Zellenlehre

-einfachste, kleinste Funktionseinheit eines größeren Systems

—>biolog.: eigenständige Lebenseinheit, die sich durch Eigenschaftes des Lebens auszeichnet

Fortpflanzung (Vermehrung/Vererbung)

Bewegung/Motalität

Stoffwechsel

Reizbarkeit

Wachstum

(Evolution)

Anorganische Moleküle

—> Organ. Moleküle

—>Bipolymere

—>Protobionten

—>RNA

—>Prokaryoten

Zusammenfassung:

Archeae nimmt auf:

-alpha Bakterium = Mitochondrium

-Cyanobakterium = Chloroplast

>Doppelmembran

>Zellkern/DNA Teile des Protio Bakterien Erbguts

> M + C eigenes ringförmiges Erbgut

>vermehren sich wie Prokaryoten

Wichtig hieran: Prokaryoten gab es schon vor dem Sauerstoff, Eukaryoten (erst eizellig dann vielzellig) erst danach! Möglichkeit zur Selbstvermehrung ist möglicherweise an Sauerstoff gekoppelt!

-Kohlenhydrate

-Lipide

-Proteine

-Nukleinsäuren

-Kohlenhydrate, Proteine und Nukleinsäuren sind Polymere, bestehend aus mehreren Monomeren

-Herstellung: Kondensation, verknüpft durch kovalente Bindungen

Abbau: Hydrolyse

Katalyse

Struktur

Mobilität

Regulation

Transport

Speicher

Kommunikation

Reizaufnahme

Abwehr

Lineare Polymere aus 20 proteinogenen Aminosäuren

—>Polypeptide

verbunden durch Polypeptidbindungen (Herstellung Kondensation/ H20 Abgabe)

bestehend aus:

-Aminogruppe (NH2)

-Carboxylgruppe (COOH)

-H Atom

-Rest, der den Charakter bestimmt (Polar/hydrophil, unpolar/hyrophob, basisch, sauer)

-intrinsische Faltung

—>passiert durch Einwirkung äußeren Faktoren (Temperatur, pH-Wert), Denaturierung (Funktionsvelrust durch Hitze, Chemikalien etc), Chaperone

1. Primärstruktur: AS-Sequenz

2. Sekundärstruktur: Faltung (alpha-helices, ß-Falltblatt, random coils)

3. Tertiärstruktur: gesamte Raumstruktur

4. Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Polypeptidketten

1. Desoxyribonukleinsäure

   -Genmaterial, das vererbt wird

   -Ausgangsmaterial für Proteinherstellung

2. Ribonukleinsäure

   -transferiert (mRNA) Information zur Herstellung von Proteinen (Zellkern —> Zytoplasma)

RNA: einzelne Polynukleotidketten variabler Länge

DNA: 2 Polynukleotidketten (Doppelhelix)

Zucker, Base und Phoshphatgruppe

Nukleinbase (Cytosin, Guanin, Adenin und Thymin) und Pentose (Zucker)

- Mono-, Di, und Polysacchariden

EInfachzucker; Glucose

Zweifachzucker; Saccharose/Rohrzucker (1 Glucose + 1 Fructose)

Mehrfachzucker (Stärke)

-verbunden über glykosidische Bindungen

—>Monosaccharide; können Aldosen oder Ketosen sein

Def. zur späteren Verwendung eingelagerte Zucker, Speicher

1. Stärke (Pflanze)

-Glucose-Monomere

-eingelagert in Plastiden in Form von Granula

1. Glycogen (Tier)

-höher. verzweigt

-eingelagert in Leber + Muskeln

-Baustoff, verwendet zur Ausbildung von Strukturen

z. B. Cellulose

wasserunlöslich

—>Lipidmolekül:

3 Fettsäuremolekül + 1 Glycerinmolekül (Triglyceride)

Arten der Lipden:

Fette, Phoshpholipide, Steroide

-Gesättigt: keine Doppelbindungen (fest bei Raumtemperatur, kompakte Packung der Moleküle)

-Ungesättigt: eine oder mehrere Doppelbindungen (flüssig/Öle)

Hauptbestandteile aller Zellmembranen

—>amphiphil (hydrophil + hydrophob)

1. Abgrenzung

2. Organisation

3. Transportvorgänge

4. Signalwahrnehmung

5. Zell-Zell-Wechselwirkungen

- Phospholipiddoppelschicht

—>energieärmster Zustand

-Fluidität (Lipidmoleküle & proteine sind lateral verschiebbar)

+(aber selten!) Umrspringen zwischen Schichten

-funktionieren nur im flüssigen Zustand, bei Temperaturen unter Tm kommt es zum Funktionsverlust

—>Integrale, periphere + Lipid-assoziierte Membranproteine

-asymmetrisch

-homöoviskose Adaption

>Erhöhung:

• Einlagerung von Phospholipiden mit ungesättigten KW Seitenketten

• Einlagerung von Sterolen (Cholesterin)

-Transmembranproteine = integrale Proteine

1. Verankerung von Cytoskelett + Extrazelluläre Matrix

2. Zell-Zell Erkennung

3. Transport

4. Enzymatische Aktivität

5. Signaltransduktion

6. Zwischenzellverbindung

2 Faktoren entscheidend:

-Größe und Polarität der Moleküle!

(kleine/unpolare Moleküle: Diffusion, Ionen/polare, große Moleküle: kaum bis keine Permeabilität, sodass Transportproteine nötig)

1. einfache Diffusion

2. erleichterte Diffusion (z. B. H20)

   -mittels Transportprotein

   -mittels Kanalprotein

3. aktiver Transport

   -direkt (primär-aktiv)

   -indirekt (sekundär-aktiv)

Semipermeable Membran undurchlässig für Substanz, sodass Wasser im Sinne des Konzentrationsausgleiches diffundieren muss

—> thermodynamisches Gleichgewicht stellt sich ein

Gleiches Prinzip für Zellen: Membran ist undurchlässig für Salze/Substanzen, sodass Wasser zum Gradient-Ausgleich diffundiert. Das kann zu Extrem-zuständen (platzen/schrumpfen) der Zellen führen.

Transport von gelösten Stoffen gegen ihr Konezntrationsgefälle unter Energieverbrauch

Transportrichtungen:

auch: Cotransport

Nucleus, Karyon

• genetischen Materials

• Replikation, Transkription

• 2 Lipiddoppelschichten

• äußere Kernhülle geht in raues ER über

  
  

-aus RNA bestehend

—>Synthese rRNA (Zusammenbau ribosomen Untereinheiten)

-Seitenstränge Desoxyribose und Phosphatgruppe

-Basenpaarung immer an Zucker Guanin-Cytosin (3), Adenin-Thymin (2) (G/A Purin Basen, C/T Pyrimin Basen) immer komplementär, verbunden durch H2 Brückenbindungen

-antiparalell verlaufende Stränge

Modell nach Watson, Crick und Franklin (1953)

gesamte genetische Information eines Organismus

—>Größe Genoms nimmt mit Komplexität des Organismus zu

= Histonkomplex + darumgewundene DNA

Chromosom (1400nm)

↓

Heterochromatin (700nm)

↓

Schleifendomänen (300nm)

↓

Chromatinfaser (mit Nucleosomen) (30nm)

↓

Nucleosomen (10nm)

↓

DNA-Doppelhelix (2nm)

leicht gepackt, aktiv (kaum erkennbar unter Mikroskop)

dicht gepackt, inaktiv (als Ansammlung unter Mikroskop zu erkennen)

Ort des Transports eines Zellkerns

Ø120nm

Proteinkomplexe in der Kernmembran eukaryotischer Zellen

—> bestehend aus ca 30 proteinen, den “Nucleoporinen”

Untereinheiten: Korb, Anker, Ringuntereinheiten, Speichen, Transporter

1. frei im cytoplasma

2. membrangebunden (raues ER)

—>abhängig von mRNA also von dem zu bildenden Protein

Translation

-raues ER (mit Ribosomen)

-glattes ER (ohne Ribosomen)

—>Sarkoplasmatisches Reticulum: Glattes ER in Muskelzellen

-transitorisches ER: Vesikelabschnürung

-Detoxifizierung/Entgiftung

-Calciumspeicherung (SR in Muskelzellen)

-Steroidbiosynthese

-Kohlenhydratstoffwechsel

1. Membranproduktion

2. Proteinbiosynthese + Prozessierung von proteinen

3. Protein-Qualitätskontrolle

-Vesikelabschnürung

-Zellkernhülle

-ER

-Golgi Apparat

-Vakuolen

-Lyosomen

-Endosomen

-Vesikel

-Plasmamembran

-sortiert + modifiziert Proteine, die im ER hergestellt wurden

—Transport zu Zielort

-Vesikelbildung: schnürt Transportvesikel und andere Vesikel, aus denen Lyosomen, Vakuolen und andere spezialiserte Vesikel hervorgehen

-Stapel von untereinander verbundenen, tellerförmig gebogenen Membranräumen (Zisternen)

—>CGN (Cis-Golgi-Netzwerk) bei ER und TGN (Trans-Golgi-Netzwerk) bei Plasmammebran

2 Arten des Transports

1. anterograd: (ER—> GA —>Plasmamembran)

2. retrograd: (Plasmamembran —> GA —> ER)

1. Extrazelluläres Signal initiiert Vesikelausschüttung:

2. annäherung sekretorischer Vesikel an Plasmamembran

3. Verschmelzung der Vesikelmembran und der Plasmamembran

4. aufreißen der Plasmamembran

5. Entladung des Vesikelinhalts ins Extrazellulare, Vesikelmembran wird in Plasmamembran integriert

   —>Schema gilt sowohl für konstitutive + regulierte Sekretion (bzw. merokrine oder ekkrine Sekretion, da Vesikel)

Abgabe von Körpersubstanzen über Drüsen oder Drüsenähnlichen Zellen, z. B. Hormone

—> übers vegetaitive Nervensystem gesteuert

bei Golgi-Apparat: merokrine/ekkrine Sekretion

• Phosphorylierung

• Glykosylierung

• Lipidierung

• Acetylierung

• Proteolyse (abbau von proteinen)

• kovalente Verknüpfungen über Disulfidbrücken

Mägen der Eukaryoten

Aufbau

-tier. Zellen: Organell mit vielen hydrolytischen Enzymen

-pflanzl. Zellen: Organellen: Vakuolen mit Verdauungsfunktion

—>von einfacher membran umgeben

—>lyosomale Enzyme werden als inaktive Vorstufe hergestellt + später durch sauren pH-Wert aktiviert

—>Enzyme können auch als aktive p+ Protronen in eigener Membran agieren

-Verdauung zellfremdes Material “Heterophagie” (Phagocytose, Endocytose)

-Verdauung zelleigenes Material “Autophagie”

-Aufnahme von Molekülen oder größeren Teilchen durch Einstülpungsvorgang der Plasmamebran, Aufnahme zellfremdes Material

1. Phagocytose (Zellfressen)

2. Pinocytose (Zelltrinken)

3. Rezeptor-vermittelte Endocytose

—>kontrollierte Aufnahme sepzifischer Stoffe mit Hilfe von Rezeptorproteinen

“Autophagie”

-Verdauung von zelleigenen organischen Bestandteilen zur Rückgewinnung für die eigene Verwendung

1. Nahrungsvakuole fusioniert mit Lyosom (mit Verdauungsenzymen) zu Phagolyosomen

2. lyosomale Enzyme zerlegen Makromoleküle in EInzelmoleküle

-nur in Pflanzenzelle, mit Zellsaft gefüllt

-Organell, das Zelle ausfüllen soll und deswegen Zellinnendruck erzeugen soll (Turgor)

-besitzt eigene Membran

1. Zellsaftvakuolen

   -in Pflanzen (1 gro0e Zellsaftvakuole), pflanzliche Lyosomen

2. kontraktile Vakuolen

   -Süßwasser-Protisten, pumpen überschüssies H20 aus Zelle

3. Nahrungsvakuolen

   -Phagocytoss

-nur in Pflanzen

-Ort der Fotosynthese

-2 membranen

-eigene DNA

-2 Membranen (äußere + innere Hüllmembran)

-Thylakoide: abgeflachte, miteinander verbundene Membransäckchen

—>das innere dessen: Thylakoidlumen

-viele Thylakoide= Granum (“Geldstücke”)

-Farbstoff Chlorophyll absorbiert jede Wellenlänge bis auf die des grünen Lichts, deswegen typisch grüne Farbe

Formel: 6CO2 + 6 H20 —> C6H12o6 + 6O2

Vorgang:

1. Licht trifft auf Zelle, Wasser tritt ein, Ablauf Lichtreaktion

—>Lichtenergie in chem- Energie (=ATP und NADPH Moleküle) über e- Transport (Z- Schema)

—>H2O zu O2 oxidiert

1. Ablauf Dunkelreaktion / Calvin- Zyklus

—>verbrauchen ATP und NADPH zur Überführung von CO2 in Triosephosphat (= Glucose/Saccharose)

—>NAD+, Phoshpaht und ADP zurück in Lichtreaktion

-Orte der Zellatmung

-2 Membranen

-eigene DNA

-Ribosomen

-2 Membranen

>äußere: glatt, begrenzt

>innere: ivaginiert (vielfach gefaltet)

—>Einfaltung = “Cristae”

1. Glykolyse

2. oxidative Decarboxylierung

3. Citratzyklus

4. oxidative Phosphorylierung/Atmungskette

   —>C6H12O6 + 6O2 —> 6CO2 + 6H20

   —>Energiegewinn: 30-32 ATP

-komplexes, stabiles aber bewegliches Gerüst als Zellarchtitektur

-geht vom Nucleus aus bis hin zur Membran

Maschenwerk aus Molekülfasern:

1. Intermediärfilamente

2. Mikrotubuli

3. Aktinfilament/Mikrofilamente

-Intermediärfilamente: Formgebung, Stützfunktion

-Mikrotubuli: Motilität, intrazellulärer Transport // Stützfunktion + Formgebung

-Aktinfilamente: Motilität, Formgebung

1. Aufbau

   -bestehend aus Tubulinpolymeren (Protein-Dimer)

   -Röhren

1. Bildung: Bildung Mikrotubuli findet im MTOC (Mikrotubuli-Organisationszentrum) statt

1. Funktion/Aufgaben

—>mehrere Mikrotubuli bilden Centrosomen

—>Schienennetz (Transport von Vesikeln + Organellen) durch Motorproteine Dynein, Kinesin

Motorproteine, ermöglichen Transport (z. B. Vesikel am Mikrotubulus)

—>Dynein ist ein großes Motorprotein, welches benachbarte Doppeltubuli verbindet, ist verantwortlich für die Möglichkeit der Biegebewegung in Mikrotubuli

-Doppelkette aus Actinmonomeren (= Actinpolymere, Actinfilamente)

-Actineinbau sehr dynamisch

—>Zellbewegung/Motilität

Amöben benutzen Actinfilamentnetzwerk bspw. zum Bewegen

“Gleitfilamenttheorie”

1. Nervenimpuls gelangt an motor. Endplatte, Erhöhung Ca2+ Konzentration im Cytoplasma

2. hohe Ca2+ Konzentration lässt Myosin-ATP-Komplex an Aktinfilament binden (Querbrücke), ATPase in MKopf lässt ATP spalten

3. Myosinköpfchen kippt, Aktin + Myosinfilamente gleiten aneinander vorbei (Sarkomer verkürzt sich)

4. Gleitbewegung wird beendet, erneute ATP Bindung führt zum Lösen der Myosinköpfe, Muskelentspannung

1. Aufbau

-Faserproteine, wie ineinenader gerollre Kabel

-vielgestaltig, immer andere Untereinheiten (Häufigst: Keratine, Lamine)

1. Funktion/Aufgaben

-Aufrechterhaltung der Zellgestalt (sehr stabil)

-Verankerung Zellkern + anderer Organellen

-Bildung Zellkernlamina (kleidet innere Zellkernhülle aus)

1. Aufbau

   -Mittellamelle (adhäsiv, verklebt Zellen)

   -Primärzellwand (dünn, flexibel)

   -Sekundärwand (fest, Stützfunktion)

2. Funktion

   -Adhäsion

   -Permeabilitätsbarriere

   -Aufrechterhaltung der Gestalt

   —>Zelldruck (Turgor) durch Vakuole

1. Aufbau

   -Kollagenfasern, proteoglykanfasern

   -Integrine (integrale Proteine in Zellmembran)

   -Fibronectin

2. Funktion

   -Formgebung

   -Wassergehalt

   -Signaltransduktion

   -Adhäsion

—alle höheren Pflanzen, Tiere + Pilze sind vielzellig

1. Vorteile

   -gemeisnamer Stoffwechsel

   -Aufgabenteilung der Zellen

   -Ausbildung von Geweben

2. Voraussetzungen

   -Kommunikation der Zell-+Gewebeverbänden

   -Zelldifferenzierung + dessen Koodinierung

   -Koordination Zelladhäsion zur Gewebe- + Organbildung

—für einen Zellverband muss es Zellkontakt geben, dieser wird durch proteine gebildet

3 Gruppen der Zellverbindungen (tier. Zellen)

1. tight junctions, septate junctions

2. adherens junctions

3. gap junctions

—Kanäle zwischen Pflanzenzellen

Desmotubulus entspringt aus ER, verbindet also und sorgt für Proteinaustausch

—>macht Pflanzenkörper zu Symplast (lebendiges Kontinuum)

-verhindern Austritt extrazelluläre Flüssigkeit

-apikaler Bereich

-tight junctions = Vertebraten// septate junctions = Invertebraten

Proteine: Claudins, Occludins

“Nieten”

-verbinden Zellen mechanisch, adhäsiv

-sub-apikaler Bereich

1. Zell-Zell-Kontakt (Desmosom)

2. Zell-Matrix-Kontakt (Hemidesmosom)

—>sepzifische Proteine: Cadherine, Ankerproteine (Catenin, Vinculine etc.)

-kommunizierend

-basaler Bereich

-analog zu Plasmodesmen

Funktion:

-verbinden direkt das Cytoplasma benachbarter Zellen

-bestehen aus Proteinen, die Pore bilden: Connexin (Vertebraten) und Innexin (Invertebraten)

Flagellen: Geißeln

Cilien: Wimpern

-mikrotubuli enthaltende Ausstülpungen

-bewegliche: 9+2 Anordnung

-sensor. Cilien: 9 + 0 Anordnung

—>verankert in Basalkörper der über Mikrotubuli Tripletts verfügt