If you can't study function, study structure. Vom Molekül in der Ursuppe bis zur ersten Zelle war es ein langer Weg:

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1 Kapitel 4: ANATOMIE EINER EUKARYOTENZELLE Inhalt: EINLEITUNG BESTANDTEILE EINER EUKARYOTENZELLE MEMBRANVERBINDUNGEN GEWEBE UND ORGANE LITERATUR...57 LINKS Einleitung If you can't study function, study structure Vom Molekül in der Ursuppe bis zur ersten Zelle war es ein langer Weg: Wasser (H 2 O), Methan (CH 4 ), Ammoniak (NH 3 ), und Wasserstoff (H 2 ) waren wahrscheinlich vorhanden, dazu Energie in Form von UV, Hitze und Elektrizität (Blitzschlag), eine schützende Ozonschicht fehlte. Gute Bedingungen am Meeresrand. Einfache organische (kohlenstoffhaltige) Moleküle entstanden zuerst, später Moleküle mit komplexeren Aufbau, wie Aminosäuren, Nucleotide, Zucker, Fettsäuren, die Polymere bilden können. Polypeptide sind Proteine mit max. 20 Aminosäuren. DNA und RNA sind Polynukleotide. DNA RNA T Thymin U Uracil A Adenin A Adenin C Cytosin C Cytosin G Guanin G Guanin Zusätzlicher Informationsgehalt des Moleküls liegt in seiner 3D-Struktur, (Faltung bei Proteinen). Eine erste Zelle entstand vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, vor ca. 1,5 Milliarden Jahren entstanden Eukaryoten aus Prokaryoten. Zur Entstehung der ersten Zellen werden mehrere Theorien diskutiert z.b. Hyperzyklen autokatalytischer Prozesse. 53

2 ANATOMIE EINER EUKARYOTENZELLE Archaebakterien Ur-Prokaryoten Eubakterien (Prokaryoten) Für die Anaerobier stellte der Sauerstoff in der Atmosphäre ein Problem dar. Lösung: Symbiose zwischen Anaerobiern und Aerobiern. Protozoen Metazoen Differenzierung im Einzeller Differenzierte Zellen formen "Überlebensgemeinschaft" Bakterienzelle tierische Zelle 2002 Petra Schweizer Abb. 28: Vergleich verschiedener Organisationsstufen von Zellen 54

3 BIOPHYSIK DER ZELLE Abb. 29: EM-Schnitt durch ein Säugerzellen mit Bakterium zum Größenvergleich Bestandteile einer Eukaryotenzelle Abb. 30: Säugerzellen im lichtmikroskopischen Phasenkontrastbild und als Gefrierbruch im EM. Membran Besteht vorwiegend aus Lipid-Doppelschicht (v.a. Phospholipiden) mit 55

4 ANATOMIE EINER EUKARYOTENZELLE Nucleus (Kern) ein- und aufgelagerten Proteinen. Pflanzen enthalten zusätzlich eine Zellwand. Die wichtigsten Funktionen der Membranen sind die Abtrennung von Reaktionsräumen und der gezielte Stofftransport. Enthält Chromosomen (genet. Information). In der Arbeitsphase des Kerns sind diese vollständig entspiralisiert (Chromatin). Ein Teil der Chromosomen ist nur teilweise vollständig entspiralisiert. Man spricht von Heterochromatin. Ein auffälliges Organell des Nukleus ist der Nukleolus (Kernkörperchen), der Ort der RNA-Synthese. Ist von einer Hülle (doppelte Membran) umgeben. Cytoplasma Hat eher gelartige als flüssige Konsistenz. Das Cytosol enthält viele Faserproteine, die als Cytoskelett zusammengefasst sind Cytosol (Mikrofilamente, Mikrotubuli, Intermediäre Filamente). Sie verleihen der Zelle Festigkeit und Stabilität und koordinieren Bewegungen innerhalb der Zelle. Mitochondrien Sind die "Kraftwerke" der Zelle. Dort wird aus Glucose ATP synthetisiert. Mitochondrien gehören wie Chloroplasten und der Nukleus zu den Organellen mit doppelter Membran und enthalten ebenso wie Chloroplasten eine eigene DNA. Chloroplasten Sind typische Organellen der grünen Pflanzen. In den Choroplasten läuft die Photosynthese ab, wobei CO 2 fixiert und in Kohlenhydrat- Intermediate umgewandelt wird. Das Pigment Chlorophyll verleiht den Chloroplasten und damit der gesamten Pflanze ihre grüne Farbe. Chloroplasten enthalten eigene DNA, Mitochondrien und Ribosomen. Vakuolen Sind große flüssigkeitsgefüllte Räume, die der Speicherung kleiner Moleküle dienen oder als "Abfallbehälter" Verwendung finden. Golgi-Apparat Dictyosom Modifizieren Membranproteine und verteilen diese an ihren jeweiligen Bestimmungsort in der Zelle. Der Transport erfolgt über spezielle Vesikel. Endoplasmatisches Retikulum Ist ein netzartiges Membransystem, dessen wichtigste Funktion der Stofftransport innerhalb der Zelle ist. Die Aussenseite des ER ist entweder mit Ribosomen besetzt (rau) oder glatt. An den Ribosomen erfolgt die Proteinbiosynthese. Lysosomen Enthalten verschiedene abbauende Enzyme (saure Hydrolasen), welche Polymere in Monomere spalten können. Peroxisomen Microbodies Enthalten Katalase und bauen Wasserstoffperoxid ab, welches beim Abbau von Fett- und Aminosäuren entsteht. Siehe auch: Botanik Online 56

5 BIOPHYSIK DER ZELLE Membranverbindungen Tight Junctions Schaffen dichten Kontakt zwischen Epithelzellen, so dass Stofftransport nur über spezielle Transportproteine in der Membran erfolgen kann und kein "bypass" zwischen den Zellen möglich ist. Sie bestehen aus dünnen Bändern von Proteinen. Desmosomen Halten Zellen mechanisch zusammen. Weit verbreitet in mechanisch beanspruchtem Gewebe, z.b. in Epithelzellen. Gap Junctions Verbinden Zellen miteinander und regulieren damit die Weitergabe von Ionen und kleinen Molekülen zwischen Zellen. Sie sind in fast allen Geweben verbreitet. Gewebe und Organe Gewebe sind ein Zusammenschluss von Zellen. Sie bestehen aus einzelnen Arten der Zellverbände, die gemeinsame Funktion besitzen und die den Körper aufbauen (z.b. Binde-, Knorpel-, Knochen-, Muskel-, Nervengewebe, Blut). Organe sind ein Zusammenschluss von Geweben für Leistungen höherer Komplexität. Sie bestehen aus Zellen und Geweben und sind zusammengesetzte Teile des Körpers, die eine Einheit mit bestimmten Funktionen bilden (z.b. Herz, Lunge, Leber, Niere). Literatur 1. Molecular Biology of the Cell B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D. Watson Garland Publishing Inc., New Jork & London, 1994 (3. Auflage) (auch auf deutsch bei VCH) 2. Ultrastruktur der Säugerzelle R. V. Krstic Springer Verlag, Heidelberg 3. General Histology of the Mammal R. V. Krstic Springer Verlag, Heidelberg Links Botanik online Lehrbuch Online Skript: Struktur u. Funktion von Zellen u. Organen (Abt. Zoologie) 57

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