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einer Zelle in membranumschlossene Reaktionsräume → membranumschlossene Reaktionsräume Kompartiment → Moleküle außerhalb des kompartiments werden von Molekülen innerhalb d. Kompartiments getrennt viele biochemische Reaktionen können gleichzeitig und unabhängig voneinander ablaufen (Fettsäureabbau in Mitochondrien oder Fettsäuresynthes im Cytoplasma) Zellatmung, dort befinden sich Enzyme für Zellatmung viel Platz für membrangebundene Enzyme Teil für Zellmembran erforderlichen Enzyme sellost produziert Synthese: -von kleinen, ringförmigen DNA-Holekülen gesteuert -findet an Ribosomen statt anderer Teil in Ribasamen im Cytasal und dann eingeschleust → Zelle = geordnetes System (unterteilung der zelle in verschiedene Kompartimente, in denen spezifische Stoffwechselvorgänge ablaufen) = viele Reaktionen finden gleichzeitig statt Funktion bei Zellatmung Mitochondrien gehen stehts aus anderen Mitochondrien hervor LD benötigen Enzyme (deren Synthese wird von Zellkern gesteuert) isolierte Mitochondrien lassen sich nicht vermehren chloroplasten gehen ebenfalls aus anderen Chloroplasten hervor LD benötigen ebenfalls Enzyme Endosymbiontentheorie befindet sich In Matrix vermehren sich nur innerhalb der Zelle CHLOROPLASTEN Matrix Thylakoid Grana Stärkekcorn Bau: Doppelmembran linsenförmig Ø von 4 bis 8 pm Funktion: ↑↑↑ nur in Pflanzenzellen Chlorophyl grün gefärbt dienen der Fotosynthese bilden aus CO₂ + H₂O Kohlenhydrate ernähren sich selbst - 1 Zelle = bis zu 200 chloroplasten ·äußere und innere Membran eng aneinander - innere Membran umschließt die Matrix Matrix → zahlreiche flache Membransäckchen: Thylakoide 1 Teil: durchzient Matrix: Matrix thy lakoide 2.Teil: Thylakoidstapel: Grana →Thylakoide entstehen durch Ausstülpung der inneren Membran + anschließende Abschnürung der Säckchen Thylakoid membran + Matrix Fotosynthese große Oberfläche der Thylakoide ermöglicht Einbau von vielen Chlorophyllmolekulen und membrangebundenen Enzymen, die an FS beteiligt sind innenraum der Thylakoide: Rolle bei FS - Teil der erforderlichen Enzyme in Chloroplast selbst hergestellt. Synthese erfolgt wie beim Mitochondrium Anderer Teil im Cytosol und werden dann eingeschleust Chloroplast benötigt für die Photosynthese bestimmte Enzyme, deren Synthese der Zellkern steuert sobald chloroplast außerhalb der zelle ist, werden die letzten Reserven der enzyme verbraucht →sobald diese leer, keine Fotosynthese mehr möglich Außerhalb der Zelle können nur wenige Stunden Fotosynthese betrieben werden: endosymbiose VORKOMMEN Zellkern Zellmembran Cytoplasma Mitochondrien Chloroplasten ER Dictyosom Ribosomen SYMBIOSE → enge Gemeinschaft verschiedener Arten, die für beide vorteilhaft ist ENDOSYMBIOSE → ein Partner lebt im Inneren des anderen und profitiert davon Zellwand Vakuolen Entstehung der Doppelmembran: - Prokaryoten sind von einer Membran umgeben - Aufnahme in die größere Zelle Membran der größeren Zelle stülpt sich über und umfließt den eintretenden Prokaryoten mit abschließender Abschnürung wird er in den Innenraum einverleibt verfügt über seine eigene Zellmembran, sowie über eine Membran, die er von der aufnehmenden Zelle erhalten hat. hydrophiler Kopf hydrophober Schwanz biomembran C₂H₂N Protocyte Tierzelle Pflanzenzelle X X X O=P-O aerobe Prokaryoten Cholin Phosphat Glycerin X X x xx X Eukaryoten Fettsäuren X X X X en X anno X www photosynthese- betreibende Prokaryoten Membranen einer Zelle = Biomembran (→ Zellinnalt von Lebewesen ist umgrenzt von Zellmembran) setzt sich aus Proteinen, Kohlenhydraten und vor allem Lipide zusammen Lipidmolekül: www (ann)) -hydrophiler + hydrophober Teil Entstehung von Tier- und Pflanzenzellen: - Prokaryot erfuhr durch wachsendes Nahrungsangebot eine Größenzunahme größer Zelle Begrenzung der Erbsubstanz auf membranumschlossenes Kompartiment (zellkem) ernährt sich von kleineren Prokaryoten (→ aerobe + photosynthese betreibende Bakterien) ungesättigte Fettsäuren manche davon wurden nicht verdaut häufigsten Lipide in der Blomembran Im Wasser: hydrophiler Teil Wasser zugewandt O Phospholipide → hydrophiler Kopf Leben im inneren der größeren zelle weiter, vermehren sich + versorgen wirtszelle mit zusätzlicher Energie hydrophober Teil: nur untereinander in Berührung mit Glycerinmolekul sind 2 Fettsäuren verbunden → hydrophober Schwanz Lo besteht aus 2 Fettsäuren "Knicks" (Doppelbindung) → geringere Packungsdichte der Lipidmoleküle Zwischenmolekulare kräfte geringer (als bei gesättigten) je höher der Anteil der ungesättigten Fettsäuren in einem Lipid, desto geringer ist der Temperaturbereich, in dem er schmilzt y Anordnung der Lipide im Wasser 1 einfache Lipidschicht Zellinhalt YYYYYYYYYYYYYY Wasser Glykoprotein 2 Lipid-Doppelschicht Das Flüssig- Mosaik - Modell Funktion: 888888888 Lipidmolekül Membranprotein ANAMARANANENANA ALAPAT MENN FYL periphere Membranproteine cholester 3. Mizelle Kohlenhydratketten Filamente des Cytoskeletts Wasser integrate Membranproteine 4. Liposom Wasser selektiv permeabel (ermöglichen bzw verwehren bestimmten Substanzen den Durchtritt) Lo Stoff transport zwischen Umwelt und zelle wird kontrolliert Struktur der Biomembran: Grundgerüst Lipide (Phospholipide) bilden Doppelschicht → hydrophoben Anteile liegen sich gegenüber → hydrophile Anteile weisen zum Cytosol Lipide bewegen sich frei innerhalb einer Schicht Membran besitzt flüssigkeitsännliche Konsistenz - Lipid- Doppelschicht wasser Proteine eingelagert/ liegen auf ihr Muster (erinnern an Mosaik) zwei Hauptgruppen von Membranproteinen: 1 integrale Membranproteine 2 periphere Membranproteine - Membranproteine /-lipide mit Kohlenhydratketten Glykoproteine /- lipide tief in Membran eingelagert nicht eingelagert → mit Oberfläche verbunden Kanäle für bestimmte Substanzen bilden (z. B. für lonen). wirken als Rezeptorproteine, indem sie Signalstoffe (z. B. Hormone) binden und dadurch Nachricht in das Zell- oder Organellinnere übermitteln Zell-Zell- Erkennung ( fremde Zellen an deren spezifischen Oberflächen Struktur erkennen) DIFFUSION Brown'sche Molekularbewegung (ständige Bewegung der Teilchen von Gasen und Flüssigkeiten) Bewegung ist ungerichtet Teilchen stoßen ständig aneinander unzähligen zufälligen Bewegungen allmählichen Gleichverteilung der Teilchen Teilchen folgen immer dem Konzentrationsgefälle ↳ vom Ort hoher Teilchenkonzentration wandern sie zum Ort niedriger TK OSMOSE Konzentrationsausgleich Durchlässigkeit PERMABILITÄT DER BIOMEMBRAN Biomembranen sind für versch. Stoffe untersch. gut durchlässig: 1. Substanzen, die frei diffundieren können (O₂-/№₂-/ CO₂ - Moleküle, H₂0-Moleküle (begrenzles Maß → zusätzlich Aquaporine nötigl 2. Substanzen, für die BM Diffusionsbarriere darstellt ( große Molekule (Glucose, lonen, ...) Biomembran ist selektiv permeabel 1 gelöster Stoff im Außenmilieu DEFINITION OSMOSE → Diffusion durch eine selektiv permeable Membran frei passierbare Teilchen bewegen sich durch die selektiv permeable Membran in Richtung des Konzentrationsgefälles (hohe konz. → niedrige konz.) konzentrationsunterschied ausgleichen nicht passierbare Teilchen können dem Bestreben, den konzu. auszugleichen nicht folgen, da Biomembran eine Diffusionsbarriere darstellt konzentrierter als innen hohe Konz. an gel. Stoffen außen niedrige Konz an H₂0-Molekülen Jinnen LD niedr. Konz. an gel. Stoffen LD hohe Konz. an H₂0- Molek Volumenreduzierung hypertones Medium (Lösung die höhere Konzentration an gelösten Stoffen als die ver- gleichslösung hat. 2 gelöbler Stoff ist außen und innen gleich konzentriert außen innen konz. von gel. Stoffen + H₂O- Molekülen gleich keine Volumenveränderung →isotones Medium (Lösung, die die gleiche konzentration an gel.. Stoffen wie Vergleichs- Lösung hat 3 gelöste Stoff ist im Außenmilieu. verdünnter als innen ક્લ ઉલ niedr. Konz. an gel. Stoffen hohe Konz. aun H20-Molekülen außen Skizze: Volumenzunahme innen niedrige konz.an H₂O - Molekülen 7 ● none konz. an gel. Sloffen hypotones Medium (Lösung, die niedrigere Konzentration an gelösien Stoffen als die vergleichslösung hat. Zellen in unterschiedlichen Außenmedien besitzt Cytosol einer Zelle die gleiche Konzentration wie die umgebungsflüssigkeit → in beide Richtungen passieren guich viele Wassermoleküle die Zellmembran. Lösungen gleicher Konzentration isotonisch Cytosol und Außenmedien können unterschiedliche Konzentrationen aufweisen Lösung mit geringeren Konzentration hypotonisch Lösung mit höherer Konzentration hypertonisch Einfluss des Außenmediums auf Tierzellen rote Blutzellen in hypertonischer → schrumpfen, denn sie geben Wasser an das Außenmedium ab rote Blutzellen in hypotonischer Lösung (Bsp. dest. Wasser). →nehmen wasser auf schwellen zuerst an, dann platzen sie innerhalb der Blutflüssigkeit →stets die gleiche Gestalt → Cytosol der roten Blutzellen und umspülende Blutflüssigkeit isotonisch Einfluss des Außenmediums ourf Pflanzenzellen Vakuole(n) in der Zelle → enthalten wässrige Lösung Zellwand zeu- kern 2 Zellmembran isoton ,zellplasma Vakuole -Chloroplast Ausgangszustand: Plasmolyse: Schrumpfen des Zellplasma (inklusive Vakuole!) aufgrund von Wasseraustritt; Ablösen der Zellmembran von Zellwand hyperton ->> 4 Deplasmolyse: Anschwellen des Zellplasmas (inklusive Vakuole!) aufgrund von Wassereintritt; Zellmembran wird wieder gegen Zellwand gedrückt hypoton Stofftransport Biomembranen verhindern eine unkontrollierte Stoffaufnahme /-abgabe → selektive Permeabilität zellen sind jedoch auf ständigen Stoffaustausch mit der Umgebung angewiesen passiver Transport außen kleine Moleküle oooooooooooood Lipid-Doppelschicht ooooooooooooo Zellplasma innen Diffusion 11 O große Molekule und lonen 0⁰0 -Kanal pood 0 00 0 Signal bood - nicht in Arbeit O carrier • erleichtere Diffusion hone Konzentration ooooooo ooooooo niedrige Konzentration einfache Diffusion: - kleine Holekule (z.B. (begrenzt) wasser oder sauerstoff) gelangen durch Lipiddoppelschicht - erfolgt von höherer zu niedriger Konzentration in Richtung des konzentrationsgefälles -unspezifisch kanalvermittelte Diffusion: - erfolgt durch einen Kanal (Membranprotein) - spezifisch → jeweils nur bestimmte Stoffe können Membran passieren - Kanal dauerhaft offen ODER er wird durch elek./chem. Signale geöffnet Bsp.: Aquaporine ermöglichen schnellen Durchtritt von Wassermoleküfen (bis zu 3 Mio. pro Kanal pro sec) carrierevermittelte Diffusion: →spezifisch - Transportproteine, die Bindungsstellen für bestimmte Moleküle aufweisen Schlüssel-Schloß- Prinzip räuml. Struktur (= Konformation) ändert sich durch Bindung an das Molekül gebundenes Molekul gelangt durch Konformationsänderung auf andere Seite der Membran aktiver Transport Energiezufuhr nötig (ATP) - erfolgt gegen Konzentrationsgefälle (von Ort niedr. zu hoher) mittels spezieller carrier- oder lonenpumpen a) primär aktiv: →direkt mit energetischen Vorgängen verbunden aktiver Transport als Unipart niedrige Konzentration oooooooood upid-Doppelschicht oooooooooo hope Konzentration Zeluplasma Zufuhr von Energie transportiert (Bsp.: Wasserstoff -Ionenpumpe) in eine Richtung POO uniport: - nur bestimmte Molekül- oder lonensorte wird Carrier/ lanenpumpe alriver Tansport als Symport Zuhr von Energie O aktiver Transport als Antipar Carrier lonenpumpe Zufuhr von Energie Symport: - mehrere Molekül - oder lonensorten werden gleichzeitig transportiert - in eine Richtung außen Antiport: - mehrere Molekül- oder lonensorten werden gleichzeitig transportiert (Bsp.: Natrium-kalium-Pumpe) -in entgegengesetze Richtung b) sekundär aktiv → Energiequelle indirekt beteiligt - mithilfe einer Energiequelle (ATP) wird der Konzentrationsunterschied eines anderen Stoffes (Bsp.:: H₁-lonen) aufgebaut Rückstrom der H* -lonen wird der zu transportierende Stoff gegen ein Konzentrationsgefälle mitbefördert Stofftransport -nicht in Arbeit Wasser oder kleine Moleküle passieren die Membran direkt oder werden von Transportproteinen in die Zelle geschleust Nahrungspartikel oder größere Moleküle können Membran durchqueren, indem sie in Membranbläschen (Vesikel) eingeschlossen werden große Vesikel Vakuole dieser Vorgang der Stoffaufnahme → Endocytose entsprechender Vorgang der Stoffausscheidung → Exocytose O ENDOCYTOSE O phagocytose 00 O Pinocytose. O rezeptor- Zellmembran senkt sich an der Stelle ein, die mit dem Fremdkörper in Berührung kommt. Fremdkörper komplett von der Membran umschlossen → Vakuole schnürt sich ab und befördert aufgenommenes Material in die Zelle. D O Oʻ vermittelte cytose O Rezeptein) O O Pseudopodium Nahrungsteilchen oder Fremdkörper extrazelluläre Füßigkeit Membran EXOCYTOSE Vakuole Saum aus Proteinen coated pit Cytoplasma OO Ooo D 00 Vesike? L coate cicles Phagocytose → Aufnahme fester Bestandteile Pinocytose. → Aufnahme flüssiger Bestandteile und in den Tropfen gelöster Stoffe rezeptorvermittelte Cytose Rezeptorproteine ragen aus der Membran austragen spezielle Erkennungsstrukturen, an die nur bestimmte Moleküle binden Rezeptoren an leicht eingesenkten Memboranstellen coated pits →tragen besondere Proteine auf der Cytoplasma seite Stoff bindet sich mit Rezeptor→ coated vesicles → mit Proteinen ummantelte Vesikel große Mengen einer Substanz, deren Konzentration in der Umgebung der Zelle sehr gering ist, können aufgenommen werden (Bsp.: Cholesterin als Baumaterial gelingt aus Blut in die Zelle). Vesikel treten mit Zellmembran in Kontakt Berührungsstellen → Membranen verschmelzen" sodass eine Öffnung entsteht Innalt des vesikels wird nach außen abgegeben Exocytose → Einzeller entleeren ihre kontraktilen Vakuolen und stoßen aus den Verdauungsvakuolen unverdauliche Reste aus MEMBRANFLUSS nicht nur an der Zellmembran werden Stoffe mithilfe von vesikeln auf-/abgenommen innerhalb der Zelle findet ständig Endo- und Exocytose statt. Substanzen zur weiterverarbeitung oder Membranstücke werden von einem Organell zum anderen transportiert gleichzeitig erneuern sich die Membranen der Zelle ständiges Ineinanderübergehen der Membranen MembranfluSS → Membranen von Mitochondrien, Plastiden und Peroxisomen nehmen an diesem Austausch nicht teil