Diese Seite ist meinem Studium des folgenden Buches gewidmet:   Molekularbiologie der Zelle Lothar Jaenicke (Herausgeber/Übersetzer) 1863 Seiten, Dezember 2003, Wiley-VCH, ISBN-10: 3527304924, ISBN-13: 978-3527304929   Es ist gut geschrieben und auch vom Umfang her ausreichend, wenn nicht zu sagen überwältigend.

Hier einige interessante Fakten, die ich daraus gelernt habe.

• Es gibt vier nicht-kovalente Bindungen: Ionenbindungen, Wasserstoffbindungen, van der Waals-Anziehung, Wechselwirkung hydrophober unpolarer Gruppen
• Ribosom (30 nm Durchmesser) besteht aus etwa 90 verschiedenen Protein- & RNA-Makromolekülen und eine Säugerzelle hat ungefähr 10 Millionen Ribosome.
• typisches Enzym katalysiert ca. 1000 Reaktionen pro Sekunde
• kleine Moleküle diffundieren mit bis zu 10 Mikrometer pro fünftel Sekunde (Tierzelle hat einen Durchmesser von 15 Mikrometern)
• häufiges Substrat 0,5 mM => 500000 Zufallstreffer pro Sekunde an aktivem Zentrum von Enzym
• typische Zelle hat 10^9 Moleküle ATP, die pro 1-2 Minuten umgewälzt werden, d.h. ein Mensch wälzt 1 Gramm ATP pro Minute um.
• Bei vollständiger Oxidation von Glucose hat die Zelle einen Wirkungsgrad von 60%.
• Humanzellen können 9 essentielle Aminosäuren nicht synthetisieren.
• Humanzellen haben typischerweise einen Durchmesser von 0,1 mm und ein Volumen von 10^-3 (mm^3).
• DNA-Helicasen winden sich mit einer Geschwindigkeit von 1000 Nucleotiden pro Sekunde an einem DNA Strang entlang.
• Durchschnittliche Proteine in Menschenzellen binden 5 bis 15 verschiedene Partner.
• Die menschliche DNA hat, wenn man sie hintereinander bindet, eine Länge von 1,80 m. Und diese kommt in jeder einzelnen Zelle vor! Nun ist es äußerst bemerkenswert, dass sich diese Kette nicht verknäult, sondern zu einzelnen Chromosomen geordnet ist.
• Mutationsrate bei durchschnittlichem Protein von 400 Aminosäuren: etwa alle 200.000 Jahre eine (nicht-stille) Aminosäurevariation
• Mutationsrate bildet obere Schranke für Anzahl der wichtigen Proteine (ungefähr 60.000)
• Bei Menschen etwa drei Nucleotidaustausche pro Zellteilung
• Topoisomerasen erlauben das temporäre Zerschneiden von DNA-Helices, um einer anderen Helix den Durchtritt zu erlauben; so wird Verknäulung abgebaut.
• Genom eines Retrovirus ist ein RNA-Molekül von ungefähr 8500 Nucleotiden.
• RNA-Polymerasemoleküle bewegen sich bei Eukaryoten mit 20 Nucleotiden pro Sekunde (bei Bakterien mit 50).
• Bei RNA-Polymerase kommt es zu 1000x mehr Fehlern als bei der DNA-Polymerase.
• Je nach Gen wird RNA anhand des einen oder des anderen Stranges der DNA gebildet.
• Mehr als 100 einzelne Untereinheiten an Proteinen müssen sich versammeln, um die Transkription bei Eukaryoten zu starten.
• 60% der Gene des Menschen werden auf vielfältige Weise gespleißt.
• Exone sind bei Eukaryoten etwa 150 Nucleotidpaare lang, Introns variieren mehr mit 10-10^5.
• Augen wurden im Tierreich vierzig mal unabhängig voneinander entwickelt. Interessant ist aber, dass jeweils der Genregulator Pax6 bei Wirbeltieren dieses Organ organisierte.
• Am Ribosom werden pro Sekunde zwei (Eukaryoten) bzw. 20 (Bakterien) Aminosäuren translatiert.
• 1/3 der neu synthetisierten Proteine werden gleich wieder vom Proteasom abgebaut.
• 1/3 der menschlichen Gene unterliegt alternativen Spleißen.
• Ein bestimmtes Gen der Drosophila kann 38000 unterschiedliche Proteine kodieren.
• Während der Evolution werden etwa 0,5% jedes Genoms pro Million Jahre verändert.
• In einer Population von 10.000 Individuen wird jede mögliche Nukleotidsubstitution im Laufe von einer Million Jahre etwa 50-mal "ausprobiert", also einer für die Evolution geringen Zeitdauer.
• Der menschliche Körper besteht aus 75 Tera Zellen, davon etwa 1% ZNS. Etwa 10^11 Neuronen im menschlichen Gehirn mit 10^15 Synapsen.
• Zellmembranen sind etwa 5 nm dick. 30% der Proteine einer tierischen Zelle sind Membranproteine. Diese bilden 50% der Membran, der Rest sind Lipide.
• Bakterien-DNS hat eine Gesamtlänge von 1mm.
• Ein Virus hat einen Durchmesser von 30nm.
• In einem Muskel gibt es 300-500 Haargefäße pro mm^3. Der menschliche Körper besitzt ungefähr 100.000 Kilometer an Kapillaren und sämtliche Körperzellen liegen in der Regel nicht weiter als zwei Zelldurchmesser von einer Kapillare entfernt.
• Kernporen können Proteine bis 26 nm Durchmesser durchlassen durch aktiven Transport. Freie Diffusion ist bei 9 nm Durchmesser möglich.
• Ein typisches Enzym katalysiert ungefähr 1000 Reaktionen pro Sekunde.
• Der genetische Code von Mitochondrien und Chloroplasten ist leicht verschieden von dem sonst üblichen. Ihr Genom ist so klein geworden, dass der Code sich nicht-letal verändern konnte.
• Dyneine sind die größten und schnellsten bekannten Motoren: Axonemale Dyneine können Mikrotubuli im Reagenzglas mit der beachtlichen Geschwindigkeit von 14 Mikrometer pro Sekunde bewegen.
• Viele der auffälligsten Unterschiede zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen beruhen auf dem Cytoskelett der Eukaryoten. Der gesteuerte, direkte Transport intrazellulärer Bausteine durch Motorproteine ermöglicht der eukaryotischen Zelle eine Ausdehnung über die durch die Diffusionsgeschwindigkeit gesetzten Grenzen, die das Wachstum der Prokaryoten limitieren. Gleichzeitig bietet das Cytoskelett ein Gerüst für die, für eukaryotische Zellen so charakteristische, kunstvolle Bauweise. s. Nervenzelle
• Der Transport eines Mitochondriums in einer Nervenzelle geschieht mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Meter pro Tag durch Motorproteine, Diffusionsprozesse würden dafür etwa acht Jahre benötigen!
• Etwa 10% aller Gene kodieren für mRNAs, deren Konzentration sich während des Zellzyklus ändert.

Hier noch offene Fragen, die sich mir gestellt haben.

• Wiso wurden 20 Aminosäuren für die Proteinsynthese "ausgesucht" und keine anderen?
• Warum bestehen Proteine nur aus L-Isomeren der Aminosäuren?
• Wann ist mit einer (vollständigen) Computer-Simulation einer einzelnen Zelle / einem vollständigen Mehrzeller zu rechnen?
• Wie finden sich die einzelnen Bestandteile von komplizierten Makromolekülen in der Zelle, wenn nur 4% des Zell-Inhalts aus diesen Besteht (70% Wasser, 26% Makromoleküle)?
• Wie funktioniert der Transport von Dyneine (Motorproteine, die in Axonen den Transport zum Zellkörper hin erledigen) zu den Synapsen?

Hier einige interessante Zitate zum Thema.

Arten
"Auf der Welt gibt es zur Zeit etwa 5 Millionen Arten. Aber insgesamt hat es in der Geschichte der Erde 500 Millionen Arten gegeben, das heißt: was wir jetzt sehen, ist nur 1 Prozent dessen, was einmal existiert hat."
-- Chaos und Ordnung - Die komplexe Struktur des Lebendigen, Friedrich Cramer, S.222

Minimalorganismus
"Der Minimalorganismus ist dabei eine Zelle, der alle "unnötigen" Gene, die sie nicht unmittelbar für das Überleben braucht, entnommen wurden. Solch ein (hypothetischer) Minimalorganismus könnte mit nur rund 150 Genen und knapp über 100.000 Basenpaaren überleben."
-- Dieses Zitat stammt von dieser Site

DNA Synthese
"Doch die fortgeschrittensten Labore können mittlerweile auch schon 32.000 Basenpaare fehlerfrei aneinanderreihen, zu einem Preis von gut 2 Dollar pro Basenpaar."
-- Dieses Zitat stammt von dieser Site.

Zum Vergleich: das Humangenom hat 3 * (10^9) Basenpaare, das der Backhefe hat 2 * (10^7) und das der Lambda-Phage hat 5 * (10^4). Die Genome von Viren besitzen einen geringeren Umfang: 1000 bis 350.000 Basenpaare. Eine Liste gibt es hier.

Protenom
"Bei der enormen Komplexität der interagierenden Makromolekül-Netzwerke in der Zelle werden Wissenschaftler wohl Jahrhunderte lang beschäftigt sein, bis sie ihre volle funktionelle Bedeutung wirklich erkannt haben - wenn nicht zuvor ein Paradigmenwechsel eintritt."
-- Molekularbiologie der Zelle, S.215

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