Biologie für Mediziner

Transkript

1 Biologie für Mediziner - Zellbiologie 1 - Prof. Dr. Reiner Peters Institut für Medizinische Physik und Biophysik/CeNTech Robert-Koch-Strasse 31 Tel , petersr@uni-muenster.de Dr. Martin Kahms Institut für Medizinische Physik und Biophysik/ CeNTech Gievenbecker Weg 11 Tel kahms@uni-muenster.de

2 Download der Vorlesungen Universitätsklinikum Münster Institut für medizinische Physik und Biophysik

3 Tierische Zelle

4 Keine Zellwand!!!!!! Pflanzliche und bakterielle Zellen haben eine Zellwand tierische Zellen nicht

5 Osmose an Erythrocyten hypotonisch (griechisch: schwächer konzentriert) hypertonisch (griechisch: stärker konzentriert) Semipermeable Membran durchlässig für Wasser bedingt durchlässig für Ionen Osmose Diffusion eines Lösungsmittels durch semipermeables Medium Lösungsmittel diffundiert von Bereichen mit niedrigerer Konzentration des gelösten Stoffes in Bereiche mit höherer Konzentration des gelösten Stoffes

6 Funktion von Membranen Bildung von Kompartimenten Oberflächenvergrößerung Selektiver Austausch von Substanzen Aufrechterhaltung von Gradienten Erkennungsfunktion (Rezeptoren) Erregungsleitung

7 Membranumgebene Kompartimente Endomembransystem 1. Endoplasmatisches Retikulum weitverzweigtes röhrenförmiges Kanalsystem (Zisternen); setzt sich in äußerer Kernhülle fort 2. Golgi-Apparat Stapel aus von Membranen umschlossene flache Zisternen

8 Membranumgebene Kompartimente Vesikel 1. Peroxisomen Membranvesikel gefüllt mit Enzymen (Peroxidasen, Katalasen), Abbau von Wasserstoffperoxid 2. Lysosomen Membranvesikel, die vom Golgi abgeschnürt werden, enthalten Verdauungsenzyme (ph 5); Verdau von zelleigenem/zellfremden Material (Müllabfuhr)

9 Membranumgebene Kompartimente von Doppelmembran umgebene Organellen 1. Zellkern Speicher der genetischen Information 2. Mitochondrien Kraftwerke der Zelle

10 Lipide in wässriger Lösung Lipide - hydrophiler Kopf - hydrophober Schwanz

11 Phospholipide Cholin Phosphat Glycerin Fettsäuren Bestandteil der Zellmembran alternativ zu Cholin: Ethanolamin, Serin, Glycerin, Inisitol

12 Sphingolipide Cholin Sphingosin Fettsäure Bestandteil der Zellmembran

13 Cholesterol Bestandteil der Zellmembran

14 Aufbau von Membranen Dicke 6-10 nm Lipid-Doppelschicht mit asymmetrischer Verteilung Bestandteile: Phospholipide, Cholesterin, Proteine

15 Membranfluidität Fusion einer Maus und einer Menschlichen Zelle (induziert durch ein Virus) Durchmischung der Membranbausteine, d.h. die Membran ist nicht starr sondern fluid

16 Membranfluidität Wechsel von Molekülen Zwischen Lipidschichten sehr selten Bewegung innerhalb einer Lipidschichten sehr schnell

17 Asymmetrische Lipidverteilung Unterschiedliche Verteilung von Lipiden in innerer und äußerer Lipidschicht

18 Fluid Mosaic Model Lipiddoppelschichten sind 2D-Flüssigkeiten, in die Proteine eingelagert sind (Singer/Nicholson 1972)

19 Proteine an Membranen 1. α-helix 2. mehrere α-helices 3. aufgerolltes β-faltblatt 4. Peripher über α-helix 5. Peripher über Lipidanker intracellulär 6. Peripher über Lipidanker extracellulär 7. Assoziation mit anderen Membranproteinen

20 Integrales Membranprotein rote Aminosäuren: hydrophob Glycophorin A in Erythrocyten (Funktion unklar)

21 Peripheres Membranprotein Lebercytochrom b5 (beteiligt am Fettsäure- Stoffwechsel im ER) rote Aminosäuren: hydrophob

22 Funktion von Membranproteinen Transport interzelluläre Verbindungen Enzymatische Aktivität Zell-Zell- Erkennung Rezeptoren für Botenstoffe Verbindung Cytoskelett/ extracelluläre Matrix

23 Membranen: Oberflächenvergrößerung Zotten in Darmepithelzellen erhöhen die Oberfläche um mehr als 5000x höherer Umsatz bei Nährstoffaufnahme

24 Membranentransport Stofftransport über die Zellmembran erfolgt als Bläschentransport (Endo/ Exocytose) durch Diffusion und erleichterte Diffusion als aktiver Transport (Ionenpumpen, Carrier)

25 Endocytose

26 Endocytose Pinocytose - Aufnahme von Flüssigkeit und Molekülen über kleine Vesikel (<150 nm) - generell in allen Zellen - Makrophagen: nehmen 25% ihres eigenen Volumens pro Stunde auf Phagozytose - Aufnahme von großen Partikeln (>250 nm) wie Mikroorganismen und Zellabfällen durch spezialisierte Zellen (z. B.Makrophagen) - Partikel binden an Makrophagen-Oberfläche, aktivieren Membran-Rezeptoren - Makrophagenbilden Fortsätze aus, die Partikel umschlingen (Bildung eines Phagosoms) - Phagosom verschmilzt mit Lyosom und wird verdaut

27 Rezeptor-induzierte Endozytose spezifische Aufnahme von Makromolekülen nach deren Bindung an spezifische Rezeptoren auf der Zelloberfläche Aufnahme in die Zelle in Form von Clathrin-Vesikeln Clathrin: spezielle Proteinbeschichtung an der Innenseite der Membran; korbartiges Geflecht, welches die Einschnürung der Plasmamembran einleitet Bsp.: Cholesterolaufnahme

28 Aufnahme von Cholesterol 1. LDL bindet an Rezeptor in coated pits 2. Bildung coated vesicles 3. Bildung Vesikel (Endosom) 4. Fusion mit Vesikel 5. Dissoziation Ligand/ Rezeptor (ph 5) 6. Recycling der Rezeptoren 7. Eibau des Rezeptors in membran 8. Fusion mit Lysosom 9. Bildung sekundäres lysosom 10. Proteinkomponente wird abgebaut/ Cholesterinester zerlegt Cholesterin wird im Blut an Proteine gebunden und transportiert low-density-lipoproteins, LDL

29 Exocytose

30 Exocytose Ausschleusen von Molekülen, Substanzen aus dem Zellinneren 1. konstitutiver Weg: - ständiger Strom von Vesikeln aus dem Golgi-Netzwerk, die mit der Plasmamembran verschmelzen - Versorgung der Membran mit neuen Lipiden und Proteinen - Sekretion von Proteinen in den Extrazellulärraum 2. regulierte Exozytose: - nur in spezialisierten Zellen (Produktion von Hormonen, Schleim, Verdauungsenzymen...) - Vesikel sammeln sich an der Membran an - Verschmelzung mit Plasmamembran nur nach Signal

31 Exocytose an Synapsen Elektrisches Signal an praesynaptischer Zelle Exocytose von Vesikeln, die mit Neurotransmittern beladen sind Bindung der Neurotransmitter an Rezeptor auf postsynaptischer Zelle Weiterleitung des Signals