Membranlipid hydrophobe Einheit hydrophile Einheit. Fettsäurekette und Kohlenwasserstoffkette von Sphingosin. wie bei Sphingomyelin

Transkript

1 Membranlipid hydrophobe Einheit hydrophile Einheit Phosphoglyceride Sphingomyelin Glykolipid Cholesterin Fettsäureketten Fettsäurekette Kohlenwasserstoffkette von Sphingosin wie bei Sphingomyelin gesamtes Molekül außer der OH Gruppe phosphorylierter Alkohol Phosphorylcholin ein oder mehrere Zuckerreste OH Gruppe an C-3 Kalottenmodell eines Ausschnitts aus einer hochfluiden Phospholipiddoppelschicht Aufbau Struktur von Membranlipiden

2 Membranen wirken als Barrieren, Schleusen (Katalysatoren) Pumpen. Sie sind daher in der Lage: (1) Den Eintritt unerwünschter Stoffe in die Zelle bzw. den Ausstrom notwendiger Substanzen aus der Zelle zu verhindern. (2) Stoffen die Passage zu ermöglichen, die auf Gr ihres Aufbaus nicht oder nur langsam diffieren können. (3) Stoffe in einem Kompartiment (z. B. intrazellulärer Raum) gegenüber einem angrenzenden Kompartiment (z. B. extrazellulärer Raum anzureichern. Aufgaben von biologischen Membranen

3 Euglena-Art Wimpertierchen Wimpertierchen Wimpertierchen Dinoflagellat Wimpertierchen (Ciliaten) Wimpertierchen Sonnentierchen Beispiele verschiedener Protozoen

4 Kanalbildner bilden transmembranäre Kanäle oder Poren, durch die bestimmte Ionen diffieren können Carrier erhöhen die Permeabilität von Membranen für das von ihnen ausgewählte Ion. Damit ein Netto- Transport stattfindet, muß das unkomplexierte Ionophor wieder auf die andere Seite der Membran. Carrier Kanalbildner als Ionophore Ion Pore Modell eines Natrium-Kanals

5 Merkmale Prokaryonten Eukaryonten Dimension 0,3 2,5 m m Wuchsformen in der Regel einzellig geringere Differenzierung Kugeln oder Spirillen Volumen ca. 10 l l in der Regel vielzellig bilden Gewebe Organe Pilze bilden Hyphen Intracelluläre Membranen wenig, selten zahlreich Kompartimentierung Elektronentransportkette Membran Mitochondrien Generationszeit 0,3 Sten 2 30 Sten Überlebenssicherung kurze Generationszeit komplexe Strukturen Beispiele Bakterien Pflanzen, Pilze, Hefen, Tiere Eigenschaften von Prokaryonten Eukaryonten

6 Das 1. FICK'sche Diffusionsgesetz besagt, daß eine Substanz in der Richtung diffiert, die dem Abbau ihres Konzentrationsgradienten (ds/dx), entspricht, wobei die Geschwindigkeit dem Betrag dieses Gradienten proportional ist. ds = D A dt Permeabilitätskoeffizient: P = D K d ds i = P A c s dt c s i d a c s a s ( c ) 10 Membran relative Konzentration 5 außen o c a S innen w c a S o c K = 4 i S w c i S Einfache Diffusion - Nichtkatalysierter Transport

7 1,0 0,5 c(a) außen c(a) innen Einfacher katalysierter Transport an Membranen J max 1/2 J max K M c(glucose) in mmol. l -1 außen 5 Diffusionsfluß J A J in mmol. l. cm. s. 10 Glucose Steigung = P A Glucoseaufnahme von menschlichen Erythrocyten: K = 0,5 mmol. M l J = mmol. l. cm. max s

8 Element Anteil in % der TS Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Stickstoff Phosphor Schwefel Kalium Magnesium Calcium Natrium Silicium Eisen C H O N P S K Mg Ca Na Si Fe 46,9 6,4 32,9 8,4 1,2 0,6 2,2 0,3 0,1 0,05 0,05 0,005 Molformel von Saccharomyces cerevisiae: CH ON Elementaranalyse von Saccharomyces cerevisiae

9 µm Viren 0,1 µm Mycoplasmen 0,3 µm Streptococcus pneumoniae 0,8 µm 4 Escherichia coli 1 µm x3µm 2 0 Staphylococcus aureus 1µm Cyanobacterium gloeocapsa 5 µm x 12 µm Bacillus megaterium 2 µm x5µm Größenvergleich verschiedener Bakterien

10 Kokken (kugelförmig) Durchmesser: 0,5 1,0 µm 1 Mikrokokken 2 Diplokokken 3 Streptokokken 4 Tetrakokken 5 Staphylokokken 6 Sarcinen Grformen von einzelnen Bakterien Stäbchen (langgestreckt) Breite: 0,2 2,2 µm; Länge: 1,2 7 µm 7 Bakterien 8 Vibrionen 9 Spirillen

11 hypotonic solution hypertonic solution Herstellung von Protoplasten mit Lysozym Bakterielles Enzym (1922) A. FLEMING Lysozym-Modell Herstellung aus Escherichia Coli oder Streptomyces Vorkommen (Tränenflüssigkeit, Nasenschleimhaut)

12 Cytoplasma Kernäquivalent Cytoplasma Zellwand Zellwand Cytoplasmamembran Mitochondrium Cytoplasmamembran Kernmembran Ribosom Kernbereich Zellkern Zellkern Kernmembran Cytoplasma Mitochondrium Interne Struktur mikrobiologischer Zellen

13 Geißel oder Wimpern (Cilien) Endocytose von Partikeln glattes endoplasmatisches Reticulum Endocytose von gelöstem Material rauhes endoplasmatisches Reticulum GOLGI-Apparat mit Exocytose Zellkern (Chromosomen) Kernmembran mit Ribosomen Ribosomen Mitochondrien Chloroplasten Vakuole Ribosomen Kompartimente einer Eukaryotischen Zelle

14 Kompartimente Funktion Cytoplasma Plasmamembran endoplasmatisches Reticulum GOLGI-Apparat allgemeiner Stoffwechsel, Photosynthese, Cytoskelett, Bildung von Reststoffen, intracelluläre Bewegungen Barriere Transport von Stoffen zu ihrer Umwelt, Transport, Signalaufnahme Synthese von Membran- Transportproteinen (rauhes ER), Lipidsynthese (glattes ER) Oligo- Polysaccharidsynthese Mikrobodies Zellkern Mitochondrien Plastide extracelluläres Kompartiment Kompartiment für verschiedene Spezialaufgaben DNA-Replikation, RNA-Prozessierung, Transkription Atmung, eigenes Genom Photosynthese, Lipidsynthese, Speicherung von Stärke Zellwände der Pflanzenzellen haben vergleichbare Strukturen mit tierischen Zellen Kompartimente von Eukaryonten deren Funktion

15 CH 3 CH 3 N C C O C C N C C O C C H CH O H O H O CH O 3 H CH H CH H L-Valin CH CH CH D-Hydroxyisovaleriansäure CH D-Valin L-Milchsäure 3 Röntgenstrukturen des Valinomycins: (A) Der K Komplex A + (B) nicht komplexiert B Quelle: NEUPERT-LAVES, Helv. chim. Acta 58, 439 (1975) SMITH et al., J. Am. Chem. Soc. 97, 7242 (1975). Modell des Valinomycins

16 Phospholipide integrale Membranproteine Modell einer Cytoplasmamembran Phospholipid Molekül hydrophile Gruppe hydrophobe Gruppe

17 hydrophobe, unpolare Moleküle N, O, Benzen, CH, N O, H kleine, ungeladene polare Moleküle H O, CO, Harnstoff, Glycerin 2 2 große, ungeladene polare Moleküle Glucose, Saccharose Kationen Anionen Na, K, Mg, Ca, 2 Cl, HCO, HPO 3 4 große, geladene, polare Moleküle Glucose-6-phosphat, ATP, Aminosäuren Permeabilität einer künstlichen Lipiddoppelschicht

18 Permeabilität verschiedener Substanzen

19 Na + K + Cl Tryptophan Harnstoff Glucose Glycerin Indol H O Permeabilitätskoeffizient in cm/s Permeabilitätskoeffizient in cm/s H 2 N-C-NH 2 Harnstoff 0,0001 O = CH 2 -CH 2 OH OH Ethylglycol O = H-C-NH 2 Formamid O = CH 3 -C-NH 2 Acetamid = CH 3 -CH 2 -C-NH 2 Propionamid O = CH3-CH2-CH2-C-NH2 Butylamid 0,001 0,01 Öl/Wasser Verteilungskoeffizient O O = O = CH3-CH2-NH-C-NH-CH2-CH 3 N,N - Diethylharnstoff H 2 N-C-NH-CH 2 -CH 3 Ethylharnstoff Permeabilität versus Verteilungskoeffizient

20 unipolar bipolar peritrich monotrich polytrich Vibrio Thiospirillum Proteus Pseudomonas Spirillum Unterschiedliche Typen der Begeißelung

21 Zellstrukturen von Prokaryonten Eukaryonten

22 Bestandteile in % der TS Bakterien Hefen (a) (b) (c) Proteine Aminosäuren 52, ,0 RNA DNA 15,7 3,2 } 7 10,8 Polysaccharide 16, ,1 Phospholipide Neutralfette } 9,4 5 4,5 2,5 Asche 4,1 Berechnet nach Daten von: (a) STOUTHAMMER (1973) MOROWITZ (1986) (b) LAGUNAS GANCEDO (c) SUOMALAINEN OURA Zusammensetzung von Mikroorganismen