So funktioniert die Zelle

Vorlesung vom 17.9.2024: So funktioniert eine Zelle

• Thema: Zellfunktion, Vergleich mit Fabrik
• Vorbereitung: Huch, Kapitel 2, Vergleich Zelle mit Fabrik; Organisationseinheit oder Leistungsbereich

Lernziele

• Unterscheidung: Differenzierung zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen, Benennung der Unterscheidungsmerkmale
• Organellen: Aufzählung und Beschreibung der Aufgaben der einzelnen Zellorganellen
• Stoffaustausch: Grundlegende Beschreibung des Stoffaustausches
• Proteinproduktion: Erklärung der groben Prinzipien der Proteinproduktion
• Zellvermehrung und -sterben: Beschreibung der Vermehrung und des „Entrümpelns“ (Apoptose) der Zellen.

Zelle: Die kleinste Einheit

• Fabrik: Zelle als Metapher für eine Fabrik, die Aufgaben wie Transport (A → B), Proteinproduktion, Vermehrung und Sterben ausführt.

Pro- und Eukaryot

• Prokaryoten: Einfach gestaltete Zellen; Vorläufer von Eukaryoten; z.B. Bakterien; Kern fehlt
• Eukaryoten: Komplexere Zellen mit einem Zellkern; z.B. Tier- und Pflanzenzellen; Gene im Zellkern eingeschlossen

Eukaryoten-Zellen

• Variabilität: Unterschiedliche Formen und Ausprägungen je nach Funktion (Zelltypen; Blut-, Nerven-, Knochzellen, etc.)

Zelle = Fabrik (Organellen) und Fabrik (Bestandteile)

• Zellmembran: Äussere Fabrikmauer
• Zellkern (Nukleus): Computerzentrale
• Mitochondrien: Kraftwerke
• Endoplasmatisches Retikulum (ER): Produktions(r)- und Lagerhalle
• Ribosomen: Produktionsroboter
• Golgi-Apparat: Verpackungs- und Versandstation
• Lysosomen: Müllabfuhr & Wiederverwertung

Zellkern (Nukleus), Job

• Kommandozentrale: Enthält die genetische Information (DNA, Chromosomen) für den Zellbetrieb und die Proteinproduktion
• Nukleoli: Ort der rRNA-Synthese und Ribosomen-Bildung
• Genetische Information: Enthält alle Informationen für den Betrieb der Zelle als auch für die Proteinproduktion.

Mitochondrien, Job

• Energieproduktion: Erzeugung von Energie (ATP) aus Zucker und Fett
• Eigenständigkeit: · Besitzen eigenes genetisches Material und können Proteine produzieren.
• Membranen: Innere und äussere Membranen, jeweils mit unterschiedlichen Funktionen

Endoplasmatisches Retikulum (ER), Job

• Hohlraumsystem: Verzweigtes Hohlraum-System in der Zelle
• Ribosomen: Raues ER hat Ribosomen (Proteinproduktion)
• Ohne Ribosomen: Glattes ER (Lipidsynthese)
• Funktion: Protein- und Lipidsynthese/Speicherung in der Zelle

Ribosomen, Job

• Proteinproduktion: Synthese von Proteinen
• Struktur: Bestehen aus Proteinen und rRNA
• Vielseitigkeit: Proteine können Strukturen, Enzyme oder Hormone sein.

Golgi-Apparat, Job

• Membransäckchen: aus Membransäckchen/Vesikel bestehend
• Verarbeitung: Verarbeitung und Verpackung von Stoffen, die vom ER kommen
• Sekretion: Ausstoss dieser verpackten Stoffe aus der Zelle
• Hormon-/Enzym-Produktion: wichtig für Zellen, welche Hormone oder Enzyme produzieren
• Lysosomenbildung: beteiligt an der Bildung von Lysosomen

Lysosomen, Job

• Verdauungs-Enzyme: Enthalten Verdauungs-Enzyme zur Neutralisierung schädlicher Stoffe
• Aufräumen: Zerlegen und recyceln abgestorbener Organellen (z.B. Mitochondrien)
• Abwehr: Zerlegen von Fremdkörpern, z.B. Krankheitserregern.
• Zellrecycling: Beseitigung von Abfallstoffen, Wiederverwertung von Zellbestandteilen.

Transport

• Flüssigkeiten: Intrazelluläre, intravasale und intestitielle Flüssigkeiten sind essentiell für den Transport von Stoffen in der Zelle/im Körper.

Stoff-Transport-Typen

• Passiv (ohne Energieverbrauch): Diffusion, Osmose und Filtration
• Aktiv (mit Energieverbrauch): Na+/K+-Pumpe, Endo-/Exozytose

Transkription

• DNA-Abschrift (DNA → RNA): Der genetische Code der DNA wird in RNA umgeschrieben (Transkription).
• m-RNA: Die DNA-Abschrift verlässt den Zellkern und transportiert die Informationen zu den Ribosomen.

Übersetzung (Translation)

• RNA → Protein: Die m-RNA wird in die Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt

Vermehren, Mitose

• Zellteilung: Bildung identischer Tochterzellen aus einer Zelle
• DNA-Verdopplung: Verdopplung des genetischen Materials (DNA) vor der Zellteilung
• Chromosomenzahl: Die Chromosomenzahl bleibt gleich.

Vermehren, Meiose

• Geschlechtliche Fortpflanzung: Zellteilung zur Bildung von Keimzellen (Gameten)
• Chromosomenzahl: Die Chromosomenzahl in den Keimzellen wird halbiert (von diploid auf haploid).

Müll aufräumen: Autophagie

• Selbstverdauung: Mechanismus, der zerstörte Zellbestandteile abbaut
• Zellreinigung: Regulierung und Aufräumen von nicht mehr benötigten Strukturen.
• Zellgesundheit: Aufrechterhaltung der Zellgesundheit und Vermeidung von Schäden.

Sterben, Apoptose

• Programmierter Zelltod: Kontrollierte Selbstzerstörung einer Zelle.
• Regelung: Apoptose-Prozess durch die Zelle selbst oder hormonell ausgelöst.