Notizen Kapitel 2.docx

[Struktur der Zelle] Struktur = Funktion Bsp: Veränderung in Struktur von Proteinen -\> oft bestimmte Funktionen nicht mehr durchführbar; DNA durch Struktur semikonservativ repliziert; In Nährstoffen gespeicherte Energie an Membran für Zellen verwertbare Energie (spez. chem. Verbindungen) umgewan...

[Struktur der Zelle] Struktur = Funktion Bsp: Veränderung in Struktur von Proteinen -\> oft bestimmte Funktionen nicht mehr durchführbar; DNA durch Struktur semikonservativ repliziert; In Nährstoffen gespeicherte Energie an Membran für Zellen verwertbare Energie (spez. chem. Verbindungen) umgewandelt (in eukaryotischen Zellen an Membran spezieller Organellen; in prokaryotischen Zellen in innerer Plasmamembran) Bau eines Organs -\> Aufgabe (Organe zur Aufnahme verdauter Nahrung meist langgestrecktes Rohr mit Zellen mit Mikrovilli im Inneren) 2\. Struktur der Zelle meiste Zellen 1 - 100 Mikrometer -\> nur unter Mikroskop sichtbar (LM bis ca. 1000-fache Vergrößerung durch neue technische Verfahren Kontrast verbessern & Zellkomponente färben & bezeichnen -\> meist subzelluläre Strukturen zu klein, um unter LM zu sehen -\> Elektronenmikroskop: Rasterelektronenmikroskop (detailliertes betrachten & Untersuchen von Oberflächen; räumlicher Charakter), Transmissionselektronenmikroskop (innere Struktur, mit Elektronenstrahl) Bsp. Größe von Zellen: meiste eukaryotische 10 - 100 Mikrometer (Extreme: Menscheneizelle: 0,1mm; Froscheizelle: 1mm; Afrikanische Straußeneizelle: 15cm; menschliche Nervenzelle: bis über 1m), meiste prokaryotische 1 - 5 Mikrometer (Extreme: Thiomargarita namibiensis (Schwefelbakterium; nur vor Küste Namibias): bis zu 0.75mm; Mycoplasmen: 0.1 - 1.0 Mikrometer Alle Zellen haben: Zell- / Plasmamembran (selektive Barriere -\> hinreichender Durchtritt Sauerstoff, Nährstoffe & Abfallprodukte -\> gleichbleibendes Zellvolumen -\> verhindern vermischen von Molekülen der einen mit anderen Seite), Cytosol / Cytoplasma (von Zellmembran eingehüllte galertartige Flüssigkeit; Ablauf viele biochemische Prozesse), Chromosome (Träger Erbinformation, selten haben spezialisierte Zellen keine DNA, wie rote Blutzellen), Ribosome (im EM sichtbare Protein / RNA-Komplexe; Proteinsynthese) 2.1 prokaryotische & eukaryotische Zellen griech. karyon -Kern; eu - richtig eukaryotische: kompartimentiert; Großteil DNA in Zellkern (von 2 Membranen aus Dopellipidschichten umgeben) prokaryotische: kein ausgesprochenes Kernkompartiment; DNA auf Zellbereich konzentriert, aber nicht von Membran umgeben 2.1.1 Die 3 Hauptreiche (Domänen) der Lebewesen Bakterien, Archaeen (beides Prokaryoten) & Eukaryoten (= Protisten, Pilze, Pflanzen & Tiere) 2.1.2 Prokaryotische Zellen auch Procyten; Nukleoid / Kernäquivalent hält DNA; Genom der meisten Prokaryoten aus einem ringförmig angeordnetem, doppelsträngigem Stück DNA (=Bakterienchromosom), manche auch weitere DNA-Moleküle: Plasmide (ringförmig; wichtige Infos wie Antibiotika- / Giftresistenz; können transferiert werden (erklärt  schnelle Ausbreitung Spitalkeime) -\> Vorgang = Konjugation) Cytoplasmamembran = dünne, leicht bewegliche Barriere, die Zelle umgibt & abtrennt; 1 oder 2- schichtig; schützt vor Konzentrationsausgleich mit Umgebung außerhalb der Plasmamembran ist starre Zellwand = Peptidoglycanschicht: gibt Form & Festigkeit; aus Polysaccharidketten bestehend aus Zuckerderivaten vernetzt mit versch. AS -\> feste Struktur; schützt vor Eindringen von Viren; verhindert ein durch den erhöhten osmotischen Druck der Zelle bedingtes Platzen: Außen viel geringere Stoffkonzentration an gelösten Teilchen -\> Wasser würde eindringen -\> platzt dann Schleimkapsel: aus Polysacchariden; Schutz vor Austrocknen Grundlegender chemischer Aufbau & Struktur genetisches Material bei Eukaryoten & Prokaryoten gleich Fimbrien & Pili = filamentöse Strukturen aus Proteinen, die aus Zelloberfläche ragen; versch. Funktionen Pili: an andere Feststoffe, Nährstoffe & andere Bakterien heften Flagellum = Fortbewegung 2.1.3 Eukaryotische Zellen zusätzlich zu Plasmamembran komplexes System an inneren Membranen -\> Unterteilung Organellen -\> abgegrenzte Räume mit unterschiedlichen Stoffwechselvorgängen & speziellen Aufgaben in allen eukaryotischen Zellen (außer hoch differenzierten & spezialisierten Zellen) membranumschlossene Organellen: nicht-membranumschlossene Komponenten, deren Auftreten von Spezialisierungsgrad der Zelle abhängig ist: Ribosome (auch in Prokaryoten in unterschiedlicher Form); versch. Cytoskelettkomponenten 2.2 Kompartimente eukaryotischer Zellen 2.2.1 Zellkern von 2 aneinanderliegenden Membranschichten mit Kernporen (Kommunikation zw. Kerninneres & Cytosol) umgeben Kernporen aus radiersymmetrisch angeordneter Struktur aus Proteinen, die Moleküle bis gewisse Größe passieren lassen Kernkomplex reguliert Transport von RNA- & Proteinmolekülen vom Kerninneren ins Cytosol & umgekehrt; innere der Kernmembran mit netzartigen Geflecht aus Proteinfilamenten (Kernlamina) überzogen für Form & Festigkeit des Kerns Großteil des genetischen Materials im Kerninneren als Chromosome (aus Protein-DNA-Komplex =\> Chromatin -\> leicht mit basischen Farbstoffen anzufärben); Chromosome unter LM nur in Vorbereitung für Zellteilung sichtbar geringer Teil DNA auf eigenen DNA-Strängen in Mitochondrien & Chloroplasten Nucleolus im Kerninneren deutlich abgegrenzt & enthält Gene für rRNA-Bildung; dann erzeugte rRNA mit in Kern transportierte ribosomale Proteine zu ribosomalen Untereinheiten zusammengebaut; dann rRNA / Protein-Komplexe über Kernporen in Cytoplasma, dort im Zuge der Proteinsynthese zu kompletten Ribosomen vereint  2.2.2 Das Endomembransystem viele Membranumschlossene Organellen sind in direktem Kontakt oder können durch Transportvesikel in Kontakt treten Ort der Synthese von Proteinen & Membranbestandteilen Membranen des Endomembransystems sind in Verbindung, aber Zusammensetzung & Funktion sind spezifisch für die einzelnen Organellen, wobei sich Zusammensetzung & Funktion im Zuge der Kommunikation ändern das Endoplasmatische Rediculum endo = innen + Rediculum = Netz(werk) stark verzweigtes Membrannetzwerk aus Röhren (Tubuli), Bläschen & abgeplatteten sackähnlichen Strukturen (Zisternen), umgeben von ER-Membran & in direkter Verbindung mit äußerer Kernmembran 2 Formen: glattes ER (Synthese von Lipiden & Steroidhormonen & Entgiftung; in Muskelzellen viele Ca\^2+-Ionen gespeichert, die bei Muskelreiz ins Cytosol ausgeschüttet werden & Muskelkontraktion auslösen), raues ER (viele Ribosome an cytoplasmatischen Seite; an Ribosomen viele Proteine synthetisiert & mit speziellem Mechanismus (spezielle Membranproteine) durch Membran transportiert, dann bleiben Proteine entweder in Membran oder gelangen in Lumen des ER, wo sie in Transportvesikel verpackt & zu anderen Organellen transportiert werden oder an Zellmembran gelangen & verschmelzen (sekretarische Vesikel) & Inhalt aus der Zelle sezernieren Golgi-Apparat Transportvesikel können direkt mit G.A. verschmelzen \"Fabrik für Produktveränderung mit nachgeschalteter Sortieranlage & Frachtzentrum\" besteht aus nicht über Membranbrücken verbundene (anders als ER) abgeflachte Zisternen; einzelne abgeplattete Stapel unterscheiden sich in Dicke & Zusammensetzung -\> Polarität: cis-Seite (\"Empfängerseite\") v.a. Transportvesikel aus ER empfangen; trans-Seite (\"Senderseite\") Vesikel abgeschnürt beim \"Durchwandern\" des G.A. werden im ER gebildete Proteine modifiziert, wobei versch. Zisternen unterschiedliche Reaktionen durchführen; nach Modifikation in einer Zisterne durch Vesikel - Abknospung zur nächsten transportiert; Transport meist cis- -\> trans-Seite, aber auch Rücktransport Vesikel -\> versch. Zisternen -\> ER Proteine durch enzymatische Reaktionen in Zisternen modifiziert & sortiert; unterschiedliche Transportvesikel tragen auf Oberfläche spezifische Markierungen, um an entsprechenden Bestimmungsort zu bringen Lysosome kleine membranumschlossene Organellen für intrazelluläre Verdauung von Makromolekülen saurer pH-Wert im Inneren (Cytosol: neutral) für hydrolytische Enzyme (Hydrolasen; können im Cytosol durch pH-Wert nicht Arbeiten -\> kein Schaden beim Austritt) von trans-Seite des G.A. abgeschnürt & verschmelzen mit Endosomen -\> Verschmelzungsprodukt reift zum eigentlichen Lysosom; indem inaktive Vorstufen der Verdauungsenzyme durch niedrigen pH-Wert aktiviert werden Amöben & Protisten Ernährung durch Einverleibung kleinere Organismen & Nahrungsteile: Einstülpen & Abschnüren der Membran -\> Nahrungsvakuole, die mit Lysosom verschmilzt & aufgenommene Bestandteile verdaut =\> Phagocytose (Macrophagen nutzen Phagocytose als Schutz vor Eindringlingen) Einzelbestandteile von Makromolekülen dann in Cytosol transportiert & wiederverwertet Vakuolen Funktion= abhängig von Zelltyp Süßwasser-Protisten haben kontraktile Vakuole: nimmt überschüssig Aufgenommenes Wasser auf & befördert es aus Zelle -\> Zelle platzt nicht, da Entgegenwirkung der hohen Elektrolytkonzentration innerhalb der Zelle dem Einstrom von Wasser & aus Zelle pumpen Pflanzen haben Zellsaftvakuolen: Speichervakuolen (Vorrat von Proteinen in Samen; K^+^, Cl^-^; Abfallprodukte; Gift-, Duft- & Farbstoffe); bei Größenwachstum Volumen durch Wasseraufnahme viel vergrößern (Cytosol an Membran verdrängt & muss kaum an Volumen zunehmen) Zellwand in Pflanzenzellen helfen Wassergleichgewicht erhalten; in Pflanzenzellen sind turgeszent (prall gefüllt) & in allgemein hypotonen Umgebung; Wasser- Konzentration in Umgebung höher -\> Tendenz Wasser aus Umgebung aufnehmen; Wassereinstrom durch \"Gegendruck\" starrer Zellwand begrenzt -\> kein übermäßiges Anschwellen wenn isoton (gleiche Konzentration) fließt kein Wasser ein -\> Turgor sinkt & Zelle erschlafft (1. Symptom welken) wenn hypertonische Umgebung (Wasser - Konzentration weniger) strömt Wasser aus Zelle -\> Cytoplasma kann sich von Zellwand ablösen -\> Zelle stirbt ab 2.2.3 Ribosome komplexe RNA-ribosomale Protein-Gebilde; setzen Infos für Bau & Struktur der Proteine (von DNA) in Proteine um; kleine & große ribosomale Untereinheit; Anzahl der rRNA & Proteinmolekülen aus denen Untereinheiten gebildet werden in Prokaryoten & Eukaryoten unterschiedlich frei im Cytosol & an ER gebunden Transkription (DNA -\> mRNA) bindet an Ribosome (mRNA entscheidet, ob Ribosom frei oder gebundenen; in gebundenen Ribosomen synthetisierte Proteine direkt im Lumen des ER; in Freien Bleiben im Cytosol) 2.2.4 Mitochondrien & Chloroplasten Energiegewinnung Tiere, Pilze & Bakterien im Verdauungstrakt von Tieren ernähren sich von anderen Lebewesen /von ihnen gebildete org. Substanzen =\> organotroph (können nur durch primäre Energieumwandler existieren) Energie des Sonnenlichts =\> phototroph (primär; manche Bakterien, Algen & höhere Pflanzen; haben gesamte Chemie der Umwelt verändert -\> Sauerstoff = Abfallprodukt aus ihrer biosynthetischen Tätigkeit) Energie aus energiereichen Systemen mineralischer Umgebung (anorg. Stoffe) =\> litotroph (primär; mikroskopisch klein & leben meist in Umgebungen, die Menschen nicht oft sehen (tief im Ozean, unter der Erde, \...) trz. sehr wichtig) in eukaryotischen Zellen Mitochondrien & Chloroplasten für Energiegewinnung: gehören zum Endomembransystem; Mitochondrien 2 & Chloroplasten 3 Membrantypen haben Proteine, die von freien Ribosomen hergestellt & in die Organelle transportiert werden; haben kleine Menge eigenes genetisches Material (ringförmiges Chromosom) & eigene Proteinsynthese an prokaryoten-artigen Ribosomen Mitochondrien sind Organe des Stoffwechsels, die den größten Teil ATP liefern aus de, oxidaten Abbau von Kohlenhydraten, Fetten & Proteinen In Chloroplasten Photosynthese (Lichtenergie -\> chemische Energie) beide Energiegewinnungsprozesse sind strukturell al Membranen gekoppelt Mitochondrien - Innenmembran in Cristae gefaltet; Chloroplasten Außen-, Innen- & Thylakoidmembran, die ein Thylakoidraum umschließt Mitochondrien in fast allen eukaryotischen Zellen, wobei in Gestalt & Zahl versch., abhängig vom Energie aufwand der Zelle in der Gesamtmenge mitochondrischer Raum bezogen; manche ein einziges komplex aufgebautes, meist hunderte kleine kugelige bis zylinderförmige Gebilde mit glatter Oberfläche (Außenmembran) von Innenmembran umschlossener Innenraum =\> Matrixraum -\> beherbergt Enzyme für spezifische oxidative Stoffewechselwege; DNA der Mitochondrien & für die Synthese von einigen Organell-spezifische Proteinen notwendige Ribosome; hat spezifische Ausstattung an Membrangebundenen Enzymen & Enzymkomplexen zur Zellatmung & ATP-Synthese Plastide: Amyloplasten (farblos; speichern Stärke; besonders in unterirdischen Speicherorganen); Chromoplasten (spezielle Pigmentausstattung; Blütenfarbe); Chloroplasten (Chlorophyll mit anderen Pigmenten für Absorption der Lichtquanten; 2 Membranen: Innenmembran keine Einstülpungen, Thylakoide in sackartig abgeflacht & miteinander verbundene Membranstapel (Granastapel) angeordnet, Raum zw. Innen- & Thylakoidmembran =\> Stroma & beherbergt Enzyme spezifischer Stoffwechselvorgänge, spezifische DNA & Ribosome zur Synthese einiger Chloroplasten- spezifischer Proteine) 2.2.5 Peroxisome kleine, mit einer Membran umhüllte Vesikel ohne DNA, in denen ideales Milieu für chemische Reaktionen, bei denen Wasserstoffperoxid (H2O2) erzeugt & abgebaut wird; wichtig bei Abbau langkettiger Fettsäuren; spezielle Form in fettspeichernden Pflanzensamen (Glyoxisome) -\> bei Keimung Fette in Kohlenhydrate -\>Energiegewinn bis Photosynthese möglich \"Verwandschaftsbeziehung\" Peroxisome & andere Organellen nicht geklärt Lipide für Bau Peroxisomenmembran aus ER; Proteine aus Cytosol & ER 2.2.6 Cytoskelett gibt eukaryotischen Zellen Fähigkeit: Vielzahl an Formen anzunehmen, Komponente im Inneren zu organisieren, mit Umgebung mechanisch in Wechselwirkung zu treten & koordinierte Bewegungen auszuführen komplexes Proteinfilamentnetzwerk durch ganzes Cytoplasma; filamentöse Architektur hilft mechanische Stabilität der vergleichsweisen großen eukaryotischen Zellen abzusichern (für Zellen ohne Zellwand sehr wichtig); manche Komponenten auch in Bakterien dynamisch & dauernd neu organisiert, wenn Zelle Gestalt ändert, sich teilt oder auf Umgebung reagiert äquivalent zu Knochen & Muskeln; verantwortlich für ausgedehnte Bewegungen (Kriechen, Kontraktion von Muskelzellen, Formveränderung in Embryonalentwicklung; Bewegung von Zellen basiert auf gerichtetem Auf- & Abbau der Filamente & Wirkung von Motorproteine, die u.a. Filamentstränge aneinander vorbei bewegen; auf dem Mechanismus beruht peitschenartige Bewegung des Flagellums von Spermien ohne: Wunden nicht heilen; Muskeln wären unbrauchbar & Spermien nicht Eizelle erreichen Motorproteine & Cytoskelett zusammen auch intrazellulärer Transport von Organellen, Vesikeln & anderen Lasten entlang der \"Cytoskelett-Straßen\" -\> Cytoplasma kann organisiert werden; Motorproteine auch essentielle Aufgaben bei Aufteilung der Chromosome auf Tochterzellen & deren Abschnüren voneinander bei Zellteilung Cytoskelett aus 3 Hauptfasertypen: Mikrotubuli: röhrenartige Fasern (d= 25nm); lange Hohlzylinder aus den Proteinen Alpha- & Beta-Tubulin (beide Untereinheiten bilden ein Heterodimer); Mikrotubuli durch Polymerisation der Heterodimere gebildet; Je nach Aufgabe der Zelle nach Bildung stabilisiert (keine Längenänderung, weitere Polymerisation oder Abbau) oder verbleiben in dynamischen Zustand (schnellen Längenveränderungen unterworfen durch Abwechselnde Anlagerung & Abdissoziation von Heterodimeren; starrer als Actinfilamenten; mit 1 Ende meist an einem einzigen Mikrotubuli-organisierendem Zentrum (MTOC), dem Basalkörper oder Centrosom befestigt; während Zellteilung 2. Centrosom gebildet, wodurch ein symmetrisch bipolarer Spindelapparat aufgebaut wird -\> symmetrische Aufteilung Chromosome in  Tochterzellen durch unterschiedliche Struktur der Alpha- & Beta-Tubuline sind die Enden des Hohlzylinders nicht ident -\> Plus- & Minus-Ende an denen Anlagerung & Depolymerisierung der Tubulindimere versch. schnell ablaufen; Verankerung an Centrosom / Basalkörper immer am Minus - Ende Hauptaufgabe: Aufrechterhaltung Zellgestalt (Stützbalken), Zellbewegung (kriechen, schwimmen durch Cilien & Flagellen), Chromosomenaufteilung bei Zellaufteilung, intrazellulärer Transport von Organellen, Vesikeln & anderen Lasten (Mikrotubuli als Straßen für Motorproteine) Actinfilamente: auch Mikrofilamente (d= 5-9nm); 2-strängige, helikale Polymere aus Protein Actin; flexible Stränge; zu vielfältigen linearen Bündeln, flächigen Netzwerken & räumlichen Gelen organisiert; überall in Zelle verteilt, aber größte Dichte in Zellrinde (Cortex) direkt unter Plasmamembran; keine fixe, seilartige Struktur -\> Enden laufend abgebaut / verlängert; Polarität durch unterschiedliche Anlagerungs- & Abbaugeschwindigkeit bedingt; können an einer Stelle abgebaut & an anderer polymerisiert werden -\> Gestalt, Form & Lage der Zelle verändert sich Hauptfunktion: Aufrechterhaltung Zellgestalt (Zugspannung) & Veränderung Zellgestalt, Zellbewegung (Ausbildung Pseudopodien), Muskelkontraktion, Cytoplasmaströmung, Zellteilung (Ausbildung Teilchenfurche) Intermediärfilamente: d=10nm; seilähnliche Fasern; stabiler als andere beiden; aus intermediärfilament-Proteinen, die Familie bilden; versch. Arten: Kernlamina, manche durchziehen Cytoplasma & geben Festigkeit,\... ; Keratin als Sammelbegriff für versch. wasserunlösliche & extrem langlebige Faserproteine, von menschlichen & tierischen Organismen gebildet & Hornsubstanz charakterisieren (Hauptbestandteil Säugetierhaare, Finger- / Zehennägel, Krallen, Hufen, \...); in Epithelien (Zellschichten, die innere / äußere Oberflächen des Organismus bekleiden) mechanische Stabilität einzelner Zellen & ganzer Zellschicht (weil Intermediärfilamente jeder Zelle über Zell-Zell-Verbindungen gekoppelt sind) Hauptfunktionen: Aufrechterhaltung Zellgestalt (Zugspannung), Verankerung Zellkern & andere Organellen, Bildung Zellkernlamina 2.3 Zell-Zell-Kommunikation Tiere & Pflanzen bilden Organe & untersch. Gewebe aus, die aus Verbänden einzelner Zellen bestehen, die innerhalb eines Zellverbandes miteinander kommunizieren Pflanzen müssen für Nahrungserwerb nicht mobil sein Müssen sich vor Fressfeinden schützen, feste Struktur ausbilden, gegen Austrocknen schützen aber auch platzen durch zu viel Wassereinstrom verhindern Zell-Zell-Verbindungen ermöglichen Austausch von Wasser und gelösten niedermolekularen Stoffen durch zahlreiche mit Plasmamembran ausgekleidete Kanäle =\> Plasmodesmen, über die das Cytoplasma jeder Zelle im Zellverband mit der Nachbarzelle verbunden ist -\> teilen sich gemeinsames Cytoplasma, was Wasser und niedermolekulare Stoffe betrifft Keine extrazellulären Zellwände, sondern extrazelluläre Matrix, die in Zellen eingebettet ist Tierische Zellen sezernieren Glycoproteine (Proteine mit kovalent gebundenen Zuckeranteil und Protoglycane; häufigstes: Collagen verbindet sich mit Glycoprotein Fibronectin, das mit Membranproteinen (Integrine) der Zelle interagiert; Intergrine auf cytoplasmatischen Seite mit Cytoskelett in Verbindung) In Gewebeverband Zellen von extrazellulärer Matrix umgeben; Organe aber nach außen hin Epistel (Bsp.: innere Oberfläche des Darms: Nahrungsmittelmoleküle selektiv vom Darminhalt in Organismus aufgenommen; umgeben von einem Ring spezieller, haftende Proteine (tight Junctions), die unkontrolliertes Eindringen in Gewebe verhindern; unterhalb sind Desmosomen, in Verbindung mit Cytoskelett und verbindet die Zellen untereinander fest; für gegenseitigen Austausch von kleinen Molekülen gap junctions aus besonderen Kanal-Proteinen, die in Zellmembranen benachbarten Zellen an einander gegenüberliegenden Stellen Poren und Verbindungskanäle bilden (im Unterschied zu Plasmodesmen nicht von Cytoplasmastrang durchzogen.