Zellbiologie

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Prozesse M www GHALS UTDP feste Ribosomen Endoplasmat Reti Vesikel Zille / Cilium Mitoc Golgi-Apparate Ribosomen Zellwand Vakuole Zellmembran Stärke Plastid Eukaryotische Zelle (Encyte) Zellen von Pflanzen, Pilzen, Tieren und Menschen Kernpore TIERZELLE Kernmembran Chromatin Mikrofilamente Nucleoplasma Nucleolus hmm PFLANZENZELLE Chloroplast Cytoplasma Zellkern Mikrotubuli Zellmembran glattes Endoplasmatisches Reticulum Thylakoid Stärkekorn Chloroplast glattes Endoplasmatisches Reticulum Golgi-Apparate Kernmembran Centriole -Nucleolus -Kernpore Cromatin Nucleoplasma Mitochondrium raues Mikrovilli Zellwand der Nachbarzelle - im Zellplasma finden Stoffwechselreaktionen statt - im Zellplasma befinden sich weitere Zellbestandteile (Organellen) sekretorisches Endoplasmatisches Reticulum Mikrotubuli Peroxisom Zytoskelett -Zellkern >lasma in den Komparimenten können unterschiedliche Stoffwechselreaktionen stattfinden - Zellen sind mit Zellplasma (durchsichtige Flüssigkeit) gefüllt Zellplasma besteht Wasser, gelösten Stoffen und Proteinen m MERKMALE: - membranumhüllter Zellkern - das Zellinnere ist durch Biomembranen in viele, voneinander abgegrenzte Räume unterteilt (=Komparimente) Stapelung, Auf- oder Einfaltungen von Membranen, z.B. der inneren Mitochondrienmembran, dienen der Oberflächen vergrößerung. ABGRENZUNG: Biomembranen grenzen Zellen und Zellkompartimente voneinander ab. Gleichzeitig ermöglichen sie einen Stoffaustausch. STEUERUNG: Im Zellkern (Nucleus) befindet sich der größte Teil des genetischen Materials einer Zelle. Er ist von einer Kernhülle begrenzt, die mit dem Endoplasmatischen Reticulum verbunden ist. Im Kern befinden sich auch Kernkörperchen (Nucleoli). ORTE DER PROTEINBIOSYNTHESE: An den Ribosomen werden einzelne Aminosäuren zu langen Ketten (Proteinen) verknüpft. Ribosomen können frei im Zellplasma vor liegen oder an Membranen gebun den sein. SYNTHESEAPPARAT: Das Endoplasma tische Reticulum (ER) bildet ein membranumschlossenes Kanal system in der Zelle. Hier entstehen Proteine und Lipide. Das glatte ER ohne Ribosomen bildet z. B. Memb nlipide. Die Ribosomen des rauen ERs stellen Proteine her. VERPACKUNG/VERSAND: Der Golgi-Apparat setzt sich aus flachen, übereinandergestapelten Räumen zusammen, die von einer Membran umgeben sind. Im Inneren werden Proteine gespeichert und verändert. Am Rand werden Bläschen (Vesikel) für den Stofftransport abgeschnürt. SPEICHERUNG/VERDAUUNG: Vakuoler sind große, von einer Membran umgebene Vesikel. Sie sind sowoh Verdauungs- als auch Speicheror gane. Die große, prall gefüllte Zen tralvakuole einer ausgewachsener Pflanzenzelle entsteht durch das Verschmelzen vieler kleiner Vesike KRAFTWERK: Mitochondrien sind die Energiewandler der Zelle. In Zellen mit hohem Energiebedarf (z. B. Mus kelzellen) befinden sich besonders viele. Sie sind von zwei Membra nen begrenzt, enthalten eigene Ribosomen und eigenes genetisches Material (ringförmige DNA). FOTOSYNTHESE: Chloroplasten sind die Organellen der Fotosynthese. Sie kommen nur in Pflanzen vor. Wie Mitochondrien sind sie von zwei Membranen begrenzt. Sie enthalten eigene Ribosomen und eigenes genetisches Material (ringförmige DNA). ORGANELLEN IN TIER- UND PFLANZENZELLEN - beide besitzen einen Zellkern, Mitochondrien, ein raues und ein glattes Endoplasmatisches Reticulum un einen Golgi-Apparat - Tierzellen haben keine Zellwand und weder Chloroplasten noch eine Zellvakuole - Tierzellen haben dafür viele kleine Bläschen (Vesikel) z.B. Lysosomen, Peroxisomen - Lysosomen: Abbau von zelleigenen oder zell fremden Material (mit Verdauungssäfte) - Peroxysome: Zellengiftung typische Organellen für Pflanzenzellen sind die Zentralvakuole und die Plastiden - Plastide: Chloroplasten (grün, in fotosynthetisch aktiven Zellen) Chromoplasten (farbig, in Blüten und Früchten) Leukoplasten (farblos, in Speicherorganen) - Plastidentypen können sich ineinander umwandeln Zellorganellen ZELLKERN Funktion Steuerzentrale der Zelle (Stoffwechsel, Teilung) Enthält Erbsubstanz DNA Aufbau Doppelmembran mit Kernporen -> geregelter Stoffdurchlass Im Inneren ist Kernplasma darin Erbmaterial (Form: Chromosomen) und Nucleolus in tierischen + pflanzlichen Zellen Doppelmembran; eigene DNA Funktion Kernporenkomplex Steuerung und kontrollieren des Transport von Molekülen in den Zellkern und aus dem Zellkern heraus. Zusammenhang von „DNA“, „Chromatin“, „Euchromatin“, „Heterochromatin“ und „Chromosomen" DNA, (deutsch DNS, Desoxyribonukleinsäure) Erbsubstanz der Zelle dar. Chromatin wird aus DNA und Proteinen gebildet. Es liegt in Form von Euchromatin und Heterochromatin vor Euchromatin ist sehr dichtes (und daher im Mikroskop dunkler erscheinendes) Chromatin, Heterochromatin weniger dichtes Chromatin (das wohl sehr intensiv abgelesen wird). Chromosomen entstehen wenn sich das Chromatin bei der Zellteilung verdickt MITOCHONDRIEN Funktion Kraftwerk der Zelle Zellatmung: ATP-Produktion Aufbau Innere Membran: stark eingefaltete, M mit Multienzymkomplexen Im Innenraum (Matrix) ringförmige DNA + Ribosomen in tierischen + pflanzlichen Zellen Doppelmembran; eigene DNA Zellatmung Verwertung von Sauerstoff durch Zellen (=Dessimilation) Edukte: C6H1206 (Glukose), 02 (Sauerstoff) Produkte: CO2 (Kohlenstoffdioxid), H2O (Wasser), ATP Funktion der Zellatmung Produktion von ATP Aerober Abbau der Brenztraubensäuren Dissimilation: energieliefernde Verarmung von Nährstoffen Reaktionskomplex Glykolyse Citratzyklus Atmungskette Ort in Zelle cytosol Mitochondrienmatrix innere Mitochondrien membran CHLOROPLASTEN Funktion Fotosynthese Gibt dem Blatt die grüne Farbe (Chlorophyl) Aufbau innere Membran bildet Thylakoide (lamellenartige Membranstapel mit Blattfarbstoffen) Membranstapel tragen Fotosynthese-Pigmente Innenraum (Stroma): ringförmige DNA, Ribosomen, Stärkekörner in pflanzlichen Zellen Doppelmembran; eigene DNA Fotosynthese Stoffabbau mithilfe der Sonnenenergie 6CO2 + 6H2O -> Licht -> C6H12O6 + 602 ENDOPLASMATISCHES RETICULUM Funktion Transport und Modifikation diverser Substanzen (synthetisierten Stoffe werden im Lumen transportiert/ z.T. verändert) raues ER: Synthese von Proteinen (an Ribosomen) Produktion neuer Membranen glattes ER: Synthese von Membranlipiden beteiligt an Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel Entgiftung Aufbau Netzwerk aus miteinander verbundenen, membranumstülpten Reaktionsräumen raues Er weißt Ribosomen auf in tierischen + pflanzlichen Zellen einfachmembran DYCTYOSOMEN (GOLGI-APPARAT) Funktion Aufnahme und Modifikation von Proteinen v.a. aus rauem eR Abschnürung proteinhaltiger Golgi-Vesikel -> Empfang- und Versandzentrum Vorgänge Auf der cis-Seite verschmelzen ER-Vesikel zu neuen Zisternen Während der Durchquerung durch das Dictyosom werden Proteine verändert Auf der trans-Seite werden Golgi-Vesikel abgeschnürt RIBOSOMEN Funktion Aufbau Flache, gewölbte und gestapelte membranbegrenzte Reaktionsräume (Zisterne) Gesamtheit aller Dictyosomen der Zelle nennt man Golgi-Apparat Proteinsynthese (,,Proteinfabrik") (Translation der mRNA in Aminosäuresequenz) Aufbau Zwei verscheiden große Untereinheiten aus ribosomaler RNA und Proteinen oog Vorkommen Frei im Cytoplasma an rauem eR gebunden Matrix (Mitochondrien) Stroma (Chlorolasten) an der äußeren Hülle des Zellkerns Polysomen mehrere, aneinander gereihte Ribosomen in tierischen + pflanzlichen Zellen glattes ER (ZENTRAL-)VAKUOLE Zisterne in pflanzlichen Zellen eine Membran raues ER vul 32 ER-Lumen Funktion Speicherung (Produkte des Zellstoffwechsels) Verdauung (vom Makromolekülen) Innendruck der Zelle Aufbau Mit Zellsaft gefüllt Enthält Farbstoffe, Reservestoffe, Abfallstoffe Unter Umständen durch Inhaltstoffen gefärbt Lumen (Innenraum) Membran Ribosom ER-Vesikel trans-Seite cis-Seite Vesikel ZELLWAND Funktion Mechanischer Schutz Formgebung / Stabilität Wirkt dem osmanischen Innendruck der Vakuole entgegen Aufbau Besteht überwiegend aus Cellulosefasern Durch Aussparungen (Tüpfel)verlaufen Plasmabrücken (Plasmodesmen), die den Stofftransport von Zelle zu Zelle ermöglicht in pflanzlichen Zellen CYTOSKELETT Funktion Formgebung Versteifung / Stabilität Stofftransport innerhalb der Zelle (,,Förderbänder für Vesikel") Aufbau dünne Eiweißfasern durchziehen die ganze Zelle Fäden aus Protein unterschiedlicher Druchmesser Verscheidene Arten Mikrotubilli: gerade Röhren aus kugelig gebauten Proteinen Mikrofilamente: lange Proteinfäden verankern das Cytoskelett an der Zellmembran = Basistruktur in pflanzlichen + tierischen Zellen (Mikrovilli: Ausstülpungen der Zellmembran Oberflächenvergrößerung) Zellplasma Zellmembran Zellwandbestandteil Mittellamelle Primärwand Sekundärwand Aufbau kleine Bläschen aufgebaut aus... Zellulose + Hemizellulosen MIKROBODIES (PERSOXISOME) Funktion Beteiligt an Fettstoffwechsel Pektinen Zellulose + Lignin Enthalten Enzyme, welche Fettsäuren abbauen und entgiften in pflanzlichen + tierischen Zellen eine Membran CENTRIOLEN Funktion Bildung des Spindelapparats CILIEN UND GEIBELN Funktion Fortbewegung in tierischen Zellen eine Membran in pflanzlichen + tierischen Zellen Kittsubstanz Primärwand Eigenschaften / Funktion Aufbau Bundel hohler Proteinröhren (Mikrotubili) in neun Dreiergruppen zusammengelagert Mittellamelle Sekundärwand verleiht Elastizität und Biegefestigkeit LYSOSOMEN Funktion Verdo ung verleiht Stabilität, Zug- und Druckfestigkeit Aufbau Bläschen Enthalten Enzyme, mit denen sich die Zelle selbst erneuert Von Golgi-Apparat gebildet in tierischen Zellen eine Membran 195 Endomembrancystem 21% Endocytose 8 88 Lysosom Endo- plasmatisches Reticulum mit Ribosomen Enzyme 1 Zellmembran Zellkern Abgabe- seite Exocytose Empfangs- seite 12 5 3 K V₁ Golgi- Apparat Vesikel mit Proteinen Zellplasma Variante 1: Abgabe von Stoffen aus der Zelle Vesikel verschmelzen mit der Zellmembran. Transport über Membranvesikel 1. Synthese des Proteins an Ribosomen (raues ER) Proteine gebildet, dringen ins ER ein, werden verändert 2. Transport der Proteine in Vesikeln, sie sich aus dem ER abschnüren 3. Verschmelzen der Vesikel mit den Zisternen des Golgi-Apparats (cis-Seite) Membranfluss 4. Veränderung des Proteins im Golgi-Apparat durch die Verbindung mit kurzen Ketten aus Zuckerbausteinen. Transport auf trans-Seite 5. Transport des Proteins in Vesikeln, die sich auf der trans-Seite vom Dictyosom abschnüren. Golgi-Vesikel können nach ihrer Funktion in der Zelle verteilt werden Transport über das Cytoskelett Transportsystem: Motorproteine bewegen sich auf den Filamenten des Cytoskeletts entlang und transportieren Vesikel oder Makromoleküle zu ihrem Bestimmungsort. (Funktioniert sehr schnell) Die darin enthaltenen Stoffe werden dadurch in die Umgebung abgegeben (Exocytose). Durch eine Exocytose gelangt z.B. das Hormon Insulin aus den Zellen der Bauchspeicheldrüse in die Blutbahn. Variante 2: Abbau defekter Zellbestandteile Im Golgi-Apparat werden auch Enzyme verpackt, die den Abbau von defekten Zellbestandteilen ermöglichen. Davon abgeschnürte Vesikel bringen Enzyme zu Lysosomen. Mit ihrer Hilfe werden Stoffe in der Zelle abgebaut. Variante 3: Abbau eines eingedrungenen Bakteriums Die fertiggestellten Enzyme werden über Vesikel (Lysosomen) vom Golgi-Apparat abgeschnürt. Diese Lysosomen können mit Vesikeln verschmelzen, in denen sich eingedrungene Bakterien befinden. Mithilfe der Enzyme können die eingedrungenen Bakterien abgebaut werden. 1. Aufnahme von Partikeln durch Endozytose 2. Wanderung des Nahrungsvesikels ins Zellinnere 8. Verschmelzen der Nahrungsphysical mit Lysosomen 9. Abbau der Partikel im Nahrungsvesikel durch Enzyme 10. Wanderung des Vesikels zur Zellgrenze Abgabe der Reste durch Exozytose BAU DER PROCYTE - nur etwa 1/10 der Größe der Eucyte kein von einer Kernhülle umgebenen Zellkern das genetische Material liegt als ringförmiges Molekül frei im Zellplasma (=Bakterienchromosomen) - - haploid (nur einen einfachen Chromosomensatz enthaltend) Plasmide: zusätzliche kleinere DNA-Ringe - Zelle ist von mindestens einer Zellmembran umgeben - Typisch: Zellwand, Schleimhülle (Schutz), Geißeln (Fortbewegen) - Procyten sind einfacher strukturiert als Eucyten VERMEHRUNG ungeschlechtlich - Prokaryotische Zelle (Procyte) und Archaeen durch Querteilung: 1. bakterienchromosom verdoppeln 2. eine trennende Zellmembran bildet sich aus beide Nachkommen besitzen ein identisches Bakterienchromosom austauschen von Plasmiden unabhängig von einer Zellteilung über Zellplasmabrücken zusammen mit Mutationen trägt dieser Austausch zur genetischen Vielfalt bei die kurze Generationsdauer und genetische Variabilität ermöglichen eine schnelle Anpassung an sich verändernde Umweltbedingungen STOFFWECHSELVIELFALT BEI PROKARYOTEN - Vielfalt ist höher als bei Eukaryoten: 1 aerobe Lebensweise: Sauerstoff zum Überleben 2 anerobe Lebensweise: Absterben in sauerstoffhaltiger Umgebung 3 können Stoffwechsel an beides angepassen 4 autotrophe Lebensweise : mithilfe anorganischer Substanz Energie für Bau- und Energiestoffwechsel („selbsternährend") chemoautotroph: Energie aus chemischen Reaktionen fotoautotroph: Sonnenenergie (wie Pflanzen) Merkmal Zellkern Erbsubstanz Zellwand Kompartimentierung Ribosomen Mitochondrien Plastiden Dictyosomen Zellmembran Kokken: Stäbchen: o Spirillen: Vergleich Procyte and Encyte Vermehrung Zellgröße Eucyte vorhanden DNA im Zellkern, Chromosomen nur bei Pflanzenzellen ausgeprägt 80-S-Typ vorhanden vorhanden vorhanden keine Einfaltungen Energiegewinnung durch Mitochondrien Mitose / Meiose. 2-20 uym 888. Procyte ∞oo o Schleimhülle Zellwand ARCHAEEN Bakterien und Archaeen sind ähnlich gebaut beides Prokaryoten - oft an extremen Standorten (z.B. heiße Quellen) sind oft an Bedingungen aus der Frühzeit des Lebens auf der Erde angepasst ∞ Zellmembran Vesikel Membran- einstülpung -Plasmid -Zellplasma Bakterien- chromosom -Ribosom Geißel nicht vorhanden ringförmige DNA frei im Plasma, kleinere DNA-Ringe Zellwand mit Murein kaum ausgeprägt 70-S-Typ nicht vorhanden nicht vorhanden nicht vorhanden Einfaltungen für Stoffwechselprozesse zur Energiegewinngung nur Mitose 0,2 - 10 uym Endocymbiontentheorie Nach der Endosymbiontenhypothese gibt eine Präeukaryotische Zelle, die ein mitochondrienähnliches Proteobakterium durch Phagozytose in ihre Nahrungsvakuole aufgenommen, aber nicht verdaut haben. Durch das Eindringen erhielten sie eine weitere äußere Membran, die sich dann später zu einer Doppelmembran weiterbildet. Es entstand eine Symbiosebeziehung: Das Proteobakterium lieferte Stoffwechselenergie, die Präeukaryotische Zelle bot Schutz. Somit ist die erste Eukaryotische Zelle mit einem Mitochondrium entstanden. (tierische Zelle) In einem zweiten Schritt nahm diese Eukaryotische Zelle (mit Mitochondrium) ein Cyanobakterium auf. Dieses blieb ebenfalls unverdaut, bildete eine Doppelmembran und lebte als Dauer-Symbiot in der Zelle weiter, da es das Fotosyntheseprodukt Glukose lieferte. (Pflanzenzelle) Im Lauf der Zeit verloren die Endosymbionten ihre Selbständigkeit ein. Beweise 1. Vorhandensein ringförmiger DNA (wie bei Prokaryoten), diese Organellen „vermehren“ sich innerhalb der Zelle durch eigenständige Teilungen 2. Vorkommen von kleineren (70 s) Ribosomen wie in Prokaryoten statt größeren (80 s) Ribosomen wie im Cytoplasma der Eukaryoten 3. die äußere Membran ähnelt einer Zellmembran während die innere Membran eher bakteriellen Membranen ähnelt Verschiedene chemische Zusammensetzung: innere Membran wie Bakterie: Murein 4. ähnliche Endosymbionten gibt es auch heute noch (z.B. Zoochlorellen im Süßwasserpolyp). 5. Mitochondrien, Chloroplasten und der Zellkern haben ihre eigene DNA, was bedeutet, dass sie sich vor der Zellteilung erst verdoppeln (andere Zellorganellen trennen einfach einen teil von sich ab) Präeukaryotische Zelle + Proteobakterium N Eukaryotische Zelle mit Mitochondrium N Eukaryotische Zelle mit Mitochondrium + Cyanobakterium N Eukaryotische Zelle mit Mitochondrium und Chloroplast Vom Einzeller zum Vielzeller Chloro- plast pulsierende Vakuole a Flagelle Einzeller Vakuole Zellkern Chlamydomonas -Zellwand Flagelle Zellkern EN b Kragengeißelflagellat Augen- fleck Zellmembran + Ribosomen Kragen ohne Membran Zellwand bei Pflanzenzellen Cytoskelett Einzelzelle Kolonie Gallerte Eudorina 32 Zellen, durch Gallerthülle verbunden - erste Spezialisierungen (z.B. Augenfleck) Gonium Volvox (Vielzeller) - ca 20 000 Zellen bilden eine Hohlkugel durch Plasmabrücken verbunden Kragengeißelflagellat Kolonie Gallerte Peroxisomen Interpretation mikroskopischer Bildern Zelle Plasma- brücke Gonium (Kolonie) Kolonie aus gleichartigen Zellen 16 Einzeller-Zellen durch Gallerte verbunden -> Stoffaustausch möglich - Zellen sind auch alleine lebensfähig keine Differenzierung Tochter- kugel Aus- strömungs- öffnung - Arbeitsteilung: Fortbewegung und Ernährung (nicht teilungsfähig). Fortpflanzung (ungeschlechtlich: Entwicklung in Mutterkugel) Organellen im Cytoplasma Zentral- raum mit einfacher Membran = Vielzeller Fortpflanzungs- Zellkern mit Doppel- membran, Karyoplas- ma, Chromatin und Nucleoli Schwamm Zellinhalt Protoplasma Volvox (geschlechtlich: Entwicklung zu Einzelle und Spermium) zelle Körper- zelle Cytoplasma junge Tochterkugel -Kragengeißel- zellen Lysosomen Endoplasmatisches Vakuole(n) Chloroplasten Retikulum Grundplasma Poren- öffnung mit Doppelmembran Mitochondrien Centriol Golgi-Apparat *) Der Zellkern könnte auch hier eingeordnet werden, ist aber aufgrund seiner besonderen Funktion ausgegliedert. Annahme: alle heute lebenden Tierarten sind auf eine Vorfahren-Form zurückzuführen Es gibt rezente (heute lebende) Arten, an denen man modellhaft den Übergang vom Einzeller zum Vielzeller erkennen kann Nach der Zellteilung bleiben die beiden Zellen nur kurz über eine gemeinsame, geleeartige Substanz (Gallerte) verbunden Evolution Schwamm Aus einzelligen Kragengeißelflagellaten könnten sich Kolonien gebildet haben. Große Kolonien könnten Hohlkörper gebildet haben, die in der weiteren Entwicklung Gewebe entstehen ließen und mit den Kragengeißelzellen durch Koordination einen kontinuierlichen Wasserstrom erzeugten. Gonium kein Einzeller Kolonie aus gleichartigen Zellen, keine Arbeitsteilung bzw. Differenzierung (alle Zellen erfüllen die gleiche Funktion: Ernährung, Fortbewegung, Fortpflanzung Zelldifferenzierung Tierische Zelle Zygote (undifferenziert, totipotent) Parenchymzelle Zellteilung Bindegewebs- zelle pluripotente Zelle (=embryonale Stammzellen) junge Pflanzenzelle ww ww ww Determination und Differenzierung Epithelzellen Determination vorgegebene Richtung Zellkern Zellplasma Chloroplasten Mitochondrien Vakuole Reticulum Blastocyste mit embryonalen Stammzellen (undifferenziert, pluripotent) Knorpel- zellen Golgi-Apparat Endoplasmatisches Differenzierung Knochenzelle Pflanzenzelle - Pflanzenzellen teilen sich ihr ganzes Leben - Teilungsfähigkeit ist auf bestimmte Gewebe beschränkt (Bildungsgewebe - Meristeme) Meristem: Zellen sind würfelförmig, dünnwandig, enthalten nur kleine Vakuolen Aus diesen wenig differenzierten Zellen werden durch Vergrößerung, Wasseraufnahme und durch einen veränderten Organellenbesatz Zellen des Daergewebes gebildet. - verschiedene Funbktionen -> verschiedene Dauergewebe (Abschlussgewebe, Parenchym, Leitgewebe) differenzierte Pflanzenzellen können ihre Teilungsfähigkeit wiedererlangen (Pflanzenzucht, Stecklinge) Somit theoretisch eine ganze Pflanze aus einer totipotenten Zelle. (Lage im Orgasmus wichtig) Blutzellen ausdifferenzierte Blattzelle B multipotente Zelle/ irreversibel differenzierte Z 1 234 glatte Muskelzelle Zunahme der Zelldifferenzierung Zunahme der Komplexität Zunahme der Funktionsfähigkeit Zunahme der Umweltunabhängigkeit Unterschiedliche Zusammensetzung einer jungen und einer ausdifferenzierten Blattzelle In jungen Pflanzenzellen (v.a. der Zellkern und das Zellplasma) nehmen einen großen Raum ein, weil sich die Zelle noch in einem Wachstumsprozess befindet, in dem das genetische Material sehr aktiv ist. Es sind auch relativ viele Mitochondrien vorhanden, die Energie für Wachstumsprozesse bereitstellen. In ausdifferenzierten Blattzellen verleiht meist eine sehr große Vakuole der Zelle Festigkeit und dient als Speicherort von Stoffen (z.B. Fotosyntheseprodukte). Hingegen sind nun weniger Mitochondrien vorhanden, weil für das Zellwachstum keine Energie mehr benötigt wird. Auch das Volumen des Zellkerns und des ER sind geringer, wei die Wachstumsphase mit hoher Stoffwechselaktivität beendet ist. Die Zelle verfügt nun über mehr Chloroplasten, um eine maximale Fotosyntheseleistung im Blatt zu erzielen. Prophase: Anaphase: Metaphase: - maximal verkürzte Chromosomen ordnen sich hintereinander in der Äquatorialebene an - Chromosomen verbinden sich am Centromer mit dem Spindelapparat Telophase: Chromatinfäden spiralisieren und verkürzen sich zu Doppelchromosomen (kompakte Transportform) Doppelchromosomen bestehen aus 2 genetisch identischen Hälften: Einzelchromosomen (Chromatide) Verbindungsstelle: Centromer - Kernmembran und Nukleolus lösen sich auf - An den Zellpolen bilden sich von den Zentriolen ausgehend der Spindelfaserapparat (Eiweisfäden -> Mikrotubili) Doppelchromosomen werden am Centromer geteilt (Verbindung der Chromatiden löst sich am Centromer) je ein Einzelchromosom gelang mithilfe der Spindelfasern zu einem Zellpol - Teilung des Zellplasmas beginnt - Einzelchromosom beginnt sich zu entspiralisieren (zurück in lang gestreckte Form) - Spindelfaserapparat wird abgebaut - Kernmembran und Nucleolus bilden sich Zellzyklus: Mitose - zwischen den neu entstandenen Zellkernen bilden sich zwei neue Zellmembranen aus (bei Pflanzenzellen auch zwei Zellwände) - zwei genetisch identische, halb so große Tochterzellen sind entstanden Interphase: - Zellwachstum - Zellkern steuert nun als Arbeitskern das Stoffwechselgeschehen Erbinformation wird wieder kopiert und verdoppelt Prophase G₂-Kontrollpunkt G₂-Phase Doppel- chromo- somen Metaphase Anaphase M- Kontrollpunkt X Mitose Dauer beim Menschen ca. 20 Minuten Interphase Dauer beim Menschen ca. 10-24 Stunden DNA-Synthese (Verdopplung der Chromosomen) (S-Phase) Telophase G₁-Phase Einzel chromo- somen Dauer- gewebe G-Phase G₁-Kontrollpunkt Differenzierung zu einer spezialisierten Zelle Zellzyklus-Stadien: Phasen in Abb. 2 A frühe Metaphase B Telophase C Prophase D Interphase E frühe Metaphase F Anaphase Welcher Teilschritt der Mitose wird am M-Kontrollpunkt überprüft? Am M-Kontrollpunkt wird überprüft, ob die Einzelchromosomen mit dem Spindelapparat verbunden sind. Zytokinese - Tierische Zellen werden durch einen kontraktilen Ring aus Aktinfilamenten und dem Motorprotein Myosin in der Mitte durchschnürt. - Bei Pflanzen bildet sich im Bereich der Zellmitte aus Membranbläschen eine neue Zellwand. -> Bleibt die Zytokinese aus, entstehen polyenergide (mehrkernige) Zellen (z. B. Skelettmuskelzellen des Menschen). Henaufguss Erklären Sie den bevorzugten Aufenthaltsort der gefundenen Lebewesen Direkt an der Oberfläche befinden sich viele Bakterien, die den Sauerstoff für ihren Stoffwechsel aus der umgebenden Luft beziehen. Je nach Trübung des Aufgusses sind die fotosynthetisch aktiven Grünalgen und Geißelträger an der Oberfläche und inmitten des Gefäßes zu finden, um an genügend Licht für die Fotosynthese zu gelangen. Im freien Wasser befinden sich auch viele Wimpertierchen und tierische Geißelträger, die sich v. a. von den Bakterien an der Oberfläche ernähren. Amöben und Bakterien sind v. a. im Bodensatz zu finden, in dem sie sich von abgestorbenen Kleinstlebewesen ernähren können. Diskutieren Sie, inwiefern sich die Umweltbedingungen im Heuaufguss mit der Zeit verändern Zu Beginn vermehren sich im sauerstoffreichen Aufguss v. a. Bakterien, die hohe Vermehrungsraten aufweisen. Bakterien und deren Abfälle sind die Nahrungsgrundlage von anderen Kleinstlebewesen, die sich nun auch stark vermehren können. Durch fotosynthetisch aktive Kleinstlebewesen wird im Heuaufguss zusätzlich Biomasse aufgebaut. Diese kann von anderen Lebewesen wiederum als Nahrung genutzt werden. Durch diese Zunahme an Biomasse im Aufguss kann sich die anfangs gute Sauerstoffversorgung jedoch schnell durch den Abbau von abgestorbenen Lebewesen in eine schlechte Sauerstoffversorgung im Aufguss ändern. Selten kommt es zu einem funktionierenden, stabilen Ökosystem, in dem alle Individuen gleichzeitig nebeneinander existieren können. Dazu ist nämlich das Heuaufgussglas meist zu klein, so dass die eine Gruppe eine andere mit Sicherheit vollständig auffressen wird und dann am Ende, aufgrund von Nahrungsmangel selbst zugrunde geht. Sukzession Anzahl der Individuen/ml 5000 4000 3000 2000 1000 0 10 Geißelträger Heutler 20 räuberische (Wimpertiere heterotrophe Bakterien Pantoffeltier 30 Glocken- Amöben tier f 80 40 50 60 70 90 Definitionen Exozytose Endozytose Phagozytose Pinozytose Allgemein Membranfluss Zelladhäsion Kompartimentierung heterotroph autotroph anaerobe Einzeller aerobe Einzeller Rezente Arten Differenzierung Determination Dissimilation Dauergewebe Abschlussgewebe Parenchym Leitgewebe Meristeme Stammzellen embryonale Stammz. totipotent pluripotent multipotente Formel Fotosynthese Formel Zellatmung Sukzession Symbionten Meiose Mitose diff. Genaktivität Genprodukte Bergmannsche Regel Allensche Regel Stofftransport aus der Zelle heraus Aufnahme von Substanzen aus dem Extrazellularraum Fähigkeit einer Zelle, feste Sachen, wie Zelltrümmer, Bakterien oder Fremdkörper zu „fressen" unspezifische oder rezeptorvermittelte Aufnahme gelöster Substanzen Transportvorgang, bei dem eukaryotische Zellen durch Einstülpung der Plasmamembran Flüssigkeiten oder Feststoffe aufnehmen und in Form von Vesikeln in das Innere der Zelle transportieren Verschmelzen von Membranen unterschiedlicher Kompartimente Haftung von Zellen aneinander oder ihre Haftung an der extrazellulären Matrix lebende Systeme grenzen sich ab; abgegrenzte (mit Membran umschlossene) Reaktionsräume fremdnährend; auf organische Stoffe als Material für ihre Körpersubstanz angewiesen selbstnährend; lebensnotwendige organische Stoffe selbst herstellen (fotoautotroph, chemoautotroph) Stoffwechsel ohne Sauerstoff Stoffwechsel mit Sauerstoff Arten, welche sehr alt sind, aber immer noch leben; Versuche für Evolution Entstehung spezialisierter Zellen aus nicht spezialisierten Zellen zunehmende Festlegung der Entwicklungsmöglichkeiten energieliefernde Verarmung von Nährstoffen; aerober Abbau der Brenztraubensäuren stark differenzierte Zellen, welche sich nicht mehr teilen können nicht bei Pflanzen; diese können ihre Teilungsfähigkeit jederzeit wiederbekommen schützt eine Pflanze vor Verletzungen / Wasserverlust; Begrenzungsschichten (z.B. Epidermis) Grund- und Stützgewebe in Blättern, Sprossen, Wurzeln und Früchten dort erfolgt der Stofftransport (z.B. Leitbündel) Bildungsgewebe (nur Pflanzen); Teilungsfähigkeit auf diese Gewebe beschränkt (Wachstumszonen) behalten ihre Teilungsfähigkeit bei (z.B. Knochemark) können alle Zelltypen des Lebewesens hervorbringen undifferenziert; entwickeln sich zu einem kompletten Organismus undifferenziert; aus ihnen kann sich kein kompletter Organismus entwickeln nur der Zelltyp eines Gewebes kann hervorgebracht werden 6CO2 + 6H2O -> Lichtenergie -> C16 H12 O6 + 602 C16 H12 06 + 602 -> Zellatmung -> 6CO2 + 6H₂O + ATP Abfolge des Auftretens unterschiedlicher Arten im Laufe der Zeit Lebeswesen, das mit einem oder mehreren Lebensweisen einer Art in einer Lebensgemeinschaft mit gemeinsamen Nutzen lebt Kernteilung -> 1 Mutterzelle, 2 Tochterzellen Teilung bei Geschlechtszellen Verschiedenartigkeit der Zelle kommt dadurch, dass nur die Gene aktiv sind, die für Differenzierung nötig sind unterschiedliche Zusammensetzung der Proteine in den Zellen endotherme Tiere sind in höheren Breitengraden größer als verwandte Arten näher am Äquator endotherme Tiere besitzen in Gebieten mit kälteren klimatischen Bedingungen kleinere Körperanhänge (z.B. Ohren) als ihre nah verwandten Arten in wärmeren Gebieten