Zelle (Biologie)

Zelle (Biologie)
• 1. Allgemeines
• 2. Aufbau von Zellen
• 2.1 Unterschiede zwischen
prokaryotischen und eukaryotischen
Zellen
• 2.2 Unterschiede zwischen tierischen
und pflanzlichen Zellen
• 2.3 Aufbau der pflanzlichen Zelle
(http://www.youtube.com/watch?v=kxSLw1LMvgk)
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Zelle (Biologie)
• Allgemeines
• Es gibt Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle
bestehen, und die deshalb Einzeller genannt werden.
Lebewesen, die aus mehr als einer Zelle bestehen,
heißen Mehrzeller. Der menschliche Körper besteht aus
geschätzten 10 bis 100 Billionen Zellen (je nach Quelle),
wobei das individuelle Körpergewicht eine wichtige
Einflussgröße darstellt.
• Zellen werden außerdem in prokaryotische und
eukaryotische Zellen unterteilt. Einzeller können
Prokaryoten (Bacteria, Archaea) oder Eukaryoten
(Protisten) sein. Mehrzeller (Pflanzen, Pilze, Tiere) sind
dagegen ausschließlich Eukaryoten.
• Die Zellbiologie befasst sich mit der Lehre der Zellen.
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Aufbau von Zellen
• Alle bekannten Zellen, mit Ausnahme einiger spezialisierter Zelltypen,
haben bestimmte Komponenten gemeinsam:
• Die DNA, die genetische Information, die als Bauplan für die Proteine
dient, die alle Zellvorgänge steuern
• Proteine, die als Strukturproteine für den Bau der Zelle oder als
Enzyme für sämtliche Stoffwechselprozesse oder als Signalproteine
für die Kommunikation der Zelle zuständig sind
• Membranen, die die Zelle von ihrer Umgebung abgrenzen, als Barriere
fungieren, den Kontakt mit der Außenwelt aufrecht erhalten und
komplexere Zellen in verschiedene Reaktionsräume, die so genannten
Kompartimente aufteilen.
• die Prozesse im Zellinneren laufen in einem wässrigen Milieu, dem
Cytosol ab.
• alle Zellen besitzen RNA und Ribosomen, die für die Proteinsynthese
benötigt werden
• Zellen haben auch gemeinsame grundlegende Fähigkeiten:
• sie können sich durch Zellteilung reproduzieren und durchlaufen
dabei einen Zellzyklus
• sie betreiben Stoffwechsel: die Aufnahme von Nahrungsmolekülen
und Spurenelementen, deren Umwandlung in Energie und neue
Zellkomponenten und die Entsorgung von Abfallprodukten
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Unterschiede zwischen prokaryotischen
und eukaryotischen Zellen
• prokaryotische Zelle
• sind Bakterienzellen (Bacteria und Archaea)
• besitzen keinen Zellkern, die DNA liegt ringförmig (als
Bakterienchromosom oder Plasmid) frei im Cytoplasma
vor
• bestehen aus nur einem Kompartiment und besitzen
keine Zellorganellen
• besitzen kein Cytoskelett
• es gibt nur eingeschränkt die Fähigkeit zur
Differenzierung
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Unterschiede zwischen prokaryotischen
und eukaryotischen Zellen
• eukaryotischen Zelle
• sind tierische und pflanzliche Zellen sowie Pilze und
Protisten, also sowohl Einzeller als auch Mehrzeller
• besitzen einen Zellkern, der die DNA enthält
• bestehen aus verschiedenen Kompartimenten und
besitzen neben dem Zellkern weitere Zellorganellen wie
Mitochondrien, Plastiden (nur Pflanzen),
Endoplasmatisches Reticulum, Golgi-Apparat und
Vesikel, Peroxisomen, Lysosomen, Vakuolen (nur
Pflanzen)
• besitzen ein Cytoskelett
• Zellen von Mehrzellern haben die Fähigkeit zur
Differenzierung
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Unterschiede zwischen tierischen
und pflanzlichen Zellen
• pflanzliche Zellen
• haben Zellwände
• haben Chloroplasten und andere Plastiden
• haben Vakuolen
• in pflanzlichen Geweben stehen die Zellwände
benachbarter Zellen durch eine Mittellamelle in
Kontakt
• die einzelnen Zellen sind teilweise über
Plasmodesmen miteinander verbunden
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Unterschiede zwischen tierischen
und pflanzlichen Zellen
• tierische Zellen
• haben keine Chloroplasten oder andere
Plastiden
• haben nur in Ausnahmefällen Vakuolen
• in tierischen Geweben stehen die
Zellmembranen benachbarter Zellen über eine
Extrazelluläre Matrix in Kontakt
• die einzelnen Zellen sind über Desmosomen
und verschiedene Zelljunctions miteinander
verbunden
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Aufbau der pflanzlichen Zelle
• Die Zellwand umgibt die Zelle und verleiht dem Pflanzenkörper Festigkeit. Sie ist
durchlässig für Wasser, gelöste Nährstoffe und Gase. Sie besteht hauptsächlich aus
Cellulose.
• Die Tüpfel sind Öffnungen in der Zellwand, sie verbinden die Zelle untereinander und
ermöglichen den Austausch von Cytoplasma.
• Das Plasmalemma ist ein dünnes Häutchen (Membran), welches das Plasma gegen die
Zellwand abgrenzt. Das Plasmalemma ist durchlässig für Wasser, aber nicht für andere
Stoffe. (semipermeabel = halbdurchlässig)
• Der Zellkern ist die Steuerzentrale der Zelle. Er enthält die Erbanlage die auf den
Chromosomen liegen.
• Die Chloroplasten enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll und betreiben die
Photosynthese. Das heißt, die Energie des Sonnenlichtes wird eingefangen und in Form
von chemischer Energie in Zucker gespeichert.
• Das Cytoplasma ist eine farblose schleimige Masse (vergleichbar mit rohem Eiweiß). Im
Cytoplasma sind alle Zellbestandteile eingebettet.
• Die Vakuolen sind Hohlräume im Cytoplasma, die mit Farbstoffen, Giftstoffen, Duftstoffen
und anderen gefüllt sein können. (Abfall-Lagerplatz der Zelle).
• Die Ribosomen stellen Eiweiß her.
• Die Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. In ihnen findet die Verbrennung statt. Die
in Zucker gespeicherte Energie wird wieder freigesetzt und kann für die Herstellung
anderer Stoffe verwendet werden.
• Golgi-Apparate (Körper): Die Golgi Körper stellen Öle, Zellwandsubstanzen und Schleime
her.
• Endoplasmatisches Retikulum (ER) ist das schnelle Transportsystem für chemische
Stoffe.
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Organisation einer typischen
eukaryotischen Zelle
1. Nukleolus.
2. Zellkern (Nukleus).
3. Ribosomen.
4. Vesikel.
5. Rauhes
Endoplasmatisches
Reticulum (ER).
6. Golgi-Apparat.
7. Mikrotubuli.
8. Glattes ER.
9. Mitochondrien.
10. Vakuole.
11. Zytoplasma.
12. Lysosom
13. Zentriolen.
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Bakterien
(Bacillus subtilis)
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Aufbau eines Bakteriums
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Plasmid. EM.
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Eukaryoten
(Acanthocystis turfacea)
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Protisten
Sonnentierchen (Actinophrys sol)
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Mouse embryonic cell
10 μM
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Cell spreading
10 μM
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DNA
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DNA replication
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Proteine
• Proteine, umgangssprachlich auch Eiweiße genannt,
sind Makromoleküle, die neben Kohlenstoff, Wasserstoff
und Sauerstoff auch Stickstoff und manchmal auch
Schwefel enthalten. Sie gehören zu den
Grundbestandteilen aller lebenden Zellen. Die saure
Hydrolyse (das intensive Kochen in starken Säuren)
zerlegt die Riesenmoleküle in ihre einzelnen Bausteine,
nämlich rund 20 Arten von Aminosäuren. Das heißt:
Proteine bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren,
die durch Peptidbindungen verbunden sind. Oft sind
Hunderte oder Tausende von Aminosäuren in einem
Protein miteinander verknüpft.
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Proteine
• Räumlicher Aufbau
• Der Aufbau der Proteine, das heißt die Reihenfolge der Aminosäuren,
ist in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) kodiert. In den Ribosomen
wird diese Information verwendet, um aus einzelnen Aminosäuren ein
Proteinmolekül zusammenzusetzen, wobei die Aminosäuren in einer
ganz bestimmten, von der DNA vorgegebenen Reihenfolge verknüpft
werden. Ist diese Synthese abgeschlossen, werden die meisten
Proteine posttranslational noch modifiziert. Dies kann dadurch
geschehen, dass Stücke der Proteinsequenz herausgeschnitten
werden, das heißt durch limitierte Proteolyse, oder auch dadurch,
dass die Seitengruppen spezieller Aminosäuren durch chemische
Gruppen modifiziert werden. Eine sehr häufige Reaktion stellt die
Anfügung einer Phosphatgruppe dar, die bei einer Vielzahl von
Regulationsreaktionen eine wichtige Rolle spielt. Bislang sind in der
Literatur mehr als 200 unterschiedliche chemische Gruppen bekannt,
die an Proteine angefügt werden können, und so ihre Eigenschaften
modifizieren. Für die Wirkungsweise der Proteine ist aber auch ihr
räumlicher Aufbau wichtig. Deswegen lässt sich die Struktur der
Proteine auf vier Betrachtungsebenen beschreiben:
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• Proteine bestehen aus Makromolekülen
• ( = Riesenmoleküle). Solche Moleküle sind
immer aus sich wiederholenden
Bausteinen aufgebaut wie z. B. eine
Perlenkette.
• Kette mit gleichen Bausteinen
• Kette mit verschiedenen Bausteinen
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Aminosäuren
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Peptidbindung
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Zellmembran, Monolayer
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Lipid Bilayer (Zellmembran)
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