Zellbiologie 1

Zellorganellen und Kompartimentierung

• Zellorganellen sind Reaktionsräume innerhalb von eukaryotischen Zellen, die durch Biomembranen abgegrenzt sind.
• Diese Abgrenzung schafft Kompartimente mit unterschiedlichen Bedingungen wie pH-Werten.
• Unterschiedliche Reaktionen können gleichzeitig in verschiedenen Zellorganellen stattfinden.
• Die Kompartimentierung ermöglicht die Spezialisierung von Zellorganellen.

Cytoplasma

• Das Cytoplasma wird von der äußeren Zellmembran umschlossen.
• Es handelt sich um einen durchscheinenden, leicht körnigen Inhalt, in dem die Zellorganellen eingebettet sind.
• Viele Stoffwechselvorgänge finden im Cytoplasma statt.
• Die Hauptbestandteile sind Proteine, Lipide, Polysaccharide und Wasser (60-90%).

Vakuole

• Vakuolen kommen in Pflanzenzellen oft in großer Form vor und sind von einer Membran, dem Tonoplasten, umschlossen.
• Sie enthalten Zellsaft, eine wässrige Lösung von Ionen und organischen Verbindungen wie Polysaccharide, Säuren, Farbstoffe und Proteine.
• Vakuolen dienen als Speicher für Nährstoffe, Farbstoffe, Abbauprodukte und Abwehrstoffe.
• Die Wassermenge in der Vakuole beeinflusst die Stabilität pflanzlicher Zellen.
• Vakuolen erzeugen den Turgor, der die Pflanzenzelle stabilisiert.
• Mehrere kleine Vakuolen können zu einer großen Zentralvakuole verschmelzen, die bis zu 90% des Zellvolumens einnehmen kann.

Golgi-Apparat

• Der Golgi-Apparat ist die "Poststation" der Zelle, oft in der Nähe des Zellkerns lokalisiert.
• Er besteht aus länglichen, von Membranen umschlossenen Hohlräumen, den Zisternen.
• Ein Stapel von Zisternen wird als Dictyosom bezeichnet, mehrere Dictyosomen bilden den Golgi-Apparat.
• Der Golgi-Apparat hat eine Cis-Seite (zum endoplasmatischen Retikulum) zur Aufnahme von Stoffen und eine Trans-Seite (zur Zellmembran) zur Abgabe von Vesikeln.
• Er transportiert und verarbeitet Substanzen, besonders Proteine, die er vom endoplasmatischen Retikulum empfängt.
• Die Proteine werden in Vesikel verpackt und an ihren Bestimmungsort versendet.
• Stoffwechselprodukte können ebenfalls transportiert werden.

Zellkern

• Der Zellkern ist ein auffälliges Organell, das von einer Doppelmembran, der Zellkernhülle, umschlossen ist.
• Die Zellkernhülle trennt den Inhalt des Zellkerns vom Cytoplasma und ist von Kernporen durchsetzt.
• Kernporen kontrollieren den Stoffaustausch zwischen Zellkern und Cytoplasma.
• Im Inneren befindet sich das Chromatin, ein Netzwerk aus DNA und angelagerten Proteinen.
• Die DNA enthält die Erbinformationen zur Steuerung von Stoffwechsel, Wachstum und Entwicklung.
• Der Zellkern ist die Steuerungszentrale der Zelle.
• Der Nucleolus (Kernkörperchen) ist eine Struktur im Zellkern, die Ribosomen produziert.
• Ribosomen sind für die Proteinbiosynthese wichtig.

Mitochondrien

• Mitochondrien haben eine eigene DNA und können sich selbständig teilen.
• Ihre ovale Form wird durch eine glatte, äußere Mitochondrienmembran bestimmt.
• Eine stark gefaltete innere Membran (Mitomembran) bildet Einfaltungen ins Innere.
• Es gibt zwei Reaktionsräume: den Intermembranraum und die Matrix.
• Mitochondrien sind für den Energiestoffwechsel zuständig.
• Durch den Abbau von Glukose wird ATP gebildet, die chemische Speicherform für Energie.
• Dieser Prozess wird als Zellatmung bezeichnet.

Chloroplasten

• Chloroplasten sind von einer äußeren Membran umgeben.
• Im Inneren befindet sich die Grundsubstanz, das Stroma.
• Die innere Membran bildet Thylakoide, die in Stapeln als Granum angeordnet sind.
• Die Thylakoidmembranen enthalten Chlorophyll, den grünen Farbstoff.
• Chlorophyll absorbiert Licht für die Synthese von Glukose.
• Chloroplasten sind der Ort der Fotosynthese.
• Chloroplasten besitzen eine eigene DNA und können sich eigenständig teilen.

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

• Das ER kommt in tierischen und pflanzlichen Zellen vor und liegt in der Nähe des Zellkerns.
• Es ist ein ausgedehntes Netzwerk aus Membranen.
• Die ER-Membran bildet auch die Zellkernhülle.
• Es gibt zwei funktionell verschiedene Bereiche: raues ER und glattes ER, die ineinander übergehen können.
• Das raue ER trägt Ribosomen auf seiner Membranaußenseite, was ihm ein raues Aussehen verleiht.
• Das glatte ER hat keine Ribosomen.
• Das ER spielt eine Rolle bei der Synthese (Herstellung) von Proteinen und beim Transport.
• Am rauen ER werden Proteine mithilfe der Ribosomen synthetisiert.
• Am glatten ER werden verschiedene Stoffe wie Fettsäuren synthetisiert und Umwandlungsprozesse finden statt.

Vesikel

• Vesikel haben einen einfachen, runden bis ovalen Aufbau und sind meist sehr klein.
• Sie sind von einer einfachen oder doppelten Membran umgeben, um Stoffe während des Transports zu schützen.
• Die Hauptaufgabe von Vesikeln ist der Transport von Stoffen innerhalb und außerhalb der Zelle in Eukaryoten.
• Verschiedene Vesikeltypen existieren, wie Peroxisomen, Glyoxysomen und Transportvesikel.

Ribosomen

• Ribosomen sind für die Proteinbiosynthese zuständig
• Ein Ribosom besteht aus einer großen und einer kleinen Untereinheit aus Proteinen und Ribonukleinsäuren (RNS)
• Ribosomen liegen entweder frei im Cytoplasma vor, oder an die Außenseite des rauen Endoplasmatischen Retikulums (ER) oder der äußeren Zellkernhülle.
• In eukaryotischen Zellen gibt es 80S Ribosomen (60S und 40S Untereinheiten).
• Die Svedberg-Einheit (S) beschreibt den Sedimentationskoeffizienten und erlaubt Aufschluss über die Größe der Untereinheiten.

Vergleich von Pro- und Eukaryoten

• Das Erbmaterial ist bei Tier- und Pflanzenzellen (Eukaryoten) durch eine Kernhülle vom Cytoplasma abgegrenzt.
• Bei Bakterien (Prokaryoten) liegt es meist frei in Form eines ringförmigen Chromosoms im Cytoplasma vor.
• Zellen ohne Zellkern werden als Protocyten bezeichnet und gehören zu den Prokaryoten.
• Zellen mit Zellkern werden als Eucyten bezeichnet und bilden die Grundlage für Eukaryoten.
• Bakterien sind etwa zehnmal kleiner als eukaryotische Zellen.
• Stoffwechselvorgänge laufen bei Prokaryoten an der Zellmembran oder frei im Cytoplasma ab.
• Prokaryoten fehlt Mitochondrien, endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Vesikel und Chloroplasten.
• Die Ribosomen von Bakterien sind kleiner und besitzen eine andere Dichte als die von Tier- und Pflanzenzellen.
• Bakterien haben eine Zellwand aus Murein, Pflanzen aus Zellulose
• Manche Bakterien haben zusätzlich zur Zellwand eine Schleimhülle.
• Bakterien bewegen sich mit Geißeln fort und haften mit Pili an Oberflächen.
• Neben dem Chromosom können Bakterien Plasmide tragen, die vorteilhafte Gene enthalten können (z.B. Antibiotikaresistenz)