Artikel zur Biologie

Biochemie

Hormone, Rezeptoren, Immunsystem, u.a.


Thomas-Peter Hausner, Knud H. Nierhaus

Proteinbiosynthese und ihre Hemmung durch Antibiotika

In den letzten Jahren hat es bemerkenswerte Fortschritte in der Ribosomenforschung gegeben, und zwar auf struktureller und funktioneller Ebene. Im ersten Teil des Artikels wird eine kurze Übersicht über unser heutiges Wissen von der ribosomalen Struktur und Funktion gegeben. Vor diesem Hintergrund werden im zweiten Teil die Hemmmuster verschiedener Antibiotika erklärt und die von der Zelle entwickelten Strategien zur Bildung von Antibiotika-Resistenzen erläutert. Die modernen Ansichten der ribosomalen Funktion vertiefen unser Verständnis von den Hemmechanismen einiger Antibiotika.

Biologie in unserer Zeit 18 (1988, Heft 5), Seite 129.


Neumeier, Reinhard

Monoklonale Antikörper in Biologie und Medizin

Monoklonale Antikörper haben inzwischen ihren festen Platz in den Forschungslaboratorien erobert. Zu den wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten gehören die Reinigung biologischer Substanzen, die Identifizierung und Konzentrationsbestimmung von Substanzen mit Hilfe eines Immunoassays, sowie die Identifizierung von Zellen anhand von Oberflächen-Antigenen. In der medizinischen Diagnostik beginnt man gerade, die monoklonalen Antikörper zu nutzen. Wichtig sind sie z. B. bei der Blutgruppen-Bestimmung. Da es bisher kaum möglich war, monoklonale Antikörper des Menschen in genügenden Mengen zu produzieren, werden vermutlich noch einige )ahre vergehen, bis diese vielversprechenden Proteine in der medizinischen Therapie eingesetzt werden können.

Biologie in unserer Zeit 14 (1984, Heft 4), Seite 97.


Milton H. Saier Jr., Josef Deutscher

Die Rolle des bakteriellen Phosphotransferase-Systems im Zuckermetabolismus

Das Phosphotransferase-System stellt den wichtigsten Transportweg tür Kohlenhydrate bei den meisten anaeroben und fakultativ anaaeroben Bakterien dar. Mit dem Transport in die Zelle werden die Zucker phosphoryliert. Phosphoenolpyruvat dient als Phosphatdonor und als Energielieferant für die Transportreaktion. Das System erfüllt auch regulatorische Funktionen und dient als Signalempfänger bei der Chemotaxis. Unter Berücksichtigung evolutionärer Aspekte werden die Funktionen des Phosphotransferase-Systems diskutiert.

Biologie in unserer Zeit 18 (1988, Heft 1), Seite 9.


Becker, Andreas, und Reinhard Neumeier

Monoklonale Antikörper

Ausgehend von Untersuchungen zur genetischen Regulation der Antikörpersynthese gelang Köhler und Milstein 1975 die gezielte Herstellung monoklonaler Antikörper in vitro. Dies war ein entscheidender Fortschritt gegenüber den üblichen Antiseren, die ein polyklonales Antikörpergemisch enthalten. Monoklonale Antikörper dagegen erkennen spezifisch einzelne antigene Determinanten und können in unbegrenzter Menge rein hergestellt werden. Sie haben in den letzten Jahren große Bedeutung in den bio-medizinischen Wissenschaften erlangt. In diesem Artikel werden die Prinzipien der Herstellung monoklonaler Antikörper beschrieben.

Biologie in unserer Zeit 14 (1984, Heft 3), Seite 72


Andreas Draguhn und Markus Numberger

Der nikotinische Acetylcholinrezeptor

Nervenzellen bilden untereinander und mit ihren Zielzellen Kontakte aus, die Sherrington um 1900 als Synapsen bezeichnete. Im Nervensystem der Säuger kommen vor allem chemische Synapsen vor, bei denen die Zelle Erregung oder Hemmung durch einen Überträgerstoff, den Transmitter, in die nachgeschaltete Zelle weitergibt. Die Integration der synaptischen Wirkungen an der Zielzelle ist ein wesentlicher Mechanismus der Informationsverarbeitung im Nervensystem. Zahlreiche körpereigene und körperfremde Stoffe modulieren die Übertragungseigenschaften von Synapsen, die daher von großem pharmakologischen Interesse sind.

Biologie in unserer Zeit 21, 148-155 (1991).


Hucho, Ferdinand

Neurorezeptoren

Chemische Signale (Hormone, Neurotransmitter) werden durch spezifische Rezeptoren erkannt und in intrazelluläre Effekte umgesetzt. Die Rezeptoren sind das Ziel von Regulationsvorgängen, aber auch von Giften und Drogen. Sie sind entweder mit Ionenkanälen in der Zellmembran oder mit Enzymen gekoppelt. Eingehend behandelt wird der nikotinische Acetylcholinrezeptor (Nervenimpulsübertragung auf den Muskel) und der β-adrenerge Rezeptor (u.a. Regularion der Herzschlagfrequenz).

Biologie in unserer Zeit 13 (1983, Heft 1), Seite 1 - 10.


Emmrich, Frank

Der Antigenrezeptor der T-Lymphocyten -- Struktur und Funktion

T-Lymphocyten sind als Effektorzellen und wegen ihrer vielfältigen regulatorischen Funktionen von zentraler Bedeutung für das Immunsystem. Sie erkennen lösliche wie auch zelluläre Antigene über einen spezifischen Rezeptor und antworten darauf mit Proliferation bzw. mit der Freisetzung von hormonartigen Mediatoren. Der Antigenrezeptor der T-Lymphocyten besteht aus zwei membranständigen glykosylierten Untereinheiten (α und β). Ebenso wie bei Immunglobulinmolekülen können innerhalb von α- und β-Ketten variable Regionen unterschieden werden. Die notwendige Rezeptordiversität wird ähnlich wie bei Immunglobulinen durch Umgruppierung verschiedener DNA-Segmente während der T-Zell Reifung erzeugt (Rearrangement). Über die β-Kette ist der T-Zell Rezeptor mit einem Komplex (T3) aus drei Proteinen assoziiert.

Biologie in unserer Zeit 15 (1985, Heft 4), Seite 97.


Wolfgang Bessler, Barbara Suhr

Die Aktivierung von B-Lymphocyten bei der Immunantwort

Für die Immunabwehr sind bei Vertebraten die Leukocyten (B- und T-Lymphocyten, Makrophagen) verantwortlich. B-Lymphocyten fungieren als Träger der Antikörper-vermittelten (humoralen) Immunantwort, durch die vor allem extrazellulär vorkommende Mikroorganismen abgewehrt werden. Bei der spezifischen (antigenen) Aktivierung werden nur die das Antigen spezifisch erkennenden B-Zellen zur Proliferation und Differenzierung gebracht, wobei eine Zusammenarbeit der verschiedenen Leukocyten-Populationen erforderlich ist. Bei der unspezifischen (polyklonalen) Aktivierung werden bis zu 100 % der Zellen unabhängig von ihrer Spezifität stimuliert. Beide Mechanismen ergänzen sich bei der Abwehr mikrobieller Infektionen.

Biologie in unserer Zeit 16 (1986, Heft 2), Seite 33.


Michael Wettern

Ubiquitin -- Zur Biochemie des intrazellulären Ubiquitin-ATP-abhängigen Abbaus von Proteinen

Zellen regeln ihren Proteinumsatz entsprechend den Anforderungen normaler Wachstumsvorgänge, insbesondere aber auch als Reaktion auf veränderte Umweltbedingungen. Für den Abbau von Protein stehen verschiedene Systeme zur Verfügung. Das extralysosomale, Ubiquitin-ATP-abhängige proteolytische System ist charakteristisch für eukaryotische Zellen und degradiert verschiedene Proteine aus zuvor gebildeten Ubiquitin-Protein-Konjugaten.

Biologie in unserer Zeit 17 (1987, Heft 6), Seite 186.


Tanner, Widmar

lonenströme und Substratflüsse. Durch ihre Kopplung können Zellen Stoffe aktiv aufnehmen

Stofftransport durch biologische Membranen gekoppelt an Ionen-Gradienten kommt in allen Lebewesen vor. Unter Verbrauch von Gradientenenergie und Membranpotential können z.B. Zucker oder Aminosäuren "aktiv" aufgenommen werden. In tierischen Zellen dienen Na+-Gradienten diesem Zweck, in Bakterien, Pilzen, Algen und Höheren Pflanzen fast ausschließlich H+-Gradienten. Dem gesamten pflanzlichen Ferntransport (Phloemtransport) liegt dieses Prinzip zugrunde; die treibende Kraft hierfür ist das elektrochemische Potential von H+.

Biologie in unserer Zeit 15 (1985, Heft l), Seite 8.


Rolf Mentlein

Welche Bedeutung haben Peroxisomen im tierischen Stoffwechsel?

Nach neueren Untersuchungen liegt die Hauptfunktion der Peroxisomen der Säugetiere im Lipidstoffwechsel. Das peroxisomale β-Oxidationssystem für Fettsäuren dient als physiologische Reserve neben dem schon lange bekannten mitochondrialen Abbauweg. Es wird durch hohes Fettsäureangebot oder durch Pharmaka, die den Triacylglycerol-Spiegel im Serum senken, induziert. Es verkürzt außerdem die Seitenkette des Cholesterins bei der Bildung der Gallensäuren. Als bisher wichtigste Funktion der Peroxisomen ist ihre Beteiligung bei der Biosynthese von Plasmalogenen anzusehen. Diese Phospholipide sind besonders in den Membranen der Nervenzellen anzutreffen. Fehlen Peroxisomen beim Menschen, wie beim angeborenen Zellweger-Syndrom, hat dies eine gestörte Gehirnentwicklung und den Tod im ersten Lebensjahr zur Folge.

Biologie in unserer Zeit 16 (1986, Heft 2), Seite 60.


Peter Brandt

Eintransport von Proteinen in Chloroplasten oder Mitochondrien

Die Mitochondrien und Chloroplasten sind semi-autonome Bereiche (Kompartimente) in der eukaryotischen Zelle. Beide Organelltypen bedürfen der Versorgung mit Proteinen aus dem Cytoplasma der eukaryotischen Zelle. Wie die Organelltypen unterschieden werden und damit nur die jeweils "richtigen" Proteine in die Organelle eintransportiert werden, wird hier beschrieben.

Biologie in unserer Zeit 20, 251-256 (1990).


Schulz, Georg E.

Definierte molekulare Wechselwirkungen als Basis biologischer Systeme

Alle Veränderungen in Organismen beruhen auf gegenseitiger Erkennung von Moleküloberflächen. Zur Vermeidung von Fehlkontakten müssen diese Oberflächen eine feste Struktur haben. Es gibt mehrere Milliarden Möglichkeiten für feste Kontaktoberflächen. Diese Zahl ist höher als die Anzahl der in einem Organismus dargebotenen Kontaktflächen, so daß Falschkontakte durch Mutationen vermieden werden können. Jedoch ist die Anzahl kompatibel mit der beobachteten Anzahl von verschiedenen Antikörpern.

Biologie in unserer Zeit 14 (1984, Heft 4), Seite 121.


Peter Dürre, Jan R. Andreesen

Die biologische Bedeutung von Selen

Bis vor wenigen Jahren galt Selen ausschließlich als toxisches Element, das vor allem in der optischen und der Elektroindustrie Anwendung fand. Mittlerweile sind aber viele biologische Reaktionen bekannt, die ohne die katalytische Wirkung von Selen nicht ablaufen können. Die meisten dieser Prozesse wurden in Mikroorganismen gefunden und aufgeklärt. Für den Menschen dürften in der Zukunft vor allem die antikarzinogenen Eigenschaften dieses essentiellen Spurenelements von Bedeutung sein.

Biologie in unserer Zeit 16 (1986, Heft 1), Seite 12.


Hermann H. Dieter, Josef Abel

Metallothionein. Biochemie und Hypothesen zur physiologischen Funktion des schwermetallbindenden Proteins

Bei den Metallothioneinen handelt es sich um eine ubiquitär im Tierreich vorkommende niedermolekulare Proteingruppe, die sowohl essentielle wie auch toxische Schwermetalle sehr fest bindet. Ihre differentielle Induzierbarkeit durch die verschiedensten endogenen und exogenen Einflußfaktoren weist auf eine zentrale Rolle in der zellulären Homöostase von Zink und Kupfer.

Biologie in unserer Zeit 17 (1987, Heft 1), Seite 27.


Ulrich Gehring

Steroidhormon-Rezeptoren

Zielzellen für Hormone zeichnen sich dadurch aus, daß sie über spezifische Rezeptoren verfügen. Die Rezeptoren für Steroidhormone befinden sich im Zellinneren. Nach Bindung des Steroids erfolgt Aktivierung zu einer Rezeptorform, die an Chromatin oder DNA binden kann und dadurch die Expression Zielzell-spezifischer Gene reguliert. Biochemische und genetische Experimente führten zu einem Modell für den Glucocorticoid-Rezeptor, das hier dargestellt und diskutiert wird.

Biologie in unserer Zeit 16 (1986, Heft 1), Seite 8.


Simon Conway Morris

Die Burgess Shale-Fauna und die frühe Evolution der Tiere

Die hervorragende Weichkörpererhaltung wirbelloser Tiere der Burgess Shale-Fauna aus Kanada bietet einzigartige Einblicke in die spektakuläre evolutionäre Radiation mariner Metazoen vor etwa 550 Millionen Jahren. Solche Faunen zeigen ein enormes Spektrum unterschiedlicher Stämme, liefern aber auch Informationen über die Ökologie früherer Lebensgemeinschaften oder den Aufbau komplexer Außenskelette.

Biologie in unserer Zeit 22, 256 - 263 (1992)


Gerhard H. Braus

Intrazellulärer Verkehr in Hefe

Die Untersuchung des Transports verschiedener Proteine innerhalb einer Zelle ist ein aktuelles Forschungsgebiet, das am Beispiel des Transports eines Proteins in die Vakuole der Hefezelle vorgestellt wird. Neben neueren Forschungsergebnissen werden auch die Methoden behandelt, die zu diesen Forschungsergebnissen gefühlt haben. Als Modellprotein dient die Carboxypeptidase Y, die -- wie die meisten löslichen vakuolären Proteine -- zunächst über den ersten Teil des Sekretionsweges transportiert wird und dann in die Vakuole abzweigt. Dieses Protein besitzt neben einer Signalsequenz für die Sekretion eine Sortierungssequenz für die Vakuole. Am spezifischen Sortierprozeß vom Sekretionsweg in die Vakuole sind mehr als 40 Gene bzw. deren Genprodukte direkt oder indirekt beteiligt. Zusätzlich zu diesem Transportweg gibt es auch andere Wege, bei denen Proteine direkt aus dem Cytoplasma oder über Endocytose in die Vakuole transportiert werden.

Biologie in unserer Zeit 22, 91 - 96 (1992)


Hubert Hug und Thomas F. Sarre

Antivirale Effekte von Interferon

Die Bedrohung von Lebewesen durch Infektionskrankheiten ist vermutlich so alt wie die belebte Welt selbst. Zu den Erregern von Infektionskrankheiten zählen Viren, Bakterien, Pilze und einzellige Protozoen. Die Bekämpfung von Infektionskrankheiten war und ist eine der großen Herausforderungen für Human- und Veterinärmediziner. Trotz des Einsatzes von Antibiotika und Schutzimpfungen hat sich eine Gruppe von Erregern (Viren) bisher einer wirksamen Bekämpfung entzogen, so daß man heute virale Infektionen als die letzte große parasitenbedingte Bedrohung der Menschheit bezeichnen kann.

Biologie in unserer Zeit 23, 243 - 247 (1993)


Werner Müller-Esterl

Kinine, Kallikreine und Kaskadensysteme. Die molekulare Basis der Peptidhormon-Wirkung

Peptidergische Effektorsysteme regulieren im menschlichen Organismus zentrale Funktionen wie die Stoffwechselsteuerung, Schmerzempfindung und Abwehr. Zahlreiche Strukturen von Komponenten peptidergischer Systeme konnten bereits aufgeklärt werden. Am Beispiel des Kallikrein-Kinin-Systems, das wichtige Rollen bei der Entzündungsreaktion, bei der Blutdruckregulation und bei der Gerinnung spielt, werden die molekularen Grundlagen dieser Systeme dargestellt.

Biologie in unserer Zeit 23, 184 - 191 (1993)


John H. Crowe und Lois M. Crowe

Überleben ohne Wasser

Nicht nur Pflanzen(teile) wie etwa Früchte oder Samen, sondern auch etliche Kleintiere aus der Bodenfauna können nahezu vollständig austrocknen und diesen Zustand unbeschadet überstehen. Die Trockenresistenz setzt besondere molekulare Mechanismen voraus. Insbesondere sind dabei Proteine und Membranen zu stabilisieren. Disaccharide wie Trehalose oder Saccharose übernehmen dabei eine zentrale Rolle. Die neuen Einsichten in das Dehydratation/Rehydratations-Verhalten biologischer Membranen versprechen interessante technologische Anwendungen.

Biologie in unserer Zeit 22, 27 - 32 (1992)


Manfred Schedlowski und Uwe Tewes

Verhaltenseinflüsse auf das Immunsystem: Streß und Konditionierung

Nicht nur die Alltagserfahrung lehrt, daß der Körper gesünder ist, wenn es der Seele gutgeht. Auch psychosomatische Erklärungsansätze postulieren schon lange, daß Gefühle unsere Gesundheit beeinflussen. Die bisher vorliegenden Ergebnisse belegen, daß Nerven-, Hormon- und Immunsystem innerhalb eines biochemischen Netzwerkes miteinander kommunizieren, daß Streß unser Abwehrsystem beeinflussen kann und Immunreaktionen konditionierbar sind.

Biologie in unserer Zeit 22, 274 - 280 (1992)


Graw, Jochen

Kristalline, Strukturproteine der Augenlinse

Die Strukturproteine der Linse, die Kristalline, lassen sich in fünf verschiedene Klassen einteilen, die nach ihren Molekularmassen, ihren isoelektrischen Punkten und ihrem immunologischen Verhalten unterscheidbar sind. Einige weisen innerhalb der bereits aufgeklärten DNA-Sequenzen Besonderheiten auf: 1. Das α-A2-Kristallin von Ratten, Mäusen und Kälbern verfügt über eine lange nicht-codierende Sequenz am 3'-Ende. 2. Ratten, Mäuse und Hamster zeigen ein verändertes Splicing-Schema, so daß ein Intron zusätzlich translatiert wird. 3. Die β- und γ-Kristalline besitzen hohe interne Homologien. Die Proteindomänen sind auf DNA-Ebene durch Introns getrennt. 4. Die Gene für β- und γ-Kristalline haben vermutlich gemeinsame Vorläufer. -- Der Verlust von Kristallinen kann Auswirkungen auf die Transparenz der Linse haben und zu Linsentrübungen (Katarakten) führen.

Biologie in unserer Zeit 15 (1985, Heft 2), Seite 33.


Sigrun und Hans-Joachim Gabius

Angewandte Lectinforschung

Mit Begriffen wie "Glycobiologie" oder "Tumorlectinologie" hat sich in der biologischen Forschung in den letzten Jahren ein Forschungszweig etabliert, der sich rasch entfaltet. Sogar biomedizinische Firmen verwenden schon den Wertteil "Glyco", auf innovatives Potential hinweisend. Grundlage dieser Entwicklung ist die Annahme, daß der Zuckerteil von zellulären Glycoproteinen und Glycolipiden Träger von Information ist. Diese Information wird im Wechselspiel mit zuckerbindenden Proteinen abgelesen. Zu dieser Gruppe gehören die Lecrine. So füngieren beide Seiten glycobiologischer Erkennung beispielsweise für Zellen wie Postleitzahlen auf dem Briefumschlag, um Zielorte akkurat zu erreichen. Die Entschlüsselung dieser Informationsübermittlung durch biologische Grundlagenforschung hat zweifelsfrei wertvolle Implikationen für die klinische Nutzung der Lectinforschung.

Biologie in unserer Zeit 22, 330 - 335 (1992)


Johannes Harmeyer, Reinhard Kaune

Wie steuert Vitamin D-Hormon die intrazelluläre Calcium-Homöostase?

Die Koordination der Aufgaben der verschiedenen Organe in einem vielzelligen Organismus erfordert eine intensive interzelluläre Kommunikation. Die an den Zellen eintreffenden Signale werden nach Dekodierung an der Zellmembran intrazellulär durch second messenger weitergeleitet. Ca++ spielt hierbei eine wichtige Rolle und das Vitamin D-Hormon beeinflußt oft die second-messenger-funktion des Ca++.

Biologie in unserer Zeit 18 (1988, Heft 4), Seite 110.


Matern, Ulrich

Geschichte und Mechanismus der Biolumineszenz

Die Biolumineszenz von Tieren, Dinoflagellaten und Bakterien ist ein auffälliges Phänomen, dessen molekulare Grundlagen seit Jahren erforscht werden. Obwohl die beteiligten Komponenten, Luciferine und Luciferasen, in einigen Fällen identifiziert werden konnten, sind die mechanistischen Abläufe bisher nur teilweise aufgeklärt. Eine Möglichkeit zur Entstehung von angeregten Singulettzuständen durch Spaltung von Luciferin-Dioxetanonen ist vorgeschlagen worden (bei Tieren), es könnten jedoch auch cyclische Peroxide an der Biolumineszenz beteiligt sein (bei Dinoflagellaten und Bakterien). Die physiologiche Bedeutung der Biolumineszenz bleibt noch Objekt der Spekulation.

Biologie in unserer Zeit 14 (1984, Heft 5), Seite 140.


Wetter, Carl

Die Flüssigkristalle des Tabakmosaikvirus

Das Tabakmosaikvirus (TMV) wird in Zellen von infiziertem Blattgewebe in Form von hexagonalen Kristallen abgelagert. Die sich aus lichtmikroskopischen Untersuchungen ergebende Struktur der Kristalle wird durch elektronenmikroskopische Befunde an Ultradünnschnitten bestätigt. Danach bauen Schichten von parallel angeordneten Virionen mit 300 nm Normallänge den Kristall auf. Um solche Kristalle in vitro zu züchten, wurde aus einer parakristallinen Phase ein irisierendes Gel hergestellt. Dieses zeigt im sichtbaren Licht eine "Bragg-Reflexion", die durch Beugung des Lichts an den Schichten der flüssigkristallinen Phase bedingt ist. Weitere charakteristische Eigenschaften der Flüssigkristalle des TMV und die organisatorische Rolle der Zelle für die Kristallbildung werden erörtert.

Biologie in unserer Zeit 15 (1985, Heft 3), Seite 81.


Klaus Steube, Dieter Kunz

Struktur und Funktion menschlicher Proteinase-Inhibitoren

Im Blut von Wirbeltieren schützen spezialisierte Proteine, sogenannte Proteinase-Inhibitoren, den Organismus vor dem unkontrollierten proteolytischen Angriff durch Proteinasen. In diesem Artikel werden Proteinase-Inhibitoren vorgestellt, die im Blut des Menschen vorkommen.

Biologie in unserer Zeit 18 (1988, Heft 3), Seite 71.


Anja Hübel

Die Hitzeschockantwort -- Wie funktioniert das zelluläre Thermometer?

Werden Organismen oder Zellkulturen erhöhten Temperaturen ausgesetzt, so antworten sie mit der Synthese von Hitzeschockproteinen. Diesen schreibt man eine Schutzfunktion zellulärer Komplexe zu. Die temperaturabhängige Expression der Hitzeschockproteine wird auf transkriptioneller Ebene reguliert. In Prokaryoten erfolgt die Induktion über spezielle Sigmafaktoren, in Eukaryoten über einen Transkriptionsfaktor, den Hitzeschockfaktor. In letzter Zeit wird ein Modell favorisiert, bei dem das Hitzeschockprotein HSP70 an der Registrierung der Temperatur beteiligt ist.

Biologie in unserer Zeit 22, 281-285 (1992)


Hubert Hug

Proteinkinase C: Schlüsselenzym der Signalübertragung in eukaryotischen Zellen

Viele Funktionen sowie Wachstum und Differenzierung von eukaryotischen Zellen werden von äußeren Signalen gesteuert. Wie gelangen nun diese Signale ins Zellinnere? Zur Vermittlung der Signale besitzen Zellen ein komplexes Netzwerk der Signalübertragung, bei dem die Proteinkinase C eine zentrale Rolle einnimmt. Für die Kontrolle von (entartetem) Wachstum ist die Proteinkinase C von besonderer Bedeutung, da sie den direkten Rezeptor für Tumorpromotoren darstellt.

Biologie in unserer Zeit 22, 336 - 341 (1992)