung

Homöostase und Körperfunktionen

Definition:

Homöostase: Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Milieus trotz externer Schwankungen. Essenziell für funktionierende Körperprozesse.

Details:

• Regelkreise: Negative Rückkopplung (z.B. Blutzuckerregulation durch Insulin/Glukagon)
• pH-Wert: Puffer-Systeme (Bikarbonatpuffer, Proteinpuffer)
• Temperatur: Thermoregulation (Schwitzen, Zittern)
• Zelluläre Ebene: Ionengradienten (Na⁺/K⁺-Pumpe)
• Flüssigkeitshaushalt: ADH, Aldosteron (Regulierung durch Nieren)
• Blutdruck: RAAS-System (Renin-Angiotensin-Aldosteron-System)