1. Zellaufbau und Zellteilung

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1 . Zellaufbau und Zellteilung Systematik Zellaufbau, Organellen Zellteilung Literatur M. Madigan et al. Brock - Mikrobiologie, Spektrum Akad. Verlag G.M. Cooper, R. E. Hausman, The Cell ASM Press / Sinauer Assoc. Sunderland MA Max-Planck-Gesellschaft

2 Die Zelle Kleinste Einheit alles Lebendigen, (Stoffwechsel, Wachstum, Fortpflanzung) Grundbaustein höherer Organismen (Eukaryoten) Eigener, einfacher Organismus (Prokaryoten) typ. Durchmesser 0 µm, Nervenzellen bis zu m lang Beim Wachstum Spezialisierung aus Stammzellen: Aufnahme von Nahrungsstoffen (Verdauung) Austausch von Wasser und Elektrolyten (Niere) Gasaustausch (Lunge) Bewegung (Muskel) Reizleitung (Nerven) Phylogenetischer Stammbaum Prokaryoten Eukaryoten Mensch und Viren, Prionen,... 2

3 Eigenschaften lebender Systeme. Stoffwechsel (offenes System, Austausch mit Umgebung) 2. Vermehrung und Wachstum 3. Differenzierung (Bildung neuer Strukturen, z.b. Sporen) 4. Kommunikation 5. Evolution (Anpassung an geänderte Umgebungsbedingungen Erforderliche Funktionen. Stoffwechsel Nahrungsaufnahme Verarbeitung Speicherung Abfallentsorgung 2. Vermehrung und Wachstum, 3. Differenzierung Informationsspeicher Herstellung von Zellbestandteilen Organisation der Teilung, Differenzierung Abwehr von Konkurrenz 4. Kommunikation, 5. Evolution Informationsverarbeitung Signalaufnahme und -erzeugung 3

4 Eukaryoten-Zelle: Aufbau Basis aller Vielzeller Hülle = Zellwand + Plasmamembran Membran = Doppelschicht aus Fettsäuren (Lipiden) hydrophile Enden zum beidseitigen Wasser Diffusionsbarriere = Stofftrennung -Schutz (Abschirmung) -Stofftransport -Reizleitung -Wachstum Quelle: Dr. Lodish,MIT -Zusammenhang zwischen Zellen Zellorganellen im Cytoplasma Membranumschlossene Organellen nur in Eukaryoten- Zellen Wieso so viele verschiedene Teilapparate? Alle Funktionen möglichst effektiv abdecken! Vergleich mit menschlichen Geräten macht extreme Effizienz offensichtlich: Energiebedarf Wie kamen die ganzen Teile in die Eukaryonten-Zelle? Evolution Bakterien! Umweltanpassung - 4

5 Zellwand von Bakterien Prokaryoten: Druck 2 bar innen, wie Autoreifen grampositiv Bakterien färben violett an, Zellwand einfach, glatt gramneg. Bakterien färben rot an, Zellwand komplex, rauh Cytoskelett mit Mikrotubuli Die ganze Zelle durchzieht das Cytoskelett zur mechanischen Stabilisierung Mikrotubuli: röhrenförmige, hohle Filamente, Durchmesser 24 nm, einige µm lang Verankert an Golgiapparaten oder Centriolen Spindelfasern in Mitose sind auch Mikrotubuli 5

6 Geisseln Nur in Prokaryoten Antriebsorgan Verankert in Zellwand Cilia Zellfortsätze um. die Zelle zu bewegen 2. Substanzen um die Zelle zu bewegen bestehen aus einzelnen Mikrotubuli Beispiele Lunge, Schleimhäute Nase 6

7 7.5 nm ε r =5 ρ=2 0 9 Ωcm Cytoplasma-Membran Membran = Doppelschicht aus Fettsäuren (Lipiden) hydrophile Enden zum beidseitigen Wasser Diffusionsbarriere Quelle: Dr. Tuma, Univ. Helsinki = Stofftrennung -Schutz -Stofftransport -Reizleitung -Wachstum -mechan. Zusammenhang von Zellen Mitochondrien (Energie) In Eukaryoten in Tierzelle bis 000 Stück in Hefepilz nur 2 Stück Versorgen die Zelle mit Energie (Citratzyklus), produzieren Adenosintriphosphat (ATP), Atmungssystem der Zelle (Glucose - CO 2 ) Haben eigene ringförmige DNA, Ribosomen Ehemalige Prokaryoten? Endosymbiose 7

8 Chloroplasten (Energie) Chloroplasten nur in Eukaryoten, die Photosynthese benötigen (Chlorophyll): Algen, Pflanzen rot angefärbte Organellen, ähnlich wie Mitochondrien, ebenso Endosymbiose (DNA, Ribosomen) viel größer als Bakterien Stoffwechsel Nahrung: Proteine, Polysaccaride, Fett Glycolyse Zitronensäurezyklus= Citrat-Zyklus Abfall 8

9 Ribosomen Größe etwa 0-25 nm In allen lebenden Zellen einige Millionen Herstellung von Proteinen nach den Anweisungen aus der Erbinformation (mrna) überall in der Zelle am rer verteilt dezentralisierte Fabrik von Zellbausteinen (Proteinen) Endoplasmatisches Retikulum Netzwerk aus Membranen, die mit Kernmembran verbunden sind raues ER: mechan. Halt für Ribosomen Membranproduktion glattes ER: Lipidsynthese, Stoffwechsel 9

10 Golgi-Apparat Proteinmodifikation: Empfang von Vesikeln aus dem rer, Umbau und Abgabe von Lysosomen Besonders wichtig und häufig in Drüsen Mehrere hintereinander gelagerte konvex-konkav gefaltete Doppelmembransäckchen Kondensation und Verpackung von Sekreten in Golgi-Vesikel Aufbau der Zellmembran aus Golgi-Vesikeln Lysosom Primäre Lysosomen: Kugelförmig, nm Vesikel aus Golgi-Apparat enthalten abbauende Enzyme (hergestellt in rer) intrazellulärer Abbau von zellfremdem und zelleigenem Material -> Müllabfuhr Sekundäre Lysosomen: Rund, 0,3 bis 2 µm, entstehen primären L. nach Aufnahme von Material, das verdaut wird Tertiäre Lysosomen Unverdauliche Reste von sek.l. 0

11 Peroxisom = Microbodies Durchmesser nm Kristalliner Inhalt: Katalase oder Uratoxidase Oxidative Enzyme für Bildung und Spaltung von H 2 O 2 -> Giftneutralisierung Vor allem in Leber und Niere entstehen im rer, reifen im Cytoplasma Gasvesikel Nur in prokaryotischen Zellen Längliche, spindelförmige Proteine, die mit Gas gefüllt sind 2 nm Proteinmembran, die nur für Gas durchlässig ist: Gas sammelt sich, bar wie Aussendruck Dichte nur 5-20 Prozent der Zelle Phototrophe Organismen sorgen so für Auftrieb im Wasser

12 Zellkern membranumschlossener Zellbestandteil der Kernkörperchen und Chromation/DNA enthält Zellen können mehrere Kerne enthalten, Volumen bis 0 % der Zelle Kernmembran trennt Innenraum vom Cytoplasma ab Kernkörperchen = Nucleoli Durchmesser - 2 µm, Organisation der Zellteilung Funktionen der Zelle. Stoffwechsel Nahrungsaufnahme Zellwand, -membran Verarbeitung Mitochondrien Speicherung Mitochondrien Abfallentsorgung Golgiapp.,Lysosomen Peroxisomen 2. Vermehrung und Wachstum, 3. Differenzierung Informationsspeicher Zellkern Bau der Zellbestandteile ER, Ribosomen Teilung, Differenzierung Zellkern, Mikrotubuli Abwehr von Konkurrenz Lysosomen 4. Kommunikation, 5. Evolution Informationsverarbeitung Zellkern Signalverarbeitung Zellkern, Membran 2

13 Antibiotika im Zellstoffwechsel Beispiel Bauchspeicheldrüse Kryoelektronentomografie Golgi-Apparat Vesikel W. Baumeister, O. Fritsche, Spektrum der Wissenschaft /2003 S.50 3

14 Zusammenfassung Systematik, Stammbaum Eukaryoten-Zelle, Zellmembran, Zellwand Stoffwechsel: Mitochondrien, Chloroplasten Proteinproduktion: Ribosomen, ER, Golgi-App. Transport: Lysosom, Peroxisom, Information: Zellkern Nächste Vorlesung: Zellteilung und Chromosomen 4