Von der Zelle zum Organ
Cytologie
•Die Cytologie befasst sich mit dem Bau und den
Funktionen von tierischen und pflanzlichen Zellen.
•Eine mikroskopische Betrachtung der Einzelheiten ist dafür
Voraussetzung.
•Unterschieden wird die lichtmikroskopische von der
elektronenmikroskopischen Betrachtungsweise.
•Entscheidend ist hierbei die Auflösung, d.h. wie groß ein
Detail noch optisch wahrnehmbar vergrößert werden kann.
© Peer Millauer
1
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Der Aufbau des
Lichtmikroskops
© Peer Millauer
2
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Pflanzenzelle im Lichtmikroskop
Zellkern
Chloroplast
Zellwand
Zellplasma
Vakuole
Zellmembran
© Peer Millauer
3
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Pflanzenzelle im Elektronenmikroskop
© Peer Millauer
1 = Zellmembran
2 = Zellwand
3 = Nachbarzelle
4 = Zellplasma
5 = Chloroplast
6 = DNA
7 = Kernpore
8 = Nukleolus
9 = ER
10 = rauhes ER
11 = Tüpfel
12=Dictyosom/GolgiApp.
13 = Ribosom
14 = Mitochondrium
15 = Vakuole
16 = Tonoplast
4
17 = Golgi-Vesikel
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Tierzelle im Elektronenmikroskop
© Peer Millauer
1 = Zellmembran
2 = Zellplasma
3 = Ribosom
4 = Mitochondrium
5 = Dictyosom (Golgi-Apparat)
6 = Golgi-Vesikel
8 = rauhes ER
7= endoplasmatisches
Retikulum ER
9 = Kernpore
10 = Kernhülle
11 = DNA
12 = Kernkörperchen
13 = Bürstenförmige Ausstülpungen
der Zellmembran werden als
Mikrovilli bezeichnet und dienen
der Oberflächenvergrößerung
5
b
Cytologie
Vergleich Pflanzenzelle – Tierzelle, Zellorganellen
Zur Wiederholung u. Vertiefung: Buch Seite 14/15
http://www.uni-koeln.de/ew-fak/bio/botanik/MikroFol2.pdf
© Peer Millauer
6
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Der Bau und die Funktion der Zellorganellen
•Lernzirkel an Stationen
•8 Stationen werden nacheinander durchlaufen
•Aufgaben siehe auf den ausliegenden Infoblättern
•Zeichnung einer schematischen Zelle ( siehe AB )
•Beschriftung der Zeichnung
•Hilfe: Buch Seite 29 -31
© Peer Millauer
7
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Das Mitochondrium
•ATP- Gewinnung durch oxidativen Abbau der Glukose
•Ort der Zellatmung
•"Kraftwerk" der Zelle
© Peer Millauer
8
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Der Zellkern
© Peer Millauer
9
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Ribosomen
Ort: Frei im Zellplasma oder gebunden an das ER.
Funktion: Eiweißsynthese für die Zelle (z.B.
Enzyme) und zur Sekretion (z.B. Hormone,
Antikörper)
Bau:kugelförmiges Riesenmolekül, aus 2
Unterereinheiten bestehend, ohne Membran
© Peer Millauer
10
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Das Endoplasmatische Reticulum
Bau: Röhren - und etagenförmiges Membransystem in der
Zelle. Man unterscheidet das glatte ER(ohne Ribosomen) vom
rauen ER (mit Ribosomen)
Funktion des rauen ER: Synthese und Transport von
Proteinen a) für die eigene Zelle z.B. Enzyme, Membranproteine
b) für den "Export" z.B. Antikörper = Immunglobuline
(Plasmazellen), Hormone (Insulin in Beta-Zellen) oder
Verdauungsenzyme (Bauchspeicheldrüsenzellen)
© Peer Millauer
11
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Der Golgi-Apparat (Dictyosomen)
Funktion: Herstellung und Speicherung von Sekreten z.B.
Drüsensäfte, Schleim, Zellwandbaustoffe....
Abschnürung von Membranblasen, den Golgivesikeln am
Rand des Organells
Sonderfall: Lysosomen: Vesikel mit Verdauungsenzymen
Aufgabe:Verdauung von aufgenommenen Nahrungsteilchen
bzw. Bakterien
© Peer Millauer
12
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Chloroplasten
Vorkommen: Nur in grünen Pflanzenzellen
Funktion: Ort der Photosynthese
© Peer Millauer
13
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Biomembran
Siehe: Skript Scheffelgymnasium Offenburg:
Die Biomembran
http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/Cytologie/91biomembran/biomembran.htm
Buch: Seite 49
© Peer Millauer
14
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Transport durch Membranen
1) Diffusion: Durch passive Teilchenwanderung erfolgt
Konzentrationsausgleich ohne Energieverbrauch
2) Osmose: Diffusion durch eine semipermeable Membran
http://www.mallig.eduvinet.de/bio/11osmose/osmo10.htm
3) aktiver Transport: Teilchen werden aktiv durch Membranen
durchgeschleust unter Energieverbrauch (ATP)
Transport durch Membrane 1
http://www.sn.schule.de/~biologie/lernen/zellbio/membran.html
Transport durch Membrane 2
http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/Cytologie/92transport/transport.htm
© Peer Millauer
15
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Proteine
Bedeutung der Proteine:
1. Transportproteine z.B. Hämoglobin
2. Hormone
z.B. Insulin, Hypophysenhormone
3. Antikörper ( Immunglobuline )
4. Strukturproteine
z.B. Muskelprotein, Haut ,Sehnen
5. Membranproteine
z.B. Tunnelprotein, Rezeptoren
6. Speicherproteine
z.B. Milcheiweiß
7. Enzyme
z.B. Azetylcholinesterase
Peer Millauer
8. ©Toxine
16
z.B. Bienengift, Schlangengifte
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Proteinaufbau
© Peer Millauer
17
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Die Peptidbindung
© Peer Millauer
18
Von der Zelle zum Organ
Cytologie
Aufbau der Proteinmoleküle
Proteinmoleküle sind Riesenmoleküle aus unverzweigten
Aminosäureketten.
Sie falten sich zu übergeordneten Raumstrukturen
Die Abfolge der Aminosäuren in der Kette =
Aminosäuresequenz
Der Aufbau der Proteine wird in Primärstruktur,
Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur
unterteilt, wobei die Komplexität in dieser Reihenfolge zunimmt.
Siehe AB: Proteinstrukturen
© Peer Millauer
19
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Die Zelle als „offenes System“, d.h., Zellen nehmen
ständig Stoffe und Energie auf und geben gleichzeitig
auch Stoffe und Energie ab nach einem
„Bearbeitungsprozess“
Ein Beispiel: Die Gehirnzelle
© Peer Millauer
20
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Grundlagen des Energiehaushaltes der Zelle:
1. Energie bleibt immer erhalten, sie nimmt nur andere
Formen an ( Energieerhaltungssatz )
2. Der Energiegehalt eines Systems strebt immer nach
dem Minimum, d.h. die enthaltene Energie nimmt
durch Prozesse ab, die Enthalpie sinkt.
3. Im Gegenzug nimmt die „energetische Ordnung“ in
einem System ständig ab, d.h., durch frei werdende
Energie steigt die Unordnung im System, die Entropie
wächst.
© Peer Millauer
21
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Folgerung:
1. Um Ordnung in einem lebenden System zu halten ist
ständige Energiezufuhr notwendig.
2. Der Aufbau lebensnotwendiger Stoffe ist nur durch
ständige Neuordnung der Einzelbausteine möglich.
3. Energie muss dazu vom lebenden System ständig
aufgenommen und/oder produziert werden
© Peer Millauer
22
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Es gibt eine unauflösliche Abhängigkeit zwischen
energieproduzierenden und energieverbrauchenden
Systemen
Autotrophe Lebewesen – Heterotrophe Lebewesen
Photosynthese (Aufbau energiereicher Stoffe) –
Zellatmung ( Abbau energiereicher Stoffe)
Das Gleichgewicht des Lebens
© Peer Millauer
23
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Das ATP – der universelle Energieträger lebender
Systeme
© Peer Millauer
24
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Das ATP – der universelle Energieträger lebender
Systeme - die Formel:
© Peer Millauer
25
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Das ATP – der universelle Energieträger schafft es endergonische und exergonische Prozesse zu
koppeln ohne (nennenswerten) Energieverlust:
© Peer Millauer
26
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Die Regeneration von ATP: ATP-Zyklus
Eine Muskelzelle setzt ihren gesamten ATP-Vorrat in einer
Minute um. Das bedeutet, dass pro Sekunde und Zelle 10
Millionen ATP-Moleküle verbraucht aber auch wieder
regeneriert werden!
Zur Regeneration von ATP durch Addition von Phosphat an
ADP muss der gleiche Energiebetrag aufgewendet werden, wie
beim Zerfall freigesetzt wurde. Deshalb werden alle
exergonisch ablaufenden Abbau-Reaktionen in der Zelle, deren
Energiebilanz genügend groß ist (mind. 30 kJ/mol) zur
Regeneration von ATP benutzt.
ADP + Phosphat (+Energie) --> ATP
© Peer Millauer
27
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Das ATP – liefert Energie für z.B.:
• Bewegung
• Aufbau von Stoffen ( z.B. Glykogen)
• Elektrische Potentiale ( Nervenleitung )
• Wurzeldruck ( Wassertransport )
• Licht ( Bioluminiszens )
© Peer Millauer
28
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Das ATP – wird gebildet von der freiwerdenden Energie
aller exergonisch ablaufenden Prozesse, z.B.:
• Atmungskette
• Photosynthese
• Glukoseabbau
• Fettabbau
© Peer Millauer
29
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Das ATP als Energielieferant für Stoffwechselprozesse
Beispiel: Die Umwandlung von Glucose zu Stärke
ATP überträgt Energie in Form eines Phosphatrestes auf
Glukose. Diese wird dadurch energetisch angeregt und
kann sich zu Stärke umwandeln (d.h. verbinden zu
Polysaccaridketten = Stärke)
Praktikum: Energetische Kopplung, Stärkeaufbau
Buch S. 56
© Peer Millauer
30
Von der Zelle zum Organ
Energie und Energieumwandlung
Quellen zum Wiederholen der Inhalte zum Kapitel 3:
• Klett Natura, Seite 52 – 56
• Scheffelskript: II/5
• Landesbildungsserver:
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/material/zelle/energ/staerke.htm
Praktikum: Untersuchung der Stärkebildung, Buch S.56
© Peer Millauer
31
Von der Zelle zum Organ
Enzyme
Was ist ein Enzym?
Welche Eigenschaften haben Enzyme?
Hierzu: Versuche, deren Ergebnisse Aufschluss geben
1. Beispiel: Die Spaltung von Wasserstoffperoxid
© Peer Millauer
32
Von der Zelle zum Organ
Enzyme
Modellversuch: Die Spaltung von Wasserstoffperoxid
Katalysator
2H2O2

H2O + O2
Katalysatoren sind Reaktionsbeschleuniger
Die Spaltung erfolgt nur nach Zugabe eines Katalysators
Hier: Braunstein
© Peer Millauer
33
Von der Zelle zum Organ
Enzyme
Modellversuch: Die Spaltung von Wasserstoffperoxid
Deutung des Versuchs:
•Braunstein senkt die Aktivierungsenergie (= “Hemmschwelle“),
so dass die Reaktion schon bei Zimmertemperatur abläuft.
•Der Katalysator nimmt zwar an der Reaktion teil, wird aber am
Ende wieder unverbraucht freigesetzt Wirkung in kleinsten
Mengen.
•Der Katalysator ändert nichts am Energieinhalt der Produkte und
Edukte d.h. an der Reaktionswärme.
© Peer Millauer
34
Von der Zelle zum Organ
Enzyme
Lernzirkel „Enzyme“, 5 Stationen
Übersicht Lernzirkel
Buch Kapitel 4, Seite 64 – 65, 67, 68,70 - 73
Scheffelskript: II/ 2 - 4
© Peer Millauer
35