Praktikum, Biologie für Mediziner - Cheatsheet

Zellstruktur und -organellen

Definition:

Zellstrukturen sind die verschiedenen Komponenten einer Zelle, Organellen sind spezialisierte Strukturen innerhalb der Zelle, die unterschiedliche Funktionen erfüllen.

Details:

• Zellmembran: Phospholipid-Doppelschicht, selektive Permeabilität
• Zellkern: enthält DNA, steuert Zellaktivitäten
• Mitochondrien: Energieproduktion, ATP-Synthese
• Ribosomen: Proteinbiosynthese
• Endoplasmatisches Retikulum (glatt und rau): Lipid- und Proteinproduktion
• Golgi-Apparat: Modifikation, Sortierung und Verpackung von Proteinen
• Lysosomen: Verdauung von Makromolekülen
• Cytoskelett: Zellstruktur, -bewegung
• Chloroplasten (nur pflanzliche Zellen): Photosynthese
• Vakuole (vorwiegend pflanzliche Zellen): Speicherung von Stoffen, Aufrechterhaltung des Zellinnendrucks

Zellzyklus und Zellteilung

Definition:

Zellzyklus: Abfolge von Wachstums- und Teilungsprozessen einer Zelle. Zellteilung: Prozess, bei dem sich eine Zelle in zwei Tochterzellen teilt.

Details:

• Zellzyklusphasen: G1, S, G2, M
• Mitose: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase
• Zytokinese: Teilung des Zellplasmas
• Meiose: zwei Teilungen, genetische Vielfalt
• Wichtige Kontrollpunkte: G1/S und G2/M

Signaltransduktion und Kommunikation zwischen Zellen

Definition:

Signalübermittlung zwischen Zellen, wichtig für Zellfunktionen und -reaktionen.

Details:

• Signalarten: chemisch (Hormone, Neurotransmitter), physikalisch (Licht, Temperatur).
• Rezeptoren: Membranständig (GPCRs, RTKs) oder intrazellulär (Nuklearrezeptoren).
• Signalwege:
  • G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR): Aktivierung von G-Proteinen, Bildung von Second Messengers wie cAMP.
  • Rezeptor-Tyrosin-Kinasen (RTK): Dimerisierung und Autophosphorylierung, Aktivierung von Signalkaskaden (RAS/MAPK-Weg).
• Second Messengers: cAMP, Ca²⁺, IP₃.
• Transkriptionsfaktoren: Aktivierung/Deaktivierung durch Signaleinfluss, Änderung der Genexpression.
• Wichtigkeit: Zellwachstum, Differenzierung, Apoptose, Immunantworten.

Spektrophotometer und ihre Anwendungen

Definition:

Gerät zur quantitativen Bestimmung der Absorption von Licht bei spezifischen Wellenlängen durch eine Probe.

Details:

• Wichtiger Begriff: Lambert-Beer'sches Gesetz \[ A = \text{log}\frac{I_0}{I} = \text{ɛ} \times c \times d \]
• Anwendungen: Bestimmung der Konzentration von Proteinen, Nukleinsäuren u.a.
• Messbereich: UV/VIS-Spektroskopie (200-800 nm)
• Probenvorbereitung: oft Verdünnung notwendig
• Interpretation: Spektren zeigen spezifische Absorptionsmaxima an

Proteinbiosynthese und -abbau

Definition:

Prozess der Herstellung und des Abbaus von Proteinen in einer Zelle.

Details:

• Translation: mRNA wird in Ribosomen zu Proteinen übersetzt.
• Transkription: DNA wird in mRNA umgeschrieben.
• tRNA: Bringt Aminosäuren zu den Ribosomen.
• Proteasom: Abbau von ubiquitinierten Proteinen.
• Ubiquitin-Proteasom-System: Markierung defekter Proteine für den Abbau.

Michaelis-Menten-Kinetik

Definition:

Beschreibt die kinetischen Eigenschaften enzymatischer Reaktionen und wie die Geschwindigkeit von der Substratkonzentration abhängt.

Details:

• Michaelis-Menten-Gleichung: \[ v = \frac{{V_{max} [S]}}{{K_m + [S]}} \]
• \( V_{max} \): maximale Reaktionsgeschwindigkeit
• \( K_m \): Michaelis-Konstante, Substratkonzentration bei halber \( V_{max} \)
• \( [S] \): Substratkonzentration
• Zerfallsannahme: \[ E+S \xrightleftharpoons{k_1, k_{-1}} ES \xrightarrow{k_2} E+P \]
• Gebrauch zur Bestimmung von Enzymeigenschaften und Inhibitorwirkungen

Einfluss von Umweltfaktoren auf Enzymreaktionen

Definition:

Einfluss von Umweltfaktoren wie Temperatur, pH-Wert und Substratkonzentration auf die Aktivität von Enzymen in biochemischen Reaktionen.

Details:

• Temperatur: Enzymaktivität steigt typischerweise mit zunehmender Temperatur bis zum Optimum; zu hohe Temperaturen führen zur Denaturierung.
• pH-Wert: Jedes Enzym hat ein spezifisches pH-Optimum; Abweichungen können zu Aktivitätsverlusten führen.
• Substratkonzentration: Erhöhte Substratkonzentration erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit bis zur Sättigung gemäß der Michaelis-Menten-Kinetik.
• Formeln: Michaelis-Menten-Gleichung \[ v = \frac{V_{max} [S]}{K_m + [S]} \]

Glykolyse und Glukoneogenese

Definition:

Glykolyse: Abbau von Glucose zu Pyruvat. Glukoneogenese: Neubildung von Glucose aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorstufen.

Details:

• Glykolyse: Im Cytosol ablaufend, ergibt 2 ATP und 2 NADH
• Schritte: Glucose → Glucose-6-Phosphat → Fructose-6-Phosphat → Fructose-1,6-bisphosphat → 2x Glycerinaldehyd-3-phosphat → 2x 1,3-Bisphosphoglycerat → 2x 3-Phosphoglycerat → 2x 2-Phosphoglycerat → 2x Phosphoenolpyruvat → 2x Pyruvat
• Schlüsselenzyme: Hexokinase, Phosphofructokinase-1 (PFK-1), Pyruvatkinase
• Regulation: Allosterische Effektoren, Energiebedarf
• Glukoneogenese: In Leber und Niere, benötigt ATP und GTP
• Schritte: Pyruvat → Oxaloacetat → Phosphoenolpyruvat → 2-Phosphoglycerat → 3-Phosphoglycerat → 1,3-Bisphosphoglycerat → Glycerinaldehyd-3-phosphat → Fructose-1,6-bisphosphat → Fructose-6-phosphat → Glucose-6-phosphat → Glucose
• Schlüsselenzyme: Pyruvatcarboxylase, PEP-Carboxykinase, Fructose-1,6-bisphosphatase, Glucose-6-phosphatase
• Regulation: Hormonell (Insulin, Glucagon), Substratverfügbarkeit