Die Zelle GV Biologie I

Die Die Zelle Zelle GV GV GV Biologie Biologie I
I
Mikroskopie Mikroskopie und und mikroskopische mikroskopische Methodik
Methodik
Methodik
siehe Skript
Zelluläre Zelluläre Zelluläre Struktureinheiten
Struktureinheiten
A Primäre Struktureinheiten:
- Lipid – Doppellage
- Partikel, z.B. G-Actin, Tubulin, ribosomale Proteine, eigene Enzyme, Stärke, Glycogen
- Fibrillen, z.B. Collagen, Ceratin, Myosin, Fibroin, DNA, Chitin, Xylan
B Sekundäre Struktureinheiten:
-
-
-
C Aufbau von Partikeln:
Zucker ? Polysaccharide
Aminosäuren ? Proteine
Nucleotide ? Nukleinsäuren
1. Proteinpartikel:
- Aminosäuren:
o zentrales Kohlenstoffatom mit funktionellen Gruppen (Carboxylgruppe, Aminogruppe), einem
Wasserstoffatom und organischem Rest
o Aminosäuren verknüpfen sich zu Polymeren; durch Peptidbindungen erst Oligopeptide, dann
Polypeptide
- Primärstruktur:
o Peptidkette, -faden
o kovalente Bindung
- Sekundärstruktur:
o Nebenvalenz-Kräfte, z.B. Wasserstoffbrücken
o α-Helix; H-Brücken zwischen jeder vierten Aminosäure des Peptids (intramolekular)
o β-Faltblatt; H-Brücken zwischen parallel liegenden Peptidketten (intermolekular)
- Tertiärstruktur:
o H-Brücken, Ionenbindung, Hydrophobe Bindung, Disulfidbrücken
o Protein erst ab Tertiärstruktur biologisch wirksam
o globuläre Proteine
- Quartärstruktur:
o mehrere Peptidketten der Tertiärstruktur zusammen ? Makromolekül
o Proteinuntereinheit = Protomer
o oligomere Proteine
2. Polysaccharid-Partikel:
- Monosaccharide:

o x mal CH 2O; Clucose (C 6H 12O 6) häufigstes Monosaccharid
o Energiegewinnung in der Zellatmung
- Polysaccharide:
o Makromoleküle aus vielen Monosacchariden
o Speicherpolysaccharide:
š Stärke; Amylose (helikal, unverzweigt) und Amylopektin (helikal, verzweigt); Speicherung
in Plastiden
š Glycogen; Glucosepolymer; Speicherung in Leber und Muskelzellen
o Strukturpolysaccharide:
š Cellulose; Glucosepolymer; unterschiedliche Ringstruktur zur Stärke; immer gerade und
nicht helikal
š Chitin; Kohlenhydrat (zum Aufbau des Exoskeletts bei Anthropoden)
D der Aufbau von Fibrillen (Faserproteinen):
1. Protein - Fibrillen
- Aminosäuren als einfache Bausteine ? Sekundärstruktur ? Quartärstruktur
- Sekundärstruktur α – Helix 2mal bei Myosin; 3-7mal bei α Keratin
- Sekundärstruktur β – Faltblatt 2mal bei Keratin
- Sekundärstruktur Prolin – Helix 3mal bei Kollagen
2. Polysaccharid - Fibrillen
- Zucker als einfache Bausteine ? Polysaccharidkette ? Fibrillen
- β ? linear ? Mikrofibrillen von Cellulose und Chitin
- β – – ? gestapelt ? Mikrofibrillen von Cellulose und Chitin
- β schraubenförmig ? Xylan – Mikrofibrillen
3. Nukleinsäure – Fibrillen
- organische Base (Purin, Pyrimidin), Zucker (Ribose, Desoxyribose) oder Phosphorsäure ?
schraubenförmige Kette ? 2mal Doppelhelix
Aufbau Aufbau von von Biomembranen
Biomembranen
A Lipiddoppellage
1. Amphipathische Lipide (mit polaren und unpolaren Teilen)
- Lipide haben hydrophobes Verhalten
- Phospholipide:
o zwei Fettsäuren
o hydrophobe Schwänze, hydrophiler Kopf
o Hauptbestandteil von Zellmembranen
- Glycolipide:
o an der Oberfläche von Plasmamembranen
o . Triacylglycerin; drei Fettsäuren(Schwänze) und Clycerinmolekül (Kopf)
- Sphingolipide: Derivate des Sphinganin
2. Apolare Lipide:
- Sterole
2

B Proteine
1. Periphere Proteine
- durch hydrophobe Wechselwirkungen mit anderen Membranproteinen an die Membran gebunden
- lassen sich durch milde Extraktionsverfahren von der Membran lösen, z.B. durch Chelatoren
- Vorteil: Lipid – Doppelschicht bleibt intakt
- z.B. Cytoskelettproteine (Actin), Vesikelhüllproteine (Clathrin)
2. Integrale Proteine
- z.B. Rezeptoren, Transportkomplexe
- über Lipidgruppen in der Membran verankert; Transmembranproteine
- lösbar nur durch Zerstörung der Lipid – Doppelschicht, z.B. durch Detergenzien
- Detergenzien sind kleine amphipathische Moleküle, die in Wasser dazu neigen, Micellen zu bilden
C Sechs Thesen zur Struktur und Funktion von Membranen
- Im Elektronenmikroskop erscheint eine Membran stets schwarz-weiß-schwarz bzw. partikuliert
(Gefrierbruch)
- jede Membran ist einzigartig
- jede Membran ist asymmetrisch aufgebaut
- Membranen können spezialisierte Domänen aufweisen
- Proteine können sich in Membranen bewegen
- Membranen stellen Permeabilitätsbarrieren dar. Sie besitzen verschiedene „Transportkomplexe“, um
Stoffe gegen ein Konzentrationsgefälle zu transportieren
Prokaryonten
Prokaryonten
A Ernährungsformen
1. Energiegewinnung
- Ausnutzung von Lichtenergie (photoautotroph); Photosynthese; z.B. Bakterien, Pflanzen, Blaualgen
- Ausnutzung von chemischer Energie (bei der Oxidation anorganischer Substanzen z.B. H 2S, NH 3)
(chemotroph)
2. Kohlenstoff-Quelle
- Produzenten (Pflanzen…) verarbeiten CO 2 aus der Atmosphäre durch Photosynthese zu Zucker und
anderen organischen Molekülen
- Konsumenten (Tiere, Pilze…) gewinnen aus Zucker und anderen Molekülen Energie und lassen CO 2 und
H 2O entstehen ? Atmung
3. Ernährungsformen
- photoautotroph (Blaualgen, Pflanzen, Bakterien)
- chemoautotroph (einige Prokaryonten, Bakterien)
- photoheterotroph (einige Prokaryonten); Ausnutzung von Licht + organische Substanzen als
Kohlenstoffquelle
- chemoheterotroph (mehrere Prokaryonten, Tiere, Pilze, Pflanzen); Ausnutzung von chemischer Energie
+ organische Substanzen als Kohlenstoffquelle
- photoautotrophe und chemoautotrophe Organismen sind obligat abhängig
3

B Eubacteria (Bacteria)
- prokaryotische Zellen (kein Zellkern, keine membranumhüllten Organellen…)
- Größe zwischen 1-10 µm
- 3 Zellformen: Kocken, Stäbchen und Spiralen
- drei morphologische Besonderheiten:
o Zellwand:
š Stabilisation, mechanischer Schutz
š Peptidoglucan Murein umgibt jede Zelle als Netzstruktur ? Murein sacculus
š Gram-positive Zellwand: dickes, vielschichtiges Mureinnetz, geringer Proteingehalt;
Bakterien nicht zur Photosynthese befähigt
š Gram-negative ZW: dünnes Mureinnetz, 2. äußere Membran (Phospholipide,
Lipopolysaccharide); Bakterien zur Photosynthese befähigt
o Geißel:
š besteht aus globulärem Protein Flagellin
š andere Struktur als bei Eukayonten
š nicht von der Plasmamembran umhüllt
š unterschiedliche Begeißelungstypen: monotrich, monopolar, polytrich bipolar, polytrich
monopolar
o Interne Membranen:
š Einstülpungen der Plasmamembran (Thylakoide)
š für Photosynthese bzw. Atmung
o Sporen- und Kapselbildung:
š Schleimschicht um die Zellwand aus ausgeschiedenen Polysacchariden
š Bindung von Wasser
š smooth: mit Kapsel; rough: ohne Kapsel
š Schutz vor Fremdstoffen, Fressfeinden, Austrocknung
- Replikation von bakterieller DNA
o Zweiteilung:
š bis zu 3 Teilungsvorgängen pro Stunde
š Verdopplung der DNA ? Längenwachstum der Zelle ? Plasmamembran und Zellwand
wachsen nach innen ? Teilung
š kein Genaustausch
o Konjugation:
š bakterielle Paarung zwischen Donor (Bakterium mit F-Plasmid) und Empfänger (ohne
F-Plasmid)
š Donor dockt mit Sex-Pilius an und bildet Plasmabrücke
š F-Plasmid wird repliziert und übertragen ? 2 Donorzellen mit Sex-Pilius
o Transformation:
š Aufnahme von Fremd-DNA aus der Umgebung (freie DNA-Fragmente anderer Bakterien)
š Integrierung in eigenes Genom durch Rekombination
š Nachteil: „nackte“ DNA ist schädigenden Stoffen ausgesetzt
C Achaebacteria (Archaea)
- enger mit Eukaryonten als mit Eubacteria verwandt
- kein Murein in der Zellwand ? immun gegen Antibiotika (greift am Murein an)
- Bewohner extremer Lebensräume:
o Methanogene:
š H 2 wird benutzt, um CO 2 zu Methan zu reduzieren
š strikt anaerob
š Lebensraum: Sumpf, stehende Gewässer, Darmtrakt von Pflanzen fressenden Tieren
o Extreme Halophile:
š Lebensraum mit hohem Salzgehalt (Totes Meer)
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o Extreme Thermophile:
š Lebensraum = 60°C (z. B. hydrothermale Tiefseeschlote)
š Energiegewinnung durch Oxidation von Schwefel
Archaea Eubacteria
Antibiotika unwirksam Antibiotika wirksam
mehrere Typen RNA-Polymerase nur ein Typ
Methionin als Startaminosäure Formylmethionin
extremophil nicht extremophil
Terpene als lipophile Membranbausteine Fettsäuren
D Cyanobacteria
UNTERSCHIEDE UNTERSCHIEDE ZWISCHEN ZWISCHEN EUKARYONTEN-ZELLTYPEN
EUKARYONTEN-ZELLTYPEN
EUKARYONTEN-ZELLTYPEN
siehe Tabelle im Skript
UNTERSCHIEDE UNTERSCHIEDE EUKARYONTEN EUKARYONTEN EUKARYONTEN / / PROKARYONTEN
PROKARYONTEN
siehe Tabelle im Skript
Mitochondrien Mitochondrien Mitochondrien und und Plastiden
Plastiden
A Mitochondrien
- Ort der Zellatmung
- halbautonome Organellen; eigene ringförmige DNA und Ribosomen
- äußere Membran glatt, große Einlagerung des Transportproteins Porin
- innere Membran mit zahlreichen Einfaltungen (Cristae) ? große Oberfläche zur Steigerung der
Zellatmung
- innere Membran enthält Enzyme der Atmungskette und der oxidativen Phosphorylierung;
Elektronentransport
- Matrix (von der Innenmebran umschlossener Raum) enthält
o Ribosomen, mitochondriale DNA,
o Enzyme für Zitronensäurezyklus und Fettabbau
- passive Verteilung auf die Tochterzellen bei Zellteilungsvorgängen
- hohe Anzahl von Mitochondrien in Leber- und Muskelzellen
B Plastiden
- rein pflanzliche Zellorganellen; Ort der Fettsäurebiosynthese
- Vermehrung durch Zweiteilung
- eigene DNA und Ribosomen
- leicht durchlässige Außenmembran
- Innenmembran weniger durchlässig mit Membrantransportproteinen
- inneres Membransystem aus Thylakoiden (abgeflachte Vesikel); gestapelt = Grana
- inneres Kompartiment = Thylakoidinnenraum , Zwischenräume zwischen Grana = Stroma
- Thylakoiden: Pigmentträger, keine Verbindung mit der inneren Hüllmembran
- Stroma mit Speicherstoffen, Enzymen der Fettsäurebiosynthese und Dunkelreaktion
1. Proplastiden:
- 0,5 μm
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- „Stamm“-Plastid, Vorläufer anderer Plastidenarten
- kein Thylakoidensystem
2. Chloroplasten:
- 6 μm
- enthalten Chlorophyll, Carotinoide und Phycoerythrin (Algen)
- Ort der Photosynthese
- Plastoglobuli zur Fettspeicherung
- Stärkebildung tagsüber (transistorisch)
3. Amyloplasten:
- farblos; Speicherung von Stärke (Wurzel, Knolle)
- Entkopplung von Photo- und Stärkesynthese
- ringförmiges Wachstum des Stärkekorns
4. Chromoplasten:
- Carotinoide, Xanthophylle
- in Blütenblättern und Früchten ? Lockmittel für Insekten (Bestäubung und Verbreitung der Früchte)
- rückdifferenzierungsfähig, kristallös, membranös
5. Gerontoplasten:
- Chloroplasten; Gelb durch Abbau, anschließend globulös
- nicht rückdifferenzierungsfähig
Kernhülle Kernhülle und und ER: ER: Morphologie Morphologie und und Funktion
Funktion
Funktion
A die Kernhülle
- schließt DNA ein
- zwei konzentrische Lipid-Doppelmembranen
- Außenmembran geht kontinuierlich in Membran des ER über
- außen manchmal mit Ribosomen besetzt
- innen Kernlamina (nicht während der Mitose!); verleiht strukturellen Halt
- Kernhülle von Kernporenkomplexen durchzogen ? Molekülaustausch
- Kernporenkomplex: 8x15 nm RNP-Partikel; Durchmesser ca. 70 nm; isolierbar
- „Annulate Lamellae“: Vorrat an Kernpotkomplex im ER
B Das endoplasmatische Retikulum (ER)
1. das raue ER
- mit Polysomen bedeckt, aber kein ständiger Besatz mit Ribosomen
- Proteine werden noch während der Synthese in das ER überführt
- das Ribosom, das das Protein synthetisiert, ist direkt mit dem ER verbunden
- Funktionen: Proteinsynthese von
o Membranproteinen
o Lumenalproteinen (Sekretproteine, lysosomale und vakuoläre Proteine)
- nur intakt zu Isolieren in Gegenwart von Mg 2+ -Ionen
2. das glatte ER
- Bereiche ohne Ribosomen
- reichlich ausgebildet in Zellen, die auf Lipidstoffwechsel spezialisiert sind
- Funktionen:
o Membranlipidsynthese
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o Steroidproduktion
o Synthese ätherischer Öle
o Glykogenabbau (Leber)
o Calcium-Speicherung (Muskel)
Der Der Golgi-apparat
Golgi-apparat
A Organisationsstufen
- Zisterne
o scheibenartige Kompartimente; ribosomfrei
o 0,5 – 2 µm Durchmesser, 20 – 50 nm Dicke
- Dictyosomen oder „Golgi – Stack“
o 2-20 Zisternen
o 0,1 – 1 µm Dicke
- Golgikomplex
o mehrere miteinander verbundene Dictyosomen
o nur bei Tieren
B Polaritätsmerkmale
- jeder Golgistapel hat zwei unterschiedliche Seiten
o cis-Seite (Eintrittseite): Bildungsseite; dem ER zugewandt
o trans-Seite (Austrittseite): Sekretionsseite; der Plasmamembran zugewandt
- Merkmale:
o lumenale Breite cis ? trans
o interzistenaler Abstand cis ? trans
o Membrankontrast cis ? trans
o interzistenale Filamente (nur zwischen trans-Zisternen)
C Funktionen
- Hauptsyntheseort von Kohlehydraten
- Sortier- Verteilerstation für Produkte des ER (Trennung von Sekretproteinen, lysosomalen und
vakuolären Proteinen)
- Glycosylierung: hier hergestellte Kohlenhydrate werden als Oligosaccharidketten an Proteine und Lipide
angefügt, die vom ER kommen
Lysosomen Lysosomen und und Vakuole
Vakuole
1. Lysosomen
- nur bei Tieren
- Membranumhüllte Kompartimente, angefüllt mit Hydrolyseenzymen (saure Hydrolasen) für die
kontrollierte intrazelluläre Verdauung
- pH-Wert 5 im Inneren des Lysosoms
- Primär-Lysosomen (25 – 800 nm Durchmesser, hydrolytische Enzyme)
- Phagosomen (Hetero- und Auto-Phagosomen; ca. 500 – 1000nm Durchm.)
- Sekundär-Lysosomen (Fusion mit Primär-Lysosomen ) ? Verdauung
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- Restkörper (wird evtl. ausgeschieden)
2. die Vakuole
- Flüssigkeitsgefüllte Vesikel bei Pilz- und Pflanzenzellen, Gestalt variabel
- Größenunterschiede von sehr klein (Meristem) bis 95% des Zellvolumens (Epidermis)
- entspricht den Lysosomen in tierischen Zellen
- Aquaporine bzw. „Processing Enzyme“ als Vakuolendiagnostika
- oft funktionell unterschiedliche Vakuolen in einer Zelle
- Funktionen:
o Speicherfunktion: Ionen, Zucker, Proteine, organische Säuren
o Aufbau und Regulation von Zellturgor
o Pigmentträger (Anthocyane) z.B. Farbe von Blütenblättern
o Endlagerung von Produkten des sekundären Stoffwechsels (Alkaloide, Terpene, Tannine)
o Abbau von Proteinen (Proteasen)
Transportvesikel
Transportvesikel
A COP – coated Vesikel
- ca. 60nm Durchmesser
- COPI-Vesikel
o verantwortlich für den retrograden Transport (Golgi ? ER)
o Coatomer - Hüllprotein - Komplex
- COPII-Vesikel
o verantwortlich für den anterograden Transport (ER ? Golgi)
o Abknospung an ER – Austrittsstellen
B Clathrin – coated Vesikel
- ca. 80 – 100 nm Durchmesser
- Hülle besteht aus Clathrin – Triskelia und „Adaptor“ – Komplexen
- werden am TGN (Trans - Golginetzwerk) gebildet ? Transport von Enzymen zum Lysosom
- werden an der Plasmamembran gebildet ? für Endozytose
C Sekretvesikel
- größer als COP- bzw. Clathrin – coated Vesikel (>150 nm Durchmesser)
- wichtige Beispiele:
o „Zymogen – Granula“: typisch für Exokren – Pankreas (regulierte Sekretion); enthalten
verschiedene Verdauungsenzyme
o „Schleimvesikel der Kalyptra“: in Mantelzellen der Wurzelhaube; enthalten Schleim –
Polysaccharide (Schmierstoff für Wurzelwachstum)
o „Dense Vesikel“: für Transport von Speicherproteinen in die Vakuole (bei Körner – Leguminosen)
Microbodies
Microbodies
A Morphologie
- in der Regel kugelförmig
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- ca. 0,5 µm Durchmesser
- nur von einer Membran umgeben
- keine eigene DNA oder Ribosomen
- teils mit amorphen, kristallinen oder fibrillären Einschlüssen
- in allen eukaryontischen Zellen
B Katalase als „Leitenzym“
- Katalase setzt H 2O 2 in katalatischer oder peroxidatischer Reaktion um
- katalatische Reaktion: Disproportionierungsreaktion; überschüssig gebildetes H 2O 2 wird beseitigt
o 2H 2O 2 ? 2H 2O + O 2
- peroxidatische Reaktion: Oxidation von Phenolen, Alkoholen, Formaldehyd, Ameisensäure…
o H 2O 2 + RH 2 ? R + 2H 2O
C Microbody – Typen
1. Leber - Peroxisomen
- Katalase ist an der Oxidation von Phenolen, Ameisensäure und Alkohol beteiligt
- Abbau von H 2O 2 β – von Fettsäuren entstanden ist
- β –
o in Pflanzen- und Hefezellen nur in Peroxisomen
o bei Tieren in Peroxisomen und Mitochondrien
- Urat – Oxydase baut Harnstoff ab
2. Blatt – Peroxisomen (C 3 - Pflanzen)
- katalysiert die Oxidation eines Nebenprodukts der Kohlenstofffixierung (Photorespiration)
- Umsetzung von Glycolat in Glyoxylat führt zur Bildung von H 2O 2
3. Glyoxysomen
- Glyoxysom wandelt Fett aus Speicherlipiden der Samen in Kohlenhydrate um
- β – äuren ? Bildung von Succinat ? Aufbau von Glucose
(GLUCONEOGENESE)
4. Bildung von Microbodies
- Knospung am ER
- da sie keine DNA und Ribosomen besitzen, müssen sie alle Proteine aus dem Cytosol importieren
- „Zellweger“ – Syndrom: Lumenal – Proteine können nicht in das Peroxisom importiert werden, wohl aber
Membranproteine
- Transformation Glyoxysom ? Peroxisom in den Keimblättern epigäisch keimender Samen
Chromatin Chromatin und und Chromosomen
Chromosomen
A Chromatin
- Komplex aus Histonen und chromosomalen nicht Histon – Proteinen (12 nm)
1. Nucleosomen
- Auffaltung des Chromatins führt zu einer „Perlenschnur“
- jede „Perle“ ist ein Nucleosomkernpartikel
o besteht aus 8 Histonproteinen, je zwei Moleküle H2A, H2B, H3 und H4
o und 146 Nucleotide langes doppelsträngiges DNA – Stück
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- Chromatinfaser: H1 – Histon bindet an Spacer – DNA
- Aufbau der Nucleosomen erfolgt rasch nach der Replikation
B Chromosomen
1. Generelle Begriffe
- Chromatiden (2er Chromosom)
- Einschnürungen:
o Centromer: zieht jeweils eine Kopie des verdoppelten Chromosoms in jede Tochterzelle; am
Centromer ist der Kinetochor angehaftet
o Nucleolusorganisator (Sekundäreinschnürungen)
- Telomere: Enden der Chromosomen
- euchromatisch / heterochromatisch:
o unterschiedliche Anfärbbarkeit anhand der Feulgen – Reaktion
o entspricht dem Kondensierungsgrad des Chromatins
o sehr kondensiert ? stark gefärbt ? euchromatisch
- Banden / Querscheiben
o Q – Banden (Quinacrin – Senf)
o S – Banden (Giemsa)
o R – Banden (Acridin - Orange)
- Polyploidie: 4n bis xn Chromosomen; möglich durch DNA Replikation und Chromosomentrennung, aber
keine Zellteilung
2. Spezielle Erscheinungsformen
- Lampenbürstchenchromosomen
o während der Interphase
o bei wachsenden Oocyten (Diplotänarrest)
o steife und ausladende Chromatinschleifen
o hoher Bedarf an Dotterproteinsynthese, daher meiotische Chromosomen noch transkriptionell
aktiv
o Chromosomen in aktiven und nicht aktiven Bereich geteilt
- Polytän – (Riesen)chromosomen
o spezialisierte Interphasechromosomen, die transkriptionell aktiv sind
o sehr groß (500 µm lang, 15 µm breit)
o in Drüsenzellen von Fliegenlarven (Drosophila)
o Entstehung durch Endomitose (wiederholte Teilung ohne Trennung der Chromosomen)
o Merkmale:
š erkennbare Verbindung der Nucleoli
š dunkle Banden / helle Interbanden – Muster; 95% der DNA in Banden, 5% in Interbanden
š Bildung von Puffs (= Balbani - Ringe); transkriptionell aktive
DNA – Schlaufen
Ribosomen Ribosomen Ribosomen und und und Nucleolus
Nucleolus
Nucleolus
A Ribosomen
1. cytosolische Ribosomen
- 2 Untereinheiten 60S und 40S bilden zusammen 80S Ribosom
- 60S
o 50 Proteine + 28S RNA + 5.8S RNA + 5S RNA
10

o 19 x 23 nm
- 40S
o 33 Proteine + 18S RNA
o 23 x 12 x 14 nm
- Translation durch Cycloheximid hemmbar
2. mitochondriale / plastidäre Ribosomen
- 2 Untereinheiten 50S und 30βS bilden zusammen 70 S Ribosom
- 50S
o 31 Proteine + 23S RNA + 5S RNA
- 30S
o 21 Proteine + 16S RNA
- Translation durch Chloramphenicol hemmbar
B Nucleolus (Kernkörperchen)
- i. d. Regel nur in der Interphase sichtbar (vgl. „Puffs“, Polytän - Chromosome)
- lichtmikroskopisch gut erkennbar
- besteht aus Fasern („Nucleolus – Organisator NO = ribosomale DNA) und Partikeln (ribosomale
Proteinuntereinheiten)
- Ort der Transkription von ribosomaler RNA (ausgenommen 5S RNA)
- 5S rRNA Gen nicht im Nucleolus lokalisiert
- Processing von präribosomaler 45S RNA (Säuger) und 40S RNA (Amphibien) in 28S + 5.8S + 18S
rRNA - Moleküle
- Vervielfältigung der Nucleolusgene in Keimzellen (insbesondere Oocyten)
MIKROTUBULI MIKROTUBULI UND UND CENTRIOLEN
CENTRIOLEN
A Mikrotubuli
1. Struktur und Zusammensetzung
- zwei ähnliche Proteine als molekularer Baustein: α β
- + MAPs (Mikrotubuli-assoziierte Proteine); z.B. Enzyme, ATPasen
- röhrenförmige Quartärstruktur; Außendurchmesser 25nm
- Wand besteht aus 15 Protofilamenten (Längsreihen)
2. Polarität
- Verankerung am – Ende
3. Vorkommen
- Geißeln – Mikrotubuli
- cytoplasmatische Mikrotubuli
o axopediale MT (Heliozoa)
o cortikale MT
- „Vermehrungs“mikrotubuli
o Spindelapparat MT (Pol- bzw. Kinetochor-MT)
o Cytokinese MT
- Mikrotubuli und Actinfilamente dienen als „Knochen“ bzw. „Muskeln“ der Zelle
B Centriolen
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- nur in Organismen, die begeißelte Stadien besitzen ? fehlend bei höheren Pflanzen
- Haupt – MTOC (Mikrotubuli – organisierendes Zentrum) der Tierzellen (in der Nähe des Zellkerns)
- 9x3 Mikrotubulus – Struktur; γ-Tubulin vorhanden
o x2 = Diplosom; im rechten Winkel zueinander angeordnet
o identisch mit der Struktur des Geißel – Basalkörpers (Flagellen und Cilien)
MIKROFILAMENTE MIKROFILAMENTE UND UND INTERMEDIÄRFILAMENTE
INTERMEDIÄRFILAMENTE
A Mikrofilamente
1. Actin
- globulär (G – Actin, 48kDa)
- fibrillär (F – Actin)
- kinetische Polarität der Mikrofilamente: Einbau weiterer Actinmoleküle am Plus-Ende
- Actinfilament aus Actinuntereinheiten (1 kugelförmige Polypeptidkette) aufgebaut
2. Myosin
- Myosin I:
o Monomer; in Nicht – Muskelzellen (auch bei Pflanzen)
o ATPase im Kopfbereich
- Myosin II:
o Dimer; als bipolares Aggregat in Muskelzellen (schräg gelagert in Glattmuskeln)
o verantwortlich für die Krafterzeugung bei der Muskelkontraktion
- beide Myosin – Arten haben Actin – Bindungsstellen
B Intermediärfilamente
1. Struktur
- sehr stabile 10 nm Filamente
o einfachste Bauelemente: 50 nm lange „coiled – coil“ Dimer (zwei α
)
o zwei antiparalell angelagerte Dimere ? Tetramer
o acht Tetramere ? 10 nm Filament
o jedes Filament zeigt im Querschnitt 32 einzelnen helicale Wendeln
2. Vorkommen
a) cytoplasmatische
- Keratine
o ca. 20 unterschiedliche Arten in Epithelzellen
o ca. 10 spezifisch für Haar und Nägel
o besteht aus gleicher Mischung von Typ I- (sauer) und Typ II- (neutral / basisch) Keratinketten
- Neurofilamente
o in hoher Dichte entlang der Axone der Neuronen von Wirbeltieren
o drei Arten: NF-L, NF-M, NF-H
- Vimentin
o Desmin in Skelett-, Herz- und Glattmuskelzellen
b) Zellkern
- Nuklear – Lamina
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- Intermediärfilamente dienen als „Bänder“ der Zelle
C Zellverbindungen
1. Undurchlässige Verbindungen
- dichten Zellen in einem Epithel untereinander ab, sodass selbst kleine Moleküle nicht mehr von einer
Seite der Schicht zur anderen übertreten können
- Tight Junction:
o selektive Permeabilitätsbarriere; Trennung von Flüssigkeiten unterschiedlicher chemischer
Zusammensetzung
o in Vertebratenzellen
o Diffusionsbarriere für einige Membranproteine zwischen den apicalen und basolateralen
Bereichen der Plasmamembran
o Abdichtung benachbarter Zellen
o unterschiedliche Proteinzusammensetzung
o dominierende Transmembranproteine Claudin und Occludin
2. Ankerverbindungen
- mechanische Verbindung von Zellen mit Nachbarzellen oder der extrazellulären Matrix
- Adhäsionsverbindungen:
o verbinden die Actinfilamentbündel zweier interagierender Zellen über Transmembranproteine
(Cadherine)
o extrazellulärer Teil des Cadherins bindet an extrazellulären Teil eines Cadherins der
gegenüberliegenden Zelle
- Desmosomen:
o Zellen werden miteinander vernietet
o dienen innerhalb der Zelle als Verankerung für seilartige Intermediärfilamente (z.B.
Keratinfilamente, Desminfilamente)
- Hemidesmosomen:
o Morphologie ähnelt der von Desmosomen
o verbinden Intermediärfilamente von Epithelzellen mit der darunter liegenden Basallamina
- Fokaladhäsionen:
o Zellen können sich über Integrine an die extrazelluläre Matrix anheften
3. kommunizierende Verbindungen
- vermitteln der Durchtritt chemischer oder elektrischer Signale von einer Zelle zu ihrem Interaktionspartner
- Gap Junction:
o Kommunikation aller Zellen in Tiergeweben über Tunnelproteine (Connexine)
o direkter Austausch von anorganischen Ionen und anderen kleinen wasserlöslichen Molekülen von
Cytoplasma zu Cytoplasma
- Plasmodesmen:
o übernehmen in Pflanzen die Funktion von Gap Junctions
o verbinden direkt das Cytoplasma benachbarter Zellen
o Desmotubulus: schmale zylindrische Struktur im Kanalzentrum; mit dem glatten ER verbunden
DIE DIE PFLANZLICHE PFLANZLICHE ZELLWAND ZELLWAND UND UND EXTRAZELLULÄRE EXTRAZELLULÄRE MATRIX
MATRIX
TIERISCHER TIERISCHER ZELLEN
ZELLEN
A Zellwand (Pflanze)
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1. Cellulose
- β, 1 ? 4 Glucan
- 2000 – 15000 β-Glucose – Einheiten bilden lange, unverzweigte und geradegestreckte Kettenmoleküle
(kristalline Mikrofibrillen, Durchm. bis 20nm)
- Synthese an rosettenförmigen Proteinkomplexen der Plasmamembran
- Fibrillen, die allen Wänden Zugfestigkeit verleihen
2. „Matrix – Substanzen“
- Pektinstoffe
o saure, negativ geladene Polysaccharide: Polygalacturonsäure
o auch Arabiane, Galactane
o leichte Wasserlöslichkeit, extremes Quellungsvermögen
o verleihen den Primärwänden Druckfestigkeit
o Massenproduktion von Pektinstoffen ? Pflanzenschleim, Gummi
- Hemisubstanzen
o neutrale Zuckerpolymere
o Glucane, Xyloglucane
- Glycoproteine
o hoher Anteil an Hydroxyprolin
o Extensin
o sind für Wandumbildung verantwortlich, unterstützen die Pathogenabwehr
- Lignin
o nur Sekundärwand ? Verholzung einer Zellwand
o starke, wasserunlösliche Polymere
- große Variabilität zwischen Mono- und Dicotylen, Angio- und Gymnospermen
3. Zellwandentwicklung
- Zellplatte (überwiegend Hemisubstanzen; Pektine später eingelagert) ? Primärwand ? Sekundärwand
B Extrazelluläre Matrix (Tiere)
1. Kollagen
- faserförmige Proteine; z.B. vom Bindegewebe gebildet
- Hauptbestandteil von Knochen und Haut ? 25% am Proteinhaushalt der Tiere
- α ül (Durchm. 1,5nm)
- mehrere Kollagenmoleküle ? Kollagenfibrille (Durchm. 30-300nm)
- mehrere Kollagenfibrillen ? Kollagenfaser (Durchm. 0,5-3µm)
- reich an Prolin und Glycin
2. Proteoclycane
- bestehen aus Glycosaminoglykanketten, die kovalent an einen Proteinkern gebunden sind
- Polypeptidkette (Core – Protein) + Hyaluronsäure + Keratansulfat + Chondrotinsulfat
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