TestAS · Medizin
Zellen, Zellteilung, Genetik, Molekularbiologie und Mikroorganismen.
testas.de nennt dieses Thema für das Fachmodul Medizin. Im Test kommt es als Testlet: ein kurzer Text, eine Tabelle oder Formel, danach 4 bis 8 Fragen, die du daraus beantwortest.
Themenliste: testas.de
Vollständige Testlets in Prüfungslänge aus dem Kollego-Kurs, erzeugt wie unsere Probetests. Antworte aus dem Material und öffne dann jede Lösung.
Der sekretorische Weg und ein Pulse-Chase-Experiment
Zellen, die große Mengen Protein ausscheiden, etwa die Zellen der Bauchspeicheldrüse, die Verdauungsenzyme bilden, enthalten ein ausgedehntes System innerer Membranen. Proteine, die ausgeschieden werden sollen, werden von Ribosomen am rauen endoplasmatischen Retikulum (ER) gebildet. Während die wachsende Proteinkette aus dem Ribosom austritt, leitet eine Signalsequenz an ihrem Anfang sie durch einen Kanal ins Innere des ER. Dort faltet sich das Protein, erhält oft Zuckerketten und wird auf richtige Faltung geprüft; falsch gefaltete Proteine werden zurückgehalten und schließlich abgebaut.
Vom ER gelangen die Proteine in kleinen Membranbläschen (Vesikeln) zum Golgi-Apparat, einem Stapel abgeflachter Membranräume. Der Golgi-Apparat verändert die Zuckerketten weiter, sortiert die Proteine nach ihrem Bestimmungsort und verpackt sie in neue Vesikel. Manche Vesikel verschmelzen sofort mit der Zellmembran und geben ihren Inhalt fortlaufend ab. Andere werden in spezialisierten Zellen als sekretorische Granula gespeichert und geben ihren Inhalt erst ab, wenn die Zelle ein Signal erhält, etwa ein Hormon oder einen Nervenimpuls. Diese regulierte Sekretion erlaubt es der Bauchspeicheldrüse, nach einer Mahlzeit große Mengen Enzyme freizusetzen. Da Vesikel mit der Zellmembran verschmelzen, wird ihre Membran Teil der Zelloberfläche, während Endozytose Membran wieder nach innen bringt.
Den Weg sezernierter Proteine klärte man in den 1960er-Jahren mit der Pulse-Chase-Technik auf, für die George Palade 1974 den Nobelpreis erhielt. Zellen der Bauchspeicheldrüse wurden kurz, während des Pulses, einer radioaktiven Aminosäure ausgesetzt, die in alle in diesen Minuten gebildeten Proteine eingebaut wurde. Dann erhielten die Zellen einen großen Überschuss der nicht radioaktiven Form derselben Aminosäure, den Chase, sodass danach gebildete Proteine nicht markiert waren. Indem die Forscher die Zellen zu verschiedenen Zeiten nach dem Puls mit Autoradiographie untersuchten, konnten sie der markierten Proteingruppe auf ihrem Weg durch die Zelle folgen.
Derselbe Weg versorgt auch die Lysosomen, Räume voller Verdauungsenzyme, die verbrauchte Organellen und von der Zelle aufgenommenes Material abbauen. Lysosomale Enzyme werden im Golgi-Apparat mit einer besonderen Zuckermarkierung versehen, die sie zu den Lysosomen statt zur Zellmembran leitet. Fehlt diese Markierung wegen eines genetischen Defekts, werden die Enzyme ausgeschieden, die Lysosomen können ihren Inhalt nicht verdauen, und unverdautes Material sammelt sich an, was eine schwere Speicherkrankheit verursacht.
| Zeit nach dem Puls | Raues ER | Golgi-Apparat | Sekretorische Granula |
|---|---|---|---|
| 3 min | 86% | 3% | 1% |
| 17 min | 43% | 43% | 4% |
| 37 min | 24% | 14% | 49% |
| 117 min | 20% | 4% | 58% |
1. Wo befindet sich 3 Minuten nach dem Puls der größte Teil der Markierung?
C: Im rauen ER
In der Zeile 3 min liegen 86 % der Markierung im rauen ER, 3 % im Golgi-Apparat und 1 % in den Granula. Der größte Teil liegt also im rauen ER, wo die Proteine gerade gebildet wurden.
2. Welche Abfolge von Räumen zeigen die Daten?
C: Raues ER, dann Golgi-Apparat, dann sekretorische Granula
Den größten Anteil über die Zeit verfolgen: raues ER 86 % nach 3 min, Golgi steigt auf 43 % nach 17 min, Granula 49 % nach 37 min und 58 % nach 117 min. Die Reihenfolge ist also raues ER, Golgi-Apparat, sekretorische Granula.
3. Warum wird nach dem Puls ein großer Überschuss nicht radioaktiver Aminosäure zugegeben?
A: Damit später gebildete Proteine nicht markiert sind
Laut Text wird der Überschuss nicht radioaktiver Aminosäure (der Chase) zugegeben, „sodass danach gebildete Proteine nicht markiert waren“. Nur die während des Pulses gebildete Gruppe ist markiert und lässt sich verfolgen.
4. Was leitet ein sekretorisches Protein während seiner Synthese ins ER?
A: Eine Signalsequenz am Anfang der Proteinkette
Laut Text „leitet eine Signalsequenz an ihrem Anfang sie durch einen Kanal ins Innere des ER“, während die Kette aus dem Ribosom austritt. Die Zuckermarkierung kommt erst später im Golgi-Apparat hinzu.
5. Nach einer Mahlzeit setzt die Bauchspeicheldrüse rasch Enzyme frei. Welche Eigenschaft erlaubt das?
B: Gespeicherte sekretorische Granula, die auf ein Signal hin freigesetzt werden
Laut Text speichern manche Zellen Vesikel als sekretorische Granula, die ihren Inhalt „erst abgeben, wenn die Zelle ein Signal erhält“; diese regulierte Sekretion erlaubt der Bauchspeicheldrüse, nach einer Mahlzeit viele Enzyme freizusetzen.
6. Ein genetischer Defekt verhindert die Zuckermarkierung lysosomaler Enzyme. Was geschieht?
A: Die Enzyme werden ausgeschieden, und Material sammelt sich in den Lysosomen an
Laut Text „werden die Enzyme ohne die Zuckermarkierung ausgeschieden, die Lysosomen können ihren Inhalt nicht verdauen, und unverdautes Material sammelt sich an“. Die Enzyme verlassen also die Zelle, und in den Lysosomen sammelt sich Material an.
Vom Gen zum Protein
DNA besteht aus zwei Strängen, die zu einer Doppelhelix gewunden sind. Jeder Strang ist eine Kette aus Nucleotiden mit einer von vier Basen: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C). Die Stränge werden durch Basenpaare zusammengehalten, A mit T und G mit C, und verlaufen gegenläufig, bezeichnet mit 5' und 3'. Bevor sich eine Zelle teilt, wird die DNA semikonservativ repliziert: Die Stränge trennen sich, und jeder dient als Vorlage für einen neuen Partnerstrang, sodass jede neue Doppelhelix einen alten und einen neuen Strang enthält.
Ein Gen wird in zwei Schritten exprimiert. Bei der Transkription, die bei Eukaryoten im Zellkern stattfindet, liest das Enzym RNA-Polymerase den codogenen Strang eines Gens und baut eine komplementäre Boten-RNA (mRNA) auf. RNA enthält die Base Uracil (U) statt Thymin, sodass aus einem A im codogenen Strang ein U in der mRNA wird. Die mRNA hat daher dieselbe Sequenz wie der andere DNA-Strang, der codierende Strang, nur mit U, wo der codierende Strang T hat.
Bei der Translation lesen Ribosomen im Cytoplasma die mRNA in Dreiergruppen von Basen, den Codons. Jedes Codon legt eine Aminosäure oder ein Stoppsignal fest. Transfer-RNA-Moleküle bringen die passenden Aminosäuren, die zu einer Kette verknüpft werden. Die Translation beginnt am Startcodon AUG, das auch für Methionin codiert, und endet an einem der drei Stoppcodons UAA, UAG oder UGA. Weil es 64 Codons, aber nur 20 Aminosäuren gibt, werden die meisten Aminosäuren von mehreren Codons codiert; man sagt, der Code ist redundant.
Veränderungen der DNA-Sequenz, Mutationen, haben unterschiedliche Folgen. Eine stumme Mutation macht aus einem Codon ein anderes Codon für dieselbe Aminosäure und verändert das Protein nicht. Eine Missense-Mutation ändert eine Aminosäure; bei der Sichelzellanämie ersetzt der Austausch einer einzigen Base im Hämoglobin-Gen Glutaminsäure durch Valin. Eine Nonsense-Mutation macht aus einem Codon ein Stoppcodon, sodass das Protein verkürzt wird. Das Einfügen oder Entfernen einer einzelnen Base verschiebt ab dieser Stelle das Leseraster, eine Rasterverschiebung, und verändert meist alle folgenden Aminosäuren.
| Codon Nummer | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Codon | AUG | UUU | GGC | UAC | GAA | UAA |
| Aminosäure | Methionin | Phenylalanin | Glycin | Tyrosin | Glutaminsäure | Stopp |
Zusatzinformation: Das Codon GGU codiert ebenfalls für Glycin.
1. Für wie viele Aminosäuren codiert dieser mRNA-Abschnitt?
A: 5
Die Tabelle zeigt sechs Codons: AUG, UUU, GGC, UAC, GAA, dann UAA, ein Stoppcodon. Das Stoppcodon fügt keine Aminosäure hinzu, also 6 − 1 = 5 Aminosäuren.
2. Welche Sequenz des codierenden DNA-Strangs entspricht Codon 2?
A: TTT
Codon 2 ist UUU. Laut Text hat die mRNA dieselbe Sequenz wie der codierende Strang, „nur mit U, wo der codierende Strang T hat“. UUU entspricht also TTT. AAA wäre der codogene Strang.
3. Eine Mutation ändert Codon 3 von GGC zu GGU. Welche Art von Mutation ist das?
A: Eine stumme Mutation
Laut Tabelle steht GGC für Glycin, und die Zusatzinformation sagt, GGU „codiert ebenfalls für Glycin“. Die Aminosäure bleibt gleich; laut Text ist das eine stumme Mutation.
4. Eine Mutation ändert Codon 4 von UAC zu UAA. Was ist die Folge?
B: Das Protein endet nach Glycin
Laut Text ist UAA ein Stoppcodon. Wird Codon 4 zu UAA, endet die Translation dort, nach Codon 3, Glycin. Das Protein endet nach Glycin (Nonsense-Mutation).
5. Aus Codon 2 wird eine einzelne Base entfernt. Was ist am wahrscheinlichsten?
C: Alle Aminosäuren nach Methionin ändern sich
Laut Text „verschiebt das Entfernen einer einzelnen Base das Leseraster von dieser Stelle an und ändert meist alle folgenden Aminosäuren“. Codon 1 (AUG, Methionin) liegt davor, also ändert sich alles nach Methionin.
6. Welche Aussage über die DNA-Replikation ist richtig?
B: Jede neue Doppelhelix enthält einen alten Strang
Laut erstem Absatz ist die Replikation semikonservativ: Jeder alte Strang dient als Vorlage für einen neuen Partner, „sodass jede neue Doppelhelix einen alten und einen neuen Strang enthält“.
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