Zelle - Fabrik: Vorlesung vom 17.9.2024 PDF

So funktioniert eine Zelle Vorlesung vom 17.9.2024 Vorbereitung: Huch, Kapitel 2, Vergleich Zelle mit Fabrik  Organisationseinheit oder Leistungsbereich Lernziele  Die Studierenden…  …unterscheiden zwischen Eu- und Prokaryoten und benennen die Unterscheidungskriterien ...

So funktioniert eine Zelle Vorlesung vom 17.9.2024 Vorbereitung: Huch, Kapitel 2, Vergleich Zelle mit Fabrik  Organisationseinheit oder Leistungsbereich Lernziele  Die Studierenden…  …unterscheiden zwischen Eu- und Prokaryoten und benennen die Unterscheidungskriterien  …zählen die einzelnen Organellen einer Zelle auf und beschreiben deren Aufgaben  …beschreiben in den Grundzügen, wie der Stoffaustausch funktioniert  …erklären grob, wie die Zelle Eiweisse produziert  …erzählen, wie sich eine Zelle vermehrt, sich „entrümpelt“ und wie sie zugrunde geht Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 2  Zelle: die kleinste Einheit Fabrik Zelle: wer macht was? Transport: A->B Produktion von Proteinen Vermehren und sterben Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 3 Pro- und Eukaryot  Prokaryot  Pro=«zuerst», «vor»; karyon=Kern  Vorläuferzelle ohne echten Zellkern  Gene liegen frei in der Zelle  Einzeller (Bakterien)  Eukaryot  Eu=«mit» echtem Zellkern  Gene sind im membranumhüllten Kern «versorgt»  Alle Tier- und Pflanzenzellen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences Eukaryoten-Zellen… ...können unterschiedlich aussehen, je nach Aufgabe die sie erfüllen Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 5  Zelle: die kleinste Einheit Fabrik Zelle: wer macht was? Transport: A->B Produktion von Proteinen Vermehren und sterben Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 6 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 7  Nukleolus (1); Zellkern (2); Ribosomen (3); Vesikel (4); raues endoplasmatisches Reticulum (ER, 5); Golgi-Apparat (6); Mikrotubuli (7); Glattes ER (8); Mitochondrien (9); Lysosom (10); Zytoplasma (Zytosol, 11); Peroxisomen (12); Zentriolen (13) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 8 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 9 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 10 Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 11 Zellmembran, Job  Schützt Inhalt der Zelle  Enthält Zytoplasma (Zytosol) = Flüssigkeit in der Zelle (v.a. Wasser)  Kontakt zu anderen Zellen (Glykokalix)  Kommunikation nach aussen  Stoffaustausch mit Umgebung  Unterschiedliche Transportmechanismen Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 12 Zellmembran, Lipid-Doppelschicht Hydrophil (=lipophob) Mag (phil) Wasser (meidet Fett) Kopf des Phospolipids (1) Hydrophob (lipophil) Meidet (phob) Wasser (mag Fett) Schwanz des Phospolipids (2) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 13 Zellmembran, Lipid-Doppelschicht Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 14 Zellmembran, Eigenschaften Ist semipermeabel = teilweise aussen Membran innen (selektiv) durchlässig, abhängig von: Molekülgrösse: Wasser, O2, CO2 kommen problemlos durch Fettlöslichkeit: je fettlöslicher (lipophiler), desto besser kommt der Stoff durch die Membran Elektrische Ladung: geladene Teilchen (Ionen) kommen praktisch nicht frei durch (nur über spezielle Kanäle oder Pumpen) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 15 Zellmembran, Eigenschaften  Für hydrophile und geladene Teilchen braucht’s Membran-Transport- Proteine:  Carrier-Proteine (Carrier = Träger): Uniport, Cotransport, Symport/Antiport  Kanalproteine (Poren), z.B. Ionenkanäle Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 16 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 17 Zellkern (Nukleus), Job  Kommandozentrale der Zelle  Enthält Erbsubstanz (DNA, Chromosomen), die den Kern nie verlässt: Betriebsanleitung & Bauplan  Nukleoli in denen rRNA und die Ribosomen gebildet werden  Enthält alle Infos, die es für Betrieb der Zelle und für die Produktion braucht Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 18 Zellkern (mit Anhang) Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 19 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 20 Mitochondrien, Job  Produziert Energie (H+, e-, ATP)  Hat eigene DNA und kann Proteine produzieren  Innere und äussere Membran  Im inneren (Matrixraum): Enzyme für die Verbrennung von Zucker (Zitratzyklus) und Fett (Beta-Oxidation)  Zahl wiederspiegelt Energiebedarf Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 21 Mitochondrien Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 22 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 23 Endoplasmatisches Retikulum (ER), Job  Verzweigtes Hohlraum- system  Mit Ribosomen: raues ER, rER  Ohne Ribosomen: glattes ER, gER  Im rER werden Proteine hergestellt  gER: Wichtig für Lipidsynthese und –verteilung; in Muskelzellen als Kalziumspeicher Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 24 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 25 Ribosomen, Job  Produzieren Proteine  Bestehen aus Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA)  Proteine können Hormone oder Enzyme sein aber auch Strukturproteine wie Muskeln oder Bindegewebe Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 26 Ribosomen, Proteinsynthese Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 27 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 28 Golgi-Apparat, Job  System aus Membransäckchen  Schnürt Bläschen ab, die Golgi-Vesikel  Stoffe die vom ER kommen, werden in Bläschen «abgepackt» und aus der Zelle geschleust  Ausgeprägt in Zellen, die Hormone oder Enzyme produzieren  An Bildung von Lysosomen beteiligt Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 29 Endoplasmatisches Retikulum (ER) mit Golgi Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 30 Zelle = Fabrik Zelle (Organellen) Fabrik (Bestandteile) Zellmembran äussere Fabrikmauer Zellkern (Nukleus) Computerzentrale Mitochondrien Kraftwerke Endoplasmatisches Retikulum (ER) Produktions(r)- und Lagerhalle(g)* Ribosomen Produktionsroboter Golgi-Apparat Verpackungs- und Versandstation Lysosomen Müllabfuhr & Wiederverwertung *r: rauhes ER, g: glattes ER Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 31 Lysosomen, Job  Enthalten Verdauungs-Enzyme, die möglicherweise zell- schädigende Stoffe neutralisieren  Verdauen auch «tote» Organellen (z.B. Mitochondrien)  Bestandteile dieser Organellen werden rezykliert  Manche Zellen (z.B. Fresszellen) zerstören in ihren Lysosomen auch körperfremde Substanzen/Zellen, die ein Risiko darstellen könnten Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 32  Zelle: die kleinste Einheit Fabrik Zelle: wer macht was? Transport: A->B Produktion von Proteinen Vermehren und sterben Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 33 Transport braucht Wasser  Flüssigkeit des Menschen  Intrazellulär: in der Zelle  Intravasal: in den Blutgefässen («vasa»=Gefäss)  Interstitiell: zwischen den Zellen  Transzellulär: Hirnflüssigkeit (Liquor), Kammerwasser (Auge), Flüssigkeit in den Gelenken Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 34 Stoff-Transport  Was muss Transportiert werden?  Nährstoffe (Zucker, Fett, Eiweiss)  Energiespeicher (ATP, ADP + P)  Baustoffe (Eiweisse)  Stoffe mit Funktion (Hormone, Enzyme)  Gase (O2, CO2)  Elektrolyte (Ionen: Kalium, Natrium)  Abfallstoffe (Harnstoff) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 35 Stoff-Transport-Typen  Passiv (verbraucht keine Energie)  Diffusion (entlang Konzentrations-Gefälle)  Osmose (durch semipermeable Membran)  Filtration (durch Membran, mit Druck)  Aktiv (verbraucht Energie)  Gegen ein Konzentrations- gefälle (Gradient), z.B. Na+-K+-Pumpe  Endo- und Exozytose Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 36  Diffusion Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 37  Osmose Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 38  Filtration Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 39  Na+-K+-Pumpe Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 40 https://www.youtube.com/watch?v=yU4otyMhjHU Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 41  Zelle: die kleinste Einheit Fabrik Zelle: wer macht was? Transport: A->B Produktion von Proteinen Vermehren und sterben Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 42 Transkription  «skribere»: abschreiben; die DNA, die sich im Zellkern befindet wird abgeschrieben  Es entsteht die RNA (Ribonukleinsäure)  Die RNA geht in Form von m(messenger=Nachricht)RNA raus aus dem Kern zu den Ribosomen  Dort beginnt die «Übersetzung» in Proteine Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 43  Transkription https://www.youtube.com/watch?v=Rn9TVK5Ph-Q Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 44 Translation  «Translatio»=Übersetzung der Info der mRNA in ein Protein  Dazu braucht es die t(transfer)RNA  Die tRNA übersetzt eine Sequenz von jeweils 3 Basen (Triplett) in eine entsprechende Aminosäuren  Die Kette aus Aminosäuren ergibt dann das fertige Protein Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 45  Translation https://www.youtube.com/watch?v=sB8uuJQuNvg Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 46 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 47  Zelle: die kleinste Einheit Fabrik Zelle: wer macht was? Transport: A->B Produktion von Proteinen Vermehren und sterben Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 48 Vermehren, Mitose  Mitose: Die Zelle teilt sich. Es entstehen zwei identische Zellen  Die DNA wird verdoppelt (repliziert)  Die Zahl der Chromosomen bleibt gleich (doppelter Satz: 2 x 23 Chromosomen)  Zellteilung ist eine Phase im Zellzyklus Huch: Mensch, Körper, Krankheit; Kap. 2 Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 49 Vermehren, Meiose  Meiose (=Reduktionsteilung): dient der sexuellen Fortpflanzung  Der Chromosomensatz wird halbiert (von 2 x 23 auf 1 x 23)  Aus einer Keimzelle entstehen 4 Spermien, resp. 1 Eizelle (mit 3 Polkörperchen) Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 50 Müll aufräumen: Autophagie  Auto=selbst, phagie=fressen: Die Zelle rezykliert damit den Müll, der sich in ihr angesammelt hat  Fasten verstärkt die Autophagie. Dabei reichen schon wenige Stunden  Durch diese Müll- beseitigung wird die Zelle fitter  Intermittierendes Fasten: deshalb gesund? https://www.ardmediathek.de/video/planet-wissen/autophagie-zellen-verwerten-ihren- muell/wdr/Y3JpZDovL3dkci5kZS9CZWl0cmFnLTI1NTZjYTE3LWJlMjctNGQxNS1iOTAyLWIzNDM3OWFlMmNmNQ Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 51 Sterben, Apoptose  Nicht einfach verenden, sondern programmierter Zelltod  Dieses «Selbstmordprogramm» wird von der Zelle selber oder hormonell ausgelöst  Zellkern schrumpft und zerfällt  Nicht durch äussere Schädigung, wie das bei der Nekrose (provozierter Zelltod) der Fall ist Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 52 Apoptose: programmierter Zelltod 1: Apoptose wird ausgelöst 2: Zelle schrumpft, entwickelt Ausbuchtungen (Pfeile), apoptotische Enzyme werden aktiviert 3: Enzyme zerteilen Zellkern, Makrophagen (Fresszellen) werden chemisch angelockt 4: Zelle spaltet sich in Komponenten auf 5: Makrophagen erkennen die Bruchstücke und phagozytieren sie Berner Fachhochschule | Haute école spécialisée bernoise | Bern University of Applied Sciences 53