Zellbiologie

Gerhard Wegener, FB Biologie, Uni Mainz
Vorlesung Zellbiologie: Inhaltsübersicht
Einleitung
 Typische Fragen der Biologie
 Vielfalt und Größenordnungen von biologischen Objekten
 Benennung und Klassifizierung von Lebewesen: Artbegriff und binäre Nomenklatur
Kap. 1. Kriterien des Lebens und die Entstehung der Lebewesen
 Gemeinsame Eigenschaften aller Lebewesen: Stoffbestand, Stoffwechsel, zelluläre
Organisation, Reizbarkeit, Wachstum, Entwicklung und Vermehrung
 Entstehung der Lebewesen durch Evolution
Evolution als zentrale Theorie aller biologischen Wissenschaften
Evolution und Sexualität, weltanschauliche Aspekte des Darwinismus
 Molekulare Grundlagen von Vererbung und Evolution
Kap. 2. Moleküle des Lebens
 Die chemische Zusammensetzung von Zellen und Lebewesen (kurzer Überblick)
 Chemische Reaktionen – Polarität
 Struktur und biol. Bedeutung von Wasser: Kovalente Bindung und H-Brücke
 Biologisch wichtige Verbindungen: Aminosäuren und Derivate - Peptide und Proteine –
Proteinstrukturen; Basen – Nucleoside – Nucleotide und Nucleinsäuren
 Biomoleküle und Informationsfluß in Zellen (Übersicht)
Kap. 3. Zellstoffwechsel I: Energie und Leben (Bioenergetik)
Wie werden biologische Prozesse angetrieben und aufrechterhalten?
 Chemische Reaktionen und Gibbs freie Energie (Enthalpie) G
 Konsequenzen der G-Gleichung für den Zellstoffwechsel: Lebewesen als offene
Systeme im Fließgleichgewicht
 Katabolismus und Anabolismus: Energetische Kopplung und ATP
 Energie und Entropie
Kap. 4. Zellstoffwechsel II: Biokatalyse und Enzyme
Wie werden biologische Prozesse durchgeführt?
 Kinetische und energetische Aspekte von Reaktionen
 Reaktionsgeschwindigkeit und Temperatur, Aktivierungsenergie, Arrhenius-Gleichung
 Geschwindigkeit und Spezifität biologischer Reaktionen; Biokatalysatoren
 Bau und Funktionsweise von Enzymen, aktives Zentrum, Induced fit versus SchlüsselSchloß-Prinzip, Michaelis-Menten Kinetik, Substrataffinität (Km)
 Messung von Enzymaktivitäten (z.B. optischer Test)
 Klassifizierung von Enzymen (Internationale Enzymnomenklatur)
 Enzyme als Werkzeuge für biologische Forschung, speziell Molekularbiologie und
medizinische Diagnostik
Gerhard Wegener, FB Biologie, Uni Mainz
Kap. 5.
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Zellstoffwechsel III: Organisation und Regulation von Stoffwechselwegen
Wie werden biologische Prozesse gesteuert und reguliert?
Notwendigkeit biologischer Regulation
Struktur und Komponenten eines Regelkreises
Typen der Regulation von Enzymaktivität: Enzymsynthese, partielle Proteolyse, ProteinInterkonversion, allosterische Regulation, Protein-Protein-Interaktionen und ProteinTranslokation
Regulation eines Stoffwechselweges am Beispiel der Glykolyse, Glykolyse als Regelkreis
Evolution allosterisch regulierter Enzyme
Kap. 6.
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Die räumliche Ordnung von Zellen: Membranen, Zellskelett und zelluläre
Transport- und Bewegungsvorgänge
Methoden zellbiologischer Forschung
Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten (Procyten und Eucyten)
Bau und Funktionen biologischer Membranen, Lipide, Phospholipide, Membranproteine,
Membranmodelle, Flüssigmosaik-Modell, Membranen als Grenz- und Kontaktstrukturen
Tranportvorgänge durch Membranen: Kanäle, Tranporter (Carrier) und Pumpen, passiver
und aktiver Transport (Energetik)
Membranpotentiale und ihre biologischen Funktionen
Zelluläre Membransysteme, Kernhülle, ER, Golgi, Lysosomen etc.
Exocytose und Endocytose
Zellskelett, Komponenten und Funktionen, intrazellulärer Transport
Extrazelluläre Matrix, Zellkontakte und zelluläre Bewegung
Zelluläre Signalübermittlung
Kap. 7. Atmung und Photosynthese
 Tierische und pflanzliche Zellen, grundlegende Unterschiede und Konsequenzen für die
Organisation von Tieren und Pflanzen
 Bau und Funktionen von Mitochondrien und Chloroplasten
 Citratcyclus, Atmungskette, ATP-Synthese
 Evolution von Mitochondrien (und Chloroplasten), Endosymbiontenhypothese und Indizien
Kap. 8. Evolution von Biomolekülen und Zellen
 Urevolution, Entstehung von Biomolekülen
 Evolution von Zellen (Eubakterien, Archaebakterien und Eukaryoten), Endosymbiosen
Kap. 9. Proteinbiosynthese: Der Weg von den Genen zu den Proteinen
 Proteinsynthese bei Prokaryoten, das Lac Operon
 Transcription, Processing von RNA
 Translation an Polysomen und am rER, Modifikation, Reifung und Transport von
Proteinen
 Regulation der Genaktivität
Kap. 10. Wachstum, Vermehrung, Differenzierung, Altern und Tod von Zellen
 Zellcyclus, Mitose und Zellteilung
 Meiose und ihre Bedeutung für genetische Vielfalt und Evolution
 Differenzierung und Spezialisierung von Zellen, maligne Transformation (Krebs)
Zelltod durch Nekrose und Apoptose