raues ER
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Die Zelle Zellbiologie Disziplin der Biologie, beschäftigt sich mit 1. Der Struktur der Zelle 2. Der zellulären Vorgänge 3. Der Zellteilung Eng gebunden an: 1. Molekularbiologie 2. Biochemie 1 Zelltheorie 1838, 1839 Theodor Schwann Matthias J. Schleiden 1. Alle Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen. 2. Die Zelle ist die grundlegende Einheit für die Struktur und Funktion der Organismen!!!!! Die Zelltheorie ist eine der fundamentalen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Biologie. Sie besagt, dass alle Pflanzen und Tiere sowie ihre Organe, so vielgestaltig sie auch sein mögen, stets aus Zellen zusammengesetzt sind 1855 Zelltheorie 3. Omnis cellula e cellula -Zellen entstehen stets aus anderen Zellen durch Zellteilung Rudolph Virchow Diese Theorie zeitigte weitreichende Schlüsse: Wachstum ist ein Prozess, bei dem immer mehr Zellen gebildet werden, die stets wieder aus Zellen entstehen. Auch bei der Fortpflanzung spielt die Zelle die wesentliche Rolle. Neue Individuen entstehen stets aus lebenden Zellen durch Zellteilung, niemals kann eine Urzeugung, also die Entstehung von Zellen aus totem Material, beobachtet werden. Keimtheorie Louis Pasteur Jahre 1860 Die Keimtheorie besagt, dass Krankheiten durch Mikroorganismen verursacht – Entdeckung von prokaryotische Zellen Prokaryoten Eukaryoten Klassifikation von Organismen Növények Pflanzen III. Eubakteria Eubakterien I. Állatok Tiere Pilze Gombák Egysejtűek Protisten Archaebakteria Archaebakterien II. Wie steht's mit den Viren?? Ursprung: I. Vereinfachte Zellen II. Abgeleitet aus der DNA der Wirtzelle Viren sind Zellparasiten ohne eigenen Stoffwechsel und vermehren und verbreiten sich in ihren Wirtszellen, d. h. sie nutzen den Stoffwechsel ihres Wirts und veranlassen ihn, seine Strukturen zu ihrer eigenen zu machen. 6 Ursprung der Zelle DNS RNA DNA Zellkern Cytoplasmatische DNA RNA-Zelle Prokaryont Eukaryont 7 Ursprung der DNA „DNA-Welt” RNA-Welt Virenhypothese: - Viren haben die DNA entdeckt, die Zelle hat sie übergenommen nach einer unerfolgreicher Infektion 8 Ursprung der Proteine RNA-Welt „Protein-Welt” Ursprung der Membran Mizelle Doppelschicht 9 Prokaryotische Zellen Plasmide Pilus Plasmamembran Kapsel Zellwand Cytoplasma Ribosomen Geissel DNA (Nucleoid) Mesosomen Prokaryotische Zellen kugelförmige Zellen Stäbchenförmige Zellen Schraubenförmige Zellen zB. Streptococcus zB. Escerichia coli zB. Treponema pallidum „Mehrzelligen” Prokaryoten Luftstickstoff fixieren Spore Photosynthese Anabaena cylindrica Anabaena ist eine Gattung fädiger Cyanobakterien, oder „Blaualgen“ Ungünstige Perioden werden als Dauerstadien überdauert, als länglich ovale Akineten. Im Faden befinden sich häufig farblose, dickwandige, etwas größere Zellen, die Heterozysten. Diese Heterocysten sind in der Lage Luftstickstoff zu fixieren und zu Ammonium zu reduzieren. 12 Ursprung der eukaryonten Zelle Ursprung des Zellkerns Arhaezoa-Hypothese Thomas Cavalier-Smith Eukaryontische Urzelle Prokaryontische Urzelle Zelkernporen Aussere Kernmembran Innere Kernmembran Zellkern endoplasmatisches Reticulum DNA Membran-gebundene Ribosomen Cytoplasma Cytoplasma Ursprung des ER und Golgi 13 14 Ursprung der Mitochondrien Die Endosymbiontentheorie Lynn Margulis Eukaryontische Urzelle Innere Membran Frühe eukar. Zelle Zellkern Mitochondrium Purpurbakterium (Doppelmembran) 15 Ursprung der Chloroplasten Die Endosymbiontentheorie Lynn Margulis Frühe eukar. Zelle Frühe eukar. Zelle Photosynthese) Chloroplast Cyanobakterium Elysia chlorotica (Doppelmembran) Pflanzliches Tier Tierzelle Kompartimentierung Tierzelle Zellkern Tierzelle Mitochondrium Tierzelle Cytoskelett Tierzelle Ribosomen raues endoplasmatisches Reticulum Am rauen endoplasmatischen Reticulum findet ein Grossteil der Proteinsynthese statt. Tierzelle Golgi Apparat Tierzelle glattes endoplasmatisches Reticulum Tierzelle Aussenmilieu Zellinneres Plasmamembran Tierzelle Ribosomen (am ober flache der rauchen endoplasmatischen Reticulum) Tierzelle Centriolen Centriolen stehen mit der Kernteilung in Zusammenhang Pflanzenzelle Pflanzenzelle freie Ribosomen Pflanzenzelle Zellkern Nucleolus Pflanzenzelle Golgi Apparat Pflanzenzelle Plasmodesmen Pflanzenzelle Chloroplast Pflanzenzelle Mitochondrium Pflanzenzelle Zellwand Pflanzenzelle Peroxisom Pflanzenzelle Plasmamembran Pflanzenzelle glattes endoplasmatisches Reticulum Pflanzenzelle raues endoplasmatisches Reticulum Pflanzenzelle Zellsaftvakuole Tierzelle– Pflanzenzelle Inklusionskörper Chloroplast Zellwand Vergleich von prokaryotische und eukaryotische Zellen Unterschiede Nur in Eukaryoten: 1. Zellkern 2. Kompartimente, deren Innenraum vom Cytosol durch eine Membran getrennt ist Nur in Prokaryoten: 1. Proteoglycan Zellwand 2. Kapsel Eukarióta (állati) sejt Eukariotysche Zelle (Tierzelle) Prokariotysche Zelle Prokarióta sejt Biomembran - Flüssig-Mosaik-Modell Phospholipid-Doppelschicht 1. 1. Phospholipidmoleküle Proteinmoleküle 2. Phospholipid moleküle 1. 3. Protein Phospholipide Cholin hydrophil Phosphat Glycerol (Glicerin) hydrophob Kohlen-wasserstoffketten Phosphatidylcholin (Lecithin) Cholesterol (alter Name Cholesterin) nur bei Tieren, Membran mikrodomänen - lipid rafts Lipid Rafts sind Andock- und Interaktionsplattformen für Proteine Membranproteine sind asymetrisch verteilt: Plasmamembranen besitzen im typischen Fall ein Proteinmolekül pro 25 Phospholipidmoleküle, doch dieses Verhältnis variiert je nach Membranfunktion. 23 Glcocalix Glikokálix citoplazma sejtmag sejtmembrán Extracelluläres Glycoprotein Membrantransport - konzentrations-gradient Transport moleküle Kanal proteine Transporter Aussenmilieu Lipid Doppelschicht Konzentrations-gradient Zellinnenraum Diffusion Durch Kanalproteine Durch Transportproteinen PASSIVER TRANSPORT AKTIVER TRANSPORT Zellkern Aussenmembran Nucleoplasma Innenmembran Nucleolus Chromatin Kernlamina Kernhülle Kernpore Zellkernmembranen importin exportin Kernmembran Innen AussenER-membran ER-lumen protein protein protein Kernlamina RNS Perinuclear-Raum Kernpore NLS: nuclear localization signal NES: nuclear export signal Signal Peptide Chromosomen Mensch: Haploider Chromosomensatz Chromatin Chromosom 8 hisztonból álló mag Hiszton H1 DNS kondensierte Form lockerer Form DNS DNA und Nucleosomen H3 H4 H1 H2A NUKLEOSZÓMA H2B DNS und Nucleosomen DNA 8 hisztonból álló mag Ribosomen Für die Translation der genetischen Information der mRNA in eine Polypeptidkette sind Ribosomen erforderlich. Jedes Ribosom besteht aus zwei Untereinheiten, einer grossen und einer kleinen. grosse Untereinheit (50S) kleine Untereinheit (30S) 30S Untereinheit Proteinen: blau RNA: orange Endoplasmatische Reticulum raues ER raues ER glattes ER glattes ER Ribosomen Aufgaben 1. 2. 3. 4. Lisosomalische enzyme Sekretierte Proteine Transmembran Proteine Glykolisierung 1. 2. 3. 4. Lipid- und Steroidsynthese In Tierzellen, Glykogen synthese Kalzium Lagerung Usw. 30b Proteinreifung im rauen ER Freie Ribosomuntereinheiten Cytosol Abgeschnittene Signalpeptid Geschlossener Translokator Signalsequenz Signalpeptidase ER lumen Reifes Protein Golgi Apparat Aufgaben: 1. Proteine und Lipide (a) chemische Modifizierung (glükolisierung, phosphorilierung) (b) konzentriert, verpackt und (c) sortiert (zellularen Bestimmungsort verschickt) 2. Polysaccharid-synthese 3. Pflanzlichen Zellwand-synthese Zisternen Ankommend (richtung ER) Transport vezikulumok Ausgehend Golgi Apparat Zellinnenraum Zellkern Golgi Apparat raues ER cis Seite Zisternen trans Seite Proteine für innerhalb der Zelle Plasmamembran Proteine für ausserhalb der Zelle Aussenmilieu Peroxisomen, Lysosomen Peroxisomen Lipid Doppelschicht Lysosomen Kristallkern In den Peroxisomen befinden sich ca. 60 Monooxygenasen und Oxidasen genannte Enzyme, die den oxidativen Abbau von Fettsäuren, Alkohol und anderen schädlichen Verbindungen katalysieren. Sie enthalten Verdauungsenzyme und stellen den Oprt dar, an dem Makromoleküle wie Proteine, Polysaccaride, Nukleinsauren und Lipide, durch Hydrolyse in ihre Monomere zerlegt werden. Lysosomen Zellinnenraum Golgi Apparat primäres Lysosom sekundäres lysosom Phagosom Durch Phagocytose aufgenommene Nahrungspartikel Plasmamembran Aussenmilieu Proteasomen Proteinkomplex von 1.700 kDa, der im Cytoplasma und im Zellkern (bei Eukaryoten) Proteine zu Fragmenten abbaut und daher zu den Peptidasen (auch Proteasen) zählt. Proteine, die abgebaut werden sollen, werden in einem mehrstufigen enzymatischen Prozess mit einer Polyubiquitin-Kette markiert, welche von den Proteosom erkannt wird. Ubiquitin ist ein kleines Protein mit einer Molekülmasse von 8,5 kDa. Die PolyubiquitinKette wird beim Abbau in ihre einzelnen Ubiquitin-Moleküle zerlegt, die dann wiederverwendet werden können. Entscheidend für die Markierung (und damit für Abbau und Halbwertszeit des Proteins) ist einzig die N-terminale Aminosäure. Der Proteinabbau ist für die Zelle lebensnotwendig. So werden metabolische Enzyme, Transkriptionsfaktoren oder auch den Zellzyklus regulierende Proteine wie Cycline, CDKInhibitoren degradiert. Ebenso werden fehlerhafte Proteine abgebaut. Auch die Peptide, die an den MHC I-Komplex gebunden auf der Oberfläche der Zelle dem Immunsystem präsentiert werden, werden im Proteasom prozessiert. ubiquitin wiederverwendung von Ubiquiton Proteosom Protein Protein mit Ubiquitin-Kette Protein abbau Markirte Protein im Proteosom Innen-membran Aussen-membran Mitochondrium Cristae matrix Aussen-membran matrix Intermembran raum Innen-membran Mitochondrium Chloroplast Aussen-membran Tilakoid lumen Innen-membran Thylakoid membran Intermembran raum Stroma (matrix Raum) Chloroplast Stroma Innen- membran Thylakoid membran Aussen- membran Intermembran raum Granum Thylakoid stapel Das Cytoskelett Mikrotubuli Mikrofilamente Intermediärfilamente Das Cytoskelet 1. Es verleiht der Zelle Form und Reissfestigkeit 2. Es ermöglicht verschiedene Arten zellulärer Bewegung. 3. Es liefert „Schienen” für Motorproteine, die an der Bewegung von Zellbestandteilen beteiligt sind. Mikrotubuli Intermediärfilamente raues ER Plasmamembran Mikrofilamente Das Cytoskelet Mikrotubuli (Makrofilamente) Intermediärfilamente Mikrofilamente Mikrofilamente (Actinfilamente) • Actinfilamente bestehen aus Strängen des Proteins Actin und treten häufig mit Strängen anderer Proteine in Wechselwirkung. • Actinfilamente verändern die Zellgestalt und ermöglichen die Zellbewegung (Kontraktionen, Cytoplasmaströmung). • Actinfilamente und Myosinfilamente sind gemeinsam für die Muskeltätigkeit verantwortlich. Aktin Monomer Intermediärfilamente • Intermediärfilamente bestehen aus fibrilläre Proteinen, diese stabilisieren die Form der Zelle und verleihen ihr Reissfestigkeit. • Manche sind an Desmosomen verankert unterstützen so den Zusammenhalt von Nachbarzellen. • Andere bilden die Kernlamina Fibrilläre Untereinheit • Mikrotubuli sind lange zylinderförmige Gebilde, die aus Tubulin gebildet werden. Tubulin besteht aus zwei Untereinheiten : α-tubulin und β-tubulin • Mikrotubuli verlängern oder verkürzen sich, indem Tubulin-Dimere zugefügt oder entfernt werden. • Durch das Verkürzen von Mikrotubuli werden die Chromosomen bei der Zellteilung bewegt. • Wechselwirkungem zwischen Mikrotubuli ermöglichen Zellbewegungen. • Mikrotubuli dienen als „Gleise” für die Beforderung von Vesikeln. Mikrotubuli (Makrofilamente) β-Tubulin Monomer Tubulin Dimer α-Tubulin Monomer 44 Zytoskelett - Zellteilung Kinetochor Zentrosom Kromosom Motorprotein astrale kinetochor Mikrotubuli interpolare 45 Die Schwierigkeiten der Multizellularität Nur unizelluläre Lebewesen wurden 2.5 Milliarden Jahrelang existiert. Seit 600 Millionen Jahren existieren die multizelluläre Lebewesen . Warum waren Sie so verspätet? Es musste eine gemeinsame Sprache erfinden, die den verschiedenen Zelltypen eine Mitwirkung gab. Zeit (Mrd. Jahre) Zeit (Mill. Jahre) Erste Hominiden Aussterbung in Kreta Erste hauptsäugetiere erste Pflanzen mit Blumen unizelluläre Pflanzen erste Säugetiere O2 Aufsammlung Aussterbung in Perm Erste Reptilia Photosynthese entsteht Erste Fossilien Leben entsteht Erde entseht Az első kétéltűek Erste festländliche Pflanzen und Tiere erste Fische Explosion in Kambrium (viele Arten) Erste wirbellose Tiere Ursprung der Multizellularität 1. Symbionta Theorie 2. Cellularisation Theorie 3. Kolonisation Theorie 46
