Stichpunkte zum Inhalt

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Stichpunkte zum Inhalt der Vorlesung Biochemie SS 2016
Einführung
- Unterrichtsveranstaltungen, Termine, Regeln und Lehrbücher
- Funktionelle Gruppen und Bindungsarten, Stoffklassen
- Übersicht Energie- und Leistungsstoffwechsel, Stufen der Kompartimentierung
Aminosäuren
- Aminosäuren, pH, charakteristische Eigenschaften
- Modifikationen, typische Reaktionen
- Mangelkrankheiten
Proteine
- Peptidbindung
- Primär- bis Quartärstrukturstruktur
- Domänen - Strukturdynamik
- Faltung, Chaperone
- Proteinmodifikationen
- Membranproteine
- Proteinabbau/-umsatz
- pathologische Mißfaltung, Proteinaggregate
Enzyme
- Reaktionsgleichgewichte, Reaktionskinetik, 1.+ 2. Hauptsatz, - Aktivierungsenergie,
- Katalysatoren, Enzymkatalysemechanismen
- Enzymkinetik, Michaelis-Menten
- Mechanismen der Spaltung von Peptidbindungen
- Regulation, Inhibitionsprinzipien
- Allosterische Regulation, Kooperativität
- Enzymklassifizierung
Vitamine, Koenzyme und ATP
- Vitamine
- Typische Enzymreaktionen mit Beteiligung von Vitaminderivaten
- ATP als Energiewährung, typische Reaktionen
- energiereiche Bindung, Reaktionsgleichgewichte
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Kohlenhydrate
- Definition, Aldosen, Ketosen, Ringbildung (Hemiacetal, Hemiketal)
- halbacetalische Hydroxylgruppe, Struktur von Glucose, Fructose und Galactose
- glykosidische Bindung (Vollacetal, α-, ß-Anomere), Oligo-, Polysaccharide
- Glucose-Aufnahme in die Zelle
- Glut-Transporterfamilie
- Na+/Glucose-Symport
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Glykolyse und Gluconeogenese
- Phase I der Glykolyse (Hexokinase, Glucokinase, Phosphofructokinase, Struktur des
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Triosephosphatase)
- Phase II der Glykolyse (Glycerinaldehyd-3-phosphatdehydrogenase, Struktur von Pyruvat/
Lactat)
- Bilanz der aeroben und anaeroben Glykolyse
- Bilanz der Gluconeogenese, Struktur von Oxalacetat, Carboxylierung von Pyruvat,
Phosphoenolpyruvatbildung, Glucose-6-phosphatase
- Vorkommen der Gluconeogenese in Leber und Niere, Cori-Zyklus
- Substratzyklen (futile cycle)
- Regulation von Glykolyse und Gluconeogenese
a) allosterische Effektoren (Fructose-2,6-bisphosphat, Struktur, Stoffwechsel)
b) Phosphorylierung/Dephosphorylierung
c) hormonelle Induktion/Repression von Schlüsselenzymen
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Fructose- und Galactosestoffwechsel
- Fructose-Stoffwechsel
- Fructose-Intoleranz
- Galactosestoffwechsel: Abbau von Galactose und Lactose
- Galactosaemien
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Pentosephosphatweg
- Pentosphospatweg (Generierung und Struktur von Ribose-5-phosphat und/oder NADPH2 )
- Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase-Mangel
- Funktion des Glutathions im Erythrocyten
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Glykogenstoffwechsel
- Aufbau von Glykogen Phosphorolytische und hydrolytische Spaltung der glykosidischen
Bindungen
- Synthese von Glykogen (Phosphoglucomutase, Struktur und Synthese von UDP-Glucose,
Glykogenin, Glykogensynthese)
- Regulation des Glykogenstoffwechsels durch reversible Phosphorylierung/allosterische
Effektoren
- Glykogenosen (Typ I, II)
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Acetyl-CoA/Citratzyklus
- Struktur von CoA (Nukleotid, Thioester, Pantothensäure), Generierung von Acetyl-CoA durch:
a) Pyruvatdehydrogenasereaktion (Teilschritte, Coenzyme, Lokalisation,
Regulation)
b) ß-Ketothiolase (Hinweis auf Vorlesung Lipidstoffwechsel)
- Acetyl-CoA-Verwertung durch
a) Ketonkörperbildung (u. Ketolyse) (Hinweis auf Vorlesung Lipidstoffwechsel)
b) Fettsäure/Isoprensynthese (Hinweis auf Vorlesung Lipidstoffwechsel)
c) Citratsynthese
- Reaktionen und Energiebilanz des Citratzyklus
- Struktur von Citrat, α-Ketoglutarat, Malat und Oxalacetat
- Regulation des Citratzyklus
- Anaplerotische Reaktionen
- Anabole Funktion
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Atmungskette
- Folge von Redoxreaktionen
- Standardreduktionspotential der Atmungskette
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- Bildung von NADH am Beispiel der Oxidation von Ethanol zu Essigsäure
- Aufbau der Cosubstrate der Atmungskette (NAD+/NADP+, FMN/FAD, Ubichinon, Cytochrom c)
- Struktur und Funktion der Mitochondrien
- Aufbau und Lokalisation der Atmungskettenkomplexe I, III, IV und II (Redoxzentren)
- Funktion als elektrogene Protonenpumpen
- Inhibitoren der Atmungskette
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ATP-Synthese
- Elektrochemisches Potenzial
- Nutzung des Elektrochemischen Potenzials zur ATP-Synthese (Aufbau der Synthase,
Kopplung von Protoneneinstrom in die Matrix und ATP-Synthese)
- Wirkung von Oligomycin und Entkopplern
- Bilanz der oxidativen Phosphorylierung (Atmungskette plus ATP-Synthase)
- P/O-Quotient, Wirkungsgrad, O2-CO2-H2O-Bilanz
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Steuerung der oxidativen Phosphorylierung/Nutzung des elektrochemischen Potenzials
für Transportprozesse
- Limitierung durch ADP-Konzentration, Regulation der Atmungskette
- Import von cytosolischem NADH (Malat-Aspartatzyklus)
- Nutzung des Protonengradienten für
a) die ADP/ATP-Translokation (Aufbau und Funktion des Carriers)
b) Anionenimport (H+/H2PO4-Symport)
c) Wärmeproduktion (Thermogenin), braunes Fettgewebe
- Permeabilität der äußeren Mitochondrienmembran (Porine)
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Lipidstruktur/-funktion, Lipoproteine
- Definition von Lipiden, physikalisch-chemische Eigenschaften
- Funktionen von Lipiden
- Strukturen und Eigenschaften von Fettsäuren, essentielle Fettsäuren
- Acylglyceride, Phosphoglyceride, Sphingolipide, Glykolipide, Isoprenoidlipide
- Intestinale Spaltung (Pankreaslipase) und Resynthese von TAGs (Glycerokinase)
- TAG-Transport über Chylomikronen und Aufnahme von Fettsäuren durch Adipozyten
(Lipoprotein-Lipase, FATPs), TAG-Synthese aus Fettsäuren und/oder Glucose
- Lipoprotein-Zusammensetzung, Apolipoproteine
- Chylomikronen: Bildung, Transport, Verwertung, Remnants
- VLDL: Bildung, Verwertung, Lipoproteinlipase, IDL, LDL
- Cholesterin-Biosynthese und Regulation
- LDL, Zusammensetzung, Rezeptor-vermittelte Endocytose, Regulation
- HDL, Zusammensetzung, Funktion, LCAT
- Pathobiochemie: Arteriosklerose
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TAG-Abbau, beta-Oxidation, Ketogenese
- Lipolyse von Speicherlipiden, Hormonsensitive Lipase
- Verwertung von Glycerin
- Abbau von Fettsäuren (Aktivierung, Mitochondrialer Import als Acylcarnitin, ß-Oxidation,
Energiebilanz)
- Abbau ungesättigter und ungeradzahliger Fettsäuren
- genetische Defekte (Carnitin-System, AcylCoA-Dehydrogenasen, X-chromosomale
Adrenoleukodystrophie)
- Ketonkörper-Synthese, Zusammenhang mit Gluconeogenese und Diabetes, Hungerstoffwechsel
- Ketonkörper-Verwertung
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- Coma diabeticum
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Fettsäuresynthese, Triglycerid-/Phospholipid-Synthese
- AcetylCoA als Ausgangsprodukt für Fettsäure-Synthese
- AcetylCoA-Carboxylase
- Fettsäuresynthase
- Bereitstellung von cytosolischem AcetylCoA + NADPH (Citrat-Malat-Pyruvat-Cyclus)
- Regulation der Fettsäurebiosynthese
- Elongation und Desaturierung (Arachidonsäure, Prostaglandine, Leukotriene)
- Synthese von Glycerophosphat, Phosphatidsäure und Triglyceriden
- Synthese von Phosphoglyceriden, CTP-abhängige Aktivierung der Phosphatidsäure oder der
Kopfgruppen
- Umbau der Phospholipide (Kopfgruppen- und Acylumwandlung)
Aminosäure-Stoffwechsel
- Rolle von Aminosäuren im Gesamtstoffwechsel (Biol. Wertigkeit, Stickstoffbilanz)
- Aminosäuren als Bau- und Energiesubstrate
- Aufnahme, Transport von Aminosäuren
- Ausscheidung von Ammoniak, Prinzipien des Aminosäurestoffwechsels
- Abbau von Aminosäuren, Trennung von Kohlenstoff und Stickstoff
- Transaminierung, Desaminierung, Decarboxylierung, PALP als Coenzym
- Rolle von Pyridoxalphosphat als Coenzym
- Zentrale Rolle der Leber im Aminosäurestoffwechsel, Zonierung
- Organ-spezifischer Aminosäurestoffwechsel
- Gluco- und ketogene Aminosäuren
- Subzelluläre Lokalisation und Schritte des Harnstoffzyklus
- Energetik und Regulation des Harnstoffzyklus
- Genetisch bedingte Störungen des Harnstoffzyklus
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Porphyrinsynthese
- Porphyrine: Struktur und Funktion
- Porphyrin-Biosynthese
- Regulation
- Porphyrien
Hämoglobin, Eisenstoffwechsel
a) Hämoglobin:
- Struktur, Funktion, Hb-Formen, Transportkapazität
- Kooperativität, allosterische Effektoren
b) Eisenstoffwechsel:
- Ernährung, Resorption, Transport, Speicherung,
- Regulation
- Eisenmangel, Eisenüberladung, Hämosiderose, Hämochromatose
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Hämoglobin-Abbau, O2, Biotransformation I
a) Hämoglobin-Abbau:
Gallenfarbstoffe, Ikterus
- Hämoglobinämien, Thalassämie - Anämien, Methämoglobinämie, hämolytische Anämie
b) Biochemie des Sauerstoffs, Biotransformation I:
- reaktive Säurestoffspezies (ROS)
- Schädigung biologischer Substanzen durch ROS, Schutzmechanismen
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- Enzyme des Sauerstoffmetabolismus: Oxidasen, Peroxidasen, Katalase, Superoxiddismutase
- Peroxisomen - Oxygenasen (Monooxygenasen, Dioxygenasen)
- Cytochrom-P-450-Hydroxylasen (unspezifisch, spezifisch)
- Phase I: Hydroxylierung, oxidative Desaminierung, Dealkylierung
- Phase II: Konjugation (mit Glucuronat, Sulfat, Acetat
- Induktion des Biotransformationssystems
- Metabolische Aktivierung durch Biotransformation
Biotransformation II, Säure/Basenhaushalt
a) Biotransformation II:
- Ethanolstoffwechsel
- Biosynthese der Gallensäuren
- enterohepatischer Kreislauf
- Transportsysteme
- Cholelithiasis
b) Säure/Basenhaushalt:
- Puffergleichung (Henderson-Hasselbalch)
- Pufferkapazität
- Diagnostik
- metabolische und respiratorische Störungen
- Kompensationsmöglichkeiten
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Nucleotidstoffwechsel
- Nucleotidaufbau, Nomenklatur (Nucleotid, Nucleosid, Base)
- Basen (Purine: AGI, Pyrimidine CTU)
- Pentosen (Ribose, Desoxyribose)
- Pyrimidinsynthese
- Ribonucleotidreduktase, Thymidylatsynthetase
- Purinsynthese
- Abbau von Purin- und Pyrimdinnucleotiden, Xanthinoxidase, Harnsäure
- Salvage Pathway (APRT, HGPRT, Lesch-Nyhan-Syndrom)
- Purinabbaustörungen (primäre und sekundäre Gicht, Lesch-Nyhan-Syndrom)
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Nucleinsäuren allgemein, Chromatin, Genom, Replikation
- Nucleinsäuren als Polynucleotide, DNA- und RNA
- Wasserstoff-Brücken-Bindung als Prinzip der Nucleinsäure-Strukturierung (DNA, RNA),
Basenpaarung
- DNA-Topologie
- Topoisomerase I und II
- DNA-Assoziation mit Proteinen:
- sequenzspezifisch (z.B. Transkriptionsfaktoren),unspezifisch (z.B. Histone)
- Histonproteine
- Chromatinstruktur, Nucleosomen, Strukturen höherer Ordnung
- Modifikation von Histonen
- Definitionen (Gen, Genom, Proteom, Transkriptom)
- Aufbau des humanen Genoms (Gene, Gen-assoziierte, repetitive Sequenzen)
- DNA-Synthese: Grundprinzip (semikonservativ, Leit- und Folgestrang, diskontinuierliche
Synthese, Notwendigkeit von Primern)
- Komponenten der DNA-Synthese bei Prokaryonten (DNA-Polymerasen, Helicase, SSBP,
Topoisomerase, Ligase)
- Telomerase
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Transkription und RNA-Prozessierung
- Prinzip der Transkription, Knüpfung der Nucleotidbindung
- Prokaryonte Genorganisation, Promotor, Eukaryonte: Promotor-, Enhancer-Definitionen
- Eukaryonten, basale Transkriptionsfaktoren, Regulationsfaktoren, EnhancerBindungsproteine
- Eukaryonte RNA-Polymerasen I, II, III; und deren Syntheseprodukte
- Pharmakologische Unterscheidung (Hemmstoff α-Amanitin)
- Transkriptionsschritte: Initiationskomplex, Elongation
- Reifung von Primärtranskripten
- prä-mRNA: Cap-Struktur, Spleißen, Polyadenylierung
- Komponenten und Verlauf des Spleißvorgangs
RNA-Prozessierung und Komponenten der Translation
- Genetischer Code
- Komponenten der Proteinsynthese: aktivierte Aminosäuren, mRNA, Ribosomen
- Ribosomenstruktur bei Bakterien und Eukaryonten
- Untereinheiten, rRNAs, Proteine, Definition von Sedimentationskonstanten
- tRNA als Adapter, Aminoacyl-tRNA als aktivierte Aminosäure
- tRNA-Struktur, CCA-Ende, Anticodon, seltene Basen
- Aminoacyl-tRNA-Synthetase, Spezifität für Aminosäure und tRNA,
- Aminoacylierung der tRNA
Translation
- Initiation und Initiationsfaktoren
- Elongation, Peptidyltransferase-Reaktion, Translokation, beteiligte Faktoren
- Termination und Recycling der ribosomalen Untereinheiten, beteiligte Faktoren
- Selenocystein als Sonderfall- Translation: die Schritte, Vergleich bei Eu- und Prokaryonten
- Regulation der Translation
Regulation der Genexpression, Mutationen, DNA-Reparatur
- Regulation auf verschiedenen Ebenen der Genexpression (z.B. Transkription, Splicing, RNA
Editing, Translation)
- Arten von Mutationen
- DNA-Schäden (z.B. spontan versus induziert; seltene tautomere Formen, Desaminierung,
Basenverlust; Alkylierung, UV-Quervernetzung)
- DNA-Synthese: Korrekturprinzipien (5'-3'-Exo, mismatch-Reparatur)
- Basen- versus Nucleotid-Exzisions-Reparatur; Beispiel Xeroderma pigmentosum
Gentechnik
- DNA und in-vitro-Rekombination (genomisch, cDNA, PCR)
- Restriktionsenzyme
- DNA-Spaltung mit Restriktionsenzymen, Elektrophorese
- Blotverfahren (Southern, Northern), Hybridisierungsverfahren
- Klonierungsmethoden
- Vektoren, Plasmide
- Wirtszellen (eukaryont, prokaryont)
- Genbibliotheken, genomisch, cDNA
- Expression von rekombinanten Genen (prokaryont, eukaryont)
- Expressionsanalyse
- Genomanalyse, DNA Sequenzierung
- Modellorganismen, Krankheitsmodelle, transgene Tiere
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Viren
- allgemeine Einteilung der Viren (RNA/DNA, mit/ohne Hülle, Geometrie)
- Retroviren: allgemeiner Genomaufbau (gag, pol, env), Replikationszyklus
- Prinzip der reversen Transkription
- Retrovirale Onkogene, Beziehung zu Wachstumsfaktoren
- Rezeptoren, Signalsubstanzen und Transkriptionsfaktoren
- virale Prozesse als Angriffspunkt der antiviralen Therapie
- Interferone: Struktur und Wirkung
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Hormone: allgemeine Einleitung und Insulin
Allgemeine Einleitung:
- Prinzipien zellulärer Kommunikation
- Klassifizierung von Hormonen
Insulin:
- Struktur und Biosynthese
- Regulation der Sekretion
- Glucose Transporter
- Molekulare Mechanismen der Signaltransduktion
- Regulation des Stoffwechsels durch Insulin
- Diabetes mellitus
- MODY
- Insulin-Substitution, Zelltherapie
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Glukagon/Adipokine, andere pankr. Hormone und Catecholamine
Glukagon:
- Struktur/Biosynthese
- GLP1/GLP2
- Mechanismus der Signaltransduktion
- Regulation des Stoffwechsels durch Glukagon
- Pathobiochemie
Andere pankreatische Hormone, Adipokine:
- Somatostatin, pankreatisches Polypeptid und Ghrelin
- Adipokin: Leptin, Visfatin, Resistin
Catecholamine:
- Zonierung der Nebenieren
- Adrenalin/Noradrenalin: Struktur und Biosynthese
- Molekulare Mechanismen der Signaltransduktion
- Biologische Wirkungen
- Pathobiochemie
Schilddrüsenhormone und hormonelle Regulation von Calcium-Homöostase
Schilddrüsenhormone:
- Hypothalamisch-hypophysäres System
- T3/T4
- Struktur und Biosynthese
- Molekularer Wirkungsmechanismus
- Biologische Wirkungen
- Pathobiochemie
Ca-Homöostase:
- Parathormon
- Vitamin D3
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- Calcitonin
Glucocorticoide, Wachstumshormone und hormonelle Regulation von Elektrolyt-und
Wasser-Haushalt
Cortisol:
- ACTH/CRH
- Struktur und Biosynthese der Glucocorticoide
- Transport, Abbau und Ausscheidung
- Molekularer Wirkungsmechanismus
- Biologische Wirkungen
- Pathobiochemie
Wachstumshormone:
- GH: Biosynthese-Regulation
- IGF I und IGF II
- Biologische Wirkungen
- Pathobiochemie
Elektrolyt- und Wasser-Haushalt:
- Renin, Angiotensin, Aldosterin
- ANF
- Vasopressin
Sexualhormone
Männliche Sexualhormone:
- Struktur und Regulation der Biosynthese
- Transport und biologische Wirkungen
- Pathobiochemie
Weibliche Sexualhormone:
- Struktur und Regulation der Biosynthese
- Biologische Wirkungen
- Zyklusregulation
- Pathobiochemie
Tumorbiochemie
Tumorprogression
Klonale Selektion
Onkogene:
- RAS
- Bcr-Abl
- Viren
Tumorsuppressor Gene:
- p53
- APC, Wnt Signalweg
Metastasierung:
- VEGF
- MMPs
Cancerogene Substanzen:
- Mutagene
- Tumor Promotoren
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Zellzyklusregulation und Apoptose
Zellzyklusregulation:
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- Zellzyklusphasen
- Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen
- p53 und p21
- Rb
- Viren
- Myc
Apoptose:
- Caspasen
- Extrinsische und intrinsische Aktivierung
- Überlebensfaktoren
Stammzellen und Hormone der Entwicklung
Stammzellen:
- Eigenschaften
- Vorkommen
- Zukünftige Einsatzmöglichkeiten in der Medizin
Hormone und Entwicklung:
- Morphogengradienten
- Notch Signalweg – laterale Inhibition
- Hedgehog-Signalweg
- Retinsäure-Signalweg
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Motorproteine, Zytoskelett
- Genereller Aufbau und Mechanismus eines Motorproteins
- Auf- und Abbau der Mikrofilamente
- Das Aktin-Myosin-System: Zellbewegung, Zellteilung
- Auf- und Abbau Mikrotubuli
- Mikrotubuli-assoziierte Motorproteine: Dynein und Kinesin
- Axonaler Transport
- Chromosomenbewegung
- Aufbau der Intermediärfilamente, subzelluläre Verteilung, Gewebsspezifität;
Muskelkontraktion
Extrazelluläre Matrix
- Schematische Vorstellung der Hauptstrukturelemente und deren Interaktion
- Kollagene, Proteoglykane, Fibronectin, Laminin
- Kollagenstruktur und –Synthese (Vitamin C-abhängige Hydroxylierung, Lysyloxidase)
- Kollagentypen, Basalmembran
- Genetische Störungen der Kollagensynthese
- Funktion von Matrixmetalloproteasen
- Adhäsionsproteine: Fibronektin, Laminin, Basalmembran
- Integrin-Aufbau
- Integrin-Signalkette
- Zell-Matrix-Verbindung (Hemidesmosom, Fokalkontakte)
Proteoglykane, Zell-Zell-Verbindungen
- Glykosaminglykanaufbau und –Synthese
- Proteoglykan-Aufbau (extrazelluläre Formen, membranständige Formen)
- Proteoglykan-Funktionen
- Zelladhäsionsmoleküle (CAM's, Cadherine, Selektine)
- Desmosomen
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- Funktion von Cadherinen bei der Morphogenese
- Leukozyten-Adhäsion und Gewebeinvasion
- Tight Junction
- Gap Junction
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Angeborenes Immunsystem
- Natürliche Killerzellen
Adaptives Immunsystem, Antigene, Antikörper
- Komponenten und Leistungen des adaptiven Immunsystems
- Antigene, Epitop, Hapten
- Antikörper: Struktur, Klassen, Wirkung, Vielfalt
- somatische Rekombination
- B - Lymphocyten: Herkunft, Reifung, B-Zell Rezeptor
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Antigenpräsentation, T – Lymphocyten
- Vorkommen, Aufbau, Synthese und Antigenbeladung von MHC-I und MHC-II
- Organisation und Polymorphismus der MHC – Gene
- Bedeutung des MHC für Transplantation und Disposition für Erkrankungen
- T – Lymphocyten: Herkunft, Reifung im Thymus
- T – Zellrezeptor, CD4- CD8- Zellen, Superantigene
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Immunantwort
- Effektorzellbildung in den peripheren lymphatischen Organen - Cytotoxische T-Zellen, TH-1- und
TH-2-Zellen
- Plasmazellbildung, somatische Hypermutation, Antikörper-Klassenwechsel - Immunologisches
Gedächtnis
- Allergien
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