Physiologie Und Entwicklung

BIOLOGIE-TUTORIUMmit Yannic Wilberg

yannic.wilberg@stud.uni-goettingen.de

PHYSIOLOGIE

PHOTOSYNTHESE

6 CO2 + 12 H2O ---> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

∆G0 = 2870 kJ * Mol-1

Licht

PHOTOSYNTHESE

• Pflanzen sind Produzenten (Kohlenstoff-autotroph)

• Tiere sind Konsumenten (Kohlenstoff-heterotroph)

METABOLISMUS

• Gesamtheit aller Stoffwechselvorgänge

• anaboler Metabolismus

• Aufbau, Synthese komplexer Verbindungen aus Vorstufen

• kataboler Metabolismus

• Abbau, Energiegewinnung unter Verbrauch energiereicher Verbindungen

ATP ALS ENERGIETRÄGER

GLUKOSE-ABBAU

• ∆G0 sollen wieder frei werden

• Zwei Wege:

• Atmung (aerob): nur mit O2

• Gärung (anaerob): ohne O2

• Glucose meist Stärke Abkömmlig

• Spaltung im Mundraum durch Amylasen

ATMUNG

• Vollständiger Abbau der Glucose zu CO2 und H2O

• 6 O2 + C6H12O6 + 36 ADP + 36 Pi ---> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP + Wärme

GLYKOLYSE

GLYKOLYSE

• 1 Glucose (C6) + 2 ADP + NAD+

• ---> 2 Pyruvat (C3) + 2 ATP + 2 NADH+H+

• Um die 2 NADH+H+ ins Mitochondrium zu transportieren werden 2 ATP wieder verbraucht

CITRATZYKLUS

CITRATZYKLUS

• Insgesamt entstehen:

• 2 ATP

• 8 NADH+H+

• 2 FADH2

ATMUNGSKETTE

• An der Mitochondrieninnenmemban

• Reduktionsäquivalente (NADH+H+ u. FADH2) werden in kontrollierter Knallgasreaktion oxidiert

• dabei wird Energie frei

•Nutzung zur ATP-Synthese

ATMUNGSKETTE

ATMUNGSKETTE

•NADH+H+ „liefert“ 3 ATP

• FADH2 „liefert“ 2 ATP

BILANZAnzahl nach... ATP NADH+H+ FADH2

Glykolyse

Eintransport

Citratzyklus

Endoxidation NADH+H+

Endoxidation FADH2

Summe

2 2 0

-2 0 0

2 8 2

30 -10 0

4 0 -2

36 0 0

GÄRUNG

• Unter Abwesenheit von O2

• keine Atmungskette und Citratzyklus

• Es enstehen nur die 2 ATP aus der Glykolyse

• ∆G0 = 61 kJ/Mol

• Wirkungsgrad nur 2,1%

• Zelle produziert Milchsäure (oder Ethanol) um das NADH+H+ zu NAD+ zurück zu oxidieren (Regeneration)

PROTEINEals Enzyme

DIE PEPTIDBINDUNG

PRIMÄRSTRUKTUR

SEKUNDÄRSTRUKTUR

TERTIÄR- UND QUARTÄRSTRUKTUR

STABILISIERUNG DER PROTEINSTRUKTUR

ENZYME

Enzyme sind Proteine, die als Katalysatoren arbeiten!

WAS IST EIN KATALYSATOR?

• Ein Katalysator beschleunigt eine chemische Reaktion, ohne dabei selbst verbraucht zu werden

• Er setzte die erforderliche Aktivierungsenergie herab

WAS IST EIN KATALYSATOR?

ENZYME

ENZYME

• substratspezifisch (Induced-Fit-Prinzip)

• wirkungsspezifisch (aber Hin- und Rückweg der gleichen Reaktion)

• Enzyme beschleunigen das Erreichen des chemischen Gleichgewichtszustandes, haben aber keinen Einfluss auf die Lage des Gleichgewichtes.

• Funktion stark Temperatur- und pH-abhänig

REGULIERUNG DER ENZYMAKTIVITÄT

• Kompetitive Regulation

• Allosterische Regulation

KOMPETITIVE HEMMUNG

Inhibitor konkurriert mit Substrat um aktives Zentrum

ALLOSTERISCHE REGULATION

Effektor wirkt nicht direkt am aktiven Zentrum!

HORMONE

HORMONE

• Alle Sekrete, die in das eigene Transportsystem des Organismus abgegeben werden, sind Hormone (endokrine Sekretion)

• Viele davon haben Steuerfunktion

• 2 wichtige Charakteristika:

• geringe Konzentrationen

• kurze Halbwertszeiten

HORMONE

• Hormone können an spezielle Rezeptorproteine der Zellmembran binden und damit Signaltransduktionsketten in Gang setzen

• Können lipophil oder hydrophil sein (unterschiedliche Wirkweisen)

G-PROTEIN AKTIVIERUNG

SECOND-MESSENGER-PRINZIP

viele hydrophile Hormone! z.B.

Adrenalin

GENAKTIVIERUNGSPRINZIP

• lipophile Hormone können die Zellmembran passieren

• binden in Zelle an Rezeptor

• können Genregulation beeinflussen

BLUTZUCKER-STOFFWECHSEL

HORMONE

HORMONE

• Gleiche Rezeptortypen können an unterschiedlichen Arten von Zellen unterschiedliche Zellantworten hervorrufen

• Unterschiedliche Rezeptortypen können an der gleichen Art von Zellen unterschiedliche Zellantworten hervorrufen

BEISPIELFRAGEN

BEISPIELFRAGEN• Wählen Sie die richtige der folgenden Aussagen aus!

• (A) Das Redoxpotential von einem Mol NADH + H+ ist bei Nutzung der Atmungskette für die Synthese von 3 Mol ATP ausreichend.

• (B)  Während des Citratzyclus werden als Reduktionsequivalente auschließlich FADH2, aber nicht NADH + H+ gebildet.

• (C)  Die Hydrolyse von AMP kann in der Zelle zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden.

• (D) Die Succinatdehydrogenase wird durch Malonat allosterisch reguliert.

• (E) Der Wirkungsgrad bezüglich der Energiegewinnung ist bei der Gärung größer als bei der Atmung.

BEISPIELFRAGEN• Wählen Sie die richtige der folgenden Aussagen aus!

• (A) Das Redoxpotential von einem Mol NADH + H+ ist bei Nutzung der Atmungskette für die Synthese von 3 Mol ATP ausreichend.

• (B)  Während des Citratzyclus werden als Reduktionsequivalente auschließlich FADH2, aber nicht NADH + H+ gebildet.

• (C)  Die Hydrolyse von AMP kann in der Zelle zur Verrichtung von Arbeit genutzt werden.

• (D) Die Succinatdehydrogenase wird durch Malonat allosterisch reguliert.

• (E) Der Wirkungsgrad bezüglich der Energiegewinnung ist bei der Gärung größer als bei der Atmung.

BEISPIELFRAGENWelche Aussage zu hormonellen Wirkungen trifft zu?

A: Hormone können die Transkription nicht beeinflussen

B: Bei der hormonellen Regulation der Homöostase der Blutglucose wirken Insulin und Glucagon antagonistisch

C: Durch Signaltransduktionsketten erfolgt keine Verstärkung des Signals

D: Lipophile Hormone binden an membrangebundene Rezeptoren

E: Die Aktivierung der Adenylatcyclase ist unabhängig von G-Proteinen.

BEISPIELFRAGENWelche Aussage zu hormonellen Wirkungen trifft zu?

A: Hormone können die Transkription nicht beeinflussen

B: Bei der hormonellen Regulation der Homöostase der Blutglucose wirken Insulin und Glucagon antagonistisch

C: Durch Signaltransduktionsketten erfolgt keine Verstärkung des Signals

D: Lipophile Hormone binden an membrangebundene Rezeptoren

E: Die Aktivierung der Adenylatcyclase ist unabhängig von G-Proteinen.

PAUSE

ENTWICKLUNG

ENTWICKLUNG

• Eingeleitet durch Befruchtung

• Vereinigung von mütterlichem und väterlichem Zellkern

• --->diploide Zygote

FURCHUNG

•Mitotische Teilung ohne zelluläre Differenzierung:

• Furchung ---> Blastula entsteht (vielzelliges Gebilde)

• besteht aus Blastomeren die ein Blastocöl umschließen

GASTRULATION

•mRNA-Synthese beginnt mit Differenzierung zusammen

• Einwandern von Äußeren Zellschichten und Anordnung zu Keimblättern (Ento-, Meso- und Ektoderm)

• Grundbauplan bei allen Wirbeltieren gleich

PROTOSTOMIER VS. DEUTEROSTOMIER

• Beim Einstülpen der Keimblätter bildet sich ein Urmund

• bei Protostomiern wird dies der spätere Mund, daher liegt ihr ZNS ventral

• bei Deuterostomiern wird dies der After, daher liegt ihr ZNS dorsal

ZELLULÄRE DIFFERENZIERUNG

• Ausdifferenzierung der einzelnen Zellen zu Organen

CHORDATEN

• Chorda dorsalis als elastischer Stützstab

•Dorsales Zentrales Nervensystem

• Kiemendarm

• ventrales Herz

• segmentale Gliederung

DOTTERVERTEILUNG

DOTTERVERTEILUNG

ENTWICKLUNG DER AMPHIBIEN

FURCHUNG

• 1. u. 2. Teilung meridonal

• 3. Teilung äquatorial aber nicht in der Äquatorialebene

• --->total-inäqual

• Entstehung von Mikromeren am animalen Pol und Makromeren am vegetativen Pol

• Am Ende der Furchung vielzellig, ohne Größenzuwachs

GASTRULATION

• Beginn unter Äquator der Blastula

• Zellen senken sich nach innen ein---> Dorsale Lippe

• immer Weitere Invagination mesodermaler Zellen

• Zellen des animalen Pols umwachsen den Keim

GASTRULATION

• Über die Dorsallippe eingewanderte Zellen formieren das Urdarmdach

• --->Chorda-Anlage

• Blastocöl wird immer weiter verdrängt

• Urmund breitet sich aus:

• Ventral- und Laterallippen

GASTRULATION

•Dotterpfropf verschließt Urmund

• Bei späterer Zusammenziehung des Urmundes nicht mehr zu sehen

AMPHIBIENGASTRULATION

• 1. Einstülpung von entodermalen Flaschenzellen im Bereich des grauen Halbsmonds

• 2. Einwanderung von Zellen über die Urmundlippe; Bildung des Urdarms; Positionierung des Chordamesoderms

• 3. Ektoderm Vorläuferzellen umwachsen den Keim

• 4. Ergebnis: drei Keimschichten in richtiger Position

ENTWICKLUNG DER VÖGEL

• Vogelei hat viel Dotter (polylecithal)

• Eiplasma und Zellkern liegen quasi einer Dotterkugel auf.

•Nachbefruchtung wird Eizelle mit Eiweiß umgeben, Aufhängung durch Hagelschnüre

• Schalenhaut und Kalkschale

FURCHUNG

•Nicht vollständig, Dotter wird nicht durchfurcht

• Bildung der Keimscheibe

• --->partiell-discoidal

GASTRULATION

• Hypoblast wird zum Dottersack

• Charakteristisch: Primitivstreifen in Area pellucida

• beginnent am Hensen‘schen Knoten cranial

GASTRULATION

GASTRULATION

GASTRULATION

• Primitivknoten zieht sich nach caudal zurück

• cranial beginnt mit der Neurulation schon die Organogenese

• Säuger verhalten sich wie Vögel, nur ohne Dotter!

ORGANOGENESE

• In der Organogenese enstehen alle Organe.

• für uns interessant: Neurulation

NEURULATION

• Chorda dorsalis (Mesoderm) liegt unter Ektoderm, seitlich davon befinden sich die Somiten

• Chorda induziert die Bildung eines Neuralrohres

NEURULATION

GEHIRNDIFFERENZIERUNG

Differenzierung in 3 Vesikel:Pros-, Mes- und Rhombencephalon

Prosencephalon --> Telencephalon u. Diencephalon

Telencephalon--->Großhirn

DIFFERENZIERUNG DES MESODERMS

BEISPIELFRAGEN

BEISPIELFRAGEN

• Welche Aussage zur Furchung der Wirbeltiere ist richtig?

• A: Frosch- und Molchzygoten furchen sich total äqual.

• B: Menschliche Zygoten furchen sich partiell inäqual.

• C: Eine partiell discoidale Furchung findet sich bei dotterreichen Eiern.

• D: Bei Furchungsteilungen entsteht im Inneren der Blastula das Coelom.

• E: Die Blastula des Huhns besitzt dotterreiche Makromeren im Epiblast.

BEISPIELFRAGEN

• Welche Aussage zur Furchung der Wirbeltiere ist richtig?

• A: Frosch- und Molchzygoten furchen sich total äqual.

• B: Menschliche Zygoten furchen sich partiell inäqual.

• C: Eine partiell discoidale Furchung findet sich bei dotterreichen Eiern.

• D: Bei Furchungsteilungen entsteht im Inneren der Blastula das Coelom.

• E: Die Blastula des Huhns besitzt dotterreiche Makromeren im Epiblast.

BEISPIELFRAGEN

• Welche Aussage ist richtig? Die Neurulation...

• A: Wird durch Signale aus dem Seitenplattenmesoderm induziert.

• B: Verläuft bei Amphibien von caudal nach cranial.

• C: Führt zu einem mit Mesoderm gefüllten Neuralrohr.

• D: Beginnt bei Vögeln schon cranial, während im caudalen Teil des Embryos noch Gastrulation abläuft.

• E: Führt zur Gehirnbildung aus dem Vorderende der Chorda dorsalis.

BEISPIELFRAGEN

• Welche Aussage ist richtig? Die Neurulation...

• A: Wird durch Signale aus dem Seitenplattenmesoderm induziert.

• B: Verläuft bei Amphibien von caudal nach cranial.

• C: Führt zu einem mit Mesoderm gefüllten Neuralrohr.

• D: Beginnt bei Vögeln schon cranial, während im caudalen Teil des Embryos noch Gastrulation abläuft.

• E: Führt zur Gehirnbildung aus dem Vorderende der Chorda dorsalis.

ENDEyannic.wilberg@stud.uni-goettingen.de