Cyt - Skript
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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
