Die biologischen Funktionen einer Zelle einfach erklärt

Die biologischen Funktionen einer Zelle einfach erklärt

Schon mal versucht, jemandem die Funktionen der DNA Replikation, der Transkription und der Translation zu erklären? Als Biologin stecke ich manchmal so tief in der Materie, dass ich beim Erklären eines Sachverhalts meines Fachgebiets vergesse, das Verständnis meines Gegenübers in den Vordergrund zu stellen.

Was nützt es einer Person, wenn ich den Prozess der DNA Replikation erkläre, aber der Person nicht verständlich mache, warum dieser Prozess notwendig ist? Jede Person kann die ganze Maschinerie der Transkription & Translation auswendig lernen, aber spätestens nach der Klausur ist das auswendiggelernte Wissen weg. Wenn doch nur zumindest der Zweck dieser Prozesse hängenbleiben würde, wäre schon viel erreicht.

Ich habe letztens versucht, die Prozesse der DNA Replikation, Transkription und Translation einer Person zu vermitteln, die schon seit einer Weile keine Berührung mehr mit diesen Themen hatte.

Im Laufe meiner Erklärungsversuche wurde mir wieder vor Augen geführt, wie wichtig es ist, sich zu vergegenwärtigen, wer mein Publikum ist. Welches Wissen bringt es mit? Das ist entscheidend bei der Frage, wie ich einen Sachverhalt am besten vermitteln kann. Kennt ihr das: Als Experte in einem Thema passiert es oft, dass wir schnell einen Punkt der Frustration erreichen, wenn wir das Gefühl haben, unser Gegenüber würde unsere Erklärungen nicht verstehen? Wir müssen uns bewusst werden, dass die Problematik oft genug auf unsere Seite liegt: Wir haben nicht gelernt, das Publikum und sein Vorwissen in den Vordergrund zu stellen. Beim Erklären eines Sachverhalts ist die schwierigste Frage nicht die Frage des Gegenübers sondern die Frage, wie vermittle ich als Erklärende mein Wissen am besten an das derzeitige Publikum? Denn Schlussendlich geht es mir darum, nicht mein Wissen oder mich in den Vordergrund zu stellen, sondern die fragende Person.

Ich habe mal versucht, meine Erklärungen zu den Themen DNA Replikation, Transkription und Translation zu rekonstruieren und hier (in verbesserter Form) festzuhalten. Es wäre schön, wenn ihr mir eure Meinung dazu sagen könntet, vielleicht sogar eure eigene Version der Prozesse?

 

DNA Replikation:

Bevor wir ins Detail gehen, einige wichtige Fragen überhaupt:

Weißt du, was die DNA ist?

Bibliothek als Metapher für die DNA

Stelle dir die DNA wie eine Bibliothek vor. Du betrittst die Bibliothek und siehst viele Regale. Aber in den Regalen sind anscheinend keine Bücher drin sondern etwas anderes. Du gehst auf das Regal mit der Nummer 15 zu und siehst, dass das Regal vollgestopft ist mit großen weißen Blättern, dicht an dicht. Du bist neugierig und ziehst vorsichtig ein großes Blatt heraus. Es ist ein Bauplan! Aber anstatt eines Bauplans eines Gebäudes zeigt dir dieser Bauplan, wie du braune Augen bekommst. Du legst den Bauplan zurück und gehst weiter zum Regal mit der Nummer 8. Hier ziehst du ein weiteres Blatt heraus und findest einen Bauplan der erklärt wie du es schaffst, 1.60 Meter groß zu werden. Mehr lesen

Wie gesellschaftliche Tabus Wiederbelebungsmaßnahmen stören oder gar verhindern

Wie gesellschaftliche Tabus Wiederbelebungsmaßnahmen stören oder gar verhindern
Herzdruckmassage an einer Modellpuppe mit männlichem Torso von Rama. Lizenz: Attribution-ShareAlike 2.0 France (CC BY-SA 2.0 FR); unverändert; Die Originaldatei ist hier zu finden.

Wart ihr schon mal bei einem Erste-Hilfe-Kurs oder habt ihr womöglich sogar mal eine Herz-Lungen-Wiederbelebung miterlebt? Wenn nicht, habt ihr wahrscheinlich zumindest im Fernsehen schon mal eine Wiederbelebungsmaßnahme gesehen und was man da so sieht, haben wohl auch die meisten als Bild einer Wiederbelebung im Notfall im Kopf.

Ich habe mir mal die Zeit genommen, nach Herz-Lungen-Wiederbelebung, Herzmassage, CPR, Wiederbelebung etc. in Google Bilder zu suchen. Ist euch auch schon mal aufgefallen, dass die auf dem Boden liegenden „betroffenen“ Personen meist Männer waren? Oder wenn sie Frauen waren, im Vergleich zu den männlichen Vorführpersonen immer oben vollständig bekleidet waren, während männliche Vorführpersonen häufig mit nacktem Oberkörper gezeigt werden? Frauen werden höchstens im Badeanzug gezeigt, oftmals als Beispiel einer Ersthelfervorführung von Rettungsschwimmern. Und die Modellpuppen scheinen ja alle nur einen männlichen Torso zu haben… Mehr lesen

Trichoplax adhaerens – Ein Meeresbewohner aus dem Stamm der Placozoa

Trichoplax adhaerens – Ein Meeresbewohner aus dem Stamm der Placozoa
Trichoplax in Kultur und asexuelle Reproduktion von Trichoplax adhaerens
Abb. 1 Trichoplax adhaerens kultiviert unter Laborbedingungen (a) und dessen asexuelle Reproduktion (c-e). Balken: 20 µm. Modifiziert nach Srivastava et al. (2008), veröffentlicht in Nature 454, 955-960, Lizenz: Creative Commons Attribution-Non-Commercial-Share Alike 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0).

Der rein marin vorkommende Organismus Trichoplax adhaerens ist die bisher einzige anerkannte Art des Stammes der Placozoa (Scheibentiere) und zählt zu den basaleren Metazoen. Die phylogenetische Position der Placozoa innerhalb der Metazoen ist jedoch umstritten. Aufgrund ihrer simplen Morphologie wurden Placozoa lange Zeit an der Basis der Eumetazoen eingeordnet, wobei diese Hypothese von einer stufenweisen Evolution von einfachen bis hin zu komplexer aufgebauten Organismen ausgeht (Abb. 1a). Eine weitere Hypothese, verteidigt von der Arbeitsgruppe um Schierwater in Hannover, platziert die Placozoa an der Basis der Metazoa und geht von einer frühen Aufspaltung der beiden Schwestergruppen, den Triploplasten und den Diploplasten, und einer folgenden parallelen Evolution der beiden Schwestergruppen aus, wobei die Placozoa die basalere Position neben den Schwämmen, den Ctenophoren und den Cnidariern innerhalb der Diploblasten einnehmen (Abb. 1b). Mehr lesen

Establishment of a cell micropatterning method for the quantitative assessment of the organization of the keratin filament network

Establishment of a cell micropatterning method for the quantitative assessment of the organization of the keratin filament network
cell micropatterning keratin intermediate filament.jpg
Cell micropatterning – a powerful tool to control cell shape.

Im folgenden findet ihr hier meine Masterarbeit. Die Arbeiten dazu habe ich am Institut für Molekulare und Zelluläre Anatomie der Uniklinik RWTH Aachen unter Aufsicht von Rudolf Leube und Reinhard Windoffer durchgeführt. Ich stelle meine Arbeit hier hoch, in der Überzeugung, dass das an der Universität erlangte Wissen ein Gemeingut darstellt, welches der breiten Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden muss. Forschung, wie sie an Universitäten durchgeführt wird, ist nur mit Hilfe öffentlicher Zuwendungen z.B. durch entsprechende Förderprogramme der Regierung möglich, welche steuerlich finanziert werden. Aus diesem Grund hat die Öffentlichkeit ein Recht auf den freien Zugang zu dem erlangten Wissen und dieses Wissen sollte ihm nicht durch das Closed Access Monopol akademischer Verlage vorenthalten werden können! Wissen, das mit Hilfe gesellschaftlicher Mittel gewonnen wurde, sollte nicht privatisiert werden dürfen, was heute in vielen Fällen faktisch der Fall ist. Durch das Hochladen dieser Arbeit möchte ich meinen Dank an all die Menschen zum Ausdruck bringen, welche mir diese wundervolle Chance ermöglicht haben, an der Forschung beteiligt zu sein. Danke!

I Abstract
Cells are highly sensitive to physical and mechanical cues arising within the microenvironment, which have important effects on cellular processes and subsequent biological responses. The cytoskeleton plays a pivotal role in sensing biomechanical cues and translating it into biochemical signals but it is also of vital importance as a stress-bearing structure for maintaining cell integrity and stability by reorganizing single cytoskeletal elements upon mechanical stimulation. The keratin intermediate filament network contributes to the mechanical resilience of epithelial cells by undergoing a continuous cycle of remodeling in response to mechanical forces. Alterations of the keratin dynamics are difficult to quantify in cells grown under classical culture conditions since the cell shape is transitory due to uncontrollable cell polarity, migration and division. Adhesive micropatterns enable control over cell shape and function. This work explores the possibility to manipulate cell shape and size through cell micropatterning techniques in order to enable an easier quantification of the keratin filament distribution.

In the course of the experiments, stencil patterning was established as the preferred method of choice due to its superior performance in fabricating accurately shaped micropatterns with a uniform and homogeneous protein coating. Micropatterns with different sizes and shapes were designed and the optimal sizes and shapes for a high yield of single cells of selected cell lines was ascertained. The results obtained from normalized cells indicate that the keratin intermediate filament network does not respond to local geometrical cues because differently shaped cells revealed similarities in the average distribution of the keratin intermediate filaments. Nonetheless, the results demonstrate the utility of cell micropatterning for quantitatively assessing the contribution of the cytoskeleton to cellular behavior. The establishment of stencil patterning and the subsequent results of this work motivate further extensive investigations of the keratin intermediate filament network, as well as its interplay with other cellular components.
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Cell micropatterning und die schönen Künste

Cell micropatterning und die schönen Künste
Cell Micropatterning
Retinae Pigmentepithelzellen (RPE1) kultiviert auf Anker-förmige Mikrostrukturen. Gefärbt ist das Aktin-Zytoskelett (grün) und das Protein Transferrin (rot). Aus Grossier et al. (2014) veröffentlicht in The EMBO Journal; approved permission request by John Wiley and Sons.

Wenn unter Künsten die schönen Künste verstanden werden, ist für mich Cell micropatterning die Ikone der Kunst in der Zellbiologie schlechthin.

Was versteht man unter Cell micropatterning?

Cell micropatterning steht für eine Vielzahl von verschiedenen Methoden, welche die genaue Kontrolle über die Zellform und Zellpositionierung auf einem Substrat gemeinsam haben. Zum Beispiel ist es möglich, einzelne Zellen in Form eines Kreises, Vierecks, Dreiecks oder gar eins Sterns oder Mondes zu kultivieren.

Um zu verstehen, wie Zellen eine solche Form annehmen können, muss man wissen, dass Zellen in ihrer natürlichen Umgebung, d.h. in vivo von einem komplexen Netzwerk von sezernierten Proteinen und Kohlenhydraten umgeben sind, bestehend z.B. aus Fibronektin, Collagen oder Laminin, zusammengefasst unter dem Begriff extrazelluläre Matrix (EZM). Die extrazelluläre Matrix dient einfach ausgedrückt als Fixierungsmöglichkeit für Zellen. Ferner reguliert die EZM-Zell-Interaktion das Verhalten der Zelle während des Zellwachstums, der Proliferation, der Differenzierung oder der Zellmigration.

Wenn nun die extrazelluläre Matrix als eine Fixierungsmöglichkeit, also als ein Adhäsionsvermittler (banal formuliert als eine Art „Kleber“) dient, bedeutet das, dass sich Zellen auf diesen adhäsiven Regionen ansiedeln können. Mehr lesen