Zellbiologie

Die Dunkelreaktion ist ein Teil der Photosynthese, bei dem CO₂ in Zucker umgewandelt wird. Sie wird auch Calvin-Zyklus genannt.

-calvin zyklus

-co2 in zucker umgewandelt

-teil der photosynthese

Pflanzen

-stroma der chloroplasten

Co2 wird aufgenommen ohne das die Pflanze viel Wasser verliert

Benötigte Energie:

ATP und NADPH aus der Lichtreaktion

1. CO₂-Fixierung

• CO₂ wird an Ribulose-1,5-bisphosphat (RuBP) gebunden.

• Das Enzym Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/Oxygenase (RuBisCO) katalysiert diese Reaktion.

• Entsteht ein instabiles 6-Kohlenstoff-Molekül, das sofort in zwei 3-Phosphoglycerat (3-PGA) zerfällt.

2. Reduktion

• 3-PGA wird unter Verbrauch von ATP und NADPH zu Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) reduziert.

• G3P ist ein Zucker-Vorläufer, aus dem Glukose und andere Kohlenhydrate gebildet werden können.

3. Regeneration

• Ein Teil des G3P wird verwendet, um RuBP wiederherzustellen, damit der Zyklus erneut starten kann.

• Dies erfordert zusätzliches ATP.

• Zellen ohne echten Zellkern

• DNA frei im Nukleoid

• Keine membranumschlossenen Organellen

• Beispiele: Bakterien, Archaeen

• Kleine, ringförmige DNA-Moleküle in Prokaryoten

• Können Gene für Antibiotikaresistenz tragen

• Werden bei der Konjugation weitergegeben

• Zellen mit echtem Zellkern

• Besitzen membranumschlossene Organellen

• Beispiele: Tierzellen, Pflanzenzellen, Pilzzellen

• Steuerzentrum der Zelle

• Enthält DNA und Chromosomen

• Ort der Transkription (mRNA-Herstellung)

• Kraftwerke der Zelle

• Ort der Zellatmung (ATP-Produktion)

• Haben eigene DNA und Ribosomen

• Nur in Pflanzenzellen

• Ort der Fotosynthese (Licht- und Dunkelreaktion)

• Enthalten Chlorophyll, eigene DNA

• Raues ER: mit Ribosomen → Proteinbiosynthese

• Glattes ER: Lipidsynthese, Entgiftung

• Verpackt und modifiziert Proteine und Lipide

• Bildet Vesikel zum Transport innerhalb und außerhalb der Zelle

• Ort der Translation (Proteinherstellung)

• Frei im Zytoplasma oder auf rauem ER

• Bestehen aus rRNA und Proteinen

• Kleine Vesikel mit Verdauungsenzymen

• Bauen alte Zellbestandteile oder Fremdstoffe ab

• Nur in Pflanzenzellen groß

• Speichern Wasser, Nährstoffe und Abfallstoffe

• Tragen zur Zellstabilität bei (Turgor)

• Dünne Phospholipid-Doppelschicht

• Enthält Proteine für Transport und Signalgebung

• Regelt Stoffaustausch (selektiv permeabel)

• Zellmembran = „flüssig“ → Lipide bewegen sich

• Proteine schwimmen wie Mosaiksteine darin

• Erklärt Flexibilität und selektive Permeabilität

• Diffusion: Teilchen bewegen sich entlang Konzentrationsgradient

• Osmose: Wassermoleküle diffundieren durch Membran

• Erleichterte Diffusion: Transportproteine helfen bestimmten Molekülen

• Transport gegen Konzentrationsgradient → ATP-Verbrauch

• Beispiele: Natrium-Kalium-Pumpe, Endozytose, Exozytose

• Aufteilung der Zelle in verschiedene Organellen

• Trennung von Stoffwechselwegen

• Steigert Effizienz und schützt die Zelle

Die Abfolge von Wachstum, DNA-Replikation und Zellteilung in eukaryotischen Zellen.

1. G1-Phase → Zellwachstum, Proteinsynthese

2. S-Phase → DNA-Replikation

3. G2-Phase → Vorbereitung auf Zellteilung, Kontrolle der DNA

4. M-Phase → Mitose oder Meiose

5. G0-Phase → Ruhephase (Zellen teilen sich nicht)

• Abbau von Glukose zur Energiegewinnung (ATP)

• Erfolgt in Mitochondrien

1. Glykolyse – Glukose wird zu Pyruvat, 2 ATP entstehen, findet im Zytoplasma statt

2. Citratzyklus (Krebs-Zyklus) – Pyruvat wird zu CO₂ abgebaut, NADH/FADH₂ entstehen, findet in Mitochondrienmatrix statt

3. Atmungskette (oxidative Phosphorylierung) – Elektronen aus NADH/FADH₂ werden über Elektronentransportkette auf Sauerstoff übertragen → Energie für ATP-Synthese

• Aerob: mit Sauerstoff, viel ATP (~36-38 pro Glukose)

• Anaerob (Gärung): ohne Sauerstoff, wenig ATP (~2 pro Glukose), Endprodukte z. B. Milchsäure oder Ethanol

• Aufbau von Glukose aus CO₂ und H₂O unter Lichtenergie

• Findet in Chloroplasten statt

• Gleichung: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

1. Lichtreaktion – in Thylakoidmembranen, Lichtenergie → ATP + NADPH, Sauerstoff entsteht

2. Dunkelreaktion (Calvin-Zyklus) – im Stroma, CO₂ wird zu Glukose fixiert, Energie aus ATP + NADPH

• Enzyme steuern Geschwindigkeit der Stoffwechselwege

• Faktoren: Substratkonzentration, Produktkonzentration, Temperatur, pH-Wert

• Feedback-Hemmung (Endprodukt hemmt Enzym)

• Biologischer Katalysator

• Beschleunigt chemische Reaktionen ohne selbst verbraucht zu werden

• Substrat → Enzym → Produkt

• Anabolisch: aufbauend, Energieverbrauch, z. B. Fotosynthese, Proteinsynthese

• Katabolisch: abbauend, Energiegewinnung, z. B. Zellatmung, Glykogenabbau

Zellorganellen

Eukaryotische Zellen entwickelten sich aus Prokaryoten Zellen

Zellkern (Nucleus)

• Enthält DNA → Steuerzentrale der Zelle

• Steuerung von Stoffwechsel, Wachstum, Zellteilung

• Enthält Nucleolus → Bildung der Ribosomen

Ribosomen

• Ort der Proteinsynthese

• Liegen frei im Cytoplasma oder am rauen ER

• Kleine und große Untereinheit

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

• Raues ER: mit Ribosomen → Proteinbiosynthese & -transport

• Glattes ER: Lipidsynthese, Entgiftung, Calcium-Speicherung

• Verarbeitung, Modifizierung und Verpackung von Proteinen & Lipiden

• Bildung von Vesikeln, Lysosomen, Sekreten

• „Poststelle“ der Zelle

Mitochondrien

• Ort der Zellatmung (Glucose + O₂ → ATP)

• „Kraftwerke“ der Zelle

• Eigene DNA & Ribosomen → semiautonom

Chloroplasten

(nur Pflanzenzellen)

• Ort der Fotosynthese (Lichtenergie → chemische Energie)

• Enthalten Chlorophyll (grüner Farbstoff)

• Eigene DNA & Ribosomen → semiautonom

Lysosomen

(v. a. in Tierzellen)

• Enthalten Verdauungsenzyme

• Abbau von Makromolekülen, alten Zellbestandteilen & Fremdstoffen

• „Müllabfuhr“ der Zelle

Peroxisomen

• Abbau von Fettsäuren & toxischen Substanzen (z. B. H₂O₂ durch Katalase)

• Schutz vor Zellschäden

Vakuole

(nur Pflanzenzellen)

• Speicher für Wasser, Nährstoffe, Abfallstoffe

• Aufrechterhaltung des Zellinnendrucks (Turgor)

• Wichtig für Stabilität der Pflanzenzelle

Cytoskelett

• Netzwerk aus Proteinfilamenten (Mikrotubuli, Mikrofilamente, Intermediärfilamente)

• Stabilität, Formgebung

• Intrazellulärer Transport

• Bewegung von Organellen

Zellmembran

• Abgrenzung nach außen

• Kontrolle des Stoffaustausches (selektiv permeabel)

• Signalaufnahme & Kommunikation

Zellwand

(nur Pflanzenzellen, Bakterien, Pilze)

• Stabilität, Schutz

• Besteht bei Pflanzen aus Cellulose

• Verhindert Platzen der Zelle bei Wasseraufnahme