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BIS 2A Irland Vorlesung 10 - Biologie

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Warum sind Membranen wichtig? Revisited from BIS2A Ireland Lecture 4

Überblick:

In Vorlesung 10 werden wir wieder auf Themen zurückgreifen, die in Vorlesung 4 behandelt wurden. Zur Vorbereitung auf Vorlesung 10 lesen Sie Ihre Vorlesungsfolien aus Woche 2 und die dazugehörigen Fragen zum Studienleitfaden, die die Eigenschaften von Membranen behandelt haben. Denken Sie dann über diese Ideen in Bezug auf die Designherausforderung nach. Nachfolgend finden Sie eine kurze Zusammenfassung dieser Leseaufgaben.

Zellmembranen

Ein Teilziel unserer "Build-a-Cell"-Design-Herausforderung besteht darin, eine Grenze zu schaffen, die das "Innere" der Zelle von der Umgebung "Außen" trennt. Diese Grenze muss mehrere Funktionen erfüllen, darunter:

  1. Wirken als Barriere, indem sie einige Verbindungen daran hindern, in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu gelangen.
  2. Seien Sie selektiv permeabel, um bestimmte Verbindungen in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu transportieren.
  3. Empfangen, Erfassen und Senden von Signalen aus der Umgebung in das Innere der Zelle.
  4. Projizieren Sie "Selbst" auf andere, indem Sie anderen Zellen in der Nähe die Identität mitteilen.

Abbildung 1. Der Durchmesser eines typischen Ballons beträgt 25 cm und die Dicke des Kunststoffs des Ballons beträgt etwa 0,25 mm. Dies ist ein 1000-facher Unterschied. Eine typische eukaryotische Zelle hat einen Zelldurchmesser von etwa 50 um und eine Zellmembrandicke von 5 nm. Dies ist ein 10.000-facher Unterschied.

Transport über die Membran: Revisited from BIS2A Ireland Lecture 4

Designherausforderungsproblem und Teilprobleme

Allgemeines Problem: Die Zellmembran muss gleichzeitig als Barriere zwischen „IN“ und „OUT“ wirken und gezielt steuern welcher Substanzen in die Zelle ein- und austreten und wie schnell und effizient sie dies tun.

Teilprobleme: Die chemischen Eigenschaften von Molekülen, die die Zelle betreten und verlassen müssen, sind sehr variabel. Einige damit verbundene Teilprobleme sind: (a) Große und kleine Moleküle oder Ansammlungen von Molekülen müssen die Membran passieren können. (b) Sowohl hydrophobe als auch hydrophile Stoffe müssen für den Transport zugänglich sein. (c) Stoffe müssen die Membran mit und gegen Konzentrationsgradienten passieren können. (d) Einige Moleküle sehen sehr ähnlich aus (z. B. Na+ und K+), aber die Transportmechanismen müssen dennoch in der Lage sein, zwischen ihnen zu unterscheiden.

Perspektive der Energiegeschichte

Der Transport durch eine Membran kann aus der Perspektive der Energiegeschichte betrachtet werden; es ist schließlich ein Prozess. Beispielsweise kann sich zu Beginn des Prozesses eine generische Substanz X entweder innerhalb oder außerhalb der Zelle befinden. Am Ende des Prozesses befindet sich die Substanz auf der gegenüberliegenden Seite, von der aus sie begonnen hat.

z.B. x(in) ---> X(aus),

wobei sich in und out auf innerhalb der Zelle bzw. außerhalb der Zelle beziehen.

Am Anfang könnte die Materie im System eine sehr komplizierte Ansammlung von Molekülen innerhalb und außerhalb der Zelle sein, aber mit einem Molekül X mehr innerhalb der Zelle als außerhalb. Am Ende befindet sich ein X-Molekül mehr an der Außenseite der Zelle und eines weniger an der Innenseite. Die Energie im System zu Beginn wird größtenteils in den molekularen Strukturen und deren Bewegungen sowie in elektrischen und chemischen Konzentrationsungleichgewichten über die Zellmembran gespeichert. Der Transport von X aus der Zelle wird die Energien der molekularen Strukturen nicht wesentlich ändern, aber die Energie, die mit dem Ungleichgewicht der Konzentration und/oder Ladung durch die Membran verbunden ist. Das heißt, der Transport wird, wie alle anderen Reaktionen, entweder exergonisch oder endergonisch sein. Schließlich müssen ein oder mehrere Transportmechanismen beschrieben werden.

Das Zytoskelett

Das Zytoskelett ist ein Netzwerk verschiedener Proteinfasern, das viele Funktionen erfüllt: Es erhält oder verändert die Form der Zelle; es sichert einige Organellen in bestimmten Positionen; es ermöglicht die Bewegung von Zytoplasma und Vesikel innerhalb der Zelle; und es ermöglicht der Zelle, sich als Reaktion auf Reize zu bewegen. Es gibt drei Arten von Fasern innerhalb des Zytoskeletts: Mikrofilamente, Zwischenfilamente und Mikrotubuli. Einige der Fasern des Zytoskeletts arbeiten mit molekularen Motoren zusammen, die sich entlang der Fasern innerhalb der Zelle bewegen, um verschiedene Funktionen auszuführen. Es gibt zwei Hauptfamilien von Zytoskelett-assoziierten Molekulare Motoren: Dyneine und Kinesine.

Abbildung 1. Mikrofilamente verdicken den Kortex um den inneren Rand einer Zelle; wie Gummibänder widerstehen sie Spannungen. Mikrotubuli befinden sich im Inneren der Zelle, wo sie die Zellform beibehalten, indem sie Druckkräften widerstehen. Zwischenfilamente befinden sich in der gesamten Zelle und halten die Organellen an Ort und Stelle.


Designherausforderung

Problemstellung: Eukaryontische Zellen enthalten membrangebundene Organellen, die Stoffe, Prozesse und Reaktionen effektiv voneinander und vom Zytoplasma trennen. Dies stellt an sich schon ein Problem für Eukaryoten dar.

Wie kann die Zelle absichtlich die Position von Materialien zwischen diesen Organellen bewegen und kontrollieren? Genauer gesagt, wie kann eine eukaryotische Zelle Verbindungen von ihrem Ursprungsort (in den meisten Fällen das Zytoplasma) dorthin transportieren, wo sie benötigt werden (vielleicht den Zellkern, die Mitochondrien oder die Zelloberfläche)?


Hinweis: mögliche Diskussion

Schlagen Sie einige Gründe vor, warum Zellen – insbesondere große Zellen und/oder Zellen mit Organellen – sich nicht auf einfache Diffusion verlassen können, um Metaboliten, Bausteine, Proteine ​​usw. an die Stellen in der Zelle zu transportieren, an denen sie benötigt werden.

Eine mögliche Lösung besteht darin, dass die Zelle ein Netzwerk erstellt, das alle verschiedenen Teile der Zelle miteinander verbinden kann. Dieses Netzwerk könnte nicht nur als Gerüst verwendet werden, um Komponenten an Ort und Stelle zu halten, sondern auch als Referenz für die Richtung. Zum Beispiel können wir eine Karte verwenden, um die Richtung zu bestimmen, die wir benötigen, um zu reisen, und Straßen, um zu verbinden und von zu Hause zum Campus zu gelangen. Ebenso kann ein Verbindungsnetzwerk innerhalb der Zelle verwendet werden, um Verbindungen von einem Standort zu einem endgültigen Ziel zu lenken und zu bewegen. Einige der erforderlichen Eigenschaften dieses Netzwerks sind unten aufgeführt. Können Sie diese Liste ergänzen?

Intrazellulares Netzwerk

  • Das Netzwerk muss umfangreich sein und jeden Bereich der Zelle verbinden.
  • Das Netzwerk muss flexibel sein, sich ändern und anpassen können, wenn die Zelle größer wird, sich in zwei Zellen teilt oder sich physisch von einer Umgebung in eine andere bewegt.
  • Das Netzwerk muss stark sein und dem mechanischen Druck von innerhalb der Zelle oder von außerhalb der Zelle standhalten.
  • Das Netzwerk muss aus verschiedenen Fasern bestehen und jede dieser Fasern muss für eine bestimmte Verbindung in der Zelle verwendet werden. Zum Beispiel könnten bestimmte Fasern daran beteiligt sein, Organellen an Ort und Stelle zu halten, und andere Fasern würden daran beteiligt sein, zwei verschiedene Organellen zu verbinden.
  • Die Fasern müssen eine Direktionalität (oder Polarität) aufweisen, d. h. sie müssen einen definierten Anfangspunkt und ein definiertes Ende haben, um die Bewegung von einem Ort zum anderen zu lenken.
  • Die Fasern müssen mit Proteinen arbeiten, die chemische Energie in kinetische Energie umwandeln können, um aktiv Verbindungen entlang der Fasern zu transportieren.

Mikrofilamente

Aktin

Mikrofilamente sind Zytoskelettfasern bestehend aus handelnd Untereinheiten. Aktin ist eines der am häufigsten vorkommenden Proteine ​​in eukaryotischen Zellen und macht 20 Gewichtsprozent des gesamten zellulären Proteins in Muskelzellen aus. Die Aktin-Aminosäuresequenz ist in eukaryontischen Zellen hoch konserviert, was bedeutet, dass sich die Protein-Aminosäuresequenz und damit seine endgültige 3-D-Form im Laufe der Evolution kaum verändert hat und eine Ähnlichkeit von mehr als 80% zwischen Algen und Menschen beibehalten wurde.

Aktin kann entweder als freies Monomer namens G-Aktin (kugelförmig) oder als Teil eines Polymermikrofilaments namens F-Aktin ("F" für filamentös) vorliegen. Aktin muss an ATP gebunden werden, um sich zu seiner filamentösen Form zusammenzusetzen und die strukturelle Integrität des Filaments zu erhalten. Das Aktinfilament selbst weist eine strukturelle Polarität auf. Dieser Begriff "Polarität" in Bezug auf ein Zytoskelett-Filament bedeutet nicht, was er tat, als wir weiter oben in diesem Kurs über polare funktionelle Gruppen diskutierten. Polarität bezieht sich hier auf die Tatsache, dass das Filament zwei unterschiedliche Enden hat. Diese Enden werden "(-)"-Ende und "(+)"-Ende genannt. Am "(+)"-Ende fügen sich Aktin-Untereinheiten an das sich verlängernde Filament und am "(-)"-Ende zerlegen sich Aktin-Untereinheiten oder fallen vom Filament ab. Dieser Prozess des Auf- und Abbaus wird durch das Verhältnis von ATP zu ADP im Zytoplasma gesteuert.

Figur 2. Mikrofilamente sind mit einem Durchmesser von etwa sieben nm die schmalste der drei Zytoskelettfasern. Mikrofilamente bestehen aus Aktin-Untereinheiten, die sich zu zwei ineinander verschlungenen Strängen formen.

Aktin ist an vielen zellulären Prozessen beteiligt, einschließlich Muskelkontraktion, Zellmotilität, Zytokinese während der Zellteilung, Vesikel- und Organellenbewegung und der Aufrechterhaltung der Zellform. Aktinfilamente dienen als Bahn für die Bewegung einer Familie von Motorproteinen namens Myosine in einem Abschnitt weiter unten ausführlicher besprochen.

Link zum Lernen:

Um ein Beispiel für ein weißes Blutkörperchen in Aktion zu sehen, klicken Sie hier und sehen Sie sich ein kurzes Zeitraffer-Video der Zelle an, die zwei Bakterien einfängt. Es verschlingt das eine und geht dann zum anderen über.

Animationen zu Aktinfilamenten und wie sie funktionieren

  • Aktin-Filament-Montage
  • Muskelbewegung und die Rolle von Aktin
  • Gleitbewegung von Aktinfilamenten

Zwischenfilamente

Zwischenfilamente bestehen aus mehreren Strängen faseriger Proteine, die miteinander verwunden sind. Diese Elemente des Zytoskeletts haben ihren Namen davon, dass ihr Durchmesser mit acht bis zehn nm zwischen denen der kleineren Mikrofilamente und der größeren Mikrotubuli liegt. Die Zwischenfilamente sind die vielfältigste Gruppe von Zytoskelettelementen. In den Zwischenfilamenten finden sich verschiedene Arten von Faserproteinen. Am besten kennen Sie wahrscheinlich Keratin, das faserige Protein, das Ihre Haare, Nägel und die Epidermis der Haut stärkt.

Figur 3. Zwischenfilamente bestehen aus mehreren ineinander verschlungenen Strängen faseriger Proteine.

Zwischenfilamente spielen keine Rolle bei der Zellbewegung. Ihre Funktion ist rein strukturell. Sie tragen Spannungen, halten so die Form der Zelle aufrecht und verankern den Zellkern und andere Organellen an Ort und Stelle. Die obige Abbildung zeigt, wie Zwischenfilamente ein seilartiges Stützgerüst im Inneren der Zelle bilden.

Mikrotubuli

Mikrotubuli sind der größte Bestandteil des Zytoskeletts und kommen im gesamten Zytoplasma vor. Diese Polymere bestehen aus globulären Proteinuntereinheiten namens α-Tubulin und β-Tubulin. Mikrotubuli kommen nicht nur in eukaryontischen Zellen vor, sondern auch in einigen Bakterien.

Sowohl die α-Tubulin- als auch die β-Tubulin-Untereinheiten binden an GTP. Bei Bindung an GTP kann die Bildung des Mikrotubulus beginnen, dies wird als Nukleationsereignis bezeichnet. Wenn sich mehr GTP-Tubulin-Dimere auf dem Filament ansammeln, wird GTP langsam durch β-Tubulin hydrolysiert, um GDP zu bilden. An GDP gebundenes Tubulin ist weniger strukturell robust und kann zur Demontage des Mikrotubulus führen.

Ähnlich wie die oben diskutierten Aktinfilamente haben auch Mikrotubuli eine ausgeprägte Polarität, die für ihre biologische Funktion entscheidend ist. Tubulin polymerisiert Ende an Ende, wobei die &bgr;-Untereinheiten eines Tubulin-Dimers die &agr;-Untereinheiten des nächsten Dimers kontaktieren. Diese Unterschiede führen dazu, dass an den beiden Enden des Filaments unterschiedliche Untereinheiten exponiert werden. Die Enden werden als "(–)"- und "(+)"-Enden bezeichnet. Im Gegensatz zu Aktinfilamenten können sich Mikrotubuli sowohl am "(+)"- als auch am "(-)"-Ende verlängern, aber am "(+)"-Ende ist die Verlängerung deutlich schneller.

Figur 4. Mikrotubuli sind hohl. Ihre Wände bestehen aus 13 polymerisierten Dimeren von α-Tubulin und β-Tubulin (rechtes Bild). Das linke Bild zeigt die molekulare Struktur der Röhre.

Mikrotubuli helfen der Zelle, der Kompression zu widerstehen, bieten eine Spur, entlang der sich Vesikel durch die Zelle bewegen, replizierte Chromosomen zu den gegenüberliegenden Enden einer sich teilenden Zelle und sind die strukturellen Elemente von Flagellen, Zilien und Zentriolen (letztere sind die beiden senkrechten Körper von das Zentrosom). Tatsächlich ist das Zentrosom in tierischen Zellen das Organisationszentrum der Mikrotubuli. In eukaryotischen Zellen unterscheiden sich Flagellen und Zilien strukturell stark von ihren Gegenstücken in Bakterien, die unten diskutiert werden.

Woher kamen diese Fasern?

Das Zytoskelett hat wahrscheinlich seinen Ursprung in bakteriellen und/oder archaealen Vorfahren. Es gibt alte Verwandte von Aktin und Tubulin in bakteriellen Systemen. In Bakterien wird angenommen, dass das MreB-Protein und das ParM-Protein frühe Vorfahren von Actin sind. MreB funktioniert bei der Aufrechterhaltung der Zellform und ParM funktioniert bei der Plasmid-(DNA)-Partitionierung. Das FtsZ-Protein in Bakterien wirkt bei der Zytokinese, es ist eine GTPase, bildet spontan Filamente und gilt als eine alte Form von Tubulin. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass das eukaryotische Zytoskelett seinen Ursprung in der Bakterienwelt hat.

Flagellen und Zilien

Geißeln (Singular=Flagellum) sind lange, haarähnliche Gebilde, die sich von der Plasmamembran aus erstrecken und dazu dienen, eine ganze Zelle (zum Beispiel Sperma, Euglena). Wenn vorhanden, hat die Zelle nur ein Flagellum oder einige Flagellen. Zilien sind kurze, haarähnliche Strukturen, die verwendet werden, um ganze Zellen (z die Zellen der Atemwege auskleiden, die Feinstaub einfangen und zu Ihren Nasenlöchern bewegen.) Wenn Zilien vorhanden sind, können viele von ihnen vorhanden sein, die sich entlang der gesamten Oberfläche der Plasmamembran erstrecken.

Trotz ihrer Unterschiede in Länge und Anzahl teilen Flagellen und Zilien eine gemeinsame strukturelle Anordnung von Mikrotubuli, die als „9+2-Array“ bezeichnet wird. Dies ist ein passender Name, da ein einzelnes Flagellum oder Zilien aus einem Ring von neun Mikrotubuli-Dubletts besteht, die in der Mitte ein einzelnes Mikrotubulus-Dublett umgeben (Abbildung 5).

Abbildung 5. Diese Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahme von zwei Flagellen zeigt das "9+2-Array" von Mikrotubuli: Neun Mikrotubulus-Dubletts umgeben ein einzelnes Mikrotubulus-Dublett. (Kredit: Modifikation der Arbeit von Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College; Maßstabsbalkendaten von Matt Russell)

Für ein Video zur Geißel- und Ziliarbewegung in Eukaryoten, Sehen Sie sich das YouTube-Video an: Klicken Sie hier (Sie können die Werbung überspringen).

Motorproteine

Eine Funktion des Zytoskeletts besteht darin, Zellbestandteile von einem Teil der Zelle in einen anderen zu transportieren. Diese zellulären Komponenten werden "Fracht" genannt und werden oft zum Transport in einem Vesikel gespeichert. Sie können sich das Zytoskelett als "Eisenbahnschienen" vorstellen, die innerhalb der Zelle Unterstützung und Orientierung bieten.

Wenn es "Eisenbahngleise" gibt, braucht es natürlich eine Lokomotive, die sich sowohl auf den Gleisen bewegen als auch Fracht ziehen oder schieben kann. In diesem Fall handelt es sich bei den Motoren um molekulare Motoren, die sich entlang der Gleise in eine bestimmte Richtung bewegen können. Es gibt zwei Familien von molekulare Motoren mit dem Zytoskelett verbunden; Dyneine und Kinesine. Diese Motorproteine ​​(Triebwerke) und das Zytoskelett bilden innerhalb der Zelle ein umfassendes Netzwerk, um Vesikel (Kastenwagen) von einem Organell zum anderen oder von einem Organell zur Zelloberfläche zu bewegen.

Abbildung 6. Organelle Transport über Mikrotubuli und Kinesine und Dynen. Beachten Sie, dass die Figur konzeptionell ist und nur die Richtung der Bewegung verschiedener Organellen zeigen soll; es repräsentiert nicht notwendigerweise alle ihre Formen getreu.

Zytoplasmatische Dyneine

Dynein ist ein Proteinkomplex, der als molekularer Motor fungiert. In Zellen wandelt es die chemische Energie aus der ATP-Hydrolyse in die mechanische Energie der Bewegung um, um entlang des Mikrotubulus zu "laufen", während es ein Vesikel trägt. Dyneine binden an Mikrotubuli und bewegen oder "gehen" vom Plus-"(+)"-Ende des Mikrotubulus-Filaments des Zytoskeletts zum Minus-"(-)"-Ende des Filaments, das normalerweise zum Zellzentrum ausgerichtet ist. Daher werden sie oft als "minus-endgerichtete Motoren" bezeichnet und dieser vesikuläre Transport wird als . bezeichnet retrograder Transport. Zytoplasmatisches Dynein bewegt sich prozessiv entlang des Mikrotubulus und hydrolysiert ATP mit jedem "Schritt", den es entlang des Mikrotubulus macht. Während dieses Vorgangs ist immer der eine oder andere seiner "Stiele" am Mikrotubulus befestigt, so dass der Dynein-Motor (und seine Ladung) eine beträchtliche Strecke entlang eines Mikrotubulus "laufen" können, ohne sich abzulösen.

Abbildung 7. Schema des zytoplasmatischen Dynein-Motorproteins. Dyneine sind Proteinkomplexe, die aus vielen kleineren Polypeptid-Untereinheiten bestehen. Die Gesamtstruktur der Dynien-Motoren ist relativ einfach und besteht aus zwei identischen Komplexen, von denen jeder eine motorische Domäne hat, die mit dem Mikrotubulus interagiert, eine Stiel- oder Stammregion, die den motorischen Kopf mit der Cargo-Interaktionsdomäne verbindet.

Cytoplasmatische Dyneine werden in vielen verschiedenen Prozessen verwendet: Sie sind an der Organellenbewegung beteiligt, wie der Positionierung des Golgi-Komplexes und anderer Organellen in der Zelle; sie werden beim Transport von Fracht verwendet, wie zum Beispiel der Bewegung von Vesikel, die durch das endoplasmatische Retikulum, Endosomen und Lysosomen gebildet werden; und sie sind für die Bewegung der Chromosomen während der Zellteilung verantwortlich. Axonemale Dyneine sind Motorproteine, die beim Gleiten von Mikrotubuli in den Axonemen von Zilien und Flagellen in eukaryotischen Zellen verwendet werden.

Kinesine

Kinesine sind wie zytoplasmatische Dyneine Motor-Protein-Komplexe, die entlang der Mikrotubuli "laufen" und am Vesikeltransport beteiligt sind. Im Gegensatz zu zytoplasmatischen Dyneinen verläuft die Polarität der Kinesinbewegung vom "(-)"-Ende des Mikrotubulus zum "(+)"-Ende bei der Hydrolyse von ATP. In den meisten Zellen bedeutet dies, dass Fracht vom Zentrum der Zelle in Richtung Peripherie transportiert wird (die entgegengesetzte Richtung zu Dyneinen). Diese Transportart ist bekannt als anterograd oder orthograder Transport. Wie zytoplasmatische Dyneine sind Kinesine an einer Vielzahl von zellulären Prozessen beteiligt, einschließlich der Vesikelbewegung und der Chromosomenbewegung während der Zellteilung.

Die Struktur von Kinesinen ähnelt der von zytoplasmatischen Dyneinen und ist in Abbildung 8 dargestellt. Mitglieder der Kinesin-Superfamilie variieren in ihrer Form, aber die Gesamtstruktur ist die eines Heterotetramers, dessen motorische Untereinheiten (schwere Ketten) ein Proteindimer (Molekülpaar) bilden, das bindet zwei leichte Ketten.

Abbildung 8. Schema der Kinesin-Motorproteine. Die schweren Ketten bestehen aus einem kugelförmigen Kopf (der motorischen Domäne) am aminoterminalen Ende, der über einen kurzen, flexiblen Neck-Linker mit dem Stiel verbunden isteine lange, zentrale α-helikale Coiled-Coil-Domänedie in einer carboxyterminalen Schwanzdomäne endet, die mit den leichten Ketten assoziiert. Die Stiele zweier leichter Ketten verflechten sich zu einer Coiled-Coil, die die Dimerisierung der beiden schweren Ketten steuert. In den meisten Fällen bindet die transportierte Fracht an die leichten Kinesinketten, aber in einigen Fällen bindet die Fracht an die C-terminalen Domänen der schweren Ketten.

Animationen von Kinesin und Dynein bei der Arbeit

  • Animation eines zyplasmatischen Dynein-Motors auf einem Mikrotubulus
  • Wie sich Dynein entlang eines Mikrotubulus bewegt
  • Bewegungsmechanismus von Kinesin auf einem Mikrotubulus
  • Kinesin- und Dynein-Motoren

Wie interagieren die Motoren mit der Fracht und den Mikrotubuli?

Zytoplasmatische Dyneine und Kinesine interagieren mit Cargo und Mikrotubuli auf ähnliche Weise. Die leichten Ketten interagieren mit Rezeptoren auf den verschiedenen Frachtvesikeln und den globulären motorischen Domänen, spezifisch mit den Mikrotubuli.

Abbildung 9. Schema eines Kinesin-Motorproteins, das ein Frachtvesikel entlang eines Mikrotubulus-Filaments trägt.

Hinweis: mögliche Diskussion

Welche Vorteile bietet es, mehrere Arten von Motorproteinen zu haben? Mehrere Arten von Filamenten? Filamente mit Polarität?


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Biologie auf der Grünen Insel: Auslandsstudium bietet transformative Erfahrungen

Joanne Newens trat an der UC Davis als Ernährungswissenschaftlerin auf dem Pre-Medizin-Kurs ein. Studiengänge in den Biowissenschaften waren zunächst ein Sprungbrett auf dem Weg zum Medizinstudium. Sie schrieb sich für die Voraussetzungen ein, verbrachte Zeit in der Bibliothek und besuchte Vorlesungen. Aber etwas fehlte in ihrem akademischen Leben.

Auf der Suche beschloss Newens, den Sommer nach ihrem ersten Auslandsjahr in Cork, Irland, mit dem Auslandsstudienprogramm „ Bio Sci 2A on the Emerald Isle “ zu verbringen. Etwa fünf Wochen lang besuchten sie und andere Studenten der UC Davis Kurse am University College Cork (UCC) und tauchten in die irische Kultur ein.

„Ich wollte nicht nur Kurse belegen, um die Voraussetzungen zu erfüllen. Ich wollte Kurse besuchen, weil ich mich dafür interessierte“, sagte Newens, jetzt Junior Neurobiologie, Physiologie und Verhaltensforschung. „In einem Klassenzimmer mit weniger Leuten als in einer normalen Vorlesung zu sitzen und eine persönliche Beziehung zu einem Professor zu haben, hat wirklich den Grundstein für meine Liebe zur Wissenschaft gelegt, und deshalb habe ich das Hauptfach gewechselt.“

Siebzehn Studenten reisten mit dem Auslandsstudienprogramm im Sommer 2017 nach Irland. Joanne Newens

Newens’ Reise durch Irland im Jahr 2017 wurde von UCC-Ausbilderin Kellie Dean geleitet. Newens erinnerte sich an die ansteckende Aufregung, die Dean ausstrahlte, als er über biologische Konzepte wie die Struktur und Funktion von Ribonukleinsäure (RNA) diskutierte.

„Man konnte die Leidenschaft in ihren Augen sehen, wenn sie über RNA sprach“, erinnerte sich Newens. „Und ich dachte: ‚Es ist so cool, dass du eine Leidenschaft für etwas so Kleines hast, etwas, an das ich noch nie gedacht hätte.‘“

Inspiriert von Dean kehrte Newens erholt auf den Campus der UC Davis zurück. "Ich habe versucht, Leidenschaft für die Wissenschaft zu finden, und es hat funktioniert", sagte sie.

Reisen ist transformierend, aber oft denken Studenten, insbesondere in den Biowissenschaften, dass sie aufgrund der strengen akademischen Anforderungen keine Zeit haben, im Ausland zu studieren. Wenn Sie einen Vorkurs ein Viertel verpassen, kann dies einen Welleneffekt haben, der eine akademische Laufbahn stört. Das Irland-Programm wurde jedoch mit Blick auf die Studenten des College of Biological Sciences entwickelt.

„Ich persönlich denke, dass alle Studenten ins Ausland gehen sollten, da dies jede Ausbildung in freien Künsten verbessert“, sagte Professor Mitchell Singer, Department of Microbiology and Molecular Genetics. Singer reiste im Sommer 2017 mit dem Irland-Programm. „Es ist wichtig, andere Kulturen nicht nur zu sehen, sondern daran teilzuhaben. Für Biologen ist es wichtig zu lernen, mit anderen zu interagieren und über Wissenschaft zu diskutieren.“

"Wissenschaft ist so auf verschiedene Länder und Kulturen übertragbar", sagte Dean über die Vorteile von Life-Sciences-Studenten, die im Ausland studieren. "Es macht dir klar, dass Wissenschaft ein großartiger Abschluss ist, der dich überall hinbringen kann."

„Ich habe das Gefühl, dass Cork das irische Äquivalent zu Davis ist“, sagte Moore, ein Junior-Mikrobiologie-Major, der sich an die Vielzahl von Menschen, die mit dem Fahrrad und zu Fuß unterwegs waren, und den spürbaren Einfluss der Universität auf die Stadt erinnerte. Joanne Newens

Horizonte erweitern, Netzwerke erweitern

Die Ausrichtung der Kurse des Irland-Programms auf die Curriculumsanforderungen des College of Biological Sciences überzeugte Elizabeth Moore, im Sommer 2017 im Ausland zu studieren. Und die Umgebung schien seltsam vertraut.

„Ich habe das Gefühl, dass Cork das irische Äquivalent zu Davis ist“, sagte Moore, ein Junior-Mikrobiologie-Major, der sich an die Vielzahl von Menschen, die mit dem Fahrrad und zu Fuß unterwegs waren, und den spürbaren Einfluss der Universität auf die Stadt erinnerte.

Während ihres Aufenthalts in Irland reisten Moore und die Studenten ihres Programms und unternahmen Exkursionen, darunter einen Wochenendausflug nach Dublin, komplett mit Besuchen der National Botanic Gardens und der Jameson Distillery.

„Irland ist großartig und die Klasse ist großartig, aber ich habe das Gefühl, dass es ohne die Leute, mit denen wir auf der Reise waren, nicht dasselbe gewesen wäre“, sagte Miranda Burgett, eine junge Biologiestudentin, die 2017 auch im Ausland studierte. „ Sie machen alles zusammen. Wir gingen morgens zusammen zum Unterricht, weil wir alle am selben Ort wohnten und alle diese Ausflüge zusammen machten.“

An einem stürmischen Tag machten sie einen Tagesausflug zu den Cliffs of Moher, wo der Atlantik auf steile, grasbewachsene Klippen trifft. Der Wind war heftig und Burgett erinnerte sich, dass sich die Schüler aneinander klammerten, um beim Fotografieren einen stabilen Halt zu finden.

„Ich glaube, wir haben ein paar Fotos von uns allen, die Professor Deans Hut jagen, weil er ihr vom Kopf geweht hat und wir alle die Treppe hochgelaufen sind, um ihn zu bekommen“, sagte Moore mit einem Lachen.

Während die Schüler Zeit damit verbringen, Sehenswürdigkeiten in einem neuen Land zu sehen, lernen sie auch die Grundlagen der Biologie. BIS2A ist ein Prüfstein des Lehrplans des College of Biological Sciences. Der Kurs führt die Studierenden in lebenswichtige biochemische und molekulare Prozesse ein. Normalerweise geht die Einschreibung für die Klassen in die Hunderte, aber das Irland-Programm ist auf 30 Schüler begrenzt.

„Ich hoffe, dass die Studenten die Komplexität und Schönheit der Biologie, der Zellen und Moleküle, die alles möglich machen, mit größerer Wertschätzung nach Hause gehen“, sagte Dean. "Ich halte mich wirklich an den Lehrplan der UC Davis, füge aber durchgehend mein eigenes Material hinzu, das aus verschiedenen Kursen stammt, die ich in den letzten 14 Jahren unterrichtet habe."

Singer hielt Gastvorträge im Sommerprogramm 2017. Moore erinnerte sich, dass sie von den Themen fasziniert war, die Singer behandelte, wie Mitose und Elektronentransportkette. Sie wollte mehr über seine Forschung erfahren.

„Ich habe nach dem Unterricht mit ihm gesprochen und da wir nur 17 waren, war es wirklich einfach, mit der Fakultät eins zu eins zu sprechen“, sagte sie. "Er stand im Grunde nur da und erklärte alles, was er tat."

„Ich war ehrlich gesagt sehr eingeschüchtert von Professoren im Allgemeinen, die auf die Reise gingen“, fügte Moore hinzu, „aber man lernt sie viel persönlicher kennen.“

Die Studenten Miranda Burgett, Joanne Newens und Elizabeth Moore stehen zusammen mit Michele Igo, dem stellvertretenden Dekan des College of Biological Sciences für das irische Programm. David Slipher/UC Davis

Eine Reise mit nachhaltiger Wirkung

Moore kam im Herbstquartal nach ihrem Auslandsstudium als Undergraduate-Forscherin zum Singer Lab. Das Labor konzentriert sich auf Myxobakterien, eine Gruppe von Bakterien, die im Boden leben. Moore erklärte, dass, wenn das Bakterium nicht genügend Nährstoffe im Boden findet, die Zellen zusammenschwärmen und einen Biofilm bilden – ein mobiles, mehrzelliges Konglomerat – das an einen neuen Ort und Sporen gleiten kann. Moore nannte den Prozess „faszinierend“.

„Wir führen eine Reihe von genetischen Arbeiten durch, um zu versuchen, genau zu verstehen, wie dieser Prozess funktioniert“, sagte Moore. „Wir versuchen immer noch, alles herauszufinden. Es gibt ein paar andere Praktikanten, die auch an den Projekten arbeiten. Es ist eine großartige Möglichkeit, praktische Erfahrungen in einem Bereich zu sammeln, für den Sie wirklich eine Leidenschaft haben.“

Für Newens war der beste Teil des Auslandsstudiums die Verbindungen, die sie mit ihren Kommilitonen und der Fakultät aufbaute. Wie bei Moore ermutigte die Erfahrung Newens, bei der Annäherung an die Fakultät selbstbewusster zu sein.

„Bürozeiten können einschüchternd sein, aber in Irland war ich von 17 Leuten umgeben, die es auch mit Akademikern ernst meinten, und wir kamen uns sehr nahe“, sagte Newens und bemerkte, dass die kleinen Vortragsumgebungen die Erfahrung noch angenehmer machten. „Ich finde, die Leute ziehen wirklich alles zusammen und deshalb ist ein Auslandsstudium toll.“

„Die Reise hat mir gerade die Augen geöffnet, wie groß die Welt tatsächlich ist“, fügte Burgett hinzu. "Es gibt so viele Orte zu besuchen und zu sehen."

An einem stürmischen Tag machten die Schüler einen Tagesausflug zu den Cliffs of Moher, wo der Atlantik auf steile, grasbewachsene Klippen trifft. Joanne Newens


Öffentlicher Kurs: Die Wissenschaft von Gesundheit und Glück

Das RCSI Center for Positive Psychology and Health präsentiert einen neuen öffentlichen Online-Kurs mit dem Titel &lsquoThe Science of Health and Happiness&rsquo.

In diesem 10-wöchigen Kurs werden wir erforschen, wie die Prinzipien der Positiven Psychologie und der Lifestyle-Medizin genutzt werden können, um unsere Gesundheit zu verbessern und unser Wohlbefinden zu optimieren. Wir werden eine Reihe von Themen behandeln, darunter die Gesundheit der ganzen Person, Stärken, Achtsamkeit und Meditation sowie Hindernisse und Wege zum Glück.

Dies ist ein praktischer Kurs, der aus 10 vorab aufgezeichneten Online-Vorträgen besteht, die einmal pro Woche präsentiert werden. Es werden keine Gebühren erhoben und der Kurs steht allen offen, die daran interessiert sind, ihre Gesundheit und ihr Glück zu verbessern.

Die Anmeldung bleibt für die Dauer des Kurses geöffnet. Nach der Anmeldung erhalten Sie eine E-Mail mit weiteren Details und dem Link zu den Kursinhalten.

Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die Themen, die jede Woche behandelt werden.

  1. Einstieg: Über diesen Kurs Krankheiten des Lebensstils und die Herausforderung, in der modernen Welt gesund und glücklich zu sein.
  2. Biologie: Geist-Körper-Verbindungen bei Gesundheit und Krankheit: Wie sind unser Geist, unser Gehirn und unser Körper miteinander verbunden? Was sind die Wurzeln der positiven Gesundheit?
  3. Gesundheit des ganzen Menschen: Gesund sein &ndash Lektionen aus Biologie und Psychologie Wichtige Strategien zur Optimierung Ihrer Gesundheit.
  4. Was sind die Wege zum Glück ich?: Missverständnisse über Glück Können wir Glück wissenschaftlich untersuchen, die Wissenschaft der positiven Psychologie, warum die Denkweise wichtig ist, was dich nicht glücklich macht?
  5. Was sind die Wege zum Glück II?: Strategien, um Glück zu finden PERMA, Dankbarkeit Liebe und positive Beziehungen genießen Empathie, Mitgefühl und Freundlichkeit
  6. Meditation für die Gesundheit: Achtsamkeit und Meditation
  7. Deine Emotionen und du: Was ist emotionale Intelligenz? Wie kultiviert man positive Emotionen? Wie erweitern und bauen positive Emotionen unsere Ressourcen? Was ist Fließen?
  8. Dein stärkstes Selbst: Resilienz-Trauma und -Wachstum Wie finden und nutzen Sie Ihre Kernstärken? Wie entwickelt man Optimismus?
  9. Glück im Lebenszyklus: Förderung von Glück, Gesundheit und Wohlbefinden im Kindes- und Jugendalter, gut altern
  10. Alles zusammenfügen: Schlüssel zum Mitnehmen Schlüsselstrategien für Glück und Gesundheit, der Sinn Ihres Lebens

Die Kursinhalte werden vermittelt von:

    , Direktor des RCSI Center for Positive Psychology and Health , Leitender klinischer Psychologe, spezialisiert auf psychische Gesundheit von Kindern und Jugendlichen, und Dozent am RCSI Center for Positive Psychology and Health , Immunologe, praktizierender Psychotherapeut und Meditationslehrer und Dozent am RCSI Center for Positive Psychologie und Gesundheit

Weitere Informationen zum RCSI Zentrum für Positive Psychologie und Gesundheit finden Sie hier.


Zelldiagramme

In einer Zeit vor Covid-19 wurden im Unterricht Kennzeichnungsübungen auf Papier verwendet. Die Schüler bekamen 5-10 Minuten Zeit, um das Beschriften zu üben, und dann ging ich das Beschriften am Projektor durch.

Von Handouts wird jetzt im Präsenzunterricht abgeraten, und viele Studenten werden zumindest einen Teil des Semesters von zu Hause aus arbeiten. Dies hat einige grundlegende Änderungen erforderlich gemacht, wie diese Art von Handouts mit den Schülern geteilt werden. Das Ziel besteht darin, Dokumente zu erstellen, die Online-Studenten (auch diejenigen, die möglicherweise in Ihrem Kurs an Chromebooks arbeiten) keine Übungen auf Papier durchführen müssen. Es gibt einige Möglichkeiten, dies zu tun.

  1. Wenn Sie Zugriff auf Adobe Acrobat haben, können Sie Dateien aus Word in PDF konvertieren und dann die Funktion “Formular vorbereiten” verwenden. Dadurch werden Textfelder hinzugefügt, die ausgefüllt werden können. Sie können auch Dropdown-Felder verwenden, wenn Sie den Schülern die Möglichkeit geben möchten, das Diagramm zu beschriften. Die Studierenden müssen das PDF herunterladen, um die Felder auszufüllen.
  2. Öffnen Sie Google Draw und importieren Sie das Diagramm. Verwenden Sie dann “insert”, um Textfelder zu erstellen, in die die Schüler die Beschriftungen ausfüllen können. Vergessen Sie nicht, wenn Sie dies Schülern im Google-Klassenzimmer zuweisen, für jeden Schüler eine Kopie zu erstellen.
  3. Sie können Dokumente in einer nicht bearbeitbaren Form hinterlassen und die Schüler können ein Add-On wie “Kami” verwenden, um das Dokument mit Anmerkungen zu versehen.

Dieses ursprüngliche Diagramm zur Zellbeschriftung wurde in mehreren meiner Klassen verwendet. Es ist nicht schwierig und wird normalerweise nach einer Überprüfung oder Diskussion von Zellteilen gegeben. Die Links danach zeigen, wie es mit Fernlernen verwendet werden kann.


Mutation des Gens des Lipoprotein-Prozessierungswegs lspA oder die Hemmung der LspA-Aktivität durch Globomycin erhöht die MRSA-Resistenz gegen β-Lactam-Antibiotika

Die Staphylococcus aureus Die Zellhülle umfasst zahlreiche Komponenten, darunter Peptidoglycan (PG), Wandteichonsäuren (WTA), Lipoteichonsäuren (LTA), auf die antimikrobielle Medikamente abzielen. Die MRSA-Resistenz gegen Methicillin wird durch die mecA-kodierte β-Lactam-resistente Transpeptidase, Penicillin-Bindungsprotein 2a (PBP2a). Die PBP2a-abhängige β-Lactam-Resistenz wird jedoch auch durch die Aktivität von Signalwegen moduliert, die an der Regulation oder Biosynthese von PG, WTA oder LTA beteiligt sind. Hier berichten wir, dass die Mutation des Lipoprotein-Signalpeptidase-II-Gens, lspA, aus dem Lipoprotein-Prozessierungsweg, erhöhte die β-Lactam-Resistenz bei MRSA signifikant. Mutation von lgt, das für die Synthese des LspA-Substrats verantwortliche Diacylglycerintransferase (Lgt) kodiert, hatte keinen Einfluss auf die β-Lactam-Empfindlichkeit. In Übereinstimmung mit früheren Berichten, lgt und lspA Mutationen beeinträchtigten das Wachstum in chemisch definierten Medien, jedoch nicht in komplexer Brühe. Eine MRSA-Exposition gegenüber dem LspA-Inhibitor Globomycin erhöhte auch die β-Lactam-Resistenz. Mutation von lgt in einem (n lspA Hintergrund stellte die β-Lactam-Resistenz gegen Wildtyp wieder her. Die lspA Die Mutation hatte keinen Einfluss auf die PBP2a-Expression, die PG-Zusammensetzung oder die autolytische Aktivität, was auf eine mögliche Rolle von WTA oder LTA hinweist. Die lspA und lgt Mutanten zeigten eine geringfügig erhöhte Resistenz gegen den D-Alanin-Weg-Inhibitor D-Cycloserin. Darüber hinaus ist die Mutation von lgt und mehrfach kopieren lspA Ausdruck, aber keine Mutation von lspA, eine signifikant erhöhte Anfälligkeit für den Lipoteichonsäure-Synthase-Inhibitor Kongorot, was ein komplexes Zusammenspiel zwischen Lipoprotein-prozessierenden Mutationen und der Expression/Stabilität von Zelloberflächen-Glykopolymeren offenbart. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Akkumulation des LspA-Substrats Diacylglyceryl-Lipoprotein die MRSA-Resistenz gegenüber β-Lactam-Antibiotika durch Auswirkungen auf andere Zellhüllenkomponenten als PG erhöht.


Allgemein

Diese Zelllinie ist ein geeigneter Transfektionswirt.

Die Zelllinie wurde für Studien über den Mechanismus der Vinblastin-Präzipitation von mikrotubulärem Protein, die Kinetik der GTP-Bindung an isoliertes Protein, den Umsatz von Mikrotubuli in vivo und die Synthese und den Zusammenbau von mikrotubulärem Protein verwendet. Die Weltorganisation für Tiergesundheit (OIE) verwendet die Zellen zur routinemäßigen Diagnose von Tollwut.

Eigenschaften

Neuro-2a-Zellen produzieren große Mengen an mikrotubulärem Protein, von dem angenommen wird, dass es eine Rolle in einem kontraktilen System spielt, das für den axoplasmatischen Fluss in Nervenzellen verantwortlich ist. Getestet und negativ auf Ektromelie-Virus (Mausepox) befunden.

Umgang mit Informationen

  1. Überprüfen Sie alle Behälter auf Undichtigkeiten oder Brüche.
  2. Nehmen Sie die gefrorenen Zellen aus der Trockeneisverpackung und legen Sie die Zellen sofort bei einer Temperatur unter -130°C, vorzugsweise in flüssigem Stickstoffdampf, bis sie gebrauchsfertig sind.

Um ein Höchstmaß an Lebensfähigkeit zu gewährleisten, tauen Sie die Durchstechflasche auf und beginnen Sie die Kultur so schnell wie möglich nach Erhalt. Wenn bei der Ankunft eine weitere Lagerung der gefrorenen Kultur erforderlich ist, sollte sie in flüssiger Stickstoff-Dampfphase und nicht bei -70°C gelagert werden. Die Lagerung bei -70°C führt zum Verlust der Lebensfähigkeit.

  1. Tauen Sie die Durchstechflasche durch leichtes Schütteln in einem 37°C Wasserbad auf. Um die Möglichkeit einer Kontamination zu verringern, halten Sie den O-Ring und die Kappe aus dem Wasser. Das Auftauen sollte schnell erfolgen (ca. 2 Minuten).
  2. Die Durchstechflasche aus dem Wasserbad nehmen, sobald der Inhalt aufgetaut ist, und durch Eintauchen oder Besprühen mit 70 % Ethanol dekontaminieren. Alle Operationen sollten ab diesem Zeitpunkt unter strengen aseptischen Bedingungen durchgeführt werden.
  3. Den Inhalt des Fläschchens in ein Zentrifugenröhrchen mit 9,0 ml komplettem Kulturmedium überführen und bei ca. 125 x zentrifugieren g für 5 bis 7 Minuten. Überstand verwerfen.
  4. Das Zellpellet mit dem empfohlenen Komplettmedium resuspendieren und in eine 25 cm 2 Kulturflasche geben. Es ist wichtig, eine übermäßige Alkalinität des Mediums während der Gewinnung der Zellen zu vermeiden. Es wird empfohlen, vor der Zugabe des Inhalts des Fläschchens das Kulturgefäß mit dem vollständigen Wachstumsmedium für mindestens 15 Minuten in den Inkubator zu stellen, damit das Medium seinen normalen pH-Wert (7,0 bis 7,6) erreichen kann.
  5. Inkubieren Sie die Kultur bei 37°C in einem geeigneten Inkubator. A 5% CO2 in Luftatmosphäre wird empfohlen, wenn das in diesem Produktblatt beschriebene Medium verwendet wird.
  1. Kulturmedium entfernen und verwerfen.
  2. Spülen Sie die Zellschicht kurz mit 0,25% (w/v) Trypsin - 0,53 mM EDTA-Lösung, um alle Spuren von Serum zu entfernen, das Trypsin-Inhibitor enthält.
  3. Fügen Sie 2,0 bis 3,0 ml Trypsin-EDTA-Lösung in den Kolben hinzu und beobachten Sie die Zellen unter einem umgekehrten Mikroskop, bis die Zellschicht dispergiert ist (normalerweise innerhalb von 5 bis 15 Minuten).
    Hinweis: Um ein Verklumpen zu vermeiden, schütteln Sie die Zellen nicht durch Schlagen oder Schütteln des Kolbens, während Sie warten, bis sich die Zellen gelöst haben. Schwer abzulösende Zellen können bei 37°C platziert werden, um die Verteilung zu erleichtern.
  4. Fügen Sie 6,0 bis 8,0 ml des vollständigen Wachstumsmediums hinzu und saugen Sie die Zellen durch vorsichtiges Pipettieren ab.
  5. Geben Sie geeignete Aliquots der Zellsuspension in neue Kulturgefäße.
  6. Inkubieren Sie die Kulturen bei 37°C.

Spezifikationen zur Qualitätskontrolle

Geschichte

Rechtliche Hinweise

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