Zelle und Zellaufbau
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06.10.2011 Zelle und Zellaufbau Pflanzliche Zelle Tierische Zelle Chl Chloroplast l t Z ll Zellmembran b Zellwand Kein Chloroplast 1 06.10.2011 1………Eizelle 2………Samenzelle 3………Leukozyt 4………glatte Muskelzelle ( ) 5………Nervenzelle (Großhirn) 6……...T-förmige sensible Nervenzelle 7……..Knochenzelle Morphologische Vielfalt tierischer Zellen Größe der Zellen: 10 – 30 µm bei großer Varianz Säugetiere: ♂ Geschlechtszellen (Spermien) sind am kleinsten ♀ Geschlechtszelle (Eizelle) ist am größten Nervenzelle bis 1 m lang Zellformen: Kugel………….….bei frei bewegl. Zellen polyedrisch……….Epithelzellen spindelförmig…….Muskelzelle (glatte Muskulatur) faserig…………….Muskelzelle (quergestreifte Muskuatur) z. B. mannigfaltige Formern bei männlichen Geschlechtszellen! 2 06.10.2011 1…Mensch; 2…Vesperugo; c…Schwein; d…Ratte; e…Buchfink; f…Kammmolch; g…Rochen; h…Käfer; i…Maulwurfsgrille; k…Süßwasserkiemenschnecke; l…Seeigel; Relation der Zellgrößen Spermien auf einer Eizelle (Mensch) 3 06.10.2011 Zellorganellen: Zelldifferenzierungen g Zellen g gleichen sich nicht unterschiedliche Aufgaben (biolog. Funktionen) aber! Aufbau zeigt gemeinsame Strukturen! Zellleib: Zellmembran (Dicke = 10 nm) Mitochondrien Zentralkörperchen Grundplasma Schematische Darstellung der Ultrastruktur einer Zelle 4 06.10.2011 Zytoplasma: Protoplasma: Zellbestandteile, die den Kern umgeben In der Zelle aktiv tätige Strukturen Paraplasma: (Zellstrukturen) flüssig Vakuolen fest Granula, z.B. Granula d. Leukozyten, Glykogen, Fett Zellkern: Kernmembran, 1 oder mehrere Kernkörperchen (Nucleoli), Chromatin Metaplasma: Spezifische Funktionsstrukturen im Zytoplasma (z. B. Myofibrillen) 5 06.10.2011 Maßeinheiten: 1 Zentimeter (cm) = 10-2 Meter 1 Millimeter (mm) = 10-3 Meter 1 Mikrometer (m) = 10-3 mm 1 Nanometer ((nm)) = 10-3 m 1 Angström (A) = 10-1 nm Größenspektrum von Zellen: Durchmesser meist 1 bis 100 m Nur unter dem Mikroskop sichtbar! Logarithmische Skala der Größen im Tierreich Chemische Bestandteile des Protoplasmas PP = gallertartige Masse Viskosität ist abh. von pH-Wert (Salzgehalt) ( g ) flüssige Phase……………Sol – Zustand feste Phase……………….Gel-Zustand Ektoplasmaschicht………..Plasmagel g Endoplasma……………….Plasmasol Ektoplasma durch festeres Häutchen Umgeben = Plasmalemma 6 06.10.2011 Schematische Darstellung einer nackten Amöbe. Enp…Endoplasma; Ep…Ektoplasma; K…Kern; KV…Kontraktile Vakuole NV…Nahrungsvakuole; PL…Plasmalemma; Pp…Pseudopodien Plasmasol wird in eine Richtung gedrückt Bewegung = Wechseltierchen Strukturkomponenten des Protoplasmas (PP) = Träger der Lebensvorgänge Chem. Beschaffenheit des PP: 70 – 90% Wasser einige org. Salze gelöst: NaCl, KCl, MgCl2, Ca Cl2 = Molarität Eiweiße……….Hauptmasse der org. Verbindungen Fette…………..Lipoide, Kohlenhyrate, Polysaccharide Nukleinsäuren 7 06.10.2011 Biochemie der Proteine AS sind chemisch Substitutionsprodukte der Carbonsäuren. Ein H2 -Atom wird durch eine Aminogruppe (NH2) ersetzt. COOH H C COOH H H2N C R R Carbonsäure Aminosäure Aminosäuren Gly Glykokoll Ala Alanin Val Valin Leu Leucin Met Methionin Ser Serin Cys Zystein Try Tryptophan Tyr Tyrosin Lys Lysin Phe Phen lalanin Phenylalanin Asp Asparaginsäure Glu Glutaminsäure His Histidin Arg Arginin H 8 06.10.2011 Proteine AS…………..Verbindungen durch Peptide AS…………...Fettsäuren mit 1 oder 2 NH2 – Gruppen Glycin………H2N –CH2 - COOH Alanin……… + CH2 Di-, Oligo-, Polypeptide Proteine Skleroproteine Globuläre Proteine Stütz- und Gerüstsubstanzen Lösliche Proteine kugelige Proteine hydophile Seitenketten Kohlenhydrate Glucos, Glykogen ….Strukturelemente 1 C – Atom 1 H2O Molekül Cn(H2O)n Disacchararide………… Maltose, Lactose Saccharose Polysaccharide………….Glycogen 9 06.10.2011 Lipide = Ester höherer FS mit 3-wertigem Alkohol – Triglyceride EINTEILUNG - Glyceride - Freie FS - Lipoproteine - Phospholipide - Sphingolipide - Sterole - Carotinoide - Prostaglandine Gesättigte FS……….Einfachbindung Ungesättigte FS…….Doppelbindung Palmitinsäure….16-C Stearinsäure…...18-C Meisten FS können aus Glucose aufgebaut werden! Essentielle FS nicht! z.B. Linolsäure, Arachidonsäure Größe und Zusammensetzung: - Nichtpolar L. - Polare L. VLDL LDL HDL Nucleinsäuren Purin Pyrimidin Adenin C t i Cytosin Guanin Thymin (nur in DNA)) Uracil (nur in RNA) A - T (U) G - C 3 Miard. Bausteine in DNA; davon 1% enthält Erbinformation Genetische Variation aller 500 Basenpaare 3 Miard. Buchstaben = 2 Miard. Seiten 10 06.10.2011 Mineralische Bestandteile Einzelne Stoffgruppen (Lipide, Nucleinsäuren, Proteine,..) wirken nur im wässrigen Medium miteinander, in welchem eine hohe Anzahl Ionen g gelöst sind, z.B.: - Säure-Basen-Gleichgewicht - Diffusionen, Osmosen - Aktiver Transport (H+, Na+, K+, Ca++) - Knochenstoffwechsel (Ca++, [PO4]---) - Atmung g ((Fe+++) - Nervenleitung (Na+, K+) - Muskelkontraktion (Ca++, K+, Na+) -… Zellkern Festsitzendes Glockentierchen Ma: Makronukleus Nv: Nahrungsvakuole St: Stiel mit kontraktilen Fibrillen 11 06.10.2011 Wimpertierchen (Ciliaten) a…Süßwasserciliat (Trompetentierchen) b…Stylonychia cc…Paramecium Paramecium (Pantoffeltierchen) Chromatin Euchromatin Heterochromatin ete oc o at aufgelockerte Form kompakte Form, kann sich zusammenlagern Chromozentrum L Lage iin d der Näh Nähe d des N Nucleolus l l Je nach Chromatinverhalten: - strukturlose Kerne - Kerne mit Chromozentrum - Chromosomenkerne 12 06.10.2011 Verschiedene Ebenen des Chromatinaufbaus Der Zellkern und seine Hüllen 13 06.10.2011 Ultrastruktur eines Retikulumzellkerns (R) mit Nukleus (N) L Lymphozytenkerne, die von einem schmalen ZytoplasmaSaum umgeben sind, in den einige Mitochondrien liegen ZR Zytoplasma der Retikulumzelle Funktionen des Kernkörperchen (Nucleolus) Konstantes Gebilde, Häufigkeit 1 bis >100 Größe ist sehr unterschiedlich Lage im Kern verschieden Anzahl, Lage und Größe ist abhängig von Zellart Nach Zellteilung Neubildung der Nucleoli Nukleolarsubstanz wird nicht gleichmäßig auf Tochterzellen verteilt! • • • • • Für Kernaufbau mit verantwortlich Bedeutung für Eiweißbildung in der Zelle Vorkommen von submikroskopischen Granula in den Nucleoli Granula aus dem Kern ausgeschleust Synthetisierung ribosomaler (r)RNA in den Nucleoli 14 06.10.2011 Aufbau der DNA a....Desoxyribonucleotid b…Oligonucleotid (Desoxyribonucleinsre.) p g im c…Basenpaarung DNA-Doppelstrang d…Aufbau DNADoppelstrang (Strickleitermodell) e…Helixmodell einer BDNA f…Kalottenmodell einer B-DNA, Kugelkalotten deren Größen den Dimensionen der verschiedenen Atome entsprechen 15 06.10.2011 A–T G–C Verh.: 1 : 1 Schematische Darstellung der Selbstverdopplung der DNA nach WATSON und CRICK Bildung von Tochterschrauben 16 06.10.2011 Schema zum Ablauf der DNA-Bildung während der Interphase Ablauf der DNA-Synthese 17 06.10.2011 Wirkungen hauptsächlicher Enzyme des Nucleinsäurestoffwechsels m –RNA: Informationsübertäger für Proteinsynthese, Transkription von DNA t – RNA: Transportfunktion, niedriges Molekulargewicht, löslich r – RNA: Aufbau der Ribosomen durch Proteine Bildungsort an der DNA 18 06.10.2011 Schema zum Fluss der genetischen Information von der DNA zum Protein Vesikuläre und tubuläre Strukturen des endoplasmatischen Retikulums einer Pigmentepithelzelle der Netzhaut (K..Kern; M..Mitochodrien) 19 06.10.2011 Ribosomen im Grundplasma verteilt Lymphoblasten 80 S - Ribosomen Polysom Schema der Ribosomenaggregation 20 06.10.2011 Golgi-Apparat von epithelialen Riesenzellen des Vas deferens einer Assel Golgi-Apparat in den Nierenzellen (Hauptstückzellen) eines Molches. Seine Lage variiert je nach Funktion der Zellen 21 06.10.2011 Mitochondrium: Ort der Zellatmung Doppelmembran, Christae sind Einstülpungen der Innenmembran zur Oberflächenvergrößerung Mitochondrien einer Leberparenchymzelle 22 06.10.2011 Innenmembran: Träger der Atmungskette Außenmenbran: enth. Enzym zur Aktivierung von Catecholaminen Funktion der Mitochondrien: • Vorhandensein V h d i in i Zellen Z ll mit it aeroben b Stoffwechsel St ff h l • Intensiver Stoffwechsel verlangt hohe Anzahl an Mitochondrien • Enge Beziehung zur Atmung • Bedeutung für Fermentchemie der Zelle • in M. sind alle Fermente enthalten, der Atmungskette, d Zitronensäurezyklus, des Zit ä kl der Glykolyse 23
