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BIOLOGIE-TUTORIUMmit Yannic Wilberg
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.
