Biomembranen Zellkontakte (adhesive junction, tight junction, gap junction, Plasmodesmata)

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1 Biomembranen Zellkontakte (adhesive junction, tight junction, gap junction, Plasmodesmata) Zellkontakte: dienen der mechanischen Fixierung der Zellen => Gewebestabilisierung: adhesive junction dienen der Abdichtung und dem Erhalt der Zellpolarität: tight junction dienen dem Austausch von Molekülen, Ionen: gap junction dienen dem Stoffaustausch zwischen pflanzl. Zellen: Plasmodesmata

2 Biomembranen Zellkontakte adhesive junction (tier. Zelle): unterscheidbar in adherens junction, gürtelförmiger Zellkontakt, v.a. zwischen Epithelzellen, vermittelt über Cadherin und Actin-Filamenten Desmosomen, scheibenförmiger Zellkontakt über verschiedene Proteine und Intermediärfilamente

3 Biomembranen Zellkontakte Desmosomen (tier. Zelle): v.a. in Haut, Herzmuskel, Gebärmutterhals Hemidesmosomen (tier. Zelle): nicht interzellulärer Kontakt, sondern Fixierung an Basalmembran

4 Biomembranen Zellkontakte: tight junction Tight junction oder Zonula occludens (tier. Zelle): gürtelförmige Verbindung zwischen den Zellen Proteine in den äußeren Membranhälften benachbarter Zellen (= Claudine) verschmelzen leistenartig => Interzellularraum wird undurchlässig, z.b. bei Darmepithelzellen, Polarität wird gesichert, kein Austausch des apikalen und basalen Mediums, kein Austausch der Membranbestandteile

5 Biomembranen Zellkontakte: gap junction Nexus, gap junction oder Macula communicans (tier. Zelle): kleine, runde Bereiche zwischen den Zellen ist noch schmaler Spalt Membranproteine (Connexine) beider Plasmamembranen berühren sich und bilden Tunnelproteine (= Connexon) Ionen, kleinere Moleküle und elektrische Signale werden übertragen, z.b. zwischen Nervenzellen, Muskelzellen

6 Biomembranen Zellkontakte: Plasmodesmata Plasmodesmata = Plasmodesmen (pflanzl. Zelle): plasmatische Verbindungen zwischen benachbarten Pflanzenzellen durch die Zellwand hindurch => symplastisches Kontinuum jeder Plasmodesmos ist in der Zellwand von Callosemantel umgeben (Callose = 1 >3-Glucan als pflanzl. Abdichtmaterial ) Plasmamembranen der benachbarten Zellen gehen ineinander über Zentralstrang im Plasmodesmos = Desmotubulus = Strukturproteine in Kontakt mit ER Plasmodesmata

7 Biomembranen Zellkontakte: Plasmodesmata bei Plasmolyse Vakuole Hechtʻsche Fäden = Zell-/Zellverbindungen über Plasmodesmata Zytoplasma Zellwand

8 Zellwand Vorkommen: bei fast allen Bakterien (nicht bei Mycoplasmen) Pflanzen Pilze Nicht bei tierischen Zellen!

9 Chemie, Struktur, Funktion von Zellwänden Eubakterien Funktion: Exoskelett, d.h. Stütze und Erhalt des Protoplasten (= Zellinhalt), Schutz vor äußeren Einflüssen osmotische Stabilität

10 Morphologische Grundlagen der Zelle Bakterienzelle

11 Grampositiv vs. gramnegativ Hans Christian Joachim Gram ( )

12 Grampositiv vs. gramnegativ Zellwand? 1.Anfärben mit Kristallviolett 2. Auswaschen mit Alkohol 3.Gegenfärben mit Fuchsin gramnegative: rot grampositive: violett

13 Chemie, Struktur, Funktion von Zellwänden Eubakterien Beispiele für human-pathogene Eubakterien: Grampositiv Gramnegativ Bacillus anthracis Vibrio cholerae Staphylococcus aureus Salmonella typhi Clostridium botulinum Serratia marcescens Corynebacterium diphtheriae Shigella dysenteriae Mycobacterium tuberculosis Escherichia coli etc.

14 Chemie, Struktur, Funktion von Zellwänden Eubakterien Chemie und Struktur: Hauptbestand: Mureinschicht = Mureinsacculus = Peptidoglykanschicht HO 4 CH 2 OH O glycosidisches C-Atom HO OH 1 OH α-d-glucose HO 4 CH 2 OH O glycosidisches C-Atom L-Lysin oder Diaminopimelinsäure (DAP) HO OH 1 OH β-d-glucose = Milchsäure- Ether von N- Acetylglucosamin

15 Peptidoglykanschicht

16 Ansatzpunkte für Antibiotika

17 Peptidoglykanschicht als Zielstruktur von Antibiotika Peptidoglykanschicht ist sehr spezifisch für Eubakterien, deshalb ist sie ein wichtiges Ziel für Antibiotika wie Bacitracin Bicyclomycin D-Cycloserin Fosfomycin Glykopeptide: Teicoplanin, Ancomycin Beta-Laktame: Penicillin, Cephalosporine Carbapeneme Vancomycin

18 Weltweite Produktion und Verbrauch von 3% 3% 15% 17% 14% Antibiotika 37% 11% Cephalosporine Makrolide Quinolone Penicilline Aminoglykoside Tetracycline Andere Breitspektrum/Breitband-Antibiotikum: wirkt sowohl gegen grampositive als auch gramnegative Bakterien, z.b. Penicillin, Tetracyclin

19 Peptidoglykanschicht als Zielstruktur von Lysozym Antibiotika

20 Gram-positiv vs. Gram-negativ Zellwand? 1.Anfärben mit Kristallviolett 2. Auswaschen mit Alkohol 3.Gegenfärben mit Fuchsin gramnegative: rot grampositive: violett

21 Lipopolysaccharid (LPS) O-Antigen (Oberfläche) in der äußeren Membran gramnegativer Bakterien O-Antigene = Polysaccharide aus Glucose, Galaktose, Rhamnose und z.t. ungewöhnlichen Didesoxyzuckern bildet hydrophile Schutzschicht, durch die lipophile Moleküle nicht permeieren können entspricht Endotoxin (v.a. Lipid A), führt zu Fieber und Schock (Endotoxin, wird erst bei Lyse des Bakteriums freigesetzt vs. Exotoxin, das von Bakterium aktiv sezerniert wird = Protein!)

22 Kapsel K-Antigen (Kapsel) = Glycocalyx um grampositive und gramnegative Bakterien kann in der Dicke variieren bildet hydrophile Schutzschicht, schützen vor Austrocknen bildet Schutz vor Immunsystem

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