(6) Cytologie - member

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6.1. Die prokaryotische Zelle:
6. Cytologie
6.1.1. Der schematische Aufbau einer Bakterienzelle:
Die Prokaryonten, oder Bakterien gliedern sich in zwei Domänen: Bacteria und Archaea.
Der schematische Zellaufbau ist für beide Domänen gleich, es gibt meist eine Zellwand,
auf jeden Fall aber eine
Zellmembran, die das
Cytoplasma umschließt.
Bei manchen Bakterien kann
die Zellmembran eingestülpt
sein, wenn bestimmte
Stoffwechselvorgänge mit
hohen Umsatzraten nur an
dieser Membran stattfinden
können (z.B. Photosynthese).
Im Cytoplasma befindet sich lose das Genom und alle Komponenten, die für das zelluläre
Leben nötig sind: Proteine und alle Stoffwechselprodukte.
6.1.1.1. Die bakterielle Zellwand
Die Zellwand von Bakterien ist in der Regel aus Peptidoglykan aufgebaut, einem
quervernetzten Mischpolymer aus Glycan (ß1-4 N-Acetyl-Glucosamin / N-Acetyl
Muraminsäure) und Oligopeptiden. Sie wirkt für ein Bakterium wie ein fester Mantel, der
ihm Stabilität und Form verleiht.
Lysozym ist ein Enzym, das im Speichel und der Tränenflüssigkeit oder
auch im Hühnerei vorkommt und spaltet die ß1-4-glycosidische
Bindung zwischen den Zuckereinheiten und zerstört somit dieses
Zellwandmaterial. Bakterien benötigen zum Aufbau der Zellwand
spezielle Enzyme, gegen sie richtet sich unter anderen das
Antibiotikum Penicillin. Durch so ein Medikament wird die Vermehrung
von Bakterien gehemmt.
Spaltung durch Lysozym
HO
CH2 H
HO
C O
CH
H 2
HO
C H
C
O
HO H C
O
C H
C
C
H C
H
H O C
C
NH
H
H
NH
H
O
3C CH
O
HO
CH2 H
C
O
O
C H
HO H C
C
C
H
H
OH
OH
CH3 C NH
CH3 O
CH CH3 6.1.1.2. Die bakterielle Zellmembran
Wie jede Zellmembran besteht die Zellmembran von Bakterien aus Lipiden, die sich in
einer Fläche nebeneinander anordnen, so dass die hydrophilen Teile und die hydrophoben
jeweils nebeneinander liegen. Aus zwei solchen Lipidflächen wird eine Membran
aufgebaut, wobei die hydrophoben Seiten
zueinander gerichtet sind. Die Lipide sind nicht
alle von derselben Molekülstruktur sondern
können sich sowohl im hydrophilen als auch im
hydrophoben Teil unterscheiden. Dadurch
verleihen sie der Membran bestimmte chemische
Eigenschaften, die in dem Lebensraum des
Bakteriums notwendig sind. Bakterien kommen
an so unterschiedlichen Standorten wie dem
Boden, oder als Parasiten im inneren von
Blutzellen vor. Dementsprechend müssen ihre
Zellmembranen sehr unterschiedlichen
Anforderungen entsprechen.
HC
NH
HN
H2C CH
H 2C
NH
O H 2C CH2
H3C CH
COOH
O
COOH
H2C CH
NH 2
COOH
O

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Am Glyceringerüst sind 3 Bindungsstellen verfügbar, von denen zumeist 2 mit Fettsäuren
substituiert sind (in der Zeichnung rot markiert). An der dritten können verschiedene
hydrophile Strukturen gebunden sein, die an der Außenseite der Membran deren
Eigenschaften verändern (lila markiert).
In der Zellmembran befinden sich Transportproteine, die den Stoffaustausch ermöglichen.
Viele dieser Proteine müssen die Substrate für den Stoffwechsel aktiv in die Zelle
hineintransportieren, weil im Inneren der Zelle die Konzentration der diversen
Stoffwechselprodukte höher ist als außen. Einfache Diffusion würde daher für die Zelle
eher zu einem Verlust an Nährstoffen führen.
Viele Proteine/Enzyme der Zellmembran sind für den Zellwandaufbau nötig (und reagieren
empfindlich auf Antibiotika wie z.B. Penicillin).
In die bakterielle Zellmembran eingebettet sind neben den Transportproteinen auch
Proteine des Energiestoffwechsels (ATP-Synthese), z.B. der Geißel.
6.1.1.3. Das bakterielle Cytoplasma
Im Cytoplasma der Bakterienzelle liegt das Genom lose als ringförmige DNA und ist von
keiner besonderen Hülle umgeben.
Die genetische Information liegt als Basenabfolge
in einem DNA-Molekül vor. Jeweils zwei der in
der DNA vorkommenden Basen können
miteinander wechselwirken: Adenin mit Thymidin
und Cytosin mit Guanin (siehe 3.2.2.1.). Diese
von Watson und Crick entdeckte Basenpaarung entlang zweier zueinander
komplementärer DNA Stränge ermöglicht das fehlerlose Kopieren der DNA. Man nennt
das die semikonservative Replikation.
Zwei zueinander komplementäre DNA-Stränge bilden eine Doppelhelix, die mehrere
Millionen Basenpaare lang sein kann und einem Chromosom entspricht.
Jede Art besitzt eine charakteristische Anzahl von Chromosomen, alle gemeinsam sind
das Genom.
Die einzelnen Molekül-Komponenten der DNA werden wie folgt benannt.
# Nucleotide (Nucleotidbase, Zucker, Phosphat) = Nucleosidphosphate
# Nucleoside (Nucleotidbase, Zucker)
Die Basensequenz eines DNA-Moleküls kann man in
verschiedene Abschnitte unterteilen, Gene, die jedes
für sich eine Bauanleitung für ein bestimmtes Protein
enthalten:
Eine solche Bauanleitung ist verschlüsselt. In dieser
Nukleotidabfolge liegt die Information welche der 20
möglichen Aminosäuren hintereinander zu einem
bestimmten Protein verknüpft werden müssen. Es
gibt einen genetischen code der mit Hilfe von 4
verschiedenen Nucleotiden 20 verschiedene
Aminosäuren darstellen kann. Dies ist eine einfache
Problemstellung für die Mathematik (Kombinatorik)!?
Dieser genetische code gilt in allen bisher bekannten
Lebensformen (3 Nukleotide entsprechen einer
Aminosäure).

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Im Cytoplasma der Bakterien laufen etwa 90% des Stoffwechsels ab. Die dazu
notwendigen Enzyme befinden sich zumeist gelöst im Cytoplasma und wirken als
Biokatalysatoren für die einzelnen Stoffwechselreaktionen.
Expressionskontrolle: Da es für die Zelle einen hohen Energieaufwand bedeuten würde,
alle möglicherweise notwendigen Enzyme gleichzeitig im Cytoplasma zu haben, gibt es
bei Bakterien sehr wirkungsvolle Schaltmechanismen, welche die Genexpression für
bestimmte Stoffwechselwege abschalten, solange ein anderer Stoffwechselweg noch
ablaufen kann. Wenn zum Beispiel zwei verschiedene Zuckerarten angeboten sind, so
verwertet das Bakterium zunächst jenen Zucker, auf dessen Verwertung sein Stoffwechsel
gerade eingestellt ist, und stellt seine Genexpression auf die Herstellung der Enzyme für
die Verwertung des anderen Zucker erst um, sobald der erste Zucker verbraucht ist
(Operonsystem).
Die Herstellung von Proteinen erfolgt im Cytoplasma mit Hilfe von Ribosomen, die eine
Gensequenz in eine Aminosäuresequenz übersetzen. Dieser Vorgang wird daher auch
Translation genannt.
Die Reaktionen im Cytoplasma laufen sehr rasch ab (einige Millisekunden), die einzelnen
Reaktionspartner gelangen durch Diffusion zueinander. Es ist nur möglich, dass diese
Vielzahl an Reaktionen gleichzeitig im Cytoplasma ablauft weil sie relativ hohe
Aktivierungsenergien haben, also nur unter enzymatischer Katalyse ablaufen können.
Ausserdem sind die Enzyme hoch spezifisch und es kommen Nebenreaktionen praktisch
nicht vor.
6.1.1.4. Bakterielle Physiologie
Das biologische Verhalten von Bakterien ist von den genetischen Vorgaben abhängig und
bedingt die Standortwahl und die Stoffwechselleistungen. Ein kleiner Überblick ist unter
6.1.2. gegeben.
Um sich rasch anpassen zu können besitzen die meisten Bakterienarten mehrere
Möglichkeiten auf Umgebungsbedingungen zu reagieren. So können chemische
Signalstoffe, Licht, Änderungen im pH-Wert oder der Salzkonzentration die
Geißelbewegung oder den Stoffwechsel beeinflussen. Wird die Geißelbewegung gesteuert
nennt man das abhängig von der Signalart, Photo- oder Chemotaxis. Phototaktische
Bakterien können sich also aktiv zum, oder vom Licht weg bewegen.
Weitere wichtige physiologische Prozesse betreffen die Zellteilung und die Sporenbildung,
die von genetischen Programm genau gesteuert sind.
6.1.2. Beispiele für Prokaryonten:
Im folgenden ist ein kleiner Überblick zur Domäne der Bakterien gegeben, in dem nur
auszugsweise einige Spezialisten erwähnt sein sollen, um die Stoffwechselvielfalt zu
zeigen und einige typische Vertreter kennen zu lernen. Als Orientierungshilfe kann ein
phylogenetischer Stammbaum hilfreich sein.
Für die praktische Bestimmung von Bakterien wird
heute meist eine Kombination aus genetischen und
biochemischen Tests verwendet. Vor allem bei der
Identifizierung von bakteriellen Krankheitserregern gibt
es in der Laborroutine einfache Testreihen, die rasch zu
einem sicheren Ergebnis führen und daher eine
schnelle Therapie ermöglichen. Das Hauptproblem bei
der Behandlung bakterieller Infektionen ist das
zunehmende Auftreten von Antibiotikaresistenzen.

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Grüne nicht-Schwefel Bakterien scheinen von einer Gruppe von Bakterien abzustammen
die als erste Photosynthese betrieben. Chloroflexus ist nicht verwandt mit anderen
phototrophen Bakterien und gilt als eine der ältesten phototrophen Arten.
Chloroflexus fixiert CO2 zur Bereitstellung von Pyruvat (CH2OH-CO-COOH) über den
Hydroxypropionat-Weg.
Bei Deinokokken findet man eine bemerkenstwerte Resistenz gegenüber
radioaktiver Strahlung. Deinococcus und Deinobacter besitzen ein
effektives Reparatur-System für geschädigte DNA. Sie enthalten
Carotinoide in hoher Konzentration und synthetisieren seltene polare
Lipide, die als Ionenfänger oder Antioxidantien wirken.
Die Cyanobakterien bilden eine Abteilung von morphologisch sehr unterschiedlichen
Arten, denen jedoch die Fähigkeit gemeinsam ist, H2O als Elektronendonor ihres Photo-
Elektronentransports zu verwenden. Der Name „Cyano-“ leitet sich von der blaugrünen
Farbe ihrer Photosynthesepigmente ab. Sie spalten Wasser und setzen Sauerstoff frei,
wie die höheren Pflanzen (oxygene Photosynthese).
Sie kommen als einzellige, vielzellige, und filamentös (in vielzelligen Fäden) wachsende
Arten vor. Die vielzellig lebenden sind meist durch einen "Kit" aus Polysacchariden
zusammengehalten, der sie im Mikroskop gut erkennbar macht. Manchmal bilden diese
Arten an der Oberfläche von Sedimenten große zusammenhängende Matten. Fossile
Überreste solcher Matten findet man in den Stromatolithen, die bis zu 3,5 Mrd. Jahre alt
sind (Film "Ozean des Lebens, siehe auch Kapitel 5.2.1.). Solche „gewachsenen Steine“
bilden sich auch heute noch an einem Küstenabschnitt Australiens.
Unter den Cyanobakterien gibt es thermophile Arten, die man als erste Besiedler in
Gebieten mit vulkanischer Tätigkeit findet. Cyanobakterien gehören also zu den ältesten
Lebewesen auf der Erde.
Manche der filamentös wachsenden Arten haben die Fähigkeit
zur Zelldifferenzierung für eine bestimmte Stoffwechselfunktion.
→ Die Heterocysten dienen der Fixierung von Luftstickstoff als
Ammoniumquelle (Anabena cylindrica).
N2 + 8e - + 8H + → 2NH3 + H2 (Verbrauch von 18-24 ATP)
Viele phototaktische Bakterien, die in aquatischen Umgebungen leben, können ihre
Schwebhöhe im Wasser nach der Lichtintensität regulieren. Bewerkstelligt wird das durch
Gasvakuolen die mehr oder weniger gefüllt werden können. Wie ein U-Boot kann somit ein
Nostoc Bakterium genau zu jener Lichtstärke schwimmen, die optimale Photosynthese
garantiert, ohne Photooxidation zu verursachen.
Was Cyanobakterien leisten, nämlich N2 in eine verwertbare Form zu überführen, leisten
auch andere Stickstofffixierer wie z.B die Rhizobium-Arten, die in Symbiose mit
Leguminosen (Hülsenfrüchte) leben und Ihnen den nötigen Dünger liefern. Sie selbst
profitieren von den Pflanzen indem sie von ihnen mit Kohlehydraten versorgt werden.
Zu den Proteobakterien (Purpurbakterien) gehört eine Vielzahl sehr unterschiedlicher
Arten. Ihre Verwandtschaft ließ sich nur durch intensive Untersuchungen an rRNA
feststellen.
chemolithotrophe Ammoniak oxidierende Bakterien (Nitroso-):
Die Ammoniak oxidierenden (Atmung) spielen zusammen mit den Nitrit oxidierenden eine
wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf des Bodens. Nitrosomonas ( NH4 + →NO2 - , ∆G 0 beträgt

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-65kcal/mol ) als Partner von Nitrobacter (NO2 - →NO3 - , ∆G 0 beträgt -17,4kcal/mol). Beide
Oxidationsschritte laufen an speziellen Membransystemen ab und dienen in der Folge
dem Aufbau eines pH-Gradienten. (Dieser pH-Gradient stellt an der Zellmembran ein
Potential dar, das schließlich zur ATP-Synthese genutzt wird).
Die Nitrifizierung des Ammoniaks (z.B. vom Harnstoff) ist obendrein wichtig, um durch die
Ladungsänderung von + (Ammoniak bleibt im Lehm hängen) auf - die Mobilität der
Stickstoffquelle zu ändern.
Nitrit-oxidierende Bakterien (Nitro-):
Beim Abbau organischen Materials, egal ob pflanzlichen oder tierischen Ursprungs
entstehen Ammoniak oder Derivate des Ammoniaks (z.B. Harnstoff, Geruch im Kuhstall
nach Ammoniak). Ammoniak wird wieder zu Nitrat oxidiert und im Stickstoffkreislauf
weiterverwertet Wurden früher gemeinsam mit den Nitroso-Arten (siehe unten) als
"Nitrifizierende" gruppiert. Nitrobacter ist extrem wichtig im Boden als Partner von
Nitrosomonas (Nitrat ist für Pflanzen verfügbar, Ammoniak nicht, siehe folgender
Abschnitt).
→ Der Stickstoffkreislauf wird unter anderm
durch denitrifizierende Bakterien geschlossen,
die den Sauerstoff aus dem NO3 - als
Elektronenakzeptor verwenden, falls
genügend organisches Material zur Verfügung
steht.
(z.B. bei E.coli NO3 - → NO2 - ; dessen
Denitrogenase durch O2 gehemmt wird)
Die Denitrifikation ist in der Landwirtschaft
eher unerwünscht, weil sie Nitrate in N2
überführt, in der Abwasseraufbereitung kann
jedoch durch Denitrificanten wie Bacillus,
Paracoccus oder Pseudomonas-Arten die
Nitratbelastung reduziert werden (Nitratatmung).
Familie der Enterobacteriaceae:
Diese Familie enthält über 25 Gattungen, sie sind fast ausschließlich in der ein oder
anderen Form mit dem menschlichen Körper assoziiert. Sie leben fakultativ anaerob.
Escherichia coli ist zum "Haustier" der Molekularbiologen
geworden. Es wird als Darmbakterium in Boden- oder
Gewässerproben wegen seiner guten Nachweisbarkeit auch als
Anzeiger für fäkale Verunreinigungen gewertet
Trinkwasserkontrolle). Es gibt manche pathogenen Stämme
(z.B.: E.coli O157:H7, der Darmblutungen auslöste und über
schlecht gebratene Hamburger verbreitet wurde), anfällig sind
typischerweise Menschen, die mit diesen Stämmen nicht täglich
in Kontakt kommen (z.B. Touristen), aber auch Kinder und ältere
E.coli (aufgeplatzt, DNA)
Menschen. Auch Lungen- Blasen- oder Gehirnhautentzündungen können von manchen
E.coli Stämmen verursacht werden
Wie viele anderen Proteobakterien auch besitzt Escherichia coli die Fähigkeit, genetisches
Material (auf Plasmiden) über die Artgrenzen hinweg auszutauschen (z.B.
Antibiotikaresistenz). Eines der ersten Enzyme mit dem es gelang, DNA im Reagenzglas
nach zu bilden ist die DNA-Polymerase I aus E.coli. Die Nutzung dieser Enzyme war
Grundvoraussetzung für die Entwicklungen in der Gentechnik. Heute dienen spezielle

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Laborstämme als gentechnische „Werkbank“, weil es über die Plasmide sehr einfach ist,
DNA zu vermehren, und die molekularbiologischen Effekte veränderter DNA am
biologischen Modell zu untersuchen.
Salmonella typhimurum:
Typhuserreger. Salmonella Arten kommen besonders häufig in Geflügel vor (Geruch von
faulenden Eiern !)
Yersinia pestis:
Erreger der Beulenpest, der "schwarze Tod" über Nagetiere und Fliegen übertragen wird.
Im Mittelalter starben geschätzte 25 Millionen Menschen in Europa, dem mittleren Osten,
Indien, China, und Zentralasien. Es gilt als eine besonders tückische biologische Waffe.
Helicobacter pylori :
Ein Parasit in der Magenschleimhaut, Verursacher von Magengeschwüren ! (Entdeckung
führte zu einer Änderung der Therapie)

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6.2. die eukaryotische Zelle
Unterschiede zu den Bakterien:
# üblicherweise 10 bis 100mal größer, (Hefe~10µm, Muskelzelle bis zu 15cm, wenn sie
mehrere Zellkerne besitzt )
# Die genetische Information ist in einem Zellkern untergebracht, der von einem
Membransystem eingeschlossen ist. Das Genom (Summe der auf den Chromosomen
enthaltenen Information) ist wesentlich komplexer organisiert. Bei Bakterien beschränkt
sich die Möglichkeit der genetischen Entwicklung in erster Linie auf
Stoffwechselvorgänge, indem einzelne Gene ausgetauscht, ergänzt oder verändert
werden.
Eukaryonten haben in viel größerem Ausmaß die Chance, genetische Information neu
zu kombinieren und auszutauschen:
# es gibt in der Regel mehrere Chromosomen
# es gibt das Prinzip der geschlechtliche Vermehrung
# Eukaryonten besitzen Organellen mit speziellen Stoffwechselaufgaben, der Zellkern ist
nur mehr für die „Verwaltung“ der genetischen Information verantwortlich
6.2.1. Die Zellwand
Ebenso wie bei Bakterien ist auch für eukaryotische Zellen eine Abgrenzung nach außen
lebensnotwendig. Zellmembranen besitzen daher alle Eukaryonten. Zellwände findet man
nur in den Reichen Protozoa, Pilze und Pflanzen.
Als Zellwandmaterial gibt es bei Pflanzen Cellulose und bei Pilzen zusätzlich Chitin.
Ebenso wie bei Bakterien verleiht eine Zellwand Form und Stabilität gegen osmotischen
Stress. Bei Pflanzen kann das Zellwandmaterial bis zum Aufbau riesiger Strukturen
genutzt werden (Bäume).
Bei tierischen Eukaryonten übernimmt das Cytoskelett eine wichtige Funktion bei der
Formgebung, vor osmotischem Stress sind tierische Zellen im Gewebeverband gut
geschützt. Vielzeller bilden meist eine eigene Gewebeform um vor direkten
Umwelteinflüssen abzuschirmen (z.B. Haut).

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6.2.2. Die Zellmembranen:
Die Zellmembranen sind bei den Eukaryonten im Aufbau prinzipiell ähnlich wie bei den
Bakterien, die Lipidzusammensetzung ist jedoch anders. Es gibt bei den Eukaryonten
vielfältige Möglichkeiten die Membranen durch Zuckerreste oder Proteinkomponenten zu
verändern. Das gewinnt vor allem bei der Gewebebildung große Bedeutung und dient
auch der Zellerkennung (die Zellen unseres Immunsystems könnten keine bakteriellen
Eindringlinge angreifen, wenn sie nicht die eigenen Zellen als „selbst“ erkennen würden).
Auch eukaryontische Zellmembranen verfügen über eine Vielzahl von Transportsystemen,
die einen kontrollierten Stoffaustausch ermöglichen. Bei höheren Eukaryonten mit vielen
verschiedenen Geweben und Organen verläuft über solche Transportsysteme auch die
Kommunikation der Einzelzelle mit dem Gesamtorganismus (Muskelaktion,
Nervenreizleitung). Die Lipidzusammensetzung der Zellmembranen unterscheidet sich je
nach Zellart und ist vom Fettstoffwechsel des Gesamtorganismus abhängig.
Nahrungsfette beeinflussen daher indirekt die Funktionalität von Zellen und Geweben.
6.2.3. Der Zellkern
Der Zellkern, das auffallendste Merkmal einer
eukaryotischen Zelle, enthält das Genom aufgeteilt auf
Chromosomen. Diese Chromosomen enthalten jeweils
einen langen Faden aus Desoxyribonucleinsäure (DNA).
Histonproteine helfen die DNA zu „verpacken“, vor allem
in jenen Bereichen, die gerade nicht benötigt werden. Vor
einer Zellteilung wird jedes Chromosom dicht aufgewickelt
um eine gleichmäßige Verteilung zu garantieren.
Proteinkinase Dlk, Zellkerne blau
Die „Erfindung“ des Zellkerns ermöglichte in der Evolution
© Scheidtmann
eine viel raschere Weiterentwicklung weil im zellulären Stoffwechsel die Arbeitsteilung
besser organisiert werden konnte. Das Genom ist das Depot an genetischer Information.
Die Verwaltung (Kontrolle der Genexpression) obliegt dem Zellkern.
Die Chromosomenfäden (DNA-Moleküle) sind im Zellkern nicht einfach gelöst, sondern
werden mit Hilfe bestimmter Proteine (z.B. Histone) stabilisiert, verpackt, oder bearbeitet.
Die DNA mit diesen Proteinen gemeinsam bildet das Chromatin. Es gibt darin
aufgelockerte Bereiche, das Euchromatin, in dem die DNA gut zugänglich ist und daher
leicht abgelesen werden kann. Stillgelegte Bereiche nennt man Heterochromatin.
Im Kern befinden sich außerdem DNA-Polymerasen zur Verdoppelung der DNA und
Proteine, die regeln, welche Teile des Genoms gerade abgelesen werden müssen.
Wenn ein bestimmtes Protein von der Zelle benötigt wird muss zunächst eine Anweisung
an den Zellkern erfolgen, das entsprechende Gen abzulesen. Dies geschieht über
Transkriptionsproteine, die von der DNA den benötigten Abschnitt kopieren (=
transkribieren). Diese Gen-Kopien bestehen aus RNA, die sich von DNA minimal
unterscheidet, aber in der Zelle sehr rasch wieder abgebaut wird.
Sobald die Gen-Kopie des benötigten Proteins im Zellkern erstellt wurde wird sie als
mRNA (messenger, oder Boten-RNA) ins Cytoplasma geschleust, wo die Synthese des
Proteins mit Hilfe von Ribosomen durchgeführt wird.
Im Zellkern befindet sich auch der Nucleolus, das Kernkörperchen. In ihm wird der
Zusammenbau der Ribosomen mit den rRNA-Anteilen begonnen (fertige Ribosomen
können die Kernmembran nicht passieren).
Der Kern ist von der Kernmembran umgeben, die 9nm große Poren enthält, die den
Stofftransport zwischen Kern und Cytoplasma ermöglichen, aber große Partikel wie
Chromosomen oder fertige Ribosomen nicht passieren lässt (großporiges Molekularsieb).

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6.2.3.Das Cytoplasma:
Das Cytoplasma ist nach außen durch die Plasmamembran und zum Kern durch die
Kernmembran abgegrenzt. Die wässrigen, gelösten Anteile des Cytoplasmas sind das
Cytosol. Es handelt sich dabei um ein hoch organisiertes Gel, das sich in seiner
Zusammensetzung sehr stark verändern kann, je nachdem, welche Phase des Zellzyklus
oder der Teilung gerade durchlaufen wird. Es enthält viele tausend verschiedene Proteine,
die die verschiedensten Stoffwechselfunktionen katalysieren. Im Cytosol eingebettet liegen
viele weitere Zellkomponenten, z.B. die Ribosomen:
Ribosomen können anhand einer genetischen Vorlage (mRNA) das entsprechende
Protein herstellen. Die Ribosomen vollziehen also erst die Übersetzung des genetischen
codes, daher wird die Proteinsynthese auch Translation genannt.
Sobald das Protein fertig gestellt wurde und seine richtige räumliche Anordnung
bekommen hat, katalysiert dieses Protein eine klar definierte biochemische Reaktion (als
Enzym), oder es ist ein regulatorisches Protein das festlegen kann, unter welchen
Bedingungen ein bestimmter Stoffwechselweg beschritten wird, indem es auf dem Genom
das Ablesen der entsprechenden Gene steuert.
6.2.4. Endoplasmatisches Retikulum, ER
Das endoplasmatische Retikulum ist für die Synthese von Lipiden
und Proteinen notwendig, man unterscheidet glattes und raues ER.
Es ist ein aus Membranen gefaltetes Kammernsystem, das im
Cytoplasma liegt, und sich ständig wandeln kann. Man
unterscheidet glattes und raues ER, die Funktionen sind
entsprechend der Enzymausstattung in ihrem inneren, dem ER-
Lumen unterschiedlich:
Plasmazelle, Mensch
Das glatte ER ist beteiligt bei der Lipidsynthese, bei der Hormonsynthese, im
Kohlenhydratstoffwechsel und bei der Entgiftung in Leberzellen. Die Funktion bei der
Entgiftung von Medikamenten führt bei langfristiger Einnahme manchmal dazu, dass das
glatte ER anteilsmäßig in den beanspruchten Zellen vermehrt wird, weshalb die
Medikamentenwirkung erst bei höherer Dosis einsetzt (Gewöhnungseffekte). Dieses
Nachlassen der Wirkung kann sich dann auch auf andere Medikamente auswirken.
Das rauhe ER ist an der Cytoplasmaseite mit Ribosomen besetzt, die neu hergestellte
Proteine gleich durch die Membran in den Innenraum des ER transportieren. Proteine die
ins ER geschleust werden können über Membranbläschen nach außen geschleust
werden, oder bleiben in ein Vesikel verpackt im Cytoplasma (z.B. Lysosomen die
Verdauungsenzyme enthalten).
Weiße Blutzellen können z.B. auf das Phagozytieren (mit der Zellmembran einschließen)
von Fremdkörpern spezialisiert sein und produzieren daher viele Lysosomen um diese
Einschlüsse auch verdauen zu können. Ein anderer weißer Blutzelltyp ist auf das
Absondern (Sekretieren) von Immunglobulinen spezialisiert, die außerhalb der Zelle an
Krankheitserregern binden und sie dadurch für die Fresszellen des Körpers markieren
können (Plasmazellen).
6.2.5. Golgi Apparat, Diktyosomen
Ein weiteres Membransystem, das im inneren der Zelle liegt und aus
gestapelten Kavernen besteht sind die Dictyosomen. Die Dictyosomen
arbeiten eng mit dem ER zusammen. Proteine die auf ganz bestimmte
Art verändert werden müssen, bevor sie von der Zelle nach außen
abgegeben werden können, durchlaufen ein Dictyosom.
An fertig synthetisierte Proteine werden Zuckerreste bzw.
Lipidkomponenten angehängt, die für die Funktion des Proteins wichtig
Dictyosom
© IWF-Göttingen

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sind. Die einzelnen Kammern eines Dictyosoms werden der Reihe nach erreicht indem
sich Lipidvesikel mit ihrem Proteininhalt zunächst vom ER abschnüren und dann mit der
ersten Kammer im Dictysom verschmelzen. Von dieser schnüren sich wieder Lipidvesikel
(mit bereits modifinziertem Inhalt) ab und wandern zur nächsten.
Die Gesamtheit an Dictyosomen einer Zelle nennt man Golgi-Apparat. Er ist besonders
wichtig für Proteine, die von Drüsen abgesondert werden (z.B. bei der Bildung von
diversen Speichel- und Sekretformen).
6.2.6. Die Peroxisomen:
6.2.7. Das Cytoskelett:
Im Cytosol kann aus Proteinfasern ein Gerüst aufgebaut
werden das der Zelle ihre Form gibt, für Stabilität sorgt und
Bewegungsvorgänge ermöglicht. Strukturproteine, die aus
regelmäßig sich wiederholenden Aminosäureabfolgen
aufgebaut sind, bilden die Grundkomponenten des
Cytoskeletts (z.B. das Protein Tubulin).
Je nach Anforderung kann aus diesen Grundbausteinen eine
Struktur aus ganz feinen Röhrchen gebaut werden
(Mikrotubuli), die wie bei einem Stadiondach der Zelle eine
typische Form verleihen. Entlang solcher Mikrotubuli können
auch größere Zellkomponenten transportiert werden. So wird
© invitrogen / Bioprobes
z.B. vor einer Zellteilung das Cytoskelett zu einem Transportsystem für die Chromosomen
umgebaut (Spindelapparat, siehe Abbildung rechts).
Es gibt unterschiedliche Typen, für unterschiedliche Funktionen (Organellentransport,
Stützfunktion, Zellteilung oder auch Zellgeißel).
6.3. Membran-umhüllte Zellorganellen
neben den verschiedenen Membransystemen um den Zellkern, dem endoplasmatischen
Retikulum und dem Golgi-Apparat gibt es Zellorganellen, die von einem zweiten
Membransystem vom Cytosol abgetrennt sind. Mitochondrien und Chrloroplasten. Diese
beiden Organellentypen sind für den Energiestoffwechsel der Eukaryonten unbedingt
notwendig.
6.3.1. Mitochondrien:
In den Mitochondrien erfolgt Atmungsstoffwechsel mit Sauerstoff
als Oxidationsmittel. Beginnend bei einem Abbauprodukt der
Glucose, dem Pyruvat vollziehen sie den Kohlehydratabbau bis
zu CO2 und H2O. In einem mehrstufigen Prozess wird dabei
Adenosintriphosphat (ATP) hergestellt, das für die Zelle schnell
verfügbare, chemisch gebundene Energie bedeutet. Die meisten
Stoffwechselreaktionen die Energiezufuhr benötigen sind auf die
Beteiligung von ATP zurecht getrimmt. Das ATP führt dabei dem
© Dennis Kunkel
beteiligten Enzym die Energie zu, welches dann die
Aktivierungsenergie der Reaktion überwindet. ATP ist daher für alle Lebensprozesse in
der Zelle notwendig (Neusynthese von Zuckern oder anderen Speicherstoffen).
Die Mitochondrien betreiben katabolen Stoffwechsel (abbauender):
a) den Citratcyklus im inneren (Matrix) der Mitochondrien, bei dem CO2 und H2O
freigesetzt wird und chemisch gebundener Wasserstoff (NADH/H + )entsteht.
b) die Atmungskette, die oxidative Phosphorylierung an der inneren Membran, bei der
chemisch gebundener Wasserstoff mit dem Luftsauerstoff zur Reaktion gebracht wird.

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Durch die starke Faltung der inneren Membran (Cristae) wird eine große Oberfläche
geschaffen, an der ein langsamer Elektronentransfer vom NADH/H + auf das O 2 geschieht,
was wiederum die Herstellung von ATP antreibt.
Mitochondrien arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip wie Brennstoffzellen ("kalte
Verbrennung" des Knallgases).
6.3.2. Chloroplasten:
Chloroplasten arbeiten nach einem ähnlichen Prinzip wie
Mitochondrien, jedoch ist die Photosynthese dem Prinzip
nach eine Umkehrung der Atmung. Was bei den
Mitochondrien an Energie bei der Reaktion von NADH/H +
und O2 frei wird muss beim Chloroplasten eingesetzt
werden.
Lichtenergie wird zur Spaltung von H2O an den inneren
Membranen, den Thylakoidmembranen genutzt. Dabei
entsteht einerseits Sauerstoff, der an die Umwelt abgegeben wird und andererseits
chemisch gebundener Wasserstoff (NADPH/H + ), der von den Pflanzen zur Reduktion von
CO2 verwendet wird. Die Herstellung von Kohlenhydraten aus CO2 findet im Stroma der
Chloroplasten im Rahmen des Calvinzyklus statt. Neben der Herstellung von NADPH/H +
wird die Lichtenergie auch noch zur ATP-Herstellung verwendet. Man nennt das auch die
Photophosphorylierung.
6.3.3. Die Endosymbiontentheorie:
Unter Symbiose versteht man das Zusammenleben von zwei oder mehreren nicht
miteinander verwandten Arten zum gegenseitigen Vorteil (z.B. Hülsenfrüchte mit
Knöllchenbakterien).
Als Endosymbiose bezeichnet man das Zusammenleben von einer Lebensform in einer
andern. Solch eine Endosymbiose hat sich vermutlich vor etwa 2-3 Milliarden Jahren
zwischen den Vorläufern heutiger Eukaryoten und manchen Bakterienarten ergeben. Im
Lauf der Evolution hat sich diese Endosymbiose zu einer sehr weitgehenden Abhängigkeit
entwickelt, die heute als vollständige Integration des Symbionten in das Cytoplasma des
Eukaryoten zu beobachten ist.
Mitochondrien und Chloroplasten sind solche Endosymbionten, stammen also von
Bakterien ab. Aus ihren Zeiten der Selbstständigkeit besitzen sie noch immer ein eigenes,
wenn auch verkümmertes Genom, das jenem von Bakterien in vieler Hinsicht ähnelt. Der
Vorteil für die Endosymbionten lag wahrscheinlich in den günstigen Lebens- und
Verbreitungsbedingungen im Eukaryonten, der Vorteil für den Eukaryonten war die sehr
effiziente Energiebereitstellung durch das endosymbiotische Bakterium. Urformen dieser
Entwicklung findet, man heute bei endosymbiontisch lebenden Methanogenen Bakterien in
manchen Protozoenarten.
Als Belege für die Endosymbiose gelten:
# eine selbstständige Vermehrung durch Teilung
# das eigene Genom (prok. organisiert)
# manche Proteine die für Prokaryonten typisch sind
# die Lipidzusammensetzung ist ähnlich den Prokaryonten

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6.4. Der Zellzyklus:
Als Zellzyklus bezeichnet man die Abfolge von
bestimmten Entwicklungsschritten im Leben
einer Zelle. Als deutliche Abschnittsgrenzen
dienen dabei zwei aufeinander folgende
Teilungen. Zwischen zwei Zellteilungen
durchläuft die Zelle eines Einzellers, oder in
einem sich wiederholt teilenden Gewebe eine
nicht umkehrbare Aufeinanderfolge von
charakteristischen physiologischen Zuständen.
Die zeitliche Abfolge hängt zum Teil von den
Umweltbedingungen ab, ist vor allem aber
genetisch gesteuert, weil zu bestimmten
Zellzyklusabschnitten bestimmte Gene aktiviert und andere stillgelegt werden müssen. Im
Verlauf des Zellzyklus erfolgt also mehrfach eine Umstellung der Genexpression, weil
unterschiedliche Stoffwechselaktivitäten gebraucht werden.
Die auf die Mitose (Chromosomenteilung) und Cytokinese(Zellmembranbildung) folgende
Interphase wird wie folgt unterteilt:
1. G1-Phase: Wachstum, daher Synthese der durch die Cytokinese aufgeteilten
Plasmabestandteile, RNA- und Proteinsynthese.
2. S-Phase: Reduplikation der DNA und ihrer Begleitproteine, incl. Centriolen
3. G2-Phase: weiteres Zellwachstum und anschließend
4. Mitose (M) und Cytokinese (Z).
Verliert eine Zelle ihre Teilungsaktivität indem sie differenziert oder in einen Ruhezustand
übergeht, so wird der Zellzyklus vor der S-Phase gestoppt, die Zelle tritt in die G0-Phase
ein. In der G0-Phase kommt die Zellentwicklung aber nicht zum Stillstand, sondern führt
nur zu einer immer weitergehenden Spezialisierung (Zelldifferenzierung). Bei manchen
Geweben geht das soweit, dass keine Rückkehr zu einer Teilungsphase mehr möglich ist.
Solches Gewebe kann sich nicht regenerieren, sondern kann nur aus primitiveren
Stammzellen erneuert werden (z.B. Nervengewebe).
Es sind chemische Signale, die am Genom einer ausdifferenzierten Zelle deutliche
Markierungen auslösen, damit keine Regeneration mehr möglich ist. Durch Mutationen
kann diese Blockierung aufgehoben werden und derart veränderte Zellen entziehen sich
dann der Kontrolle und können bösartig werden (Tumorzellen).
Stammzellen sind wegen ihrer vielfältigen Möglichkeiten sich in unterschiedliche Zelltypen
weiter zu entwickeln besonders für die Medizin interessant.
6.4.1. Die Zellteilungen (Mitose und Meiose):
d Lebensmerkmale !
Eine Zellteilung ist ein ganz eindeutiges Lebenszeichen, da es viele Phänomene, die das
Leben zeigen kann gleichzeitig vorführt:
Stoffwechsel, Bewegung, Wachstum und Vermehrung
Während der Zellteilung ist von diesen Vorgängen der Stoffwechsel nur indirekt
beobachtbar, während das Cytoskelett zum Spindelapparat umgebaut wird. Eine
Zellteilung sonst ist ein wunderbares biologisches Schauspiel, das jedoch nur recht kurz
dauert und „live“ im Mikroskop schwer zu finden ist.
Eine Zellteilung erfolgt meist in zwei gleich große Tochterzellen (außer bei Hefe) und
geschieht beim Vielzeller in bestimmten Geweben. Wenn bei höheren Organismen
unterschiedlich große Tochterzellen entstehen, (inäquale Teilung) wird vor allem bei

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Pflanzen eine bestimmte Entwicklung eingeleitet (Zelldifferenzierung). Zellteilungen sind
also nicht nur zur Vermehrung des Zellmaterials notwendig sondern ermöglichen auch die
Bildung von speziellen Geweben und Organen.
Interphase:
... ist die Phase zwischen zwei Zellteilungen, sie entspricht im Zellzyklus den Phasen G1,
S und G2 Phasen (siehe Zellzyklus, oben). Während der Interphase geschieht die
Replikation des Chromosomensatzes (die Verdoppelung).
Das Genom einer Art umfasst alle seine
Chromosomen. Üblicherweise sind all diese
Chromosomen auch in jeder Zelle im Zellkern
enthalten. Nur Geschlechtzellen weisen eine
abweichende Chromosomenzahl ab um eine
genetische Durchmischung bei der Paarung zu
ermöglichen.
Beim Menschen sind in den somatischen Zellen
(alle Zellen die nicht der Fortpflanzung dienen)
immer die Chromosomen 1-22 in doppelter
Ausführung enthalten. Ein Chromosomensatz
stammt dabei vom Vater, einer von der Mutter.
Bei einem Mann kommen dann noch die
Geschlechtschromosomen X und Y dazu, bei
einer Frau das X Chromosom, ebenfalls in
doppelter Ausführung, einmal vom Vater und
einmal von der Mutter.
Man spricht wegen der doppelten Ausführung
auch von einem diploiden Chromosomensatz.
Dieser Chromosomensatz ist bei jedem
Menschen ursprünglich bei der Befruchtung
einer Ei- durch eine Samenzelle entstanden,
die jeweils nur über einen einfachen
Chromosomensatz verfügten.
Eine normale somatische Zelle enthält daher
beim Menschen insgesamt 46 Chromosomen
(das entspricht auch 46 voneinander
unabhängigen DNA-Fäden): 1-22 jeweils in
einer mütterlichen und einer väterlichen
Version; dazu kommt noch ein Zellteilungsphasen in von Allium cepa (Wurzel)
Geschlechtschromosom von der Mutter, das immer ein X-Chromosom ist und schließlich
ein Geschlechtschromosom vom Vater, das entweder ein X- oder ein Y-Chromosom ist.
Der Vater bestimmt also bei der Befruchtung das Geschlecht, weil seine Samenzelle
entweder mit einem X oder einem Y-Chromosom ausgestattet ist.
Wenn es auf eine Zellteilung zugeht wird gegen Ende der Interphase jedes vorhandene
Chromosom kopiert. Also jedes einzelne der vorhandenen 46 Chromosomen wird 1x
kopiert, sodass in der Zelle vor der Teilung 92 Chromosomenfäden vorhanden sind. Den
Kopiervorgang nennt man Replikation. Dabei wird der DNA-Doppelstrang durch Enzyme
aufgetrennt und die jeweils für die Basenpaarung fehlende Seite ergänzt, sodass
schließlich 2 Doppelstränge entstehen. Die Kopie bleibt nach der Replikation immer an
einer Stelle am Original haften, die 92 DNA-Fäden bilden also 46 Chromatidenpaare.

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Diese genomische DNA ist während der Interphase noch nicht verdichtet (kondensiert).
Während der Interphase werden aber die Zentriolen, das sind Cytoskelett-Komponenten,
die während der Teilung die Pole des Spindelapparates bilden werden, verdoppelt.
Prophase:
Die Chromosomen verdichten sich mit Hilfe von DNA-bindenden Proteinen. Die
Chromatidenfäden werden sichtbar. Jeweils zwei Chromatidenfäden (Kopie und Original)
hängen am Centromer noch aneinander (beim Menschen sind das 46 Chromatidenpaare,
insgesamt also 92 DNA-Fäden).
Kernmembran und Kernkörperchen werden aufgelöst.
Die beiden Zentriolenpaare beginnen auseinander zu wandern, zwischen ihnen bildet sich
aus Bestandteilen des Cytoskeletts die Mitosespindel (bestehend aus einem Aktingerüst
an dem die Chromatiden später bewegt werden können). Die beiden Zentriolenpaare
wandern zu entgegengesetzten Polen der Zelle.
Metaphase:
Die Chromatidenpaare (replizierte Chromosomen) ordnen sich in der Äquatorialebene der
Mitosespindel an.
Anaphase:
Die beiden Chromatiden (Kopie und Original) der 46 Chromatidenpaare trennen sich
voneinander am Centromer und werden entlang der Spindel zu den entgegengesetzten
Pole gezogen. (danach: diploider Chromosomensatz in einfacher Kopie bei jedem der
beiden Pole)
Telophase:
Die Chromosomen dekondensieren, die Mitosespindel wird abgebaut, Kerne bildet sich
wieder, neue Plasmamembran zwischen den zwei neuen Zellen entsteht.
6.4.2. Geschlechtliche Vermehrung:
Nur Eukaryonten besitzen die Fähigkeit, Geschlechter hervorzubringen, es handelt sich
dabei um genetische Merkmale, die sich auch morphologisch zeigen. Die
Geschlechtsdifferenzierung ist bei Hefe noch sehr primitiv wird aber bei höher entwickelten
Lebewesen sehr komplex. Im Allgemeinen kommt es bei der geschlechtlichen
Vermehrung zur Ausbildung
von Keimzellen, deren
Chromosomensatz nur
einfach ist (haploid).
Was bei der Befruchtung zu
einem doppelten Chromosomensatz
(diploid) geführt
hat muss bei der Bildung von
Keimzellen wieder umgekehrt
werden (auf haploid).
Dies geschieht durch die Reduktionsteilung, die Meiose.
Bei einer meiotischen Zellteilung werden die zueinander homologen Chromatidenpaare
voneinander getrennt (siehe Abbildung). Also die beiden Versionen der vorhandenen
Chromatidenpaare ordnen sich einander gegenüber an. Die Teilungsphasen verlaufen
sonst wie bei der Mitose.

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Wenn bei einer Befruchtung zwei Keimzellen miteinander verschmelzen entsteht eine
Zygote mit doppeltem Chromosomensatz (diploid). Diese Zygote ist die erste Zelle eines
neuen Embryos, der zu einem eigenen Individuum heranwächst. Bei höher entwickelten
Lebewesen sind Keimzellen alleine nicht in der Lage zu einem unabhängigen Organismus
heranzuwachsen. Der Vorteil von geschlechtlicher Vermehrung liegt wahrscheinlich in der
Möglichkeit einer sehr weitgehenden genetischen Durchmischung, die z.B. gegen
Krankheitserreger eine bessere Resistenz ermöglicht.
6.5. Differenzierung von Zellen
Unter Zelldifferenzierung versteht man einen Spezialisierungsvorgang, der zu einer
wesentlichen Veränderungen der Zelleigenschaften bis zu einem veränderten Aussehen
führt. Seit der Entwicklung von Vielzellern, die mit der Zeit immer komplexer wurden hat
sich auch die Art der Zelldifferenzierung weiter verfeinert. Bei der vielzellig lebenden
Bakterienart Anabena können zwei unterschiedliche Zelltypen ausdifferenziert werden,
jene die Photosynthese betreiben und jene, die den Luftstickstoff fixieren können. Beide
Vorgänge lassen sich nicht im selben Zellraum durchführen weil der bei der
Photosynthese freigesetzte Sauerstoff für das Enzym das die Stickstofffixierung
durchführen soll ein Katalysatorgift darstellt. Daher ist die Bildung unterschiedlich
spezialisierter Zellen bei Anabena lebensnotwendig. Man findet heute Lebensformen, die
am Übergang vom einzelligen zum vielzelligen Leben stehen, manche dieser Arten, leben
zwischenzeitlich sogar als schwärmende Einzelzellen um sich nach einiger Zeit wieder zu
einem Vielzeller zusammenzuschließen.
6.5.1. Übergänge vom Einzeller zum Vielzeller
Gonium bildet plattenförmige Kolonien aus 16 Zellen, durch eine
Gallerthülle verbunden. Bei Vermehrung entstehen kleine neue
Kolonien.
Volvox ist eine Kugelalge und bewegt sich durch koordinierten
Geißelschlag fort. Die Zellen sind durch Plasmabrücken verbunden.
Die vorderen Zellen sind lichtempfindlicher. Zur Fortpflanzung dienen wenige große Zellen
am Hinterende. Nach der Teilung platzt die Mutterkugel auf und der Mutterorganismus
geht zu Grunde. Die restlichen Zellen sterben den Alterstod.
Volvox symbolisiert den Übergang zwischen Ein- und Vielzellern.
6.5.2 Arbeitsteilung der Zellen beim Schwamm und beim Süßwasserpolyp
Schwämme haben eine innere Zellschicht, welche Nahrung ins Zellinnere transportiert und
eine äußere Zellschicht mit plattenförmigen Deckzellen und amöboid beweglichen
Fresszellen. Schwämme besitzen keine Nerven-, Sinnes- und Muskelzellen.
Der Süßwasserpolyp hat drei Schichten. Die innere Schicht, das Endoterm, mit
Drüsenzellen und Fresszellen. Die äußere Schicht, das Ektoderm, mit Hautmuskelzellen,
außerdem Nesselzellen und Sinneszellen. Von besonderen Zellen werden Keimzellen
gebildet. Die mittlere Schicht ist eine Stützschicht mit Nervenzellen.
6.5.3 Gewebe- und Organbildung
Als Gewebe bezeichnet man Zellverbände aus Zellen gleicher Gestalt und Leistung. Sie
haben daher auch ein ähnliches Expressionsmuster !

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Bei der Differenzierung der Zellen werden diejenigen Zellkomponenten vermehrt
ausgebildet, mit denen diese Zellen ihre besondere Aufgabe bewältigt.
Gewebe aus solchen differenzierten Zellen heißen Dauergewebe. Bei den höheren Tieren
sind schon im Embryonalstadium um die noch nicht differenzierten Zellen – sie
sogenannten Stammzellen – weitgehend in ihrer künftigen Entwicklung festgelegt.. Im
Gegensatz zu den Zellen des Dauergewebes können sie sich vielfach teilen.
Höhere Pflanzen besitzen lebenslang undifferenzierte Bildungsgewebe aus
teilungsfähigen Zellen.
Organe sind meist aus mehreren Geweben aufgebaute größere Strukturen eines
Organismus, die eine lebensnotwendige Aufgabe übernehmen (Leber, Herz, Niere, Gehirn
etc. / Blüte, Sporenträger etc.).
Während der Entwicklung eines Embryos werden immer wieder neue Gewebe aufgebaut
und alte Gewebeteile aus früheren Entwicklungsphasen zerstört. So ist sichergestellt, dass
z.B. Knochen in die Länge und Breite wachsen können und dabei in der Konstruktion
trotzdem leicht bleiben können.
Gewebetypen:
Höhere Pflanzen:
a) Grund- und Speichergewebe
b) Leitgewebe
c) Festigungsgewebe
d) Abschlussgewebe
Tierkörper:
a) Deckgewebe
b) Bindegewebe
c) Muskelgewebe
d) Nervengewebe
e) Freie Zellen (im Blut)
f) Fortpflanzungszellen
Deckgewebe: bei wirbellosen Tieren eine einzige Lage von Zellen. Cuticula bei Muscheln
und Schnecken, Chitin bei Insekten und Krebsen. Bei Wirbeltieren mehrschichtig.
Körperhohlräume z.B. Darm haben einschichtige Deckgewebe Schleimhaut.
Sonderform sind die Drüsenzellen.
6.5.4 Der Organismus als System
Trotz ständiger Stoff- und Energiezufuhr und –abgabe strebt ein Organismus einen
konstanten (stationären) Gleichgewichtszustand (Homöostase) an.
Jede Zelle hat zahlreiche Regelkreise; diese bestehen aber nicht unabhängig
voneinander, sondern viele Stoffe und alle Organellen sind in der Zelle an vielen
Regelkreisen beteiligt. Die Regelkreise sind vermascht. So kommt die Systemeigenschaft
Homöostase zu Stande.
Durch die Regelkreise können Ungleichgewichte ausgebessert werden. Bei extremen
Einflüssen kann es aber zu irreversiblen Schäden kommen.

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6.6. Zusammenfassung
Eukaryontische Zellen sind etwa 10-20µm groß, besitzen einen Zellkern und enthalten
Organellen, die in ihrem Cytosol eingebettet sind.
# Nucleotidsequenz aus den möglichen Basen G, A, T, oder C zusammengesetzt, codiert
für Aminosäuresequenz (Protein).
6.6.1. Schnelltest
1) Ein Lipidmembran ist aufgebaut aus.... :
a) zwei eng aneinander liegenden Lipid-Schichten b) 2 Lipidschichten + eingelagerten Transportproteinen
c) DNA-Proteinkomplexen d) Stoffwechselenzymen
e) Zellwandproteinen und Liposomen f) Cytoplasma und Zellwand

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2) Die wichtigsten Eigenschaften von DNA sind:
a) Sie ist ein Molekül das zur Speicherung von Informationen dienen kann b) sie ist gewunden
c) DNA kann kopiert werden d) DNA kann als Biokatalysator den Stoffwechsel antreiben
e) Von der DNA können die Informationen zum Aufbau von Proteinen abgelesen werden
f) Die Informationen auf der DNA können je nach Bedarf wahlweise gelesen oder auch nicht gelesen werden
3) Wer hat erstmals „Zellen“ beobachtet ?
a) Jan van der Staa b) Robert Hooke c) Louis Pasteur
d) Robert Koch e) Anthony van Leeuwenhoek f) Jan van Nistleroi
4) welche Größe haben Bakterien üblicherweise ?
a) 1-2mm b) 2-3nm c) 0,5-2µm d) 10-15µm
5) Was sind Zellorganellen?
a) vom Cytosol durch eine Membran abgetrennte Bereiche für die Zellteilung von Bakterien
b) vom Cytosol durch eine Membran abgetrennte Bereiche für spezielle Stoffwechselaufgaben in Eukaryonten
c) homogene Cytosolbereiche im Zellkern d) eukaryontische Zellkerne
6) Was trifft auf das Genom zu ?
a) es beschränkt sich bei Bakterien auf ein Chromosom b) es befindet sich bei Eukaryonten im Zellkern
c) Das Genom umfasst alle Gene und alle genetischen Informationen einer Lebensform (einer Art)
d) Das Genom enthält alle Proteingene e) Das Genom entspricht der Genexpression
7) Der Stoffkreislauf in der Natur ....
a) betrifft ausschließlich den Wasserstoff b) betrifft alle Elemente die in Biomolekülen vorkommen
c) läuft für den Kohlenstoff über CO2 und Kohlenhydrate
d) Ist notwendig, weil sonst die verfügbaren Vorräte von einer Stoffwechselform restlos verbraucht würden.
8) Was trifft zu ?
a) heterotrophe Organismen verwerten CO2 um ihre Biomoleküle aufzubauen
b) autotrophe Organismen sind oft phototroph c) Atmungsstoffwechsel ist chemotroph
d) heterotrophe Organismen leben von organischem Material, um Biomoleküle aufzubauen
e) phototrophe Organismen nutzen CO2 als Energiequelle
1 a,b,
2 a,c,e,f
3 b,e
4 c
5 b
6 a,b,c
7 b,c,d
8 a,b,c,d