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Leitfäden und Tipps
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Biochemie Lernzettel, Mitschriften von Biologie

Themen aus den Vorlesungen waren: 1. Ein Rundgang durch die (eukaryontische) Zelle (Kapitel 6) 2. Membranstruktur und Funktion (Kapitel 7) 3. Einführung in den Metabolismus (Kapitel 8) • Thermodynamik • Enzymatische Katalyse 4. Zellatmung - ein kurzer Überblick (Kapitel 9) Kapitel beziehen sich auf die des Campbell Biologie Buches

Art: Mitschriften

2022/2023

Zum Verkauf seit 17.11.2023

maliboemeke
maliboemeke 🇩🇪

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Biochemie
Zellfraktionierung
Zellen werden in dessen Zellbestandteile geteilt und voneinander getrennt
mithilfe einer Zentrifuge sinken die größeren Zellbestandteile auf den Boden
somit können Zellbestandteile näher charakterisiert werden
Rundgang durch die Eukaryontische Zelle
drei großen Gruppen der Lebewesen der Erde sind:
Prokaryoten (Bakterien (Eubacteria)
Archea (Archeabacteria))
Eucaryoten
Eukaryoten (größer) Prokaryoten
Produkt der Fusion eines α-Proteobakteriums mit
einem Archaebakterium (Endosymbiontentheorie)
Zellkern mit DNA Nukleus (freie DNA) mit haploidem
Chromosomensatz
Kompartimentierung (Ribosomen, Mitochondrien,
ER, Golji Apparat...)
Weniger Kompartimentierung, aber auch Ribosomen
Tierzellen haben keine Zellwand Steiffe Zellwände
Flagellen – Proteinfäden zur Fortbewegung
Transkription im Zellkern, Translation im Cytoplasma Proteinbiosynthese im Zellplasma (nach Transkription
sofort Translation)
Organellen
Golgi Apparrat
Golgi Apparat dient als “Fabrik/ Lagerhaus”, da es auf
sekretorische Aufgaben der Transportvesikel spezialisiert
ist
Membranstapel sind polar, weshalb es eine cis- und
trans- Seite gibt
Cis- Seite ist dem ER zugewandt und empängt
Transportvesikel indem sie andocken und fusieren
(Übertragung des Inhalts)
Trans- Seite ist, wo die Vesikel den Golgi Apparat
verlassen zur Plasmamembran
Produkte werden bei der Durchwanderung des Apparates
chemisch modifiziert, zB. glykolysiert
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Biochemie

Zellfraktionierung

  • Zellen werden in dessen Zellbestandteile geteilt und voneinander getrennt
  • mithilfe einer Zentrifuge sinken die größeren Zellbestandteile auf den Boden
  • somit können Zellbestandteile näher charakterisiert werden Rundgang durch die Eukaryontische Zelle drei großen Gruppen der Lebewesen der Erde sind:
  • Prokaryoten (Bakterien (Eubacteria) Archea (Archeabacteria))
  • Eucaryoten Eukaryoten (größer) Prokaryoten Produkt der Fusion eines α-Proteobakteriums mit einem Archaebakterium (Endosymbiontentheorie) Zellkern mit DNA Nukleus (freie DNA) mit haploidem Chromosomensatz Kompartimentierung (Ribosomen, Mitochondrien, ER, Golji Apparat...) Weniger Kompartimentierung, aber auch Ribosomen Tierzellen haben keine Zellwand Steiffe Zellwände Flagellen – Proteinfäden zur Fortbewegung Transkription im Zellkern, Translation im Cytoplasma Proteinbiosynthese im Zellplasma (nach Transkription sofort Translation) Organellen Golgi Apparrat
  • Golgi Apparat dient als “Fabrik/ Lagerhaus”, da es auf sekretorische Aufgaben der Transportvesikel spezialisiert ist
  • Membranstapel sind polar, weshalb es eine cis- und trans - Seite gibt ◦ Cis- Seite ist dem ER zugewandt und empängt Transportvesikel indem sie andocken und fusieren (Übertragung des Inhalts) ◦ Trans - Seite ist, wo die Vesikel den Golgi Apparat verlassen zur Plasmamembran
  • Produkte werden bei der Durchwanderung des Apparates chemisch modifiziert, zB. glykolysiert

Funktion der DNA : Kontrolle der Biosynthese von Atmungskette und Photosystemen; Koordination zwischen Nukleus und Organell ← Sekretorischer Weg: Transportvesikel bewegen die produzierten Proteine aus dem Endoplasmatischen Retikulum (ER) über den Golgi-Apparat zur Plasmamembran Ribosomen:

• im Zytoplasma

• aus rRNA (ribosomaler RNA) und Proteinen bestehend

• Hauptaufgabe ist Translation während der Proteinbiosynthese

-> Endozytischer Weg= zellulärer Vorgang, bei dem durch Einstülpung von Bereichen der Zellmembran aus der Umgebung der Zelle Flüssigkeit und Partikel aufgenommen werden. Zusätzlich wird dadurch die Zusammensetzung der Zellmembran reguliert und der Transport von Rezeptoren von der Zellmembran vermittelt Es gibt Exozytose und Endozytose:

• Exozytose ist ein Vorgang, bei dem Vesikel aus dem Zellinneren mit der Plasmamembran

verschmelzen und seine Inhaltsstoffe nach außen gibt

• Endozytose ist ein Vorgang, bei dem Flüssigkeiten oder Feststoffe (Partikel) aus der extrazellulären

Flüssigkeit ins Cytoplasma aufgenommen werden durch Einstülpung ihrer Plasmamembran (Bildung von Vesikeln) zum Lysosom

Phagozytose Autophagozytose

Abbau extrazellulärer Partikel, Mikroorganismen oder Flüssigkeiten

durch spezialisierte Zellen (Phagozyten)

(Aufnahme und Verdau grosser Partikel)

Autophagozytose ist derselbe Prozess, jedoch baut die Zelle hier eigene Bestandteile ab durch Verschmelzung mit Lysosom

(Selbstverdau)

Aufnahme flüssiger oder

gelöster Bestandteile in

das Zytosol von Zellen

extrazelluläres Material wird

spezifisch durch die Bindung an

Rezeptoren in der

Plasmamembran aufgenommen

Aufnahme extrazellulärer

Partikel, Mikroorganismen

oder Flüssigkeiten durch

spezialisierte Zellen

Diese Zellen haben ein stark vermehrtes ER: (aufgrund der höheren Aktivität als Entgifter von Fremdstoffen)

  • Immunzellen (B-Zellen; produzieren Antikörper)

• Beta-Zellen des Pankreas (Bauchspeicheldrüse)

Zusammenfassung der Organellen und dessen metabolische Reaktionen:

ER, Golgi Aparrat, Endosomen, Lysosomen/

Vakuole, Plasmamebran

  • Sekretorischer Weg → Proteinbiosynthese
  • Lipidbiosynthese
  • Glykosylierung von Lipiden und Proteinen

Peroxisomen • Lipidbiosynthese

• Lipidoxidation

• Abbau von Aminosäuren

Mitochondrien • Atmung

• Lipidoxidation

• Abbau von Aminosäuren

Chloroplasten • Photosynthese

• Zuckersynthese

Cytosol • Zuckersynthese/ Abbau

• Lipidbiosynthese

• Aminosäuresynthese

Zytoskellet Mikrotubuli/ Tubulin= steife röhrenförmige Proteinkomplexe, die für die Bewegung der Vesikel verantwortlich sind und unter anderem den (Mitose-)Spindelapparat ausmachen, sind die Grundlage des Zytoskeletts

  • Zentrosom (9 Mikrotubulus Tripletts) bildet Anker der Mikrotubuli →
  • Chromosomentransport bei der Zellteilung (mitotische Spindel)
  • beteiligt an der Fortbewegung durch Flagellen und Cilien
  • binden Kinesine/ Dyneinen für den Vesikulären Transport
  • Tubulin bindet Nukleotid GTP (Guanin- Triphosphat) um Mikrotubuli aufzubauen Fortbewegung von Flagellen
  • Dynein (große Motorproteine) verbindet Mikrotubuli außen an den Dubletten
  • Wanderung der zwei “Füße” vom Dynein entlang der Mikrotubuli erzeugt Bewegung mit ATP als Energiequelle
  • Wenn Mikrotubuli verankert sind, führt die Dynein-Bewegung zur Biegung.
  • In Kombination ergibt sich eine Wellenbewegung Fortbewegung von Cilien:
  • Vor-und-zurück-Bewegung
  • schneller Kraftschlag treibt die Zelle in einer senkrecht zur Cilienachse liegenden Richtung voran Mikrofilamente/ Aktin= zwei ineinander geschwungene Aktinstränge, die zur Muskelkontraktion beitragen , sie dienen zur Stabilisierung der äußeren Zellform und für intrazelluläre Transporte
  • Aktin bindet ATP als Nukleotid, um Filamente aufzubauen
  • Veränderung der Zellgestalt
  • dient als Transportfilament für vesikulären Transport
  • arbeiten mit Myosin (Motorprotein) zusammen zB. Im Muskelkontraktion
  • Zellteilung (Ausbildung der Teilungsfurche) Bakterielle (Prokaryoten) Flagellen machen eine Rotationsbewegung Flagellen eukaryontischer Zellen haben einen Antrieb über einen Protonengradienten(prokaryote)

Muskelkontraktion:

  • Tausende Actinfilamente nebeneinander mit Myosinfilamenten dazwischen (Protein)
  • Myosin fungiert als Motorprotein und tdie Actinfilamente aufeinander zubewegen → Muskel zieht sich zusammen (Kontraktion) Zell-Zellkontakte
  • erlauben direkten Austausch und die Anheftung von Zellen

Membranstruktur und Funktion

Aufbau der Plasmamebran

Pflanzliche Zellen

Plasmodesmen für

Zytoplasmakontakt

- “Löcher” für

Organellen

Tierische Zellen

Tight Junctions

als Kontaktbänder

zwischen

Zellen(halten

Flussigkeiten ab)

Desmosomen als

Kontakstellen aus

Intermediärfilamen

ten

Gap Junctions für

direkten Kontakt

zwischen Zellen

ECM besteht aus

filamentösen

Glykoproteinen

wie

Kollagen und ist

mit dem

intrazelluläre

Zytoskelett in

Kontakt

ATP- Hydrolisierung kann Ablauf von endergonen Reaktionen begünstigen. Durch die Aktivierung

eines Substrates werden die Reaktionen erleichtert und die ∆G Werte der einzelnen Unterreaktionen

sind additiv (spontan)

ATP Synthese braucht Energie, die aus dem Katabolismus genommen wird

Beispiele für ATP-gekoppelte Reaktionen :

  • Glucose plus ATP ergibt Glucose-6-Phosphat (Hexokinase).
  • Dynein plus ATP ergibt eine Konformationsänderung des Motorproteins
  • Transportproteine an der Membran verrichten Arbeit unter ATP- Verwendung Enzymatische Katalyse
  • Enzyme beschleunigen die Aktivierungsenergie durch Stabilisierung des Übergangszustandes
  • beschleunigen damit die Einstellung des natürlichen Gleichgewichts

• “induced fit”= die durch Substratbindung induzierte

Änderung der Konformation des Enzymes (z.B. das Umschließen des Substrates)

• durch induced fit wird Wasser ausgeschlossen, also eine

Hydrolase verhindert

  • Enzyme haben spezielle Temperatur und pH Optima

◦ pH beeinflusst die Protonierung bzw. Deprotonierung von Aminosäureketten

◦ Temperatur beeinflusst die Stabilität von Enzymen

• außerhalb dieser Optima denaturieren/ entfalten sie

• sind Substrat- und Stereospezifisch (Stereoisomere)

Allosterie= koordinative Konformationsänderung durch Wirkung eines Aktivators oder Inhibitors unter Beeinflussung des aktiven Zentrums ( Aktivierung oder Hemmung)

  • allosterisches Zentrum nicht zu verwechseln mit dem aktiven Zentrum
  • durch Bindung eines Inhibitors am allosterischen Zentrum wird das aktive Zentrum geblockt/ die inaktive Form wird stabilisiert

• Endprodukte paralleler Stoffwechselwege können dieser Hemmung

entgegenwirken, indem sie als positive allosterische Effektoren die entsprechenden Enzymaktivitäten stimulieren Kompetitive Hemmung= ein kompetitiver Inhibitor ähnelt dem Substrat und konkurriert mit ihm um das aktive Zentrum Nicht-kompetitive Hemmung= Ein nicht-kompetitiver Inhibitor bindet sich an einer vom aktiven Zentrum entfernter Stelle an das Enzym und ändert damit die Konformation des Enzyms, sodass das aktive Zentrum nicht mehr funktionsfähig ist ← Endprodukthemmung eines Enzyms:

  • Hemmung eines (in der Regel den Anfangsschritt einer Stoffwechselkette katalysierenden) Enzyms durch das Endprodukt einer Stoffwechselkette
  • ← dies ist eine Kaskade
  • der erste exergone Schritt wird am ehesten von dem Endprodukt gehemmt

bei einer Reaktionsfolge aus mehreren hintereinander geschalteten Einzelreaktionen kann nur der letze Schritt eine exergone sein, also eine negative freie Standartenthalpie haben, wenn sich das Endprodukt in merklicher Menge bildet → Zellatmung (kurzer Überblick) – Katabole Stoffwechselvorgänge

  • Oxidation von reduzierten Kohlenstoffverbindungen zu CO
  • Reduktion von molekularen Stoffen zu H2O Gärung= teilweisen Abbau von Zuckern OHNE Beteiligung von Sauerstoff → also unter anaeroben Bedingungen
  • Zellen nutzen dies um NADH zu recyclen
  • in Säugezellen entsteht Laktat , in Hefezellen entsteht Ethanol (Alkohol) Oxidation= Abgabe von Elektronen von Elektronendonoren (Reduktionsmittel) Reduktion= Aufnahme von Elektronen durch Elektronenakzeptor/ Oxidationsmittel Sauerstoff (elektronegativster Reaktinsteilnehmer)
  • Sauerstoff hat Oxidationszustand -2 → zieht zwei Elektronen zu sich heran
  • Wassersrtoff hat Oxidationszustand +1 → lässt sein einziges Elektron dem Reaktionspartner
  • wenn Übertragung von Elektron gleichzeitig mit Proton geschieht, entspricht das einem Wasserstofatoms
  • Zellen gewinnen Energie aus Oxidation (Abgabe von Elektronen) von Nahrung
  • Glucose wird dabei zu CO2 oxidiert (siehe unten)
  • und Sauerstoff wird zu Wasser reduziert Glykolyse (Cytosol) ◦ Kohlenstoffe werden angehängt ◦ in Aktivierungsphase werden ADP und NAD+ zu ATP und NADH + H+, wobei Glucose phosphoryliert wird ◦ Elektronen werden durch NADH transportiert (wird reduziert) ◦ es entsteht ATP in der Substratkettenphosphorylierung
  • Citratzyklus (Mitochondriale Matrix) ◦ Zyklische Oxidation und Sammeln der Elektronen in Reduktionsäquivalenten (NADH, FADH2)
  • Atmungskette (Innenmebran der Mitochondrien) ◦ Reihe von Proteinen ◦ Elektronen werden vom NADH und FADH2 auf die Atmungskette entlang eines abfallenden Reduktionspotenzials übertragen und verrichten dabei Arbeit (die genutzt wird zum Protonentransport). ◦ Elektronen von den Elektronendonatoren werden auf Sauerstoff übertragen Bedeutung von NAD+ bei der zellulären Oxidation
  • wirkt als Reduktions- (NADH) sowie als Oxidationsmittel (NAD+)
  • anderer Elektronenakzeptor in der Zellatmung ist FAD zu FADH