Die Zelle

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Anziehungskräfte. -Wasserstoffbrücken: starke Anziehungskräfte zwischen einem freien Elektronenpaar am elektronegativeren Bindungspartner und dem partiell positiv geladenen H-Atom eines Nachbarmoleküls. • Organische Verbindungen basieren auf Kohlenstoff. -gesättigte Kohlenstoffverbindungen: zwischen den Kohlenstoffatomen bestehen nur Einfachbindungen. -ungesättigte Kohlenstoffverbindungen: besitzt eine oder mehrere C-C-Doppelbindungen: →unpolar, da die Ladungsverteilung ausgeglichen ist. →lösen sich in unpolare Substanzen wie Fette: lipophil -wasserlösliche Stoffe: hydrophil • Funktionelle Gruppe: die Atomgruppe in einer Verbindung, die die Eigenschaft oder Funktion des Moleküls beeinflussen. • Alkohole (Alkanole): -Funktionelle Gruppe: Hydroxylgruppe (OH) -Gruppe durch den Sauerstoff polarisiert also hydrophil -Rest jedoch unpolar also lipophil →je länger die unpolare Kette, desto mehr tritt der lipophile Charakter beim Gesamtmolekül in Erscheinung. Alkyl-Rest HE -O-H H H-C-C Hydroxy-Gruppe H3C Ethanol • Carbonylverbindungen →Aldehyde (Alkanale) und Ketone (Kenone) -Funktionelle Gruppe: Carbonylgruppe :0: CH3 Aceton (keton) H3C- H Ethanal (Aldehyd) • Carbonsäuren -Funktionelle Gruppe: Carboxylgruppe (COOH) →polar: kurzkettige CS sind hydrophil -Fettsäuren: Carbonsäuren mit langen Kohlenwasserstoffketten. Bestandteile der Fette H H-C-C H Essigsäure • Amine -Funktionelle Gruppe: Aminogruppe (NH2) →polar -Bestandteil aller Aminosäure H. COOH NH₂ Glycin +III HO OH Serin • Aminosäuren: -Verbindungen mit einer Amino- und einer Carboxylgruppe. -Bausteine der Proteine H3C COOH NH₂ NH₂ Alanin OH Proteine (Eiweiße) • Aufgaben: -Als Enzyme: Steuerung des Stoffwechsels -Als Hormone: Vermittlung von Informationen Bsp.: Insulin -Als Membranrezeptoren: Aufnahme von Informationen aus der Umgebung. Z.B.: Tunnelprotein -Transport von Sauerstoff z. B.: Hämoglobin - Als Antikörper: Bekämpfung von Krankheitserreger -Bildung von Gerüststoffen für Zellen und Gewebe - ermöglichen Bewegung, Bsp.: Faserprotein • Bestehen aus Aminosäuren, die über sogenannte Peptidbindungen verknüpft sind. -Funktionelle Gruppen: die saure Carboxylgruppe und die basische Aminogruppe, die am alpha-C-Atom gebunden sind, das noch mit einem H und einem Rest verknüpft ist. H H₂N-C-COOH H H H H H Abbildung 1: Aminosäure H H OH H R O H R I 1 1 -C-C-N-C N Peptide Bond H 40=0 OH I H =0 -AS unterscheiden sich in dem Rest OH • Proteine entstehen durch Verknüpfung vieler Aminosäuren zu einem Makromolekül -Reaktion: die Carboxylgruppe der einen Aminosäure reagiert mit der Aminogruppe einer zweiten Aminosäure unter Wasserabspaltung. Bindung: Peptidbindung - Proteine: Polypeptide mit mehr als 100 AS Primärstruktur eines Poteins -Abfolge (Sequenz) der einzelnen Aminosäuren →bestimmt die Eigenschaften des Proteinmoleküls. Sekundärstruktur -räumliche Strukturen innerhalb der AS-Kette →häufige Ausprägungen der Sekundärstruktur eines Proteins: H 0 -C H N a-Helix: -spiralförmig Durch Wasserstoffbrückenbindungen günstig Hängt von der Primärstruktur ab O H 0 H N $ www R Tertiärstruktur -räumliche Struktur der gesamten AS-Kette, die durch die Wechselwirkungen (z.B. Disulfidbrücken (2 Schwefelatome)) zwischen den Resten der AS stabilisiert wird. B-Faltblatt:-2 Polypeptidstränge liegen in gestreckter Form nebeneinanderliegen. -durch Wasserstoffbrücken -wenn die unpolaren Reste zum Molekülinneren orientiert sind und die polaren nach Außen zeigen: Proteinmolekül wasserlöslich -bestimmt die Funktion des Proteins -Denaturierung: Zerstörung der Tertiärstruktur zusammengehalten Quartärstruktur -gibt die Anordnung von zwei oder mehreren Proteinketten, die eine funktionsfähige Einheit bilden. Quartärstruktur Proteine aus mehreren Aminosäureketten wie z.B. Hämoglobin funktionelle dreidimensionale Struktur Kohlenhydrate (Saccharide) -wichtige Energielieferanten -Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff -werden eingeteilt in Einfachzucker = Monosaccharide →besteht aus einem Zuckerbaustein -Beispiele: Glucose: Traubenzucker, Fructose: Fruchtzucker Durch Verknüpfung zweier Monosaccharide über eine glycosidische Bindung entstehen Zweifachzucker = Disaccharide -Reaktion: die Hydroxylgruppe des einen Zuckers reagiert mit einer Hydroxylgruppe des anderen. Ein Molekül Wasser wird abgespalten: Kondensationsreaktion. Sie werden über ein Sauerstoffatom miteinander verbunden. H OH IV OH CH₂OH H OH H CH₂OH H OH H OH H OH OH H C CH₂OH + OH CH₂OH H OH OH (Milchzucker) →in Wasser gut löslich OH H H OH H -H,O CH₂OH Kondensation CH₂OH Saccharose (1,2)-Verknüpfung -Beispiele: Maltose (Malzzucker), Saccharose (Rohrzucker), Lactose Mehrfachzucker = Polysaccharide Beispiel: Stärke Lipide (Fette und fettähnliche Stoffe) -lipophil; unpolare Moleküle -Hauptenergiereserve -Fette bestehen aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin und Fettsäuren -Reaktion: die Carboxylgruppe der Fettsäure bildet mit der OH- Gruppe unter Wasserabspaltung eine Esterbindung. • Phospholipide besitzen ein polares und ein unpolares Ende. • Kopfgruppe: polare, hydrophile Phosphatgruppe mit daran gebundenem Rest und zwei Schwanzgruppe, die sich aus zwei unpolaren hydrophoben kohlenwasserstoffketten zusammen Hydrophilic head Hydrophobic tails OP O O- CH₂ CH -CH₂ O O O C=O Saturated fatty acid Unsaturated fatty acid Phosphate Glycerol An der Grenzfläche von Wasser: Ihr polarer Teil richtet sich zum Wasser hin, während der unpolare zur Luft orientiert ist • Im Wasser: entstehen Mizellen: fein verteilte Phospholipidtröpfchen. ● amphiphil Eukaryoten Zelltyp: Eucyt Beispielorganismus Tiere, Menschen, Pflanzen Zellkern Zellwandmaterial Erbsubstanz Genaustausch Ribosomen Geißeln + Zellulose: Polysaccharid Mehrere Chromosemen Im zellkern Geschlechtszellen 80s Besteht aus einem von Zellmembran umschlossenen Mikrotubulibündel Prokaryoten Zelltyp: Procyt Bakterien Murein (Makromolekül aus Zuckerketten, durch Proteine verbunden) -Liegt als einziges, ringförmiges Chromosom im Cytoplasma -Plasmide: kleine DNA-Ringe tragen wenige Gene Konjugation: a) Pilus- vermittelte DNA Übertragung -2 Organismen verbinden sich über Plasmabrücken oder Sex-Pilus und tauschen DNA →sie können Mutationen untereinander tauschen 70s Proteinfäden auf der Zelloberfläche -Prokaryoten sind weniger stark kompartimentiert -deutlich kleiner -Eukaryoten besitzen membranumgrenzte Organellen: Mitochondrien, Chloroplasten, Zellkern, Plastide →räumliche Unterteilung: Kompartimentierung ermöglicht verschiedene chemische Reaktionen innerhalb der Zelle Bakterienzelle: Nucleoid (Chromosom) Plasmid Pili Zellwand Golgi- Apparat 2ellmembran 3 Ribosomen Hitochondrium Zelleinschluss Stoffspeicher Zellmembran Vakuole Geißel (Flagellum) * Zellwand Ribosomen € Kapsel Eukaryotische delle (Pflanzenzelle) AbiBlick Endoplasmatisches Retikulum -Kernhülle zeukem Chloroplast Cytoplasma Endocytose und Exocytose Die Endocytose ist die Aufnahme von Substanzen in die Zelle. Stößt ein Partikel auf die Membran, stülpt sich die Membran nach Innen ein, bis sie die Partikel komplett umschlossen hat. Dadurch entsteht eine sogenannte Nahrungsvakuole, die ins Zellinnere abgegeben wird. Mit der Nahrungsvakuole verschmilzt ein primäres Lysosom, ein vom Golgi-Apparat „frisch“ abgeschnürtes Lysosom, das Verdauungsenzyme enthält, zu einem sekundären Lysosom, wodurch die Partikel abgebaut werden. Mit der Exocytose werden nicht verwertbare Stoffe aus der Zelle ausgeschieden, indem das sekundäre Lysosom mit der Zellmembran verschmilzt, sodass eine Öffnung entsteht, durch die der Inhalt der Vesikel nach Außen abgegeben wird. Pinocytose: Aufnahme gelöster Stoffe Phagocytose: Aufnahme größerer fester Partikeln Endosymbiontentheorie 1. Entstehung des Zellkerns durch Einfaltung Während der Evolution von der Prokaryotischen zu der Eukaryotischen Zelle könnte der Zellkern so entstanden sein: Die Plasmamembran einer Prokaryotischen Zelle hat die freischwimmende DNA durch Zufall durch Einstülpung allmählich umschlossen. • Die Endosymbiontentheorie geht davon aus, dass Mitochondrien und Plastiden sich aus eigenständigen prokaryotischen Lebewesen entwickelt haben. Im Zuge des Evolutionsprozesses sind diese Einzeller eine Endosymbiose mit einer anderen Zelle eingegangen, das heißt, sie leben in ihrer Wirtszelle zum gegenseitigen Vorteil. • Die Theorie besagt, dass Mitochondrien von ursprünglich freilebenden Proteobakterien abstammen, während Chloroplasten auf Cyanobakterien zurückgehen. • besitzen beide Organellen zwei Membranen, wovon die äußere auf die Aufnahme in die Wirtszelle zurückgeht • Schutz gegen Atmung und Energie, Fotosynthese Vom Einzeller zum Vielzeller • In Teichwasser findet man 0,02mm grüne Kugeln: Grünalge Chlamydomonas: -betreibt Fotosynthese -hat Geißeln zur aktiven Bewegung -einen roten Augenfleck, um Licht wahrzunehmen ● -teilt sich durch Längsteilung • Einzeller: Chlamydomonas • Mehrzeller: Eudorina, Pandorina • Vielzeller: Volvox Pandorina hingegen ist bereits eine Kolonie aus 8-16 Zellen -eine gemeinsame Proteinumhüllung (Gallerte) hält die Zellen zusammen -vermehren sich durch Zellteilung • Auf der Stufe der 32-Zelligen Eudorina beginnen die Differenzierungsvorgänge. -Unterschiede in der Größe und Bau der Zellen -Geschlechtszellen Vermehren sich geschlechtlich oder durch Zellteilung • Volvox zeigt eine 1mm große Zellkugel aus mehreren Hundert Zellen -über Plasmabrücken verbunden -man spricht von einem einfachen Vielzeller -Differenzierung deutlich ausgeprägt →Teil dient der Fotosynthese Teil dient der Fortpflanzung Teil dient der Fortbewegung -vermehren sich durch Zellteilung - Tochterkugeln oder geschlechtlich. Differenzierung und Determination Determination: Festlegung embryonaler bzw. meristematischer totipotente Zellen auf eine bestimmte Entwicklungsrichtung. -zur allseitigen entwicklungsfähig →jede beliebige Zelle könnte aus ihnen hervorgegen Differenzierung: Vorbereitung der Zelle auf zukünftige Aufgabe durch funktionelle und strukturelle Spezialisierung. Differenzierte Zellen nicht mehr teilungsfähig In Bildungsgewebe befinden sich Zellen die zeitlebens teilungsfähig sind ersetzen abgestorbene Zellen.