Biomembranen und Diffusion

Biomembranen

• Zellen und Zellorganellen besitzen Membranen, um chemische Reaktionen getrennt voneinander ablaufen zu lassen (Kompartimentierung).
• Die Membran besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden.
• Phospholipide ordnen sich in wässriger Lösung an, wobei die fettliebenden (lipophilen) Schwänze nach innen und die wasserliebenden (hydrophilen) Köpfe nach außen zeigen.
• Membranen sind undurchlässig für viele Moleküle außer Wasser (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Sauerstoff (O₂).
• Stoffe in flüssigem oder gasförmigem Zustand bewegen sich durch Diffusion, stoßen aufeinander und wechseln ihre Richtung und Geschwindigkeit ständig. Die Temperatur beeinflusst die Geschwindigkeit der Bewegung und somit die Diffusion.
• Diffusion ist der gleichmäßige Transport ohne externe Energiezufuhr
• Osmose: Wasser bewegt sich von Bereichen niedriger Konzentration gelöster Stoffe zu Bereichen höherer Konzentration, um die Konzentrationen auszugleichen.
• Hypertonische Lösung: Wenn eine Zelle in einer Lösung mit höherer Konzentration gelöster Stoffe liegt, verliert sie Wasser und schrumpft.
• Hypotonische Lösung: Wenn eine Zelle in einer Lösung mit niedrigerer Konzentration gelöster Stoffe liegt, nimmt sie Wasser auf und quillt.
• Pflanzenzellen besitzen eine Zellwand, die das Platzen verhindert.

Stofftransport durch Biomembranen

• Permeabilität: Membranen, die nur kleine Moleküle passieren lassen, sind semipermeabel, andere, die mehr Moleküle passieren lassen, sind selektiv permeabel.
• Größere Moleküle benötigen Transportproteine (Carrier und Tunnelproteine).
• Diffusion: Passiver Stofftransport ohne Energiezufuhr, bei dem kleinere Moleküle die Membran von selbst passieren können.
• Erleichterte Diffusion: Passiver Stofftransport mit Hilfe von Transportproteinen; benötigt keine Energie.
• Aktiver Transport: Benötigt Energie in Form von ATP, um größere Moleküle gegen den Konzentrationsgradienten zu transportieren.
• Sekundär aktiver Transport: Benötigt den Konzentrationsgradient, der durch den primären aktiven Transport aufgebaut wurde, um weitere Moleküle zu transportieren.
• Carrierproteine binden Stoffe an einer Seite der Membran und transportieren sie auf die andere Seite.
• Tunnelproteine oder Kanäle sind für den Transport bestimmter Stoffe zuständig.

Zellorganellen

• Zellkern: Enthält das Erbgut (Chromatin) und steuert die Zellfunktionen.
• Vakuole: Speichert Abfallprodukte und Wasser.
• Chloroplasten: Fotosynthese (H₂O + CO₂ + Licht → Glucose + O₂).
• Mitochondrien: Zellatmung (Glucose + O₂ → ATP).
• Ribosomen: Bauen Proteine nach dem Code der mRNA, die aus dem Zellkern stammt.
• Endoplasmatisches Retikulum (ER): Membransystem, das mit dem Zellkern verbunden ist.
• Raues ER: besitzt Ribosomen und transportiert Proteine
• Glattes ER: Stoffwechselprozesse
• Golgi-Apparat: Sortierung und Verpackung von Proteinen.
• Vesikel: Membranvesikel, die Proteine zu Bestimmungsorten transportieren
• Lysosomen: Enthalten Enzyme, die Zellbestandteile abbauen.
• Zytoskelett: Ermöglicht die Zellform und den Transport von Stoffen innerhalb der Zelle

Zelldifferenzierung

• In einzelligen Organismen erfüllen Zellen alle Funktionen.
• In mehrzelligen Organismen werden Aufgaben auf verschiedene Zellen und Gewebe aufgeteilt.
• Gewebe, Organe und Organsysteme bilden sich aus spezialisierten Zellen.
• Dauergewebe: Zellen, die sich nicht mehr teilen können.
• Körperstammzellen / adulte Stammzellen: Erneuerung und Differenzierung des Gewebes
• Embryonale Stammzellen: Schnellere Vermehrung und Differenzierung

Mitose

• Mitose ist die Zellteilung, bei der eine Zelle zu zwei identischen Tochterzellen wird.
• Menschen haben 23 Chromosomenpaare.
• Interphase: Verdopplung des Erbguts.
• Prophase: Kondensation der Chromosomen.
• Prometaphase: Auflösung der Kernhülle, Bildung des Spindelapparates.
• Metaphase: Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene.
• Anaphase: Trennung der Schwesterchromatiden zu den Polen.
• Telophase: Bildung neuer Kernhüllen und Entwindung der Chromosomen;
• Cytokinese: Bildung der neuen Zellmembran und Zellwand.

Enzyme

• Enzyme sind Proteine, die biochemische Reaktionen katalysieren (beschleunigen).
• Sie haben ein aktives Zentrum, an dem das Substrat bindet.
• Enzyme verwandeln Substrate in Produkte, indem sie die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen. Sie wirken nur auf ein bestimmtes Substrat oder eine begrenzte Gruppe von Substraten.
• Katabole Enzyme spalten Substrate auf.
• Anabole Enzyme bauen Substrate auf.
• Enzyme können auch endotherme Reaktionen katalysieren, indem sie die notwendige Energie bereitstellen, oft durch die Nutzung von Energie aus ATP.