Zell-Verbindungen
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Zelle Eukaryoten = echter Zellkern polare Zellen = apikale/basolaterale Seite Bsp. Darmzelle apolare Zelle = Oberfläche rundum gleich Bsp. Fettzelle Zellmembran: - fragil, verformbar - Lipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen Fluid- Mosaik-Modell - polare Köpfe der Lipide außen - apolare Schwänze innen integrale Proteine: 1. Transmembranproteine gehen durch gesamte Zelle a) Ionenkanäle b) Rezeptoren -kreisförmige Anordnung der membranständigen Domänen 2. Protein nur auf einer Seite der Zelle a)Enzyme b)Signalvermittler (G-Proteine) 3. periphere Proteine s.o. 2.a)b) an der Zellaußenseite werden die Proteine mit Zuckerketten versetzt (Glykolisierung) zur Erkennung körpereigener Abwehrzellen, charakteristisches Oberflächenprofil wenn Kollagene dazu kommen = Glycokalix = hauchdünner Überzug der Zelle Cytoplasma = Zellleib -Zellkern, Organellen = Kompartimente -dazwischen Cytosol, auch kompartimentiert aber lichtmikroskopisch nicht erkennbar und wenig beknnt Cytosol: Wasser, Eiweiß, KH, Lipide, Nucleinsäuren - durch Eiweiße entsteht kolloidartige Masse - verschiedene Viskositätszustände a)Solzustand b)Gelzustand -abhängig von pH, Ionenkonzentration, Signalstoffen Zellhomöostase: jede Zelle reguliert Konzentration anorganischer Ionen (Na, K, Cl, Ca u.a.) Bei über 41 ° C verkleben Zellproteine und Zelle wird geschädigt. Vesikel: - kugelige Kompartimente, von einfacher Membran umgeben - Speicherung von Stoffen - Transportvehikel (Motorproteine) - raues ER und Golgi-Apparat bilden Vesikel besondere Vesikelform: Lysosomen, Peroxisomen - für Abbaureaktion, Entgiftung und Entsorgung Lysosomen: - einfache Membran - enthalten saure Hydrolasen - können Eiweiße, Fette, KH, Nucleinsäuren und aggressive Phosphor-und - Schwefelverbindungen abbauen. - nehmen Protonen auf und erhalten sauren pH aufrecht - werden durch Abschnürung vom Golgi-Apparat gebildet (primäre Lysosomen) - Verschmelzung mit Mitochondrien oder anderen Stoffen = sek. Lysosomen - Funktionelle Integrität der Lysosomenmembran bestimmt Lebensdauer der Zelle, bei Instabilität: Lyse durch aggressive Enzyme Peroxisomen: - doppelte Membran - bauen aggressive Verbindungen ab - enthalten Katalasen und Oxidasen - oxidieren Fette, AS, Purinemit molekularem Sauerstoff entstehende hochaggressive Wasserstoffperoxide werden durch Katalasen zu Wasser reduziert. Cytoskelett: - flexible Zellmembran, beweglich - besteht aus Filamenten, durchzieht Zelle in alle Richtungen, in Zellmembran verankert - mit Nachbarzellen verbunden Cytoskelett / intermediäre Filamente:- 5 Typen - Stützfunktion, Formgebung -vernetzte Polypeptide, drei-D-Gerüst 1.) Keratinfilamente: - dreifach verdrillte, helicale Strukturen, wasserunlöslich, fest. - in Darmepithel, Epidermis, verhorntem Gewebe. 2.) Tonofilamente: geben Stabilität bei Änderung des Zellvolumens 3.) Desminfilamente: in Z-Scheiben der Muskelzellen 4.) Vimentin als iF- Fasertyp in Fibroblasten, starke mech, Beanspruchung, durch VimentinNetzwerk äußerst verformbar. 5.) Neurofilamente iF eignen sich aufgrund der Gewebspezifität zur Zelltypisierung und Tumordiagnostik. Aktinfilamente: - kommen in allen Eukaryotenzellen vor. - bestehen aus globulären Proteinen (G-Aktin) - 5 nm groß, lagern sich zu Fäden zusammen (F-Aktin) - 2 Aktinfilamente sind verdrillt - Polymerisation erfolgt unter ATP-Verbrauch, kann durch Zellgift Cytochalasin gestoppt werden - Aktinfilamente sind durch Fimbrin vernetzt und in Zellmembran verankert (Vinculin) - Aktin + Myosin in Muskelzelle - an Zellteilung beteiligt, bildet Ring Äquatorialebene der Zelle - Gift des Knollenblätterpilzes, Phalloidin, stabilisiertPolymerstruktur, kein dynamischer Umbau mehr möglich, Aktinmonomere können nicht mehr voneinander gelöst werden. - Aktinfilamente sind für Viskosität des Cytoplasmas verantwortlich ( Sol- Gelzustand ) Mikrotubuli: - in allen eukaryotischen Zellen - bestehen aus alpha / beta- tubulin, zu Dimeren zusammen gelagert, bilden röhrenförmiges Filament - d= 25 nm, 13 Dimere zu Ring angeordnet. - Plus-Ende: Tubulin- Dimere weden angelagert - Minus-Ende: Tubulin- Dimere werden abgebaut - Tretmühlen- Mechanismus: Verlängerung, Verkürzung, Erneuerung bei gleicher Länge - Prozess wird gestoppt durch Colchizin und Eibengift Funktion der Mikrotubuli: - intrazellulärer Transport - bilden Kernspindelapparat (zieht bei Kernteilung dupliziert Chromosomen auseinander) - entstehen aus Organisationszentren ( Centrosom) - dort Centriolen, bestehen aus 2 senkrecht zueinander stehenden zylinderförmigen Strukturen, darin 9 dreifache Mikrotubuli im Kreis angeordnet - vor Kernteilung werden Centriolen dupliziert - bilden Aster aus ( stahlenförmige Strukturen) - Centriolenpaar wandert auf entgegengesetzte Seite des Zellkerns, bildet Mikrotubuli und greift zwischen Chromosomenhälften an. - Depolymerisation s.o. bei Colchizin oder Taxol, Kernteilung unterbunden = Cytostatika - durchziehen gesamte Zelle, dienen als Leitstrukturen für die Bewegung der molekularen Motoren, die Vesikel transportieren - bilden innere Bewegungsstruktur von Cilien und Geißeln - 9* 2+2 Formel bei Eukaryoten - Dyneinarme ( Motorproteine) gleiten hin und her > Bewegung Cilien und Geißeln: - sind extrazelluläre Strukturen, die über Basalkörper mit Zellmembran verankert sind. - Basalkörper aufgebaut wie Centriolen: 9*3 - Organisationszentrum für Aufbau Geißelmikrotubuli - Zellmotilität ( Bewegung) - bei Bakterien ( Prokaryoten) komplett nadere Aufbau der Geißeln (Flagellin) Molekulare Motoren: - eine Bindungsstelle für Andocken der Vesikel - eine für Entlanggleiten an filamentöser Struktur - 2 Klassen : 1.) Myosin-artige bewegen sich entlang Aktinfilamenten 2.)Dynein/ Kinesin beiMikrotubuli Dynein – Minusende Kinesin- Plusende Beide 2 Bindungsstellen, schreitende Bewegung Exocytose: - für größere Moleküle und Partikel - Vesikel fusioniert von innen mit Zellmembran - Fusionspore, Inhalt wird abgegeben - spezielle Proteine für Fusion - Vesikelmembran ( V-SNARE) - Zellmembran ( T-Snare / SNAP25) - ATP-Verbrauch, bilden Fusionskomplex - Erhöhung intrazellulärer Ca- Konzentration - Bsp: synaptische Nervenendigungen Acetylcholon, Adrenalin - Speicheldrüse, Milchdrüse Rezeptorvermittelte Endocytose - an genau lokalisierter Stelle der Zellmembran - membranständiger Rezeptor löst Signalkaskade aus - Einsenkung Zellmembran, Abschnürung Vesikel - Protein Clathrin an innerer Membran nötig, wird wieder verwendet - sog. "coated pits” Pinocytose: Aufnahme von kleinen flüssigkeitsgefüllten Vesikeln Transcytose: quer durch bei Epithelzellen. Zell-Verbindungen 1.) Gap junctions 2.) Desmosomen 3.) Tight junctions 1.) Gap junctions: - Kommunikationskontakte zwischen einzelnen Zellen - Tunnelbildung für große Moleküle - elektrische Synapsen Bsp Herz - bestehen aus Protein Connexin (6 Stck zu Ring angeordnet) - 1 Hälfte = Connexon 2.) Desmosomen - Haftkontakte, Festigung von Geweben a) Plattendesmosomen: - scheibenartige Struktur an Innenseite Zellmembran - ähnliche Struktur an anderer Seite ( Druckknopf) - an Innenseite intermediäre Filamente, zwischen Platten dünne Filamente b) Gürteldesmosomen: - an apikaler Seite von Epithelzellen - dicke Stränge von Aktinfilamenten - Haftung / Festigkeit / Gestaltungsbewegung - Bsp Absenkung Neuralrinne - können Zellverbände gürtelartig einschnüren 3.) Tight junctions : - Verschlusskontakte, nur in Epithelzellen - verhindern Durchtritt von Flüssigkeit und Substanzen zwischen Zellen (parazellulär) - Barrierefunktion Bsp Darm, Niere - bestehen aus Verschlussproteinen ( Occludine, Claudine) - sitzen in Membranen der Epithelzellen und haften sie zusammen = „Strands“ Extrazelluläre Matrix: - Grundsubstanz für Festigung, Differenzierung und Orientierung für Wachstum, in die tierische Zellen eingebettet sind - besteht aus vernetzten Proteinen, Kollagenen - in wässriges Gel ausHyaluronsäure und Proteoglykanen eingebettet. - Kollagene in Triplehelices verdrillt - durch Protein Elastin elastisch - Zelladhäsion / Zellerkennung durch Fibronectin - extrazelluläres Faserprotein Fibrin, Blutgerinnung, Wundverschluß - Integrine verbinden EM mit Actinfilamenten des Cytoskeletts - Laminin wird von Epithelzellen gebildet und bildet mit Kollagenen die Basallamina, auf der die Epithelzellen sitzen und ausdifferenzieren. Zellkern: - bei Eukaryotenzellen - Doppelmembran mit Kernporen - perinukleärer Raum, Verbindung zu ER - Erbsubstanz Chromatin - Nucleolus bildet Ribosomen- Untereinheiten, wandern ins Cytoplasma - Chromosomen nur bei Zellteilung, kondensierte Form Ribosomen: - synthetisieren Proteine - frei im Cytoplasma oder ER - Spezialform in Mitochondrien - bestehen aus 2 Untereinheiten, verschiedene Größe - werden im Nucleolus gebildet und wandern durch Kernporen ins Cytoplasma - Eukaryoten 60S-40S - Prokaryoten 50S-30S - Untereinheiten bestehen aus ribosomaler RNA und Proteinen - Komplex 60S-40S dient zur Proteinsynthese (Translation) - mRna gleitet hindurch und wird abgelesen - nach Translation Trennung des Komplexes - „Polysomen“ bei mehreren Ribosomen hintereinander ER: - System von Gängen und Kammern - einfache Membran - in Lumen Entgiftung und Spaltung von Xenobiotica - Syntheseort für Elemente der Zellmembran - in spez. Zellen Synthese von Steroidhormonen - funktionell zwischen Zellkern und Golgi- Apparat - gibt Produkte über Vesikel an Golgi-Apparat weiter - ER-Produkte werden zu Endosomen und Lysosomen - rER Proteinsynthese (Translation) Translation/ Proteinsynthese: - genetische Info wird in Zellkern von DNA abgelesen (Transkription) primäres Transskript = einsträngige, primäre mRNA Weiterverarbeitung = RNA- Processing - nicht codierte Abschnitte (Introns) werden durch RNAsen herausgeschnitten - codierte Abschnitte werden zusammengeführt (Splicing) sekundäres Transskript ist kürzer - enthält Schutzstrukturen am Vorderende (Cap) und Hinterende ( Poly-A- Schwanz) - schützen vor abbauenden Enzymen - Cap wird mit Signalfrequenz versehen, die es erlaubt, Kernporen zu passieren > Cytoplasma - in Cytoplasma initiiert mRNA Zusammentritt zweier Ribosomen- Untereinheiten> > Translation - mRNA wandert mit 5-Strich-Ende voran durch Untereinheiten und wird abgelesen - 3 Basen (Triplett) bilden ein Codon = 1 Aminosäure AS wird von t RNA an vorangehende AS gekoppelt (Peptidbindung) > Polypeptid Proteinsynthese kann auch bei Membranen (integralen Membranproteinen) oder Transmittern/ Vesikeln Verwendung finden. - dazu koppeln die Ribosomen an ER an - Signal für Ankopplung auf mRNA enthalten - Produkt wird ins Lumen des ER entlassen - Nach Beendigung lösen sich Ribosomen von ER - Untereinheiten dissoziieren - Produkt kann weiter aufgebaut werden - Wird über Vesikel zum Golgi-Apparat transportiert Golgi-Apparat - Ansammlung tellerförmiger Zisternen, übereinander geschichtet - funktionell nach ER - erhält Produkte, modifiziert und verpackt sie, sendet sie an Zielorte - Cis-Seite an ER - Trans-Seite Abschnürung der Vesikel - Adressierung (GPI- Anker) an Außenseite > Sortierung - mit Motorproteinen zum Bestimmungsort Mitochondrien - Doppelmembran, längliche Zellorganellen - Energieproduktion ATP, Wärmeproduktion - entstehen durch Teilung aus sich selbst - ehemalige Prokaryotenzellen - eigenes Genom, zirkuläre DNA, < 20 Basen - enthalten 70S Typ - Endosymbionten- Theorie.... - bestehen aus 4 Kompartimenten: 1. äußere glatte Membran 2. Intermembranraum 3. innere Membran mit Cristae 4. Matrix äußere Membran: - große Poren für Makromoleküle - nimmt Pyruvat aus Cytosol auf, liefert zusammen mit Fettsäuren Energie für Protonenpumpen in den Transmembranproteinen der inneren Membran der Atmungskette. Innere Membran: - ATP- Synthese- Komplex stellt durch oxidative Phosphorylierung ATP her Matrix: - Citronensäurecyclus, Fettsäureoxidation, Biosynthese AS - enthält Kopien mitochondrialer – RNA, t-RNA, Enzyme - Herstellung der Proteine wird trotzdem vom Zellkern gesteuert - braunes Fettgewebe für Wärmeproduktion bei Neonatalen - unterschiedlich viele Mitochondrien in verschiedenen Körperzellen
