biologie für mediziner - willkommen · aufbau, energiegewinnung, stoffwechsel. geschichte der...
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Biologie für Mediziner
- Zellbiologie 1 -
Dr. Martin KahmsInstitut für Medizinische Physik und Biophysik/
CeNTechGievenbecker Weg 11
Tel. 0251-836 [email protected]
Prof. Dr. Reiner PetersInstitut für Medizinische Physik und Biophysik/
CeNTechRobert-Koch-Strasse 31
Tel. 0251-835 [email protected]
Vorlesung „Biologie für Mediziner“
1) Zellbiologie
2) Humangenetik
3) Mikrobiologie
SS 06, Mo- Do 11.15 -12.00 h
Vorlesungsplan
10.07 – 12.07Mikrobiologie 3Karch
04.07 - 06-07Mikrobiologie 2von Eiff/ Fegeler
22.06 - 29.06Mikrobiologie 1Schmidt
17.05 - 21.06HumangenetikHorst
11.05 -16.05Genomevolution/EvolutionsmedizinBrosius
02.05 - 10.05Zellbiologie 3Vestweber
20.04 - 27.04Zellbiologie 2Gerke
11.04 -19.04Zellbiologie 1Kahms/ Wesselmann
Literatur
Biologie für Medizinerund Naturwissenschaftler
Monica Hirsch-KauffmannManfred Schweiger
Thieme Verlag
Literatur
Biologie Lehrbuch der allgemeinenBiologie für Mediziner undNaturwissenschaftler
Koecke, Emschermann, Härle
Schattauer Verlag
and advanced…
Molekulare Zellbiologie
Lodish, Berk, Zipursky, Matsudaira, Baltimore, Darnell
Spektrum Verlag
Sonstige Veranstaltungen
1) Praktikum Gruppeneinteilung und Termine sind bekannt
2) KlausurDo. 13.07 11.15 – 12.00 Hörsaal Anatomie
Zellbiologie I
1) Einführung Ursprung des Lebens, Visualisierung von Zellen
2) Molekulare Bausteine der Zelle Proteine, Lipide, Nukleinsäuren
3) Biologische Membranen Aufbau, Funktion, Endo/ Exocytose
4) Zellkern Struktur, Chromatin, Replikation, Transkription
5) Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat Struktur, Proteinsynthese, Proteintransport
6) Mitochondrien Aufbau, Energiegewinnung, Stoffwechsel
Geschichte der Zellbiologie
1590 Johannes und Zacharias Janssen: Erfindung des Mikroskops
1665 Robert Hooke prägte den Begriff Zelle (cellula, Kämmerchen), entdeckt im Gewebe des Flaschenkorks
1674-1700 Anton van Leeuwenhoek entdeckt mit selbstgebautem Mikroskop Mund- und Darmbakterien, parasitäre Einzellerund rote Blutkörperchen mit Kern
1838/1839 Matthias Jacob Schleiden: alle Pflanzen bestehen aus Zellen; Theodor Schwann erweitert noch im selben Jahr die Aussage auf Tiere.
1849 Wilhelm Hofmeister: Mitose bei Pflanzen1855 Rudolph Virchow: „Omnis cellula e cellula“; Zellen
entstehen nur aus bereits vorhandenen Zellen
Geschichte der Zellbiologie
1860 Louis Pasteur und andere widerlegen die Theorie, dass Zellen spontan aus toter organischer Materie (generatio spontanea) entstehen können
1876 Oskar Hertwig: Befruchtung eines Seeigeleis unter dem Mikroskop beobachtet
1931 Ernst Ruska: Bau des ersten Elektronenmikroskops1953 Watson/ Crick: Modell der DNA-Doppelhelix1972 Singer/Nicholson: „fluid mosaic model“ der Zellmembran1977 Woese: Sonderstellung der Archaebakterien
Präbiotische Entstehung organischer Moleküle
Gasgemisch CO, CH4, NH3, SO2elektrische Entladung
Entstehung einfacher organischer Verbindungen
z.B.Glycin, Alanin, Milchsäure, Harnstoff
Die frühe RNA-Welt
Hypothese Gilbert:
RNA-Moleküle katalysieren eigene ReplikationEntstehung selbstreplizierender Syteme
RNA-Moleküle entwickeln Repertoire eigener enzymatischer Aktivitäten
wichtige Entdeckung: RNA-Moleküle können als Enzyme wirken (Ribozyme)
RNA-Moleküle synthetisieren Proteinesetzen sich durch, da 20 AS vielseitiger sind als 4 Basen
Reverse Transkription: Bildung von DNAersetzt RNA als genetisches Material (stabiler und zuverlässigerer Speicher)
Prokaryoten vs. Eukaryoten
• keine Organellen
• keine Kompartimentierung durch Membranen
• Größe ~ 1 µm
• DNA: circulär
• 1 Chromosom; evtl. Plasmide
• Reproduktion: nicht mitotisch
• Organellen: Zellkern, Mitochondrien, Golgi-Apparat etc.
• Kompartimentierung: Kernhülle, Vakuolen, Membranvesikel etc.
• Größe ~ 20 µm
• DNA im Zellkern, Histone
• meist mehrere Chromosomen
• Reproduktion: mitotisch
Prokaryoten Eukaryoten
Stammbaum des Lebens
Sequenzanalyse ribosomaler RNA ergab weitereUnterscheidung von Prokaryoten in
ArchaebakterienEubakterien
Von der Zelle zum Organismushierarchischer Aufbau
Organismus
Organ
Gewebe
Zelle
Organellen
Molekülaggregate
Makromoleküle
Dimensionen
Strukturuntersuchungen:• >100 µM Auge• >250 nm Lichtmikroskopie• >0.5 nm Elektronenmikroskopie• <0.5 nm Röntgenstrukturanalyse
Auflösung der Lichtmikroskopie
Rayleigh Kriterium
zwei Punkte sind nurunterscheidbar, wenn für ihren Abstand gilt:
αλ
sin**61.0
nd =
n = Brechungsindex (Luft, Wasser, Öl)
Bsp: λ = 500 nmn*sinα =1.2
d ~250 nm
numerische Apertur(Kenngröße eines Objektivs)
NA= n*sinα
Fluoreszenzfarbstoffe
Fluoreszenzfarbstoffe nehmen Licht einer bestimmten Wellenlänge auf und geben Licht einer höheren Wellenlänge wieder ab
Anfärbung und Visualisierung spezifischer Zellstrukturen oder Proteine möglich über
- Farbstoffe, die von selbst in Membranen, DNA…insertieren- Antikörper, die gegen Strukturen gerichtet sind, und mit einem zweiten Farbstoff-markierten Antikörper detektiert werden
Mikrotubuli
EndothelzellenFärbung von Mikrotubuli
Mikrotubuli- röhrenförmige Proteinfilamente - Bestandteil des Cytoskeletts- mechanische Stabilisierung der Zelle und ihrer äußeren Form - aktive Bewegungen der Zelle als Ganzes - Bewegungen und Transporte innerhalb der Zelle.
Aktinfilamente
EndothelzellenFärbung von Aktinfilamenten(grün)Färbung des Zellkerns(blau)
Aktinfilamente-Bestandteil des Zytoskeletts-Stabilisierung der äußeren Zellform-intrazellulären Transporten -zentraler Bestandteil des Kontraktionsapparats der Muskeln
Mitochondrien
EndothelzellenFärbung der Mitochondrien(rot)Färbung der Aktinfilamente(grün)Färbung des Zellkerns(blau)
Mitochondrien- von einer Doppelmembran umschlossenes Organell- „Kraftwerk“ der eukaryotischen Zelle- Hauptfunktion: Herstellung von ATP unter Sauerstoff-Verbrauch - Größe beträgt etwa 0,5 bis 10 µm
Lysosomen und Golgi-Apparat
NierenzellenFärbung von Lysosomen(rot)Färbung des Zellkerns(blau)Färbung des Golgi-Apparates(grün)
Lysosomen-winzige (0,1-1µm), von einer Membran umschlossene Zellorganellen (Vesikel)
-vom Golgi-Apparat gebildet -enthalten hydrolytische Enzyme und Phosphatasen-Funktion: Verdau aufgenommener Fremdstoffe
Golgi-Apparat-durch Membranen begrenzte Hohlräume-Abschnürung von Transportvesikeln-chemische Modifizierung von Proteinen
Endoplasmatisches Retikulum
EndothelzellenFärbung des EndoplasmatischenRetikulums
Endoplasmatisches Retikulum-weit verzweigten Membran-Netzwerk aus Röhren und Zisternen -ER -Membran geht direkt in die Kernhülle des Zellkerns über-Ort der Proteinsynthese, Proteinfaltung, -posttranslationale Modifikationen von Proteinen-Proteintransport-Unterscheidung in rauhes und glattes ER
Elektronenmikroskopie
Auflösung eines Mikroskopsist physikalisch durch die Wellenlänge der verwendeten Strahlung limitiert
schnelle Elektronen haben einesehr viel kleinere Wellenlängeals sichtbares Licht
höhere Auflösung im Elektronenmikroskop
Transmissionselektronenmikroskop