So funktioniert eine Zelle (gemischt)

Vorlesung vom 17.9.2024: So funktioniert eine Zelle

• Die Vorlesung behandelt die Funktionsweise einer Zelle, den Vergleich mit einer Fabrik und die zugehörigen Organisationseinheiten/Leistungsbereiche.

Lernziele

• Die Studierenden sollen zwischen Eukaryoten und Prokaryoten unterscheiden und die entsprechenden Kriterien benennen können.
• Die einzelnen Organellen einer Zelle sollen aufgezählt und ihre Aufgaben beschrieben werden.
• Der Stoffaustausch in Zellen soll im Groben erklärt werden.
• Die Eiweiss-Produktion in Zellen soll grob erläutert werden.
• Der Vermehrungs- und der Zerfallsmechanismus einer Zelle sollen verständlich gemacht werden.

Zelle: Die Kleinste Einheit

• Eine Zelle ist die kleinste funktionale Einheit eines Lebewesens.
• In Anlehnung an eine Fabrik, werden verschiedene Prozesse in der Zelle erläutert:
  • Transportvorgänge (A → B)
  • Proteinproduktion
  • Zellvermehrung und -tod

Pro- und Eukaryot

• Prokaryoten: Sind einfach aufgebaute Zellen ohne Zellkern. Die Gene liegen frei im Zellplasma. Ein Beispiel sind Bakterien.
• Eukaryoten: Sind komplexere Zellen mit einem Zellkern. Die Gene befinden sich innerhalb der Membran des Zellkerns. Einzeller wie auch vielzellige Lebewesen (z.B. Tiere und Pflanzen) gehören dazu.

Eukaryoten-Zellen

• Eukaryotische Zellen variieren in ihrer Form und Struktur je nach Funktion. Beispiele (Bildmaterial abgebildet):
  • Nervenzellen, Muskelzellen, Blut- und Knochendzellen, Drüsenzellen, Sinneszellen, Epithelzellen

Zelle = Fabrik

• Zelle (Organellen): Zellmembran, Zellkern, Mitochondrien, Endoplasmatisches Retikulum (ER), Ribosomen, Golgi-Apparat und Lysosomen.
• Fabrik (Bestandteile): Äussere Fabrikmauer, Computerzentrale, Kraftwerke, Produktionsroboter, Lagerhalle, Verpackungs- und Versandstation, Müllverarbeitung.

Zellmembran, Job

• Schützt den Zellinhalt.
• Enthält Zytoplasma (Flüssigkeit innerhalb der Zelle).
• Kontakt zu anderen Zellen (Glykokalix).
• Kommunikation nach aussen.
• Stoffaustausch mit der Umgebung.
• Unterschiedliche Transportmechanismen.

Zellmembran, Lipiddoppelschicht

• Die Zellmembran ist eine Lipid-Doppelschicht.
• Hydrophile (=lipophob) Köpfe der Phospholipide zeigen nach aussen.
• Hydrophobe (lipophil) Schwänze der Phospholipide zeigen nach innen.
• Die Zellmembran ist semipermeabel.

Zellmembran, Eigenschaften

• Semipermeabel: Moleküle unterschiedlicher Grösse, Form und Ladung können nicht immer gleich gut durch die Zellmembran passieren.

• Fettlöslichkeit: Lipophiler (fettlösliche) Stoffe können besser durch die Membran passieren.

• Elektrische Ladung: Geladene Ionen benötigen oft spezielle Membran-Proteine um die Membran zu überwinden.

Zellmembran, Transportproteine

• Carrier-Proteine erleichtern den Transport von hydrophilen oder geladenen Molekülen.
• Kanalproteine dienen als Poren für den Durchtritt von Ionen.

Zellkern (Nukleus), Job

• Kommandozentrale der Zelle.
• Enthält Erbsubstanz (DNA und Chromosomen).
• Betriebsanleitung und Bauplan für die Zelle.
• Enthält Nukleolen, wo Ribosomen gebildet werden.
• Enthält alle Informationen für den Zellbetrieb und die Proteinproduktion.

Mitochondrien, Job

• Produzieren Energie (z.B. ATP) aus Nährstoffen (Zucker, Fett)
• Enthalten eigenes Erbgut und können Proteine herstellen.
• Innere und äussere Membran ermöglichen den Stoffwechsel.

Endoplasmatisches Retikulum (ER), Job

• Verzweigtes Hohlraum-System in der Zelle.
• Mit Ribosomen (raues ER): Proteinbiosynthese.

• Ohne Ribosomen (glattes ER): Lipidsynthese, Kalzium-Speicherung

Ribosomen, Job

• Produzieren Proteine aus Aminosäuren nach Bauplan von mRNA.
• Bestehen aus Proteinen und rRNA.

• Wichtig für den Aufbau von Muskeln und Bindegewebe.

Golgi-Apparat, Job

• Membransäckchen und -vesikel system.
• Paketierung von Stoffen (Proteine) und Ausschleusung aus der Zelle.

• An der Bildung von Lysosomen beteiligt.

Lysosomen, Job

• Enthalten Verdauungsenzyme. 

• Neutralisieren/zerlegen zellschädigende Stoffe.

• Verdauen abgestorbene Zellbestandteile.

• Bestandteile werden recycelt. 

Stofftransport

• Wasser, Nährstoffe (Zucker, Fett, Eiweiss), Energiespeicher (ATP), Baustoffe (Eiweiss), Hormone, Enzyme, Gase (O2, CO2), Elektrolyte (Ionen), Abfallstoffe (Harnstoff) müssen in der und zwischen den Zellen transportiert werden.

Stoff-Transport-Typen

• Passiv: Energiefrei. Diffusion, Osmose und Filtration (Druck).
• Aktiv: Energieverbrauch. Beispiel: Na+-K+-Pumpe. Endo- und Exozytose.

Transkription

• Die DNA wird in mRNA umgeschrieben.

• Die mRNA gelangt aus dem Zellkern zu den Ribosomen.

Translation

• Die mRNA wird an den Ribosomen von tRNA in Proteine übersetzt.

• Die Proteinkette ergibt, mit Hilfe der Aminosäuren, das fertige Protein.

Vermehren, Mitose

• Zellteilung, und DNA Replikation/Verdopplung.

• Erhalt der Zahl der Chromosomen.

• Eine Phase im Zellzyklus.

Vermehren, Meiose

• Reduktionsteilung (Anzahl Chromosomen wird halbiert).

• Grundlage der geschlechtlichen Fortpflanzung.


Müll aufräumen: Autophagie

• Die Zelle rezykliert ihren eigenen Müll.
• Durch diese Selbstreinigung wird sie fitter.
• Wichtig für die Gesundheit der Zelle.

Sterben, Apoptose

• Programmierter Zelltod.

• Nicht durch eine Schädigung von aussen, sondern durch einen inneren programmierten Mechanismus.
• Zellbestandteile werden abgebaut und recycelt.

Teste dein Wissen über Zelltransport, Mitose und Apoptose. Beantworte Fragen zu verschiedenen Transportarten und deren Bedeutung im menschlichen Körper. Interessante Fakten über Autophagie und die Meiose werden ebenfalls behandelt.