Zytologie

Def.: Kleinste Einheit des Lebens, die besitzt:

• Genom aus DNA

• Plasmamembran als Grenze zur Umgebung

• Lebensgrundfunktionen:

  • Wachstum

  • Stoffwechsel

  • Fortpflanzung

  • Reizbarkeit (Reizaufnahme (elektrisch/hormonell))

  • Motilität (Beweglichkeit)

Viren < Bakterien < Eukariotische Zellen (< menschliche Zellen) (größte menschl. Zelle: Eizelle)

Haben nicht:

• Zellkern

• Kompartimentierung

• Zytoskelett

Unterschiede zu Eukaryoten:

• Prozyten < Euzyten

• nur 1 Chromosom

• Besitzen 70S-Ribosomen

Vorkommen:

• Bakterien

• Blaualgen

Kennzeichen:

• Zellkern

• Kompartimentierung durch innere Membranen

• Viele Zellorganellen

• Zytoskelett

• Mehrere XHromosomen (Mensch: 46)

Vorkommen:

• Pflanzen

• Tiere

• Pilze

• Einzelle (Protozoen (z.B. Pantoffeltierchen, Amöben)

• Kernmembran fehlt

• Genom iegt im Nukleoplasma als Nukleoid (Kernäquivalent) vor

  • Nur ein Chromosom

  • ringförmiger DNA-Doppelstrang (-> keine Alterung)

  • Keine Histone

  • Replikation ist semikonservativ

  • kleiner als beim Menschen

• Bei vielen Bakterien haben DNA-Plasmide zusätzlich zum Chromosom (-> Plasmid = extrachromosomale DNA)

• Befinden sich im Zytoplasma

• Anzahl kann stark variieren

• Vervielfältigung unabhängig von Hauptchromosom

Funktion:

• Träger von Resistenzen (Antibiotika)

• Träger von F-Faktoren (Konjugation)

• Bildung von Exotoxinen (-> z.B. Tetanus, Diphterie)

• (Wichtig als Vektor für Gentechnik)

• Besitzt Einfaltungen

• -> Ort der Atmungskette -> Energiegewinnung

• Enthält kein Cholesterin

• Nukleoid (1 ringförmiges Chromosom)

• Plasmide

• Ribosomen (70S)

• Plasmamembran

• Geißel (manche)

• Pili (=Fimbrien)

• Zellwand

• Kapsel (einige)

Dient zur Fortbewegung. Nicht bei allen vorhanden!

• Sind an Oberfläche verteilt

• Für Anheftung an Wirtszelle

• F.Pilius (Sexpilius) wichtig für Konjugation (DNA-Übertragung bzw “Bakteriensex”)

• Konjugation: DNA-Austausch über F-Pilius zwischen Bakterien (“Bakterien-Sex”)

• Transduktion: DNA-Übertragung über Bakteriophagen

• Transformation: Übertragung freier DNA (Aufnahme von DNA abgestorbener Bakterien oder Gentehchnik)

Aufbau:

• Alle Prokaryoten besitzen Zellwand (Ausnahme: Mycoplasmen)

• Aufbau aus Aminosäuren und Zuckerresten (= Mureinsacculuc, Murein)

• Murein ist ein- oder mehrschichtig

  • Gram+ Bakterien: mehrschichtige Murein (blau)

  • Gram- Bakterien: ein- bis zweischichtiges Murein (rosa)

Funktion:

• mechanische Festigkeit für Bakterium

• Widerstand gegen Innendruck von Zellplasma

• Verankerung von Pili und Geißel

• -> Angriffsort von Antibiotika Penicillin und Lysozym (hemmen Zellwandsynthese)

• Besitzen nicht alle

• Aufbau aus Polysaccharide und Aminosäuren

• Funktion: Schützen vor Phagozytose (Aufnahme von Bakterien durch Immunzellen)

1. Lag-Phase: Anpassung an Nährmedium (kein Wachstum)

2. Log-Phase: Exponetielles Wachstum

3. Stationäre Phase: Wachstum und Serberate im Gleichgewicht

4. Absterbephase: Nährstoffe sind aufgebraucht, pH-Wert-Änderung dzúrch Stoffwechselendprodukte d. Bakterien

• Können Bakterien töten oder Vermehrung hemmen

• Sie hemmen bakterienspez. Prozesse oder Enzyme

Wirkungsweise:

Hemung von:

• Zellwandsynthese

• Replikation

• Transkription

• Translation

Gemeinsamkeiten:

• höhere Oranisationsform

• Zellinhalt = Protoplast

• Umgeben von Zellmembran

• Zahlreiche Zellorganellen

Nur bei Pflanzen

• Photosynthese -> autotrophe Lebewesen

• Chloroplasten

• Vakuolen

• Zellwand

- > Tiere sind heterotroph und sind auf die Aufnahme von organischen Substanzen angewiesen, um Energie zu gewinnen

Doppelte Membran:

• Zellkern

• Mitochondrien

• (Chloroplast, nur in Pflanzen)

Einfache Membran:

• ER

• Golgi-Apparat

• Lysosomen

• Peroxisomen

Ohne Membran:

• Ribosomen

• Zentriolen

• Zytoskelett

Zytosol

• Abgrenzung nach Außen und schafft so “außen” und “innen”

• Stoffaustausch ist so kontrollierbar

• Aufbau Zell-Zellkonatkte (z.B. Haut)

• -> Weitere Reaktionsräume (Zellorganellen) durch Mebran gebildet -> Trennung von Auf- und Abbauprozessen

• Doppelschicht aus Phospholipiden

• Ausyymetrischer Aufbau

  • Außen: Glykocalix

  • Innen: z.B. Verankerung zum Zytoskelett

• Bei 37°C ähnelt Lipidfil einer Ölschicht

• Flüssig-Mosaik-Modell = Proteine, die sich zwischen Phospholipiden bewegen können

Bestandteile:

• Lipide

• Proteine

• Zucker

• Cholesterin

• Phospholipide und Protein (Hauptbestandteile)

Phospholipide sind amphiphil

• polarer Kopf (aus Glycerin und Phosphatgruppe -> hydrophil)

• unpolarer Schwanz (aus Fettsäuren -> hydrophob)

In wässrigen Systemen Bilden Phospholipide:

• Lipiddoppelschichten

• Mizellen (Kreis mit einer Schicht)

• Liposomen (Kreis mit Doppelschicht) -> z.B. Träger von mRNA bei Coronaimpfstoff

Ist in Zellmembran eingelagert (Nicht bei Mitochondrien bzw. nicht Bakterien)

• Verändert die Fluidität der Membran: bei vielen gesättigten Fettsäuren wird mehr Cholesterin eingelagert, um die Fluidität der Membran zu erhöhen

• Steroidhormone (Testoteron, Östrogen, Progesteron) und Vit. D stammen vom Cholesterin ab

Lassen sich innerhalb der Mebran verschieben

• Integrale Proteine (durchqueren Membran)

  • Transport- bzw. Kanalproteine -> z.B. Na+/K+-Pumpe; Glucosetransport

  • Rezeptoren -> z.B. Hormone, Neurotransmitter

• Periphere Proteine (liegen Mebran auf)

• Manche Proteine und Lipide tragen Zuckermoleküle

  • -> Glycoproteine bzw. Glycolipide (an der Außenseite)

  • Gesamtheit der Glycoproteine und -lipide: Glycokalix

• Glycokalix:

  • Zellerkennung

  • Festlegung Blutgruppe

  • Andockstellen Viren und Bakterien

durchlässig:

• O2

• CO2

• N2

• Steroidhormone (Cholesterinabkömmlinge)

• H2O

nicht durchlässig:

• Ionen

• große Moleküle (z.B. Glucose)

Zellkern (Nucleus, Karyon)

Besonderheiten: Erythrozyten -> kein Zellkern; Skelettmuskulatur -> mehrere Zellkerne

• Speichert Erbgut (CHromosomen)

• Steuerzentrale des Zellstoffwechsels

• Ort von:

  • Replikation (Verdopplung DNA (Interphase: vor Mitose u. Meiose)

  • Transkription (Umschreibung von DNA -> hnRNA (prä-mRNA))

  • Przessierung (hnRNA -> mRNA (Splicen)

  • Bildung Ribosomenuntereinheiten (im Nucleolus)

Aufbau Kernmebran (Doppelmembran):

• Enthält Karyoplasma -> Chromosomen sind eingelagert

• Kernmebran kann mit Ribosomen besetzt sein

• Kernporen ermöglcihen Austausch mit Zytoplasma

  • Import: Proteine, Nukleotide

  • Export: RNA-Moleküle (mRNA, t-RNA), Ribosomenuntereinheiten

• Kernmembran löst sich während Mitose und Meisose auf

Nukelolus:

• oft 1 Nukleolus pro Zellkern

• Bildung von Ribosomenuntereinheiten

• Besteht aus: rRNA, DNA (codiert für rRNA), Proteine (zuvor im Zytoplasma gebildet)

Merkmale:

• Doppelmebran

• Eigene DNA = mtDNA (codiert für 13 Proteine der Atmungskette + 2 rRNA + 22 t-RNA)

  • Eigene Ribosomen: 70S

• Semiautonome Organellen: vermehren DNA unabhöngig von Kern

Aufbau:

• Äußere Mebran: Glatt

• Innere Membran: Gefaltet -> Oberflächenvergrößerung

  • Falten = Cristae; Röhren = Tubuli

  • Sitz der Atmungskette -> ATP-Synthese

• Matrix (Raum im Inneren)

  • enhält ringförmige DNA

  • Citratzyklus

  • Fettsäureabbau (ß-Oxidation -> Energiegewinnung)

• Doppelmembran

• Eigene DNA (ringförmig ohne Histone -> Prokaryoten)

• DNA ohne Introns

• 70 S Ribosomen

• Vermehrung durch Teilung

Aufbau:

• reticulum = Netz

• Membransystem aus einfacher Mebran

• ER sthet mit Zellkern in Verbindung

• raues ER = mit Ribosomen

Funktionen:

• Allgemein:

  • Intrazellulärer Stofftransport

  • funktionell in Verbindung mit Golgi-Apparat

• raue ER:

  • Bildung von Sekretproteinen (Exportproteine): z.B. Hormone, Gerinnungsproteine, Verdauungsenzyme

  • Bildung lysosomale Proteine

  • Bildung Membranproteine

  • -> werden alle in Vesikel verpackt und wandern zu Golgi-Apparat

• glatte ER:

  • Synthese v. Steroiden (z.B. Hormone - Testo); Phospholipiden (Zellmembranbildung)

  • Speziell in Muskelzellen: Speicherung v. Stoffen (z.B. Ca2+) -> sarkoplasmatisches Retikulum

Aufbau:

• Stapel von Membranscheiben (Diktyosomen, Zisternen)

• Umgeben von Membranvesikel

• Interagiert mit rER

• Cis-Seite: Eingang Vesikel; Trans-Seite: Abgabe Vesikel

Funktion:

• Sortier und Modifikation von Produkten des rER

  • Glykosyliert Proteine und Lipide (z.B. Glykocalix)

  • Modifikation v. lysosomalen Proteinen

  • Modifikation von sekretorischen Proteinen (z.B. Hormone, Proteine d. Bluts)

• Transport v. Membran und Sekretproteinen

• Bildung Membranvesikel (z.B. Zellmembranregeneration)

• Eine Membran

• Werden von Golgi gebildet

Funktion:

• dienen dem Stoffabbau von Eigen- und Fremdmaterial

• enthalten “Verdauungsenzyme” für intrazellulären Abbau

• enthalten z.B. saure Hydrolasen

• Fusionieren mit Endocytose-Vesikeln

• pH-Wert 5

Aufbau:

• keine Membran

• bestehen aus zwei Untereinheiten

• Jede Untereinheit aus Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA)

Funktion:

• An Ribosomen erfolgt Bildung von Proteinen aus mRNA (=Translation)

Merkmale:

Eukaryoten: 80S-Ribosomen

Prokaryoten 70S-Ribsosomen

Vorkommen:

• am rER (80S): Bildung von Exportproteinen, Membranproteinen u. lysosomaler Proteine

• im Zytosol (80S): Proteinbildung für Zytoplasma und Kern

• In Mitochondrien (70S): Bildung mitochondrialer Proteine (für Atmungskette)

Aufbau:

• räumliches Netzwerk v. Protein-Filamenten, die das Zytosol durchziehen

Funktion:

• gibt Zelle ihre Form

• innerer Transport (z.B. Transport Neurotransmitter in Nervenzellen)

• Zellbewegung (z.B. weiße Blutkörperchen)

Dazu zählen:

• Mikrotubuli

• Intermediärfilamente

• Mikrofilamente

• Proteinröhren, gebildet aus zwei globulären Proteinen (A- und B- Tubulin)

Funktion:

• Verleihen Zelle Stabilität

• beteiligt an Spindelapparat (-> Mitose u. Meiose)

• Aufbau von: Zentriolen und Basalkörperchen

• Transport von Organellen in Zelle

Merkmale:

• können schnell auf- und abbauen

  • Colchizin u. Taxol = Spindelgifte

  • Cholchizin (Herbstzeitlosen): hemmt AUFbau; Taxol: hemmt ABBau

  • Bei Hemmung: hemmt Auseinanderziehen der Chromosomen während Metaphase

• drei Mikrotubuli bilden sich zu Triplett; 9 Tripletts bilden ein Basalkörper; sind durch Proteine mit zentraler Verdichtung in Mitte verbunden -> 9 x 3 Struktur

  • bilden Ursprung für Zilien und Geißeln

  • Zilien: kurze bewegliche Fortsätze (Bronchienzellen)

  • Geißeln: lange Fortsätze (Spermien)

Mikrofilamente:

• ca. 7nm dick

• z.B. Aktinfilamente

• Für Kontraktion verantwortlich

Intermediärfilamente:

• Proteinfilamente

• ca. 7-10 nm dick

• verbinden Zellen im Zellverband; geben Zelle mechanische Festigkeit und Zugelastizität

• Aufgebaut wie Basaslkörper

• liegen in Zentrosomerregion in Nähe von Zellkern

• liegen als Diplosomen vor

• Während Mitose und Meiose wird daraus Spindelapparat aufgebaut

• Zytosol = Zellplasma

• Bestandteile: Wasser (70%); Proteine; Ribonukleinsäuren; Kohlenhydrate; Ionen

Bedeutung:

• Synthese Biomoleküle (Aminosäuren, Fettsäuren, Zuckermoleküle, Nukleotide)

• Energiegewinnung (Glykolyse)

• pH-Puffer

• Translation

• Speicherung von Glykogen

Endozytose:

• Aufnahem Viren, Bakterien, große Moleküle in Form von Vesikeln

• Vesikel schnüren nach innen ab und wandern mit ins Zytosol

• Formen der Endozytose:

  • Phagozytose: Aufnahme feste Substanzen

  • Pinozytose: Aufnahem Flüssigkeiten und darin gelöste Stoffe

Exozytose:

• Vesikel wandern Richtung Zellmembran, verschmelzen mit dieser und geben Inhalt nach Außen ab -> Stoff werden sezerniert

• Beispiel: Hormonabgabe, Enzymabgabe (z.B. Verdauung, Blutgerinnung)

Merkmale:

• sehr klein

• einfacher Aufbau (DNA oder RNA + wenige Proteine, Kohlenhydrate, Lipide)

• können Menschen, Tiere und Pflanzen befallen

• Haben nicht:

  • Stoffwechsel

  • eigene Vermehrung (-> auf Wirt angewiesen)

  • entsprechen nicht der Definition der kleinseten Einheit des Lebens (-> sind Parasiten auf zellulärem Niveau)

Aufbau:

• Virusgenom: DNA oder RNA (RNA-Viren sind z.B. Retroviren)

• Umhüllt von Proteinen = Capsid

  • umschließt Genom

  • Einheit aus Nukleinsäuren und Kapsid = Nukleokapsid

• Manche Viren auch von Envelope (Hülle) umschlossen

  • umschließt Kapsid

  • entspricht Zellmembran

  • zusätzlich manchmal auch spez. virale Proteine (Spikes) und Glykoproteine in Hülle eingelagert

  • -> Proteine dienen Anheftung an Wirtszelle

DNA-Viren: z.B. Herpes-; Papilloma-, Adenoviren

RNA-Viren: z.B. HIV (Retroviren); Coronavirus

1. Adsorption: Virus bindet an Zelle

2. Penetration: Virus dringt in Zelle ein oder wird aufgenommen (-> Endozytose)

3. Uncoating: Freisetzung Virusnukleinsäure -> Nukleinsäure kann sich in Genom integrieren und lange in Stadium verweilen

   • Bei Retrovieren: Umschreiben RNA in DNA durch Reverse Transkriptase

4. Reifung: Wirtszelle bildet Virus

5. Ausschleusung: reife Viruspartikel verlassen Zelle -> Häufig danach Zellzerfall

Lytischer Zyklus:

• Direkt nach Einschleusung werden neue Virusparikel gebildet und freigesetzt

• Zerstörung/starke Schädigung der Wirtszelle

• erfolgt durch virulente Viren/Phagen

Lysogener Zyklus:

• Virusgenom integriert sich und bleibt “still”

• dieser Zustand wird als Prophage oder Provirus bezeichnet

• Aktivierung von lytischen Zyklus durch z.B. Stress, Umwelteinflüsse, Strahlung

• erfolgt durch temperente Viren/Phagen

• werden nicht in Bakterium aufgenommen, sondern injezieren Nukleinsäuren ins Bakterium

• Aufbau: Kopf (mit Nukleinsäure), Kragen, Schwanz und Spikes, Schwanzfasern (dienen Anheftung)

Virionen: Reifes Viruspartikel außerhalb d. Zelle

Viroide: kurze Nukleinsäuren ohne Kapsid und befallen überwiegend Pflanzen

Prionen:

• pathogene Proteine (lösen z.B. Rinderwahnsinn, Creutzfeld-Jakob aus)

• besitzen besondere Proteinfaltung

• widerstandsfähig gegenüber Hitze, UV, Gamma-Strahlung und Desinfektionsmittel