Zellbiologie

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mit Kernporen -Enthält die Erbinformation (im Nucleolus) -Enthält Ribosomen und Proteine Kernkörperchen (Nucleolus) - Transkription und DNA-Replikation Doppellipidschicht - Von zwei Membranen umgeben - Die Innenmembran ist stark gefaltet - Einfaltungen aufgrund der Oberflächenvergrößerung - Eigene Mitochondrien-DNA 70 S Ribosomen -Zwei Membranen -Innenmembran - Thylakoidmembran besteht zum Teil aus Grana (Oberflächenvergrößerung) -Stroma - Matrixraum - Eigene DNA und 70 S Ribosomen -Vesikel durch Indocytose Verlassendes Vesikel - Verteilzentrum, Ort von zusätzlichen - Membransystem, dass die Zelle durchzieht - steht in Verbindung mit anderen Membranen (z.B. Kernhülle) -Raues ER: mit Ribosomen (Proteinsynthese) Glattes ER: ohne Ribosomen (Lipidsynthese) -Stapel membranumschlossener flacher Zisternen - Cis-Seite -> Empfängerseite (dem ER zugewandt) - Trans-Seite-> der Zellmembran zugewand von dort verlassen neu geformte Vesikel den Golgi-Apparat Synthesen - nur bei Pflanzenzellen, Bakterien und Pilzen - Wände aus Cellulose - Vesikel in eukaryotischen Zellen, die eine Entgiftung von reaktiven Sauerstoffverbindungen ermöglichen - reguliert den osmotischen Druck - Abbau von Stoffen nimmt Abfall- und Speichertsoffe auf Tierzelle: - Zellmembran -Cytoplasma - Mitochondrien - Endoplasmatisches Retikulum - Golgi-Apparat (Dictyosomen) - Zellkern mit Nucleolus, Chromatin, Ribosomen, Kernporen und Kernhülle Mikrotubuli - Ribosomen - Mikrotubuli - Centriolen - Lysosom - Mikrofilamente -Microbody (Peroxisom) Mikrotubuli Cytoplasma Mitochondrium Golgi-Vesikel Zellmembran Golgi-Apparat (Dictyosom) Tierzelle Mitochondrium appr Centriolen 91A glattes ER Zellmembran ER raues ER |Lysosom Centriolen Dictyosom www. Ribosomer Mikrofilamente Lusosom P - Zellkern Ribosomen Kernpore Peroxisom Microbody (Peroxisom) Mikrofilamente Kernhülle Kernkörperchen (Nucleolus) Chromatin Nucleus Pflanzenzelle: - Zellwand - Mittellamelle - Zellmembran - Cytoplasma - Zellkern mit Kernkörperchen. Chromatin, Kernhülle, Ribosomen und Kernporen - Mitochondrien - Chloroplasten - Endoplasmatisches Retikulum - Golgi-Apparat (Dictyosomen) - Zellsaftvakuole - Tüpfel mit Plasmodesmen - Mikrofilam - Peroxisom Ribosomen - Mikrotubuli Mitochondrium Mikrofilamente Peroxisom Pflanzenzelle Zellmembran Dictyosom Ribosomen Zellkern Dictyosom Zellsaftvakuole Zellsaftvakuole Mikrotubuli Mitochondrium Glattes ER Mikrofilamente Tupfel mit Plasmodesmen J Raues ER Chloroplast Peroxisom Chloroplast Kernpore Cutoplasma ER Mikrotubuli Kernhülle Ribosom Mittellamelle Zellmembran Zellwand Chromatin Nucleolus Nucleus prokaryotische Organismen - Die Prokaryotische Zelle ist nicht in Kompartiemente eingeteilt, da Mitochondrien, Plastiden, Dictyosomen und ERs fehlen. - Das Cytoplasma der Procyte ist nach außen von einer semipermeablen Membran begrenzt. Eine Zellwand stabilisiert und schützt die Zelle. - Die Ribosomen sind kleiner (70 S) als bei Eukaryoten (80 S). - Manche Bakterien besitzen Geißeln, sie bestehen aus Proteinfibrillen, die durch einen Membraneneigenen Rotationsmotor angetrieben werden. -Es ist keine Teilung durch die Mitose möglich, da kein Zellkern und Cytoskelett vorhanden ist. - Die Zellteilung findet durch Replikation, also Teilung der DNA statt. Dadurch entstehen zwei identische Tochterzellen. Pili Plasmid 70 S Ribosom Name der Zellorganellen Nucleoid (Bakterienchromosom) Ribosomen Geißeln/Flagellum Zellwand, Kapsel und Zellmembran Schleimhülle/Kapsel Zellmembran Pili (Proteinfilamente) Plasmide Cytoplasma Aufbau Fadenförmige DNA (ring formige DNA) Zellplasma/Cytoplasma Besteht zu 80% aus Wasser Fullt die Zelle aus Die Zellorganellen liegen darin Kleine fadenförmige Protein- Anhänge Kleines ringförmiges DNA-Molekul Speicherstoff Kleine ovale Partikel Bestehend aus Proteinen Dünner Proteinfaden außerhalb der Zellwand In der Zellwand verankert Dicke Zellwand Besteht aus Murein Umhüllt die Zellwand Unter der Zellwand Zellmembran Zellwand Kapsel Funktion DNA enthält die Erbinformation Enthält einen haploiden Chromosomensatz (einfacher Chromosomensatz) Proteinbiosynthese/ DNA wird in Proteine übersetzt Dient zur Fortbewegung der Zelle, eine Art Motor Nucleoid (ringförmige DNA) Schutz vor Umwelteinflüssen Schützt vor Austrocknen oder anderen Umwelteinflüssen /Feinden Bildet eine Barriere Kontrolle darüber, welche Stoffe in die Zelle eindringen und welche nicht Fullte die Zelle Zellorganellen liegen im Cytoplasma Dienen zur Anheftung an festen Oberflächen oder anderen Zellen. Können unter Prokaryoten ausgetauscht werden Weitergabe genetischer Informationen z.B. Resistenzgene gegen Antibiotika Geißel / Flagellum Vorkommen Größe Organisation Sauerstoffbedarf Stoffwechsel Zellwände Bewegung Zellmembran Zellkern mit Kernhülle DNA Verteilung der Chromosomen bei der Zellteilung (Chromosomensatz) Cytoskelett Ribosomen Zellorganellen Plasmid 70 S Ribosom Cytoplasma Eukaryoten und Prokaryoten Speicherstoff Prokaryoten Überall 0,3-700 μm Einzellig Aerob, anaerob Heterotroph, autotroph Vorhanden Rotieren von Geißeln Doppelschichtig Nicht vorhanden Ringförmiges Chromosom (Plasmid) Habloid Vorhanden (im Cytoplasma) Klein, leicht (70 S) Nicht vorhanden Zellmembran Zellwand Kapsel Nucleoid (ringformige DNA) - Die Eukaryotenzelle ist die kleinste Lebens- und vermehrungsfähige Einheit aller Lebewesen - Lebewesen, die einen Zellkern besitzen (z.B. Menschen, Tiere, Pflanzen) - Mehrzellige Organismen im Inneren der Zelle (Cytoplasma) befinden sich Zellorganellen. Membranumgrenzte Organellen (Mitochondrien, Plastiden..) unterteilen die Zelle in Kompartimente, also abgeschlossene Reaktionsräume, in denen verschiedene Stoffwechselwege unabhängig ablaufen. Eukaryoten Pflanzen, Tiere, Menschen, Pilze (überall) 3 μm bis mehrere Meter mehr Volumen als Prokaryoten Einzellig, mehrzellig Aerob Mitochondrin Heterotroph, autotroph Vorhanden nur bei Pflanzenzellen Vielfältig (z.B. durch Zellzusammenschlüsse) Doppelschichtig Vorhanden Lineare Verteilung auf Chromosomen Diploid Vorhanden (Sorgt für Form und Stabilität) Größer u.a. am ER oder frei im Cytoplasma (80 S) Vorhanden (Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat, Zellkern, Plastide (Pflanze), Vakuolen (Planzen)) -Geißel/Flagellum Prokaryotische Zellen: -Einzellige Organismen - Besitzen keinen Zellkern - überleben in extremen Lebensräumen - Prokaryoten werden in zwei Gruppen eingeteilt: Bakterien und Archaea (Archaebakterien) Zeltskuds Dekypsom M wwwwww wwwwww GER RER Choreplat Cytoplasma : Mielomale Zalmentran Niclas Zellzyklus Mitose Interphase: - noch keine Zellteilung - Interphase ist die Zeit/ der Zustand zwischen zwei Teilungen Prophase: - Verdichtung der Chromosomen - Bildung der Centriolen (wandern an die Zellpole) -Auflösen der Kernhülle Ausbildung des Spindelapperates durch die Centriolen Metaphase: -Spindelfasern lagern sich am Zentromer der Chromosomen an die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an Anaphase: die Chromatiden werden am Zentromer getrennt -Verkürzung der Spindelfasern -Chromosomen wandern zu den entgegengesetzten Zellpolen Telophase: -Chromatide entspiralisieren sich - es bilden sich neue Kernhüllen Nachdem die Mitose abgeschlossen wurde, sind aus der Mutterzelle zwei neue Tochterzellen entstanden. In den Tochterzellen befinden sich jetzt nur einsträngige Chromatide also befindet sich die Zelle im gleichen Zustand wie zu Beginn der Interphase. Die Zellteilung kann nach der DNA-Replikation von neuem beginnen. Aus der Tochterzelle wird eine Mutterzelle, die sich in die Interphase begibt um sich anschließend während der Mitose zu teilen. (X) 18 S $8. XXX= 6 Interphase: - bei der DNA-Replikation (geschlechtliche Fortpflanzung) - noch keine Zellteilung -Zeit zwischen zwei Teilungen Prophase 1: - Auflösung der Kernhülle -Zweichromatid-Chromosomen lagern sich parallel zueinander - Chromatiden-Stückaustauch (crossing-over) - Auflösung der Kernmembran, Entstehung des Spindelfaserapperates Metaphase 1: - die Chromosomen eines homologen Paares ordnen sich ober-/unterhalb der Äquatorialebene an - zufällige Verteilung von Mütter-/Väterlichen Chromosomen Chromosomen eichten sich nach einem der Pole aus; werden über eine Spindelfasern verbunden Anaphase 1: - Trennung der homologen Chromosomen durch die Spindelfasern - Teilung des Cytoplasmas in zwei Zellkörper -Halbierung des Erbgutes ist abgeschlossen Telophase 1: - Entspiralisierung der Chromosomen -Bildung einer provisorischen Kernmembran Zellzyklus Prophase 2: - zwei Tochterzellen mit haploiden Chromosomensatz -Kernmembran lost sich auf - neuer Spindelfaserapperat entsteht Metaphase 2: - Chromosomen ordnen sich in Äquatorialebene an -Zentromere verbinden die Spindelfasern Anaphase 2: -Schwesterchromatiden werden am Zentromer getrennt - Schwesterchromatiden bewegen sich zu entgegengesetzten Zellpolen Telophase 2: - Bildung der Zellmembran an den Zellpolen - vier Tochterzellen sind entstanden Meiose - jede der vier Tochterzellen hat einen haploiden Chromosomensatz -jedes Chromosom besteht nur noch aus einem Chromatid "2 10 (1)) X XX XK = (ks): (> in 10 Fast alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Jede Zelle wird von einer Membran umschlossen, die den Ein- und Austritt von Stoffen kontrolliert. Als Kompartiment wird ein membranumschlossener Raum bezeichnet. Der Sinn der Kompartimentierung besteht in der räumlichen Trennung von Stoffwechselwegen und Reaktionsräumen. Eine weitere Eigenschaft der Kompartimentierung ist die Oberflächenvergrößerung. Die Membranen bilden nicht nur Grenzen, sie haben auch viele biologische Aktivitäten. In der Membran sitzen viele Enzyme, so dass aufeinander folgende biochemische Reaktionen in unmittelbarer Nachbarschaft ablaufen können. In der Membran sind viele Poren, die den Übertritt von Stoffen aus einem Kompartiment ins andere kontrollieren. Die Kompartiementierung der Zelle bewirkt eine große Ausdehnung dieser Membran. Kompartiementierung Eukaryotenzellen sind durch innere Membranen in mehrere, ineinander geschachtelte Kompartiment - membranumgrenzte Organellen- aufgeteilt. Jedes Kompartiment hat unterschiedliche Inhalte und pH-Werte, eigene Enzymmuster und besonders aufgebaute Membranen und kann so besondere Aufgaben innerhalb der Zelle wahrnehmen: Mitochondrien sind für Energiegewinnung bei der Zellatmung zuständig, Lysosomen für den Abbau von Makromolekülen..... | Lysosom: Abbau von Makromolekülen; Hydrolasen Peroxisom: Katalane; Aminosäureoxidasen; Glyoxylat-Zyklus (Pflanzen) Golgi-Apparat (Dictyosom): Glycosylierung von Glycoproteinen; Modifizierung und Sortierung von Export- und anderen Proteinen yomonly Mitochondrien: Atmungskette; Fettsäureabbau, Aminosäureabbau; z.T. Hanstoff-Zyklos, Gluceneogenese Endoplasmatisches Retikulum Lipid-/Steroidsynthese; Entgiftung; Glycosylierung Nucleolus: Synthese ribosomaler RNA Nucleus: Replikation von DNA; Synthese von RNA (Transkription) Biomembranen Die Zellmembran (Cytoplasmamembran/Plasmalemma) grenzt die Zelle gegen ihre Umgebung ab. Die Membran ist 7-10 nm dick. Im elektronenmikroskopischen Bild zeigen alle Biomembranen eine ähnliche, dreischichtige Struktur. Die zwei äußeren Schichten sind je ca. 2,5 nm dick, die mittlere Schicht ist etwas dicker. Biomembranen bestehen zum größten Teil aus Phospholipiden. Lipide sind in Wasser unlöslich, in organischen Lösungsmittel lösen sie sich gut. In allen Biomembranen findet man Lipide und Proteine. Zellkompartimentierung: Die Biomembran unterteilt das Zellinnere in eine Vielzahl abgegrenzter Räume. Die Membranen durchziehen das gesamte Cytoplasma und umgeben die einzelnen Zellorganellen. Zellkern, Mitochondrien und Plastide sind von zwei verschiedenen Biomembranen umgeben. Die Zellkompartimentierung ermöglicht es, dass in einer Zelle unterschiedliche biochemischen Reaktionen gleichzeitig ablaufen. Biomembranen sind semipermeabel oder selektiv permeabel, d.h. sie lassen nicht alle Substanzen gleich gut Durchtreten. So kann eine Membran für den Stoff 'A' permeabel, dagegen aber für Stoff 'B' impermeabel sein. Zellorganellen mit zwei Membranen: Zellkern wird durch eine doppelte Kernmembran (Kernhülle) abgegrenzt. Mitochondrien werden von zwei unterschiedlich aufgebauten Membranen umgeben. Die äußere ist glatt und leicht durchlässig, die innere ist vielfach eingestülpt. Chloroplasten besitzen ebenfalls eine Doppelmembran. Die innere Membran ist vielfach eingestülpt und bildet flache Membranzisternen (Thylakoide). Die Thylakoidmembranen enthalten die Fotosynthesepigmente Chlorophylle und Carotinoide. Zellorganellen mit einer Membran: Endoplasmatisches Retikulum (ER): Das ER durchzieht als membranumhülltes System von Kanälchen und Säkchen (Zisternen) das gesamte Cytoplasma. Auch die Kernhülle ist Teil des ERs. Dictyosomen sind Stapel flacher Membranzisternen, die an den Rändern Bläschen abschnüren (Vesikel). Lysosomen sind Bläschen, die Enzyme speichern, mit deren Hilfe sich die Zelle selbst erneuert. Lysosomen werden vom Golgi-Apparat gebildet. Microbodies (Peroxisomen) sind kleine Bläschen, die Enzyme enthalte, die Wasserstoff abspalten und auf Sauerstoff übertragen. Vakuolen sind mit Zellsaft gefüllt und sorgen für den Innendruck der pflanzlichen Zelle. Zellorganellen ohne Membran: Ribosomen bestehen aus zwei verschieden großen Untereinheiten aus Protein-bzw. r-RNA-Molekülen. Cytoskelett ist ein räumliches Netzwerk sehr dünner Eiweißfasern, die das Cytoplasma durchziehen. Kanalprotein Flüssig-Mosaik-Modell Nach SINGER und NICOLSON besteht die Biomembran aus einer zähflüssigen Lipiddoppelschicht, in der einzelne Proteine „schwimmen“ -Flüssig-Mosaik-Modell Flüssig-Mosaik-Modell: Ein Teil der Proteine taucht nur teilweise in die Doppelschicht ein. Die anderen Proteine durchdringen die ganze Lipidschicht und ragen auf beiden Seiten der Membran ins wässrige Milieu. Lipide und Proteine sind in der Membran sehr beweglich. An der Außenseite können sowohl Lipide, als auch Proteine Ketten von Kohlenhydraten tragen. eingelagertes Protein Cholesterin/ (Nur bei tierischen Zellen) Glykolipid -> Verändert die Viskosität R -P=0> ㅎ -¢-¢-¢- <o=c(0=c integrales Protein Hydrophil Lipophil Glykoprotein integrales, Protein Phospholipid-Molekül hydrophil lipophil hydrophil Transmembranprotein Peripheres Protein (nur Hydrophil) Membranproteine sind funktionelle Schlüsselproteine, da sie zum einen wichtiger Bestandteil der strukturellen Abgrenzung der Organellen sind. Glycoprotein Definition: Membranproteine sind Proteine, die an Biomembranen gebunden sind. Ein Membranprotein ist ein in die Lipidschicht einer Biomembran eingelagertes (integrales) oder dieser aufgelagertes (peripheres) Protein. Membranproteine spielen eine entscheidende Rolle bei nahezu allen zellulären Funktionen. z.B.: -> Transport (Proteine, lonen etc.) -> Enzymaktivität -> Signalübertragung →→ Zellverbindung ->Zell-Zell-Erkennung -> Verankerung an Cytoskelett und extrazellulärer Matrix Kohlenhydratrest rur an der Zellmembran) Zu den integralen Membranproteinen gehören die Transmembranproteine, zu den peripheren Membranproteinen gehören die membranständigen Proteine. Der Unterschied liegt darin, ob sie die Zellmembran vollständig durchziehen oder nur einer Seite der Lipiddoppelschicht angelagert bzw. darin verankert sind. Funktionen. Cytoskelett-Filamente Glykolipid Diffusion und Osmose Selektiv permeabel: -> lipophile (unpolare) Moleküle, Gase (Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid) und kleine polare Moleküle wie Wasser können die Membran leicht passieren. ->große lipophobe Teilchen oder lonen (geladenen Teilchen) können die Membran nur schwer, oder gar nicht passieren. Diffusion: -> Der direkte Durchtritt von Stoffen durch die Membran erfolgt durch freie Diffusion. Als Diffusion wird die Ausbreitung von Teilchen entlang eines Konzentrationsgefalles verstanden. Dabei bewegen sich die Stoffe von hoher zu niedriger Konzentration. -> die Diffusion bewirkt, dass sich gelöste Teilchen in einem Lösungsmittel gleichmäßig und spontan verteilen, bis überall die gleiche Anzahl an Teilchen vorliegt. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist abhängig von: -> Temperatur -> Eigenschaften des gelösten Stoffes (z.B. Polarität, Molekulargewicht) ->Eigenschaften des Lösungsmittels (normalerweise Wasser) -> Höhe des Konzentrationsgefälles (= Konzentrationsdifferenz)-> Mengenunterschied -> Diffusionsstrecke ->Diffusion-/Durchflussquerschnitt Osmose: -> Osmose ist die eingeschränkte Diffusion durch eine semipermeable Membran. →> Die Diffusion von Molekülen eines Lösungsmittels (meistens Wasser) durch eine semipermeable Membran, die zwei Regionen von unterschiedlicher Konzentration voneinander abgrenzt. Es ist keine Stoffwechselenergie nötig. Es gilt: -> Die Moleküle des Lösungsmittels diffundieren aus dem Kompartiment, an dem es höher konzentriert vorliegt (geringere Teilchenkonzentration), in das Kompartiment, in dem seine Konzentration geringer ist (höhere Teilchenkonzentration) -> also von niedriger Teilchenkonzentration zu hoher Teichenkonzentration bzw. von hoher Flüssigkeitskonzentration zu niedriger Flüssigkeitskonzentration -> die Moleküle des Lösungsmittel bewegen sich, bis die Konzentration auf beiden Seiten ausgeglichen ist. Beispiele: ->Durch Osmose sind Pflanzen in der Lage, dem Boden Wasser zu entziehen -> Trinken Menschen Salzwasser, entzieht das höher konzentrierte Salszwasser den Körperzellen Flüssigkeit permeable (durchlässige) Membran Hohere Konzentration Niedrigere Konzentration von Teilchen: von Teilchen Konzentrationsausgleich durch Wanderung von Teilchen Semipermeable Membran (undurchlässig für Teilchen durchlässig für Flüssigkeit) Niedrigere Konzentration von Flüssigkeit. Höhere Konzentration von Teilchen Da die Zelle für Diffusion und Osmose keine Energie aufwenden muss, zählen beide zu den passiven Transportvorgängen Konzentrationsausgleich nach Diffusion Konzentrationsausgleich durch Wanderung von Flüssigkeit .:::.. Höhere Konzentration von Flüssigkeit. Niedrigere Konzentration von Teilchen... Osmotischer Druck Konzentrationsausgleich nach Osmose Plasmolyse Plasmolyse: -> (bei pflanzlichen Zellen): die Schrumpfung der Protoplasten, d.h. die Schrumpfung des plasmatischen Inhalts einer Zelle -> die Zellmembran löst sich von der Zellwand. > Dies geschieht durch ein Plasmolytikum, eine hypertonischen Lösung ( eine Lösung die mehr Salze oder Zuckerbestandteile (gelöste Teilchen), als der Zellsaft in der Vakuole hat). > Wenn dies auftritt, strömt Wasser auf osmosischem Weg aus der Vakuole durch die Membranen in das umgebene, konzentrierte Medium -> somit wird der Zellsaftraum kleiner und die Zellmembran löst sich von der Zellwand. Zellwand Deplasmolyse: -> macht die Plasmolyse wieder rückgängig. -> Bei diesem Vorgang diffundiert Wasser in die Zelle, wodurch sich der Protoplast wieder vergrößert und an die Zellwand anlegt. -> Durch den Konzentrationsausgleich wird der Turgor (Druck des Zellsafts auf die Zellmembran) wieder hergestellt. Vakuole 00 -> Eine Voraussetzung für die Deplasmolyse ist das die Zelle keine Schäden durch die Plasmolyse genommen hat. ->hypertonische Lösung: Zelle schrumpft -> isotonische Lösung: Zelle bleibt unverändert ->hypotonische Lösung: Zelle dehnt sich aus Zellmembran Hypertonische Lösung (z.B. Saccarose-Lösung) Plasmolyse: Hypotonische Lösung (z.B. Wasser) Deplasmolyse Begriffe: -> Osmolarität: Maß für die Menge an gelösten Teilchen, die osmotisch aktiv sind (also die Teilchen, die nicht durch die semipermeable Membran diffundieren können) > Hyperosmotisch: Konzentration gelöster Teilchen ist größer als in der Vergleichslösung -> Isoosmotisch: Konzentration gelöster Teilchen ist gleich groß wie in der Vergleichlösung -> Spannkraft: Bezieht sich auf die Reaktion von Geweben oder Zellen auf eine Lösung passiver Transport Beim Stofftransport durch die Biomembran wird zwischen aktiven- und passiven Transport unterschieden. -> passiver Transport: erfolgt in Richtung der Konzentrationsgefalles (von hoher zu niedriger Konzentration). -> aktiver Transport: erfolgt unter verbrauch von ATP, gegen das Konzentrationsgefälle (von niedriger zu hoher Konzentration) Passiver Transport: -> in Richtung des Konzentrationsgefalles -> von hoher zu niedriger Konzentration -> kleine ungeladenen Moleküle oder Moleküle mit ähnlicher Struktur zu den Phospholipiden, können die Membran ungehindert passieren -> größere Moleküle und lonen können nur durch spezielle Kanal- oder Carrierproteine passieren -> die Kanäle bzw. Die Carrier sind molekülspezifische und können bei Bedarf geöffnet oder geschlossen werden Zum passiven Transport gehören: einfache Diffusion / Osmose: ->Lipophile und kleine unpolare Moleküle können durch Diffusion durch die Membran gelangen. Dabei folgen sie immer dem Konzentrationsgefälle. erleichterte Diffusion durch einen Kanal: ->Kanäle sind Transmembranproteine (auch Kanalproteine genannt), die Kanäle durspannen die Membran tunnelartig. -> Zum Inneren des Kanals hin tragen sie polare Aminosäuren. Dadurch können kleine polare oder geladenen Teilchen wie lonen über diese Kanäle in die Zelle transportiert werden. ->Kanäle sind substratspezifisch, d.h. Sie transportieren nicht jedes Molekül oder lon. -> Die meisten Kanäle öffnen sich erst auf ein bestimmtes Signal hin z.B. durch die Bindung eines Botenstoffes (z.B. Hormone) -> Spannungsgesteuerte Kanäle reagieren auf die Änderung des Membranpotentioals. -> Sind die Kanäle offen, diffundieren die Moleküle durch die Plasmamembran, bis es ein Konzentrationsgleichgewicht gibt (Nettofluss=O)-> oder bis sich die Kanäle wieder schließen. erleichterte Diffusion mittels Carrier: -> das Molekül wird durch Carrier-Proteine von einer Membranseite auf die andere transportiert →> Carrier sind auf ganz bestimmte Moleküle spezialisiert (haben eine Bindungsstelle) -> bindet ein Substrat mit dem Carrier, ändert er seine Konformation, dadurch würd das Molekül durch die Membran geschleust und auf der anderen Seite freigesetzt. -> Uniport: Carrier kann nur ein Molekül auf einmal transportieren - nur eine Bindungsstelle ->Cotransport: Carrier kann zwei verschiedene Moleküle auf einmal transportieren - Bindungsstelle für zwei verschiedene Moleküle. →> Symport: der Transport erfolgt für beide Moleküle in die gleiche Richtung -> Antiport: der Transport erfolgt für die Moleküle in entgegengesetzter Richtung Niedrige Konzentration Konzentrationsgradient einfache Diffusion Erleichterte Diffusion über einen Kanal erleichterte Diffusion über Carrier Uniport Cotransport Symport Hohe Konzentration Antiport aktiver Transport Aktiver Transport: -> erfolgt nur unter Verbrauch von ATP -> Durch die Energie, die von außen zugeführt wird können Moleküle gegen ein chemisches Konzentrationsgefälle bzw lonen gegen ein elektrisches Potentialgefälle transportiert werden -> von niedriger zu hoher Konzentration (gegen den Konzentrationsgradienten) -> man unterscheidet zwischen Primar aktiven - und Sekundär aktiven Transport Niedrige Konzentration Primär aktiver Transport: ->ATP (Adenosintriphosphat) wird als Energiequelle verwendet -> Protonen und anorganische lonen werden durch Transport-ATPasen durch die Cytoplasmamembran hindurch aus der Zelle „gepumpt -> Ein lon wird durch eine lonenpumpe von der niedrig konzentrierten Seite auf die höher konzentrierte Seite gepumpt -> Beispiel: Natrium-Kalium-Pumpe: Die Natrium-Kalium-Pumpe (lonenpumpe) befördert zur Aufrechterhaltung des Ruhepotentials unter ATP Verbrauch drei positiv geladenen Na+ lonen aus dem Zellinneren heraus und im Gegenzug zwei positiv geladene Kalium lonen ins Zellinnere Sekundär aktiver Transport: -> die elektrochemischen Gradienten, die durch den primär aktiven Transport aufgebaut werden, Speichern Energie -> Der sekundär aktive Transport nutzt die in den Gradienten gespeicherte Energie, um andere Substanzen den Konzentratonsgradienten zu transportieren -> Antiport: Teilchen werden in entgegengesetzte Richtung transportiert -> Symport: Teilchen werden in gleiche Richtung transportiert Energie Konzentrationsgradient n Primär aktiver Transport Sekundär aktiver Transport n Antiport Symport Hohe Konzentration Endocytose: Aufnahme von Material bzw. Stoffen in Zellen durch Vesikelbildung. ->Phagocytose: Aufnhame von geformten Partikel bzw. Feststoffen in Vesikel ->Pinocytose: Aufnhame von Flüssigkeit (inklusive gelöster Moleküle) in Vesikel -> Rezeptorvermittelte Endocytose: Aufzunehmende Moleküle werden an Rezeptoren gebunden und dann durch Vesikelbildung coated vesicles" aufgenommen Rezeptorvermittelte Endocytose Exocytose i.e.s. Knospung Vesikel Beim Transport durch Vesikel werden flüssige bzw. gelöste Stoffe in Form von Tröpfchen aufgenommen oder abgegeben. Man unterscheidet zwischen Endozytose und Exocytose: Phagocytose Phagocytose Intracytose Exocytose: Abgabe von Material aus Zellen unter Beteiligung von Vesikeln -> Exocytose i.w.s.: Abgabe von Material aus Zellen mit Hilfe von Cytosevorgängen -> Exocytose i.e.s.: Abgabe von Material aus Zellen, das intrazellulär in Vesikel eingeschlossen wurde, durch Fusion der Vesikel mit der Plasmamembran -> Knospung: Abgabe von frei im Cytoplasma vorliegendem Material in Form von Vesikeln, die nach außen abgeschnürt werden -> Intracytose: Fusion oder Abschnüren von Vesikel innerhalb einer Zelle ->Transcytose: Transport von Material durch Zellen hindurch durch Endo- und direkt nachfolgende Exocytose Pinocytose 200 Knospung Zell-Zell-Kontakte bei Pflanzlichen Zellen: Zell-Zell-Kontakte Plasmodesmen: -> Ein Plasmodesmos ist ein dünner, von einer Plasmamembran umgebener Plasmastrang, der durch die Zellwand einer Pflanzenzelle hindurch zur Nachbarzelle eine Verbindung schafft. -> Durch Plasmodesmen kann somit über die Zellgrenze hinweg Stoffaustausch betrieben werden. Welcher für die Zelle überlebenswichtig ist. Zell-Zell-Kontakte bei Tierischen Zellen: Desmosom: -> Desmosomen sind Zellstrukturen in der Zellmembran, die punktförmige Verbindungen zwischen zwei Zellen herstellen ->Sie kommen besonders in Zellen mit intensiver mechanischer Belastung vor (z.B. Epithelzellen, Herzmuskulatur) -> ähnlich wie Druckknöpfe oder Nieten Tight junctions: -> tight junctions sind schmale Bänder aus Membranproteinen (Verschlusskontakte) -> abdichtende Kontaktleisten zwischen Epithelzellen (z.B. Nieren-, Harnblasen- und Darmepithel) -> ähnlich wie ein Klettverschluss Gap junctions: ->gap junctions sind Ansammlungen von Zell-Zell-Kanälen, die die Zellmembran zweier benachbarter Zellen durchqueren (Kommunikationskontakt) ->porenförmige Verbindungen ->sie verbinden das Cytoplasma benachbarter Zellen direkt miteinander ->gap junctions kommen z.B. bei Herzmuskelzellen vor Zelle A Zelle B Zelle B Zellwand Zellmembran Keratin (Filamente des Cytoskeletts) Zelle A Zelle A Plasmamembran Plasmamembran Plasmodesmos Zellmembranen Cytoplasmamembran ZELLE A ZELLE B Cadherin (Adhäsionsprotein) Geöffnetes Connexon Proteinkomplex parazellulärer Raum Zelle A Zelle B ER Ausspaarung Zelle B Geschlossenes Connexon Keratin (Filamente des Cytoskeletts) Extrazellularraum Infrazellulärraum Zelle B geschlossen geöffnet Bausteine der Proteine (Eiweiße) sind Aminosäuren. Aminosäuren haben eine (saure) Carboxylgruppe -COOH und eine (basische) Aminogruppe -NH2 ->Proteine bestehen aus Ketten von Aminosäuren In natürlichen Proteinen kommen 20 verschiedene Aminosäuren vor -> die Aminosäuren unterschieden sich lediglich in ihren Resten (-R) Aminosäuren reagieren miteinander in einer Kondensationsreaktion (Reaktion, bei der Wasser entsteht). Diese Reaktion führt zu einer Peptidbindung. Je nach Anzahl der beteiligten Aminosäuren unterschiedet man: ->Dipeptit (2 Aminosäuren) ->Tripeptid (3 Aminosäuren) ->Oligopeptid (4-9 Aminosäuren) ->Polypeptid (10-100 Aminosäuren) ->Protein (> 100 Aminosäuren) unpolar/hydrophob polar/neutral HO NH₂ Methionin Glycin NH₂ -NH Prolin Tyrosin OH HO OH NH₂ Aminosäuren OH NH₂ Serin H₂C OH H₂C NH₂ Alanin Tryptophan OH OH NH₂ Threonin OH HS OH CH₂ wel alle H₂C H₂C NH₂ CH3NH₂ Leucin OH NH₂ Cystein H₂C OH gtar OH NH₂ H₂N CH₂ 0= Biologisch relevant sind nur 20-L-Aminosäuren. Die Eigenschaften einer Aminosäure sind nur von den Eigenschaften des Rests abhängig. Je nach Eigenschaften des Restes unterscheidet man: -> unpolare/nichtpolare Aminosäuren H₂N ->polare Aminosäuren →> saure (negativ geladene) Aminosäuren -> basische (positiv geladene) Aminosäuren NH₂ Valin Isoleucin NH₂ Phenylalanin NH₂ Glutamin H Aminogruppe IN NH₂ OH Asparagin OH OH OH OH H ( R basisch H₂N. H₂N sauer C NH HO 0= НО. O OH Carboxylgruppe Lysin Arginin NH₂ Histidin NH₂ NH₂ o= NH₂ Glutaminsäure NH₂ Asparaginsäure FO OH OH OH OH OH Die Eigenschaften eines Proteins hängen von der Abfolge der Aminosäurebausteine ab. Zur Charakterisierung der Konformation eines Proteins unterscheidet man vier Strukturen: 1. Primärstruktur: -> Reihenfolge der Aminosäuren (Aminosäuresequenz) -> durch Peptidbindungen miteinander verbunden Strukturen 2. Sekundärstruktur: ->a-Helix und B-Faltblatt machen die Sekundärstruktur des Proteins aus -> basieren auf Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Abschnitten des Polypeptidrückrats -> regelmäßige Anordnung 3. Tertiärstruktur: -> dreidimensionale, ungleichmäßige Anordnung →> basieren auf Wechselwirkungen der Reste: -> Wasserstoffbrückenbindung (zw. polaren Resten) ->lonenbindung (zw. geladenen Resten) -> van-der-Waals sche-Kräfte (zw. unpolaren Resten) -> Disulfidbindung (Schwefelbrücken) 4. Quartiärstruktur: -> mehrere Tertiärstrukturen (Polypeptidketten/Untereinheiten), die sich einem noch größeren Molekül zusammenlagen, dabei sind mehrere Polypeptidketten beteiligt -> zwischen den Resten bestehen Bindungen: -> Wasserstoffbrückenbindung -> lonenbindung -> van-der-Waals'sche-Kräfte -> Disulfidbrücken a-Helix Wasserstoffbrücken, bindungen a-Helix 3-2 B-Faltblatt B-Faltblatt Aminosäuren E-0-0 04 www. Aminosäuren www Peptidbindung Wasserstoffbrückenbindung B-Faltblatt -Disulfidbrücke Disulfidbrücke -a-Helix