Zellbiologie

Grundbaustein aller lebenden Organismen

Kleinste lebende Einheit

Kann einzellig oder Teil eines mehrzelligen Organismus sein

Umgeben von einer Zellmembran

Enthält genetisches Material (DNA)

Hat verschiedene Organellen mit spezifischen Funktionen

Führt Stoffwechselprozesse durch

Vermehrt sich durch Zellteilung

Erfüllt spezifische Aufgaben im Organismus

Zusammenarbeit der Zellen ermöglicht Organismusfunktionen

Vielfältige Formen und Größen

Schlüssel zur Erhaltung des Lebens

Bild der Zelle, aufgenommen mit einem Elektronenmikroskop

Verwendet Elektronenstrahlen anstelle von Licht

Höhere Vergrößerung und Auflösung im Vergleich zum Lichtmikroskop

Zeigt detaillierte Strukturen und Organellen in der Zelle

Membranen, Zellkern, Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum usw. sichtbar

Ermöglicht Erforschung subzellulärer Strukturen

Hilft bei der Untersuchung von Zellfunktionen und -prozessen

Unterstützt das Verständnis der zellulären Organisation und Interaktionen

Wichtige Werkzeug für die Zellbiologie und medizinische Forschung

Einfachste Form einer Zelle

Kein abgegrenzter Zellkern

DNA liegt frei im Zytoplasma

Keine membranumhüllten Organellen

Kleiner und einfacher im Aufbau als Eukaryotenzellen

Beispiele: Bakterien und Archaeen

Besitzen eine Zellmembran und Zellwand

Enthalten ribosomale Strukturen zur Proteinbiosynthese

Einige Prokaryoten haben Geißeln für die Bewegung

Ernährung durch Aufnahme von Nährstoffen aus der Umgebung

Vermehrung durch Zellteilung

Anpassungsfähig und in vielen Lebensräumen anzutreffen

Erfüllen grundlegende Lebensfunktionen wie Stoffwechsel und Fortpflanzung

Studium von Prokaryoten ermöglicht Erkenntnisse über fundamentale zelluläre Prozesse

Spezialisierte Strukturen innerhalb der Zelle

Erfüllen spezifische Funktionen

In eukaryotischen Zellen vorhanden

Verschiedene Organellen mit unterschiedlichen Aufgaben

Zellkern: Enthält DNA, steuert zelluläre Aktivitäten

Mitochondrien: Energieproduktion durch Zellatmung

Endoplasmatisches Retikulum: Protein- und Lipidsynthese

Golgi-Apparat: Modifikation und Versand von Proteinen

Lysosomen: Abbau von Abfallstoffen und Zellmaterial

Peroxisomen: Abbau von toxischen Substanzen

Vakuolen: Speicherung von Nährstoffen und Abfallprodukten

Chloroplasten (bei Pflanzen): Fotosynthese zur Nährstoffproduktion

Zellmembran: Reguliert Stofftransport und schützt die Zelle

Zytoplasma: Flüssigkeit, in der die Organellen liegen

Organellen arbeiten zusammen, um die Zelle am Leben zu erhalten

Fehlfunktionen der Organellen können zu Krankheiten führen

Komplexere Form von Zellen im Vergleich zu Prokaryotenzellen

Haben einen abgegrenzten Zellkern, der die DNA enthält

Enthalten membranumhüllte Organellen

Vorhandensein bei Pflanzen, Tieren, Pilzen und Protisten

Größer und strukturell vielfältiger als Prokaryotenzellen

Organellen erfüllen spezifische Funktionen in der Zelle

Beispielorganellen: Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen, Chloroplasten (bei Pflanzen)

Ermöglichen komplexe Stoffwechselvorgänge

Können sich durch Mitose oder Meiose vermehren

Organellen ermöglichen spezialisierte Funktionen innerhalb der Zelle

Eukaryotenzellen sind die Grundlage für mehrzelluläre Organismen

Zeigen eine höhere Organisation und Differenzierung als Prokaryotenzellen

Erfüllen verschiedene Aufgaben im Körper und ermöglichen komplexe Lebensfunktionen

Theorie zur Entstehung von eukaryotischen Zellen

Besagt, dass einige Organellen in eukaryotischen Zellen ursprünglich eigenständige, prokaryotische Organismen waren

Diese Organellen wurden von einer Wirtszelle aufgenommen und lebten in einer symbiotischen Beziehung

Beispiele sind Mitochondrien und Chloroplasten

Mitochondrien stammen wahrscheinlich von aufgenommenen aeroben Bakterien ab

Chloroplasten stammen wahrscheinlich von aufgenommenen photosynthetischen Bakterien ab

Die aufgenommenen Organismen wurden in der Wirtszelle eingegliedert und entwickelten sich im Laufe der Zeit zu den heutigen Organellen

Die endosymbiontischen Organellen behalten ihre eigene DNA und können sich unabhängig von der Wirtszelle vermehren

Diese Theorie erklärt die Ähnlichkeiten zwischen Organellen und prokaryotischen Organismen sowie die doppelte Membran um sie herum

Die Endosymbiontentheorie ist ein wichtiger Beitrag zur Evolution und Entwicklung komplexer Zellen

Struktur, die die Zellen umgibt

Besteht aus einer doppelten Schicht von Lipiden (Fetten) und Proteinen

Trennt das Innere der Zelle vom umgebenden Raum

Reguliert den Stoffaustausch mit der Umgebung

Kontrolliert den Ein- und Austritt von Substanzen in die Zelle

Hat selektiv durchlässige Eigenschaften (semipermeabel)

Erlaubt den Transport von bestimmten Molekülen und Ionen

Bietet Schutz und Stabilität für die Zelle

Enthält verschiedene Membranproteine mit spezifischen Funktionen

Ermöglicht die Kommunikation zwischen Zellen durch Signalübertragung

Bildet verschiedene Organellen und Kompartimente in der Zelle

Spielt eine wichtige Rolle in Stoffwechselprozessen und Zellfunktionen

Erforscht in der Zellbiologie und Biochemie

Modell zur Beschreibung der Struktur der Biomembran

Auch als Lipid-Doppelschicht-Modell bekannt

Besagt, dass die Biomembran aus zwei Schichten von Lipiden besteht

Lipide bilden eine doppelte Schicht, ähnlich einem Sandwich

Die hydrophilen (wasserliebenden) Kopfgruppen der Lipide befinden sich an den äußeren Oberflächen der Membran

Die hydrophoben (wasserabweisenden) Schwänze der Lipide sind nach innen gerichtet und bilden die Kernregion der Membran

Proteine sind in die Lipiddoppelschicht eingebettet oder an ihrer Oberfläche verankert

Das Sandwich-Modell erklärt, warum die Biomembran eine flexible Struktur aufweist

Die Lipid-Doppelschicht ermöglicht die Durchführung verschiedener Funktionen, wie Stofftransport und Signalübertragung

Dieses Modell ist ein fundamentales Konzept in der Zellbiologie und hilft bei der Erforschung der Membranstruktur und -funktion

Biomembran reguliert den Transport von Molekülen und Ionen in und aus der Zelle

Zwei Hauptmechanismen: aktiver Transport und passiver Transport

Passiver Transport: erfolgt entlang eines Konzentrationsgefälles ohne Energieaufwand

Einfacher Diffusion: Moleküle bewegen sich von einer Region höherer Konzentration zu einer Region niedrigerer Konzentration

Fazilitierte Diffusion: Moleküle werden durch spezifische Transportproteine unterstützt

Osmose: Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran

Aktiver Transport: erfordert Energie, um Moleküle gegen ein Konzentrationsgefälle zu transportieren

Aktive Transportproteine, wie z.B. Pumpen, verwenden ATP (Adenosintriphosphat) als Energiequelle

Endozytose: Aufnahme von Material durch Bildung einer Vesikelmembran

Exozytose: Freisetzung von Material durch Verschmelzung einer Vesikelmembran mit der Zellmembran

Membrantransport ermöglicht den Stoffaustausch, die Aufnahme von Nährstoffen und den Export von Abfallprodukten

Wichtiger Mechanismus für die Aufrechterhaltung des zellulären Gleichgewichts und der Kommunikation mit der Umgebung

Mitose ist der Prozess der Zellteilung bei eukaryotischen Zellen

Ermöglicht das Wachstum, die Reparatur und die Erneuerung von Geweben

Besteht aus verschiedenen Phasen: Interphase, Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase

In der Interphase bereitet sich die Zelle auf die Teilung vor und vervielfältigt ihr genetisches Material

Prophase: Chromosomen kondensieren sich, Kernhülle löst sich auf, Spindelapparat bildet sich

Metaphase: Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an, Spindelfasern befestigen sich an den Zentromeren

Anaphase: Schwesterchromatiden werden zu entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen

Telophase: Chromosomen entwirren sich, Kernhüllen bilden sich um die Chromosomensätze

Abschluss der Mitose führt zur Bildung von zwei genetisch identischen Tochterzellen

Der Zellzyklus umfasst den gesamten Ablauf der Zellteilung und Interphase

Interphase besteht aus G1-Phase (Wachstum und Vorbereitung), S-Phase (DNA-Replikation) und G2-Phase (Weiteres Wachstum und Vorbereitung)

Nach der Mitose kann die Zelle in den Ruhezustand (G0) eintreten oder den Zellzyklus fortsetzen

Reguliert durch zelluläre Kontrollmechanismen, um eine ordnungsgemäße Teilung sicherzustellen und genetische Integrität zu erhalten

Der Zellzyklus ermöglicht das Wachstum und die Reproduktion von Zellen in einem kontrollierten und koordinierten Prozess

Prozess der Zellteilung, der zur Bildung von Keimzellen (Eizellen und Spermien) führt

Reduktionsdivision, bei der die Chromosomenzahl halbiert wird

Ermöglicht die genetische Vielfalt und die sexuelle Fortpflanzung

Besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungen: Meiose I und Meiose II

Meiose I:

• Ähnlich wie Mitose, aber mit einigen wichtigen Unterschieden

• Homologe Chromosomenpaare ordnen sich in der Äquatorialebene an

• Crossing-Over: Austausch von genetischem Material zwischen den Chromosomen

• Trennung der homologen Chromosomen, die zu zwei haploiden Zellen führt

Meiose II:

• Ähnlich wie Mitose, aber mit halbierter Chromosomenzahl

• Schwesterchromatiden werden getrennt und zu vier haploiden Tochterzellen führen

Am Ende der Meiose entstehen vier genetisch unterschiedliche Keimzellen

Wichtig für die genetische Variation und die Entstehung von unterschiedlichen Merkmalen

Meiose findet nur in den Keimzellen statt, nicht in somatischen (Körper-) Zellen

Verwandte Konzepte: Crossing-Over, Rekombination, Chromosomenpaarung