Biologie Kapitel 5: Zelltransportmechanismen

Vorbemerkung

• Die vorliegenden Notizen basieren auf dem bereitgestellten Textmaterial.

Zellbiologie - Das Lichtmikroskopische Bild der Zelle

• Pflanzliche Zellen (z.B. Wasserpest): Zellwände sind deutlich sichtbar, Chloroplasten bewegen sich, Zellkern schwer zu erkennen, Zellsaftvakuole durch Farbstoffe sichtbar.
• Tierische Zellen (z.B. Mundschleimhaut): Unregelmäßige Form, Zellmembran als einzige Begrenzung, Cytoplasma erscheint fein granuliert, Zellkern ist zentral gelegen, unter hoher Vergrößerung sind Nahrungsvakuolen und Zellorganellen sichtbar.
• Zellgrößen: Pflanzliche Zellen (10-100 µm), Tierische Zellen (10-30 µm), Straußenei-Eigelb (7,5 cm), Nervenzellen (mehrere Meter).
• Zellgröße und Oberfläche: Kleinere Zellen haben ein besseres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was für den Stoffaustausch wichtig ist, größere Zellen haben ein ungünstigeres Verhältnis.

Zellstrukturen im Lichtmikroskop

• Pflanzenzelle: Zellwand, Zellmembran, Cytoplasma, Zellkern, Chloroplasten, Vakuole.
• Tierzelle: Zellmembran, Cytoplasma, Zellkern, Mitochondrien.

Weitere Zellbestandteile und Funktionen

• Plastiden: Nur in pflanzlichen Zellen, Chloroplasten (Fotosynthese), Chromoplasten (Färbung von Blüten, Früchten), Leukoplasten (Speicherung).
• Zellsaftvakuolen: Nur in Pflanzenzellen, wichtig für den Turgordruck und Stoffspeicherung.
• Zellwand: Feste Struktur aus Cellulose, gibt Form und Schutz, erlaubt Verbindungen zwischen Zellen.
• Zellmembran: Begrenzt die Zelle, reguliert Stoffaustausch.
• Cytoplasma (Zellplasma): Strukturloser Inhalt ausserhalb des Zellkerns, enthält Zellorganellen.
• Zellkern (Nucleus): Steuerzentrum, enthält DNA, Nucleolus (Kernkörperchen) für Ribosomenproduktion.
• Mitochondrien: Energieproduktion, stark stoffwechselaktiv.
• Ribosomen: Proteinproduktion.
• Endoplasmatisches Reticulum (ER): Transport- und Verarbeitungssystem innerhalb der Zelle.
• Dictyosomen (Golgi-Apparat): Verarbeiten, sortieren und verpacken von Molekülen.
• Lysosomen: Verdauungsfunktion innerhalb der Zelle.
• Vakuolen: Speicherung und Transport von Stoffen.
• Peroxisomen: Oxidation von Stoffen.
• Cytoskelett: Struktur- und Bewegungsfunktion.
• Cytoplasmaströmung: Materialtransport innerhalb der Zelle.
• Tight Junctions: Abdichtungsfunktion.
• Desmosomen: mechanischer Halt.
• Gap Junctions: Kommunikation zwischen Zellen.
• Plasmodesmen: Verbindungen zwischen Pflanzenzellen.
• Synapsen: Verbindungen zwischen Nervenzellen.

Elektronenmikroskopie

• Transmissionselektronenmikroskop (TEM): Präparate müssen extrem dünn geschnitten werden, Schwermetallsalze für Kontrast, Hochvakuum.
• Rasterelektronenmikroskop (REM): Oberflächenstrukturen, Sekundärelektronen, Hochvakuum (Entwässerung der Präparate).
• Größenvergleich: TEM Auflösung (0,1 nm) um Größenordnungen höher als Lichtmikroskop.

Zellorganellen - Größen und Vergleich

• Zellkern: 5-20 µm
• Mitochondrien: 2-8 µm
• Bakterien: 0,5-5 µm
• Mykoplasmen: 0,2-0,3 µm

Ultradünnschnitttechnik

• Fixierung und Einbettung: Präparate werden fixiert und in Kunstharz eingebettet.
• Ultramikrotom: Schneidet extrem dünne Scheiben.
• Mikroskopie: Dünne Scheiben werden auf Kupfernetze übertragen.

Gefrierbruch und Gefrierätzung

• Abkühlung: Objekt auf -196°C kühlen.
• Aufbrechen: Nicht schneiden, mit Messer aufbrechen.
• Kohle-Platin-Schicht: Auf die Bruchfläche auftragen.

Zellmembran

• Aufbau: Doppelschicht aus Phospholipiden, integrale und periphere Proteine, Glykokalyx.
• Eigenschaften: Selektiv permeabel, flexibles und dynamisches System, Regulierung des Stoffaustausches, Kompartimentierung.
• Funktionen: Abgrenzung, Stoffaustausch, Kommunikation, Erhalt der Zelle.

Stofftransport

• Diffusion: Bewegung von Molekülen entlang eines Konzentrationsgradienten, passiv.
• Osmose: Diffusion von Wasser durch eine selektiv permeable Membran, passiv.
• Kanalproteine: Für Ionen und Wasser, ermöglichen selektiven Transport.
• Carrierproteine: Transport von Molekülen, ändern ihre Konformation.

Endocytose und Exocytose

• Endocytose (z.B. Phagocytose, Pinocytose): Aufnahme von Stoffen durch Vesikelbildung.
• Exocytose: Ausscheidung von Stoffen durch Membranverschmelzung.
• Membranfluss: Vermittlung und Austausch von Membranbestandteilen innerhalb der Zelle.

Zellkommunikation

• Signalmoleküle und Rezeptoren: Kommunikation zwischen Zellen, Aktivierung von Signalwegen.
• ELISA-Test: Diagnoseverfahren, das sich auf die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung stützt.

Zellverbindungen

• Desmosomen: Mechanischer Halt
• Tight Junctions: Abdichtung, verhindern, dass Flüssigkeit in den Zwischenraum gelangt.
• Gap Junctions: ermöglichen Kommunikation zwischen Zellen, indem große Moleküle Poren passieren.
• Synapsen: Verbindungen zwischen Nervenzellen.

Prokaryoten

• Bakterien: (z.B. Escherichia coli) einfach strukturiert, kein Zellkern, ringförmiges Bakterienchromosom, Zellwand aus Murein.
• Archaeen: Extremophile Lebensräume, unterschiedliche Zellwände, Genetische Ähnlichkeiten zu Eukaryoten.

Eucyte

• Eukaryotische Zellen: Kompartimentierung, Cytoskelett, mehrere Chromosomen.

Endosymbiontentheorie

• Entstehung von Mitochondrien und Chloroplasten: Als Symbionten in der Zelle lebenden Prokaryoten.
• Beweise für die Theorie: Membranstruktur, eigenes genetisches Material, Größe, Ribosomen.

Einzellige Organismen

• Amöben: Pseudopodien, Phagocytose, kontraktile Vakuolen.
• Euglena: Autotrophe und heterotrophe Ernährung, Augenfleck, Geißelbewegungen.

Zellkolonien

• Verwandtschaft zwischen Einzellern und Vielzellern: Übergang von Eigenständigkeit der Zellen zu höherer Organisierung und Kooperation.

Dieses Quiz behandelt die verschiedenen Transportmechanismen in Zellen, einschließlich Diffusion, aktiven Transport und Endocytose. Testen Sie Ihr Wissen über die Unterschied zwischen passiven und aktiven Transportmethoden sowie den spezifischen Eigenschaften jeder Art. Ideal für Studierende der Biologie, die das Thema Zelltransport vertiefen möchten.