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6.4 Das Endomembransystem der Zelle: Regulation und Teil des Stoffwechsels Golgi-Apparat cis-Seite („Empfängerseite“ des Golgi-Apparates) 6 Vesikel transportieren auch bestimmte Proteine zum ER, ihrem Funktionsort, zurück. 1 Vesikel werden vom ER zum Golgi-Apparat verbracht. 2 Vesikel fließen zu einer neuen cis-Golgi-Cisterne zusammen. Cisternen 0,1 µm 5 Vesikel transportieren einige Proteine zu weniger reifen Golgi-Cisternen zurück, wo sie ihre Aufgaben erfüllen. 3 4 trans-Seite („Senderseite“ des Golgi-Apparates) Cisternenreifung: Die Golgi-Cisternen „wandern“ in cis-trans-Richtung. Vesikel bilden sich und knospen vom Golgi-Apparat ab. Sie befördern Proteine zu anderen Orten innerhalb der Zelle oder zur Plasmamembran zum Zweck der Sekretion. TEM-Aufnahme des Golgi-Apparates einer Zelle Abbildung 6.10: Der Golgi-Apparat. Der Golgi-Apparat der Zelle besteht aus abgeflachten Membransäcken (Zisternen), die – anders als die Zisternen des ER – nicht direkt miteinander in Verbindung stehen (siehe Anschnittzeichnung oben). Ein Golgi-Membranstapel nimmt Transportvesikel auf und schnürt andere ab. Über die Nachbearbeitung hinaus synthetisiert der Golgi-Appa rat bestimmte Makromoleküle auch selbst. Viele der von Zellen se zernierten Polysaccharide werden im Golgi-Apparat gebildet. Da zu gehören die Pec tine und andere Polysaccharide pflanzlicher Zel len, die, außer der Cellulose, in die Zellwände eingebaut werden. Indem ein Golgi-Stapel seine Produkte durch das Abknospen von Vesikeln an der trans-Seite entlässt, werden diese bezüglich ihrer Zielorte in der Zelle sortiert und in entsprechende Vesikel verpackt. Molekulare „Adressaufkleber“ wie Phosphatreste, die im Verlauf der Modifikation angefügt worden sind, fungieren wie Postleitzahlen. Die vom Golgi-Apparat abgehenden Vesikel weisen an ihren Oberflächen spezifische Erkennungs-Moleküle auf, die als Andockstellen für Rezeptoren auf den Ziel mem bra nen dienen. 6.4.3 Lysosomen: Kompartimente der Verdauung Ein Lysosom ist ein in tierischen Zellen vorkommendes Or ganell, das viele hydrolytische Enzyme enthält, mit deren Hilfe Makro- und andere Moleküle zerlegt werden können. Lyso so male Enzyme arbeiten bei niedrigen pH-Werten. Falls ein Ly so som platzt oder seine Membran ein Loch aufweist, durch das der Inhalt austreten kann, verlieren die freigesetzten Enzyme im neutralen Cytosol ihre Wirkung, so dass der Schaden begrenzt wird. Der Zerfall einer größeren Zahl von Lysosomen kann je doch eine Zelle total zerstören. 11
6 Die Struktur von Zellen Zellkern 1 µm 1 µm Vesikel, das zwei beschädigte Organellen enthält Mitochondrienfragment Lysosom Peroxisomenfragment Lysosomen enthalten aktive Hydrolasen. Eine Nahrungsvakuole fusioniert mit einem Lysosom. Die hydrolytischen Enzyme verdauen die Nahrungsteilchen. Ein Lysosom fusioniert mit einem Vesikel, das beschädigte Organellen enthält. Hydrolasen verdauen Organellenbestandteile. Verdauungsenzyme Lysosom Plasmamembran Lysosom Verdauung Peroxisom Nahrungsvakuole Vesikel Mitochondrium Verdauung (a) Phagocytose: Ein Lysosom verdaut Nahrung. (b) Autophagie: Ein Lysosom baut beschädigte Organellen ab. Abbildung 6.11: Lysosomen. Lysosomen verdauen (hydrolysieren) in die Zelle aufgenommenes Material und gewinnen zelleigenes Material zur Wiederverwertung zurück. (a) Oben: In diesem Makrophagen (einer weißen Blutzelle) einer Ratte erscheinen die Lysosomen sehr dunkel, weil sie das Kontrastierungsmittel, das mit einem der Verdauungsprodukte reagiert, angereichert haben (TEM-Aufnahme). Makrophagen verleiben sich Bakterien und Viren ein und zerstören sie mithilfe ihrer Lysosomen. Unten: Diese Schemazeichnung zeigt das Lysosom einer Protistenzelle bei der Fusion mit einer Nahrungsvakuole. (b) Oben: Im Cytoplasma dieser Rattenleberzelle ist eine Vesikel erkennbar, die zwei beschädigte Organellen eingeschlossen hat. Solche Vesikel werden als multivesikuläre Körper bezeichnet. Sie fusionieren schließlich mit einem Lysosom in einem Vorgang, der der Bildung eines Phagolysosoms homolog ist. Man spricht aufgrund der Herkunft des Verdauungsgutes aus der Zelle selbst von Autophagie (TEM-Aufnahme). Unten: Die Schemazeichnung zeigt die Fusion einer Vesikel mit einem Lysosom. Die Herkunft der Doppelmembran dieser Vesikel ist noch ungeklärt. Die äußere Membran fusioniert mit der Membran des Lysosoms. Die innere Membran wird zusammen mit den beschädigten Organellen abgebaut. Lysosomen entstehen aus Vesikeln, die an der Seite des Golgi-Apparates abgeschnürt werden und zunächst mit dem Endosom verschmelzen. Ebenso fusionieren von der Plasmamembran kom mende Vesikel mit dem Endosom, das schließlich zum Ly sosom reift (Abbildung 6.10). Die lysosomalen Enzyme werden als inaktive Vorstufen gebildet und erst im Lysosom selbst durch den niedrigen pH-Wert aktiviert. Lysosomen führen die intrazelluläre Verdauung durch. Amöben und andere Protisten fressen, indem sie sich noch kleinere Or ganismen und andere Nahrungsteilchen einverleiben (der Vor gang heißt Phagocytose (gr. phagein, ich esse + kytos, Gefäß, Hohlkörper)). Die dabei gebildete Nahrungsvakuole fusioniert mit Lysosomen der Zelle zum Phagolysosom (⇒ Abbildung 6.11 a unten). Die lysosomalen Enzyme besorgen dann die Verdauung. Die Verdauungsprodukte, wie zum Beispiel Kohlenhydrate und Aminosäuren, treten in das Cytosol über und dienen der Zelle als Nährstoffe. Manche Zellen des Menschen sind ebenfalls zur Phagocytose befähigt. Dazu gehören die Makrophagen – ein Typ von weißen Blutzellen, der den Körper gegen Bakterien und andere Eindringlinge verteidigt, indem er sie durch Phagocytose aufnimmt und dann zerstört (Abbildung 6.11 a oben). 12
Seite 2 und 3: Kapitel 6 Die Struktur von Zellen 6
Seite 4 und 5: 6.2 Eukaryotische Zellen sind kompa
Seite 6 und 7: (b) Pflanzenzelle. Diese Zeichnung
Seite 8 und 9: 6.3 Die genetischen Anweisungen ein
Seite 10 und 11: 6.4 Das Endomembransystem der Zelle
Seite 14 und 15: 6.5 Mitochondrien und Chloroplasten
Seite 16 und 17: 6.5 Mitochondrien und Chloroplasten
Seite 18 und 19: 6.6 Das Cytoskelett: Organisation v
Seite 20 und 21: 6.6 Das Cytoskelett: Organisation v
Seite 22 und 23: 6.7 Zell-Zell-Kommunikation und hal
Seite 24 und 25: Abbildung 6.22: Näher betrachtet -

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