Dienstag, 15. Februar Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien

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1 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien

2 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien (mitos = Faden, chondrion = Körnchen) von Doppelmembran umgeben äußere Membran durchlässig (Porine!) innere Membran mit Cardiolipin in Cristae (Lamellen), Tubuli (Röhren), Sacculi (allgemeine Bezeichnung) Vorkommen: in allen aeroben Zellen von Tieren und Pflanzen Form sehr variabel: rund bis fädig/ verzweigt; Größe: 1 x 3 µm Anzahl variabel: 20 bis 5 x 10 5 je nach Leistungsfähigkeit sind Kraftwerke der Zelle Citratzyklus, Atmungskette (Elektronentransport), oxidative Phosphorylierung (ATP-Synthese), Fettsäureabbau Leitenzym: Glutamatdehydrogenase Cytochromoxidase

3 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien Mitochondriopathien: Krankheiten durch Defekte im MT-Stoffwechsel vor allem Organe mit hoher Aktivität betroffen: Gehirn, Herz, Skelettmuskel, Retina (z.b. Lebersche hereditäre Optikusneuropathie) sehr heterogenes Krankheitsbild Matrixgranula = Speicherung von Calcium- und Magnesiumionen zirkuläre DNA ohne Histone (mehrere Ringe in Kettenform vorliegend) ca. 5% der mitochondrialen Proteine auf mtdna codiert => Chondriom = Gesamtheit aller Gene auf mtdna 70S-Ribosomen Vermehrung durch Teilung matrokline Vererbung, d.h. Eizelle liefert Zytoplasma mit Mitochondrien für Zygote

4 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien MAO: baut z.b. Dopamin im Gehirn ab, Enzym-Inhibitoren als Parkinson-Therapeutikum

5 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien

6 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien normalerweise: Protonengradient über innere Membran mit ATP- Synthese gekoppelt 2,4-Dinitrophenol ist Entkoppler, d.h. Protonen gelangen wieder in die Matrix, Wärme wird erzeugt im braunen Fettgewebe Thermogenin als Entkoppler, z.b. Winterschläfer, Neugeborene

7 2,4-Dinitrophenol

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9 Zellstrukturen und ihre Funktionen Mitochondrien Chloroplast Mitochondrium mit Cristae Vergrößerung des Intermembranraumes inaktiv aktiv

10 Zellstrukturen und ihre Funktionen Plastiden

11 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Plastiden Vorkommen: nur in Pflanzen kugelig bis linsenförmig, 3-8 µm Doppelmembran um Stroma, darin Thylakoidmembranen, z.t. in Stapel = Grana äußere Membran durchlässig Intermembranraum und Thylakoidinnenraum = Intrathylakoidraum Lichtphosphorylierung (ATP- Synthese), Elektronentransport, Reduktion von CO 2, Reduktion von Nitrit zu NH 4 +, Reduktion von Sulfat, Aminosäuresynthese, Fettsäuresynthese (innere Membran; im Gegensatz zu tier. Zellen!)

12 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Plastiden Thylakoidmembran: Träger der Photosynthesepigmente, Elektronentransportkette, ATP- Synthase Stroma: Enzyme des Calvinzyklus ringförmige DNA ohne Histone Plastom = Gesamtheit aller Gene in Plastiden matrokline Vererbung

13 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Plastiden Entstehung: aus Proplastiden, je nach Licht: Entwicklung zu Chloroplasten (Licht), Leukoplasten oder Chromoplasten (Licht und Dunkel) Leukoplasten: Amyloplasten zur Stärkespeicherung, Elaioplasten zur Ölspeicherung, Proteinoplasten zur Proteinspeicherung Etioplasten: Chloroplasten ergrünungsfähiger Gewebe Plastiden ineinander umwandelbar Gerontoplasten: Altersform der Chloroplasten (Herbstlaub)

14 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Plastiden Chloroplasten Amyloplasten Chromoplasten Chromoplasten

15 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Plastiden Etioplast: vom parakristallinen Prolamellarkörper gehen einzelne Thylakoide aus Chromoplast: je nach Speicherform der Carotinoide Unterscheidung zwischen globulös, tubulös, membranös und kristallös

16 Polysaccharide Speicher HO HO HO CH 2 OH O 4 HO CH 2 OH O OH 1 OH α-d-glucose OH CH 2 OH O O HO OH glycosidisches C-Atom OH Maltose = α-1,4 glycosidisch verknüpfte D-Glucose HO 4 HO CH 2 OH O HO HO OH 1 glycosidisches C-Atom OH β-d-glucose CH 2 OH O OH HO O OH O CH 2 OH OH Cellobiose = β-1,4 glycosidisch verknüpfte D-Glucose Cellulose Stärke aus Amylose und Amylopektin, in Form von Assimilationsstärke in Chloroplasten oder Speicherstärke (Stärkekörner) in Amyloplasten

17 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett Aktinfilamente Intermediärfilamente Mikrotubuli

18 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett Vorkommen: in eukaryontischen pflanzlichen und tier. Zellen nicht in Bakterien! Funktion: dynamischer Strukturbildner, wichtig für die Gestalt zellwandloser Zellen die innere Architektur zelluläre Bewegungsvorgänge den gerichteten Stofftransport innerhalb der Zelle Struktur: Proteinpolymere, je nach Form unterscheidbar in Mikrofilamente = Aktinfilamente Intermediärfilamente Mikrotubuli

19 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktinfilamente häufigstes Protein in einer eukaryontischen Zelle Durchmesser ca. 6nm Funktion: bestimmt die Zelloberfläche, wichtig für Bewegungsvorgänge Lokalisierung: in der ganzen Zelle verteilt, v.a. im Cortex, direkt unter der Plasmamembran

20 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktin Immunfluoreszenz- Aufnahme Elektronenmikroskop. Aufnahme

21 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktinfilamente häufigstes Protein in einer eukaryontischen Zelle Durchmesser ca. 6nm Funktion: bestimmt die Zelloberfläche, wichtig für Bewegungsvorgänge Lokalisierung: in der ganzen Zelle verteilt, v.a. im Cortex, direkt unter der Plasmamembran Struktur: aufgebaut aus Aktinmonomeren = globuläres Protein = G-Aktin, bildet 2 Ketten, die umeinander gewunden sind = F-Aktin Polymerisation ist abhängig von ATP und ein- und zweiwertigen Ionen (K +, Mg 2+ ); +-Ende: schneller Auf- und Abbau; -Ende: langsamer Auf- und Abbau

22 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktin Aktin-Bündel G-Aktin F-Aktin Aktin-Vernetzungsproteine Aktin-Netz

23 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktinfilamente häufigstes Protein in einer eukaryontischen Zelle Durchmesser ca. 6nm Funktion: bestimmt die Zelloberfläche, wichtig für Bewegungsvorgänge Lokalisierung: in der ganzen Zelle verteilt, v.a. im Cortex, direkt unter der Plasmamembran Struktur: aufgebaut aus Aktinmonomeren = globuläres Protein = G-Aktin, bildet 2 Ketten, die umeinander gewunden sind = F-Aktin Polymerisation ist abhängig von ATP und ein- und zweiwertigen Ionen (K +, Mg 2+ ); +-Ende: schneller Auf- und Abbau; -Ende: langsamer Auf- und Abbau je nach Zelltyp existieren unterschiedliche Aktin-Bindeproteine, z.b. Filamin, Ankyrin, Dystrophin, Myosin

24 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktinfilamente z.b. Erythrozytenmembran: Kontakte zwischen den verschiedenen Proteinen fixieren Aktinfilamente und damit den Cortex

25 Zellstrukturen und Ihre Funktionen Zytoskelett: Aktinfilamente Cytochalasin (Pilze): bindet an +-Ende und inhibiert die Polymerisation Phalloidin (Amanita phalloides, Knollenblätterpilz): bindet seitlich an F- Aktin und verhindert Depolymerisation Prokaryont Listeria monocytogenes: verursacht schwere Formen von Nahrungsmittelvergiftung; verwendet Aktinfilamente, um sich in der befallenen Zelle fortzubewegen bzw. in andere Zellen einzudringen

26 Aktin/Myosin wichtiger Interaktionspartner: Myosin