Vesikel

Zellbiologie – Zelle und Zellorganellen II
Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Zellkerns
Allgemeiner Überblick über den Zellkern (Nucleus)
Der Zellkern ist die „Schalt- und Überwachungszentrale“ einer eukaryotischen Zelle.
Er ist für die Regulation der Zellaktivitäten zuständig und Speicher der Erbinformation.
 Speicher der genetischen Information
(verpackt in Chromosomen)
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 Ort der DNA-abhängigen DNASynthese  REPLIKATION
 Ort der DNA-abhängigen mRNASynthese  TRANSKRIPTION
(Genexpression)
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Der Zellkern wird durch eine sehr komplex aufgebaute Doppelmembran aus zwei Doppellipidschichten
vom Zytosol der Zelle abgegrenzt. Die äußere Membran
geht dabei stufenlos in das Endoplasmatische Retikulum
über.
1 Karyoplasma (Proteine, DNA, RNA)
2 Chromatinfäden
3 Kernmembran
4 Nukleolus
5 Kernpore
Intranukleare Strukturen – Der Nukleolus
Die Nukleoli sind die Ribosom-Fabriken einer Zelle. Ribosomen lesen die Gensequenzen
der mRNA ab und polymerisieren die dort codierten Proteine.
- eine Zelle besitzt gewöhnlich 1 – 3 Kleinkerne
- Nucleoli besitzen keine eigene Membran
- befinden sich immer in Nachbarschaft einer bestimmten, auf einem Chromosom
lokalisierten Bereichs (Lokalität für die Gene der rDNA)
- Synthese rRNA – Verbindung mit durch die Kernporen eingeschleusten ribosomalen
Proteine  Ribosomen  Ausschleusung aus dem Kern in das rauhe endoplasmatische
Retikulum
- Die Kleinkerne werden bei der Mitose aufgelöst
und in den dabei entstehenden Tochterkernen
neu gebildet
Sind lebensnotwendig, da sie die „Proteinfabriken“ in der Zelle aufbauen ...
Chromosomen
Die Chromosomen enthalten die Erbsubstanz (DNA) einer eukaryotischen Zelle.
Name: Die Substanz im Zellkern, die sich „einfärben“ läßt  „Farbkörperchen“
 besteht aus einem „aufgewickelten“, an bestimmte Proteine (Histone) gebundenen
fadenförmigen DNA-Doppelstrang
p-Arm
Telomer
Beide Teile des Chromosoms
enthalten die gleiche Information
Centromer
METAPHASEN
CHROMOSOM
q-Arm
Aufgewickelter DNA-Faden aller menschlichen
Chromosomen erreicht eine Länge ~ 2 Meter!
Das Endoplasmatische Retikulum (ER)
Das endoplasmatische Retikulum ist das größte Membransystem einer Zelle und
entwickelt sich aus der äußeren Lipidschicht der doppelten Kernmembran.
Aufgaben des ER
Das ER besteht aus einem weit verzweigten Membran-Netzwerk aus Röhren, Bläschen und
Zisternen (sackähnlichen Strukturen), die von der ER-Membran umgeben werden. Die ERMembran schließt das Innere des ERs, das ER-Lumen, vom Zytosol ab. Das Membranlabyrinth
des ER macht über die Hälfte der gesamten Membranmenge in einer Eukaryotenzelle aus.
- Synthese von Membranlipiden, Hormonsynthese, Kohlenhydratspeicherung (glattes ER)
- Proteinbiosynthese an den angelagerten Ribosomen, Membranwachstum (rauhes ER)
Der Golgi-Apparat
Der Golgi-Apparat bildet einen membranumgrenzten Reaktionsraum in einer
eukaryotischen Zelle und stellt eine Erweiterung des ER dar. Er ist zumeist in der
Nähe des Zellkerns positioniert (fixiert durch ein System von Mikrotubuli).
- Geburtsort verschiedener Vesikel (z.B. Lysosomen)
- Post-translatorische Modifikation von Proteinen („Faltung“)
- Weitertransport des Inhalts der ER-Transportvesikel zur Membran und aus der
Zelle heraus
Transport-Vesikel
Vesikel sind mit einer einfachen Phosphorlipidschicht umgebende Hohlräume,
die als Transportbehältnisse und Reaktionsräume dienen. Sie entstehen aus
Ausstülpungen des Golgi-Apparates bzw. der Plasmamembran der Zelle.
In Vesikel eingeschlossene
Virus-Partikel (rot)
 ENDOZYTOSE
 EXOZYTOSE
Wie erfolgt der Transport mittels Vesikel in einer Zelle?
Als Endozytose bezeichnet man einen Einstülpungsvorgang einer Membran, bei dem sich
eine Einzelzelle oder ein Kompartiment einen Flüssigkeitstropfen, bestimmte darin gelöste
Substanzen, Makromoleküle oder größere Nahrungsteilchen bis hin zu kleineren anderen
Zellen, einverleibt. Am Ende des Einstülpungsvorgangs wird ein Vesikel ins Zellinnere
abgeschnürt bzw. abgestoßen und ist jetzt Teil des Endomembransystems.
Exozytose ist eine Art des Stofftransports aus der Zelle heraus. Dabei verschmelzen,
„fusionieren“ im Cytosol liegende Vesikel mit der Zellmembran und geben so die in ihnen
gespeicherten Stoffe frei.
Spezielle Vesikel – Lysosomen und Peroxysomen
Lysosomen entstehen aus Ausstülpungen des Golgi-Apparates. Sie speichern Enzyme,
die zur Auflösung organischer Stoffe in ihre monomeren Bestandteile benötigt werden.
 Lysosome „verdauen“ zelleigenes und zellfremdes organisches Material
Lysosomen enthalten hydrolytische Enzyme
(Hydrolasen) für die intrazelluläre Verdauung z.B.
eines Bakteriums, das durch Phagozytose in die Zelle
aufgenommen wurde. Nachdem das Bakterium in ein
Vesikel (Phagosom) eingehüllt ist, verschmelzen
andere Bläschen, die bestimmte Enzyme enthalten
mit dem Vesikel. Die Enzyme werden aktiviert und
verdauen das Bakterium. Insgesamt hat man bis zu
50 verschiedene Enzyme gefunden, die Kohlenhydrate, Fette oder Nukleinsäuren zersetzen können.
Peroxisomen
Peroxisome sind kleine (100 – 1000 nm), mit einer einfachen Membran umschlossene
Vesikel, in der spezielle Reaktionen ablaufen, die ansonsten für die Zelle gefährlich
werden konnten (Abbau von Zellgiften, insbesondere H2O2, welches beim Fettsäureabbau anfällt).
In den Peroxisomen finden wichtige
Stoffwechselvorgänge statt wie:
•
•
•
•
Verarbeitung freier Radikale mit z.B. Katalase
Synthese von Cholesterin und anderen Lipiden
Gallensalzbildung
Katabolismus organischer Basen, Leukotriene
und Prostaglandine
• Alkoholabbau in der Leber
• Östrogenstoffwechsel
Peroxisome sind ähnlich wie die Mitochondrien
durch Endosymbiose in die Zelle gelangt.
Mitochondrien – die Energiefabriken der Zelle
Ein Mitochondrium ist ein von einer Doppelmembran umschlossenes Organell
einer tierischen Zelle mit eigener Erbsubstanz. Es fungiert als „Kraftwerk“, in dem
es der Zelle in ihm synthetisiertes ATP zur Verfügung stellt (Zellatmung).
Große innere
Oberfläche
Ist durch Endosymbiose in die
Zelle gelangt
Vermehren sich
durch Zellteilung
Funktionen der Mitochondrien
- Energiegewinnung (deshalb werden sie auch „Kraftwerk der Zelle“ genannt)
- enthalten alle Enzyme für die Zellatmung
- enthalten ebenso Enzyme für den Fettabbau und für einen Teil des Kohlenhydrateabbaus
- die Matrix steuert wichtige Reaktionsfolgen wie den Citronensäurezyklus
- die Matrix ist auch für den Abbau von Fettsäuren und dem Abbau von Aminosäuren aus
dem Aminosäurestoffwechsel der Zelle zuständig
The Inner Life of the Cell - Mitochondria
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Das Innere Leben einer Zelle – Animation von BioVisions
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Nächstes Mal: Zellkern und DNA