Bio-Klausur (Gesammt?)

Deck 1 — Biomembran: Aufgaben & Feinbau

Biomembran – Hauptidee;Selektiv permeable Phospholipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen (Fluid-Mosaic)

Biomembran – Aufgabe: Abgrenzung/Schutz;Trennt Zellinneres vom Außenraum und schützt vor unerwünschten Stoffen

Biomembran – Aufgabe: Kompartimentierung;Teilt die Zelle in Reaktionsräume (Organellen) → Prozesse getrennt/parallel

Kompartimentierung – Vorteil Oberfläche;Oberflächenvergrößerung ermöglicht viele Reaktionen/Enzymorte

Biomembran – Aufgabe: Selektive Permeabilität;Bestimmt, welche Stoffe hinein/ hinaus dürfen

Biomembran – Aufgabe: Stoffaustausch/Transportkontrolle;Transport über Membranproteine wird reguliert

Biomembran – Aufgabe: Signalaufnahme/Kommunikation;Rezeptoren nehmen Signale auf und leiten sie weiter

Biomembran – Aufgabe: Zell-Erkennung & Zellkontakte;Glykokalyx hilft bei Erkennung (körpereigen/fremd) und Zelladhäsion

Biomembran – Aufgabe: Stabilität/Verankerung;Verbindung zum Cytoskelett/ECM gibt Form und Stabilität

Phospholipid – Eigenschaft;Amphiphil: hydrophiler Kopf + hydrophober Schwanz

hydrophil – Bedeutung;Polar, wasserliebend

hydrophob – Bedeutung;Unpolar, wassermeidend

Warum Doppelschicht?;Amphiphil: Köpfe zum Wasser, Schwänze weg vom Wasser → stabile Doppelschicht

Doppelschicht – Orientierung;Köpfe zeigen zu wässrigen Räumen (Extrazellulärraum & Cytosol), Schwänze nach innen

Lipiddoppelschicht – Barriere;Ionen und stark polare Stoffe kommen nicht frei durch → brauchen Transportproteine

Laterale Diffusion – Definition;Seitliche Bewegung von Lipiden/teils Proteinen in der Membran

Membran – warum „fluid“?;Lipide (und viele Proteine) sind seitlich beweglich → Membran ist zähflüssig

Integrale/Transmembranproteine – Definition;Stecken in/ durch die Membran

Periphere Proteine – Definition;Liegen auf Innen- oder Außenseite der Membran auf

Membranproteine – Funktion Transport;Kanäle/Carrier ermöglichen Transport polarer Stoffe/Ionen

Membranproteine – Funktion Rezeptoren;Binden Signalstoffe (z.B. Hormone) und lösen Signalweiterleitung aus

Membranproteine – Funktion Enzyme;Katalysieren Reaktionen an/ in der Membran

Membranproteine – Funktion Anker;Verankern Membran am Cytoskelett/ECM

Cholesterin – wo?;In Tierzellen zwischen Phospholipiden der Membran

Cholesterin – Hauptfunktion;Reguliert Membranfluidität und erhöht Stabilität

Cholesterin bei Wärme;Bremst „zu flüssig“ (stabilisiert bei hoher Temperatur)

Cholesterin bei Kälte;Verhindert „zu starr“ (hindert zu enges Packen/Erstarren)

Glykokalyx – Definition;Kohlenhydratketten außen an Lipiden/Proteinen (Glykolipide/Glykoproteine)

Glykokalyx – Funktion;Zell-Erkennung, Schutzschicht, Zelladhäsion

Cytoskelett – Lage;Innen an der Membran verankert

Cytoskelett – Funktion;Stabilisiert Zellform und kann Proteindiffusion begrenzen

Fence-Idee – Aussage;Cytoskelett bildet „Zäune“ → nicht alle Proteine sind frei beweglich

Deck 2 — Membranmodelle & Experimente (Frye/Edidin, FRAP)

Overton – Kernaussage;Membran ist lipidartig, da fettlösliche Stoffe leichter passieren

Gorter & Grendel – Kernaussage;Membran besteht aus einer Phospholipiddoppelschicht (Bilayer)

Bilayer – Bedeutung;Doppelschicht aus Lipiden

Gorter & Grendel – Grenze;Proteine werden im Modell nicht erklärt

Davson–Danielli – Kernaussage;Lipiddoppelschicht außen von Proteinschichten überzogen (Sandwich)

Davson–Danielli – Problem 1;Erklärt eingelagerten Proteinanteil schlecht

Davson–Danielli – Problem 2;Erklärt Beweglichkeit/Fluidität und unterschiedliche Membranzusammensetzung schlecht

Singer & Nicolson (1972) – Kernaussage;Fluid-Mosaic: zähflüssige Lipiddoppelschicht + eingelagerte Proteine

Fluid-Mosaic – „Mosaik“;Proteine sind ungleich verteilt/eingelagert und ragen teils heraus

Fluid-Mosaic – „fluid“;Lipide/Proteine können sich seitlich bewegen (laterale Diffusion)

Heute gültiges Membranmodell;Fluid-Mosaic-Modell (Singer & Nicolson)

Lipid-Rafts – Idee;Bestimmte Lipid/Protein-Bereiche bilden „Flöße“ und sind weniger beweglich

Frye & Edidin – Fragestellung;Können Membranproteine seitlich in der Membran wandern?

Frye & Edidin – Methode;Zellfusion zweier Zellen, Proteine unterschiedlich fluoreszent markiert

Frye & Edidin – Beobachtung;Farben mischen sich über die Zelloberfläche

Frye & Edidin – Schlussfolgerung;Membranproteine sind lateral beweglich → Membran ist fluid

FRAP – Fragestellung;Sind Membranbestandteile beweglich (und wie stark)?

FRAP – Methode;Fluoreszent markieren, kleinen Bereich ausbleichen (photobleaching)

FRAP – Beobachtung;Fluoreszenz kehrt im gebleichten Bereich (teilweise) zurück

FRAP – Schlussfolgerung;Ungebleichte Moleküle diffundieren hinein → laterale Diffusion/Beweglichkeit

FRAP – Bedeutung „nicht vollständige Rückkehr“;Teil der Moleküle ist immobil (z.B. am Cytoskelett gebunden)

Deck 3 — Diffusion & Osmose

Diffusion – Definition;Netto-Bewegung von Teilchen von hoher zu niedriger Konzentration (Brownsche Bewegung) bis dynamisches Gleichgewicht

Diffusion – Ursache;Brownsche Molekularbewegung (Zufallsbewegung)

Diffusion – Faktor Temperatur;Temperatur ↑ → Diffusion schneller

Diffusion – Faktor Konzentrationsgefälle;Gradient ↑ → Diffusion schneller

Diffusion – Faktor Teilchengröße;Teilchengröße ↑ → Diffusion langsamer

Osmose – Definition;Diffusion von Wasser durch semipermeable Membran von hypoton nach hyperton

Semipermeabel – Bedeutung;Für Wasser durchlässig, für viele gelöste Stoffe nicht

Osmose – Richtung (Merksatz);Wasser wandert dorthin, wo mehr gelöste Teilchen sind (hyperton)

isotonisch – Bedeutung;Gleiche Konzentration gelöster Stoffe → kein Netto-Wassertransport

hypertonisch (Außenlösung) – Folge für Zelle;Wasser verlässt Zelle → Zelle schrumpft

hypotonisch (Außenlösung) – Folge für Zelle;Wasser tritt ein → Tierzelle kann platzen, Pflanzenzelle wird prall

Osmose – Bedeutung für Pflanzen;Wasseraufnahme erzeugt Turgor → Stabilität

Turgor – Definition;Innendruck der Pflanzenzelle durch Wasseraufnahme gegen die Zellwand

Deck 4 — Transportmechanismen (passiv/aktiv/vesikulär + Deutung aus Material)

Passiver Transport – Definition;Transport ohne ATP mit dem Konzentrations-/Ladungsgefälle

Aktiver Transport – Definition;Transport gegen Gradienten, Energie nötig (meist ATP oder Gradientenkopplung)

Einfache Diffusion – Definition;Direkt durch Lipiddoppelschicht ohne Transportproteine

Einfache Diffusion – geeignet für;Kleine, ungeladene, unpolare Moleküle (z.B. O2, CO2)

Erleichterte Diffusion – Definition;Passiver Transport über Proteine (Kanal oder Carrier)

Kanalprotein – Funktion;Bildet hydrophilen Tunnel durch die Membran (schnell)

Kanaltransport – typisch für;Ionen und polare Stoffe

Carrier – Funktion;Bindet Substrat spezifisch und ändert Konformation → Transport

Carriertransport – Ablauf;Bindung → Konformationsänderung → Freisetzung auf anderer Seite

Carrier vs Kanal – Geschwindigkeit;Kanäle meist schneller, Carrier eher langsamer

Carriertransport – Kennzeichen;Zeigt häufig Sättigung (begrenzte Anzahl Carrier)

Sättigung – Bedeutung (Transport);Ab bestimmter Konzentration steigt Transport nicht weiter → Proteinlimitation

Primär aktiver Transport – Definition;Energie direkt aus ATP (Pumpe) treibt Transport gegen Gradienten

Sekundär aktiver Transport – Definition;Energie indirekt aus Ionengradient treibt gekoppelten Transport

Symport – Definition;Zwei Stoffe werden in gleiche Richtung transportiert

Antiport – Definition;Zwei Stoffe werden in entgegengesetzte Richtungen transportiert

Vesikulärer Transport – Definition;Transport großer Teilchen über Vesikel, ATP nötig

Endocytose – Definition;Aufnahme: Membran stülpt sich ein, Vesikel schnürt sich ab

Phagocytose – Definition;Endocytose fester großer Teilchen

Pinocytose – Definition;Endocytose von Flüssigkeit

Rezeptorvermittelte Endocytose – Definition;Spezifische Aufnahme über Rezeptoren in Membranbereichen

Exocytose – Definition;Abgabe: Vesikel fusioniert mit Membran, Inhalt nach außen

Membranfluss – Definition;Ständiger Austausch/Umverteilung von Membranmaterial über Vesikel

Transport-Deutung: Hinweis ATP;ATP-Verbrauch spricht für aktiven oder vesikulären Transport

Transport-Deutung: Hinweis gegen Gradienten;Transport gegen Konzentrations-/Ladungsgefälle spricht für aktiven Transport

Transport-Deutung: Hinweis Sättigung;Sättigung spricht für Transport über Proteine (Carrier/Kanäle)

Transport-Deutung: Hinweis Linearität;Linearer Zusammenhang spricht eher für einfache Diffusion

Transport-Deutung: Hinweis Spezifität;Hohe Spezifität spricht für Carrier/Rezeptor

Transport-Deutung: Hinweis Teilchengröße;Sehr große Teilchen sprechen für Endo-/Exocytose

Deck 5 — Proteine

Proteine – Grundidee;Häufige Biomoleküle, an fast allen Lebensprozessen beteiligt

Protein – Aufgabe Transport;Beispiel: Hämoglobin transportiert Sauerstoff

Protein – Aufgabe Bewegung;Beispiel: Aktin/Myosin ermöglichen Muskelbewegung

Protein – Aufgabe Struktur;Beispiel: Keratin gibt Stabilität/Form

Protein – Aufgabe Enzyme;Enzyme beschleunigen chemische Reaktionen

Protein – Aufgabe Rezeptoren/Signal;Rezeptoren nehmen Signale auf und leiten sie weiter

Protein – Aufgabe Abwehr;Antikörper dienen der Immunabwehr

Protein – Aufgabe Speicherung;Speicherproteine speichern Nährstoffe

Aminosäuren – Rolle;Grundbausteine der Proteine

Aminosäure – Aufbau;Zentrales C mit Aminogruppe (-NH2), Carboxylgruppe (-COOH), H und Rest R

Rest R – Bedeutung;Bestimmt Eigenschaften (z.B. polar/unpolar/geladen) und beeinflusst Faltung/Funktion

Peptidbindung – Definition;Bindung zwischen Aminosäuren durch Kondensation (H2O-Abspaltung)

Kondensation – Bedeutung;Bei Bindung wird Wasser abgespalten

Primärstruktur – Definition;Aminosäuresequenz (lineare Reihenfolge)

Sekundärstruktur – Definition;α-Helix/β-Faltblatt, regelmäßige Faltung (v.a. H-Brücken)

Tertiärstruktur – Definition;3D-Gesamtform einer Polypeptidkette (Wechselwirkungen der Seitenketten)

Quartärstruktur – Definition;Zusammenlagerung mehrerer Untereinheiten zu funktionsfähigem Protein

Struktur–Funktion – Grundsatz;Die 3D-Struktur bestimmt die Funktion eines Proteins

Sichelzellanämie – Grundidee;Aminosäure-Austausch → andere Eigenschaften → Hämoglobin verändert sich

Sichelzellanämie – Folge;Erythrozyten werden starr/sichelförmig → Durchblutungsstörungen

Denaturierung – Definition;Verlust räumlicher Struktur (v.a. Sekundär/Tertiär/Quartär) → Funktion geht verloren

Denaturierung – Ursachen;Hitze, extreme pH-Werte, Alkohol, Schwermetalle u.a.

Denaturierung – reversibel;Struktur kann unter Bedingungen zurückkehren

Denaturierung – irreversibel;Struktur dauerhaft zerstört, Funktion dauerhaft verloren

Essentielle Aminosäuren – Definition;Körper kann sie nicht ausreichend selbst herstellen → müssen über Nahrung aufgenommen werden

Deck 6 — Enzyme

Enzym – Definition;Biokatalysator (meist Protein), beschleunigt Reaktionen und wird nicht verbraucht

Biokatalysator – Wirkung;Senkt Aktivierungsenergie und erhöht Reaktionsgeschwindigkeit

Aktivierungsenergie – Bedeutung;Energiebarriere, die für Reaktionsstart überwunden werden muss

Enzyme – „milde Bedingungen“;Ermöglichen Reaktionen bei körpernahen Temperaturen/pH

Enzyme ändern Reaktionstyp?;Enzyme ändern nicht, ob Reaktion endergonisch/exergonisch ist (nur Geschwindigkeit)

Kartoffelversuch – Enzym;Katalase in Kartoffel

Kartoffelversuch – Substrat;Wasserstoffperoxid (H2O2)

Kartoffelversuch – Beobachtung;Schaum/Bläschen durch Sauerstoffbildung

Kartoffelversuch – Reaktionsgleichung;2 H2O2 → 2 H2O + O2

Kartoffelversuch – Deutung;Katalase beschleunigt Abbau von H2O2, O2 entsteht sichtbar

Kartoffelversuch – gekocht vs roh;Gekocht: kaum Reaktion → Enzym denaturiert (temperaturabhängig)

Substratspezifität – Definition;Ein Enzym bindet nur bestimmte Substrate

Wirkungsspezifität – Definition;Ein Enzym katalysiert nur eine bestimmte Reaktion (immer gleiches Produkt)

Enzym-Substrat-Komplex – Definition;Substrat bindet → ES-Komplex → Produkt wird freigesetzt, Enzym bleibt unverändert

Induced fit – Definition;Aktives Zentrum ist nicht starr, passt sich beim Binden an → effizientere Reaktion

Einfluss Temperatur – Verlauf;Bis Optimum steigt Aktivität, danach starker Abfall durch Denaturierung

Temperaturoptimum – Definition;Temperatur mit maximaler Enzymaktivität

Einfluss pH – Prinzip;Jedes Enzym hat pH-Optimum, Abweichung senkt Aktivität (Struktur/Ladungen ändern sich)

pH-Optimum – Definition;pH-Wert mit maximaler Enzymaktivität

Einfluss Substratkonzentration – Verlauf;Aktivität steigt bis Sättigung (alle aktiven Zentren besetzt) → Maximum

Kompetitive Hemmung – Definition;Hemmstoff konkurriert am aktiven Zentrum (ähnliche Struktur wie Substrat)

Kompetitive Hemmung – Kennzeichen;Mehr Substrat kann Hemmung teilweise abschwächen

Allosterische/nichtkompetitive Hemmung – Definition;Hemmstoff bindet woanders → Struktur ändert sich → Aktivität sinkt

Allosterische Aktivierung – Definition;Aktivator bindet woanders → Struktur ändert sich → Aktivität steigt

Endprodukthemmung – Definition;Endprodukt hemmt frühes Enzym einer Kette → verhindert Überproduktion

Irreversible Hemmung – Definition;Hemmstoff bindet dauerhaft → Enzym bleibt inaktiv

Deck 7 — Methode: Diagramme auswerten & erstellen

Diagramm auswerten – Schritt 1;Thema nennen: Was wird untersucht?

Diagramm auswerten – Schritt 2;Achsen lesen: x/y, Einheiten, Skala

Diagramm auswerten – Schritt 3;Verlauf beschreiben: steigt/fällt/Optimum/Sättigung + 2–3 Werte ablesen

Diagramm auswerten – Schritt 4;Deuten mit Fachbegriffen (z.B. Denaturierung, Sättigung, passiv/aktiv)

Diagramm auswerten – Schritt 5;Fazit: Kernaussage in 1–2 Sätzen

Diagramm erstellen – Diagrammart;Meist Liniendiagramm bei kontinuierlichen Variablen

Diagramm erstellen – Achsen;Achsenbeschriftung + Einheit + sinnvolle Skalierung

Diagramm erstellen – Darstellung;Punkte sauber setzen, Kurve sinnvoll verbinden (modellgerecht)

Diagramm erstellen – Zusatz;Legende/Titel, wenn mehrere Kurven dargestellt werden

Kurve „Optimum“ deuten;Anstieg bis Optimum (mehr Zusammenstöße), danach Abfall (Denaturierung)

Kurve „Sättigung“ deuten;Maximum, weil begrenzte Enzym-/Carrierzahl → alle aktiven Zentren/Carrier belegt

Kurve „linear“ deuten;Spricht eher für einfache Diffusion (ohne Proteinlimitierung)

Deck 8 — Klausursätze (zum 1:1-Auswendiglernen)

Klausursatz Biomembran;Die Biomembran ist eine selektiv permeable Phospholipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen (Fluid-Mosaic)

Klausursatz Osmose;Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran von hypoton nach hyperton

Klausursatz erleichterte Diffusion;Erleichterte Diffusion erfolgt passiv über Kanal- oder Carrierproteine und zeigt häufig Sättigung

Klausursatz Enzyme;Enzyme senken die Aktivierungsenergie und beschleunigen Reaktionen, ohne verbraucht zu werden

Klausursatz Temperaturkurve;Über dem Temperaturoptimum sinkt die Enzymaktivität, da das Enzym denaturiert und das aktive Zentrum sich verändert