Zytologie 1. Dr. Attila Magyar 06.09.2013 Prüfungsstoff • A: erster Kapitel des Liebich-Buches: Zytologie (ungefähr 40 Seiten) Liebich, HG: Funktionelle Histologie der Haustiere un Vögel, Schattauer, 2009, ISBN 3794526929 oder 2003-Ausgabe: ISBN 3794523113 • B: meine Zytologie-Diaserie • C: was ich noch an den Vorlesungen zusatzlich erklärt habe Allgemeine Begriffe Allgemeines 1. • Zytologie: Lehre der Zellen • Zellen: alle Lebewesen sind aus einer oder mehreren Zellen aufgebaut • Zelle: Einheit des Lebens, sie zeigt alle Lebenserscheinungen; kleinere, einfachere Strukturen (wie eine Organelle, Viren) leben nicht. • Lebenserscheinungen: Stoffwechsel (Metabolismus), Wachstum, Reproduktion und Vererbung, Homeostasis (innere Milieu konstant zu halten), Antwort auf äussere Reize (zB: Bewegung) und Adaptation. Allgemeines 2. • Aufteilung der Lebewesen: Prokaryoten und Eukaryoten • Prokaryoten: Bakterien (keine Organellen, nur Ribosomen, Chromosom: eine zirkuläre DNS) • Eukaryoten: Einzell-Lebewesen (zB Pantoffeltierchen), Tiere (Animalia), Pflanze (Plantae) und Pilze (Fungi) • Eukaryoten: Zellkern mit Kernhülle, Organellen im Zytoplasm • Pro+Eukaryoten: Zytoplasma wird von außen durch Zellmembran umgegeben. • Außerhalb von Zellmembran können noch Schutzschichte liegen (Zellwand: Bakterien, Pflanze) • Hauptteilen der tierischen Zelle: Zellmembran, Zytoplasma, Organellen Allgemeines 3. • Aufbau der tierlicher Zelle (von außen nach innen): -Zellmembran (mit Glykokalyx), -Zytoplasma, im Zytoplasma sind die Organellen verteilt: -endoplasmatisches Retikulum, ER, (rau: rER oder glatt: sER), -Golgi Apparat, -Mitochondrien, -Ribosomen, -Lysosomen, -Vesikeln (endozytotische, sekretorische, Transport-), -Zentriol und Zytoskelett, -Zellkern mit Nukleolus • Membrangebundene Organelle: sind rot markiert. Allgemeines 4. • Aufgabe der Mebranen: Kompartimentalisation: Trennung der biochemischen/zellulären Vorgänge voneinander; • Innerhalb einer Organelle ist ein Kompartiment, deren Zusammensetzung (zB: ionische, Proteine) ist hochgradig reguliert! • Übertritt von einem in das andere Kompartiment: unter starker Kontrolle! (Siehe später: Proteinsortierung oder Kernimport, Kernexport) • z.B.: Kompartimente sind: -extrazellulär versus intrazellulär (zytoplasmatisch) -intrazellulär versus intranukleär -intracellulär versus intermembran (siehe: Mitochondrium) -intermembran versus mitochodriale Matrix -intrazellulär versus Golgi-Zysterne -intrazellulär versus ER-Zysterne Allgemeines 5.A Kurze Auflistung der Organellenfunktionen • Zellkern: Vererbung (DNS), Transkription (mRNS), Ribosomenherstellung (Nukleolus) • Ribosomen: Proteinsynthese • rER: Proteinsynthese und posttranslationelle Modifizierungen • sER: Membranlipid (Phospholipid-) Biosynthese, Steroidsynthese, Entgiftung, Ca-Speichern • Golgi Apparat: posttranslationale Modifizierung (Glykosilieren) und Sortierung der Proteine • Mitchondrium: Energiegewinn oder ATP-Synthese (oxydatives Phosphorilierung), Steroidsynthese Allgemeines 5.B Kurze Auflistung der Organellenfunktionen • Lysosomen: Abbau von (extrazellulären und intrazellulären) Stoffen • sekretorische Vesikeln: Sekretabgabe durch Exozytose • Transpotvesikeln: intrazelluläre Stofftransport zwischen Kompartimenten • Zytoplasma: metabolische Vorgängen (zB: Glykolyse, Signalübertragung) • Zentriol: Organisationszentrum für alle Mikrotubuli • Zytoskelett: intrazelluläres Gerüst aus fibrillären Proteinen (Mikrofilamente, intermediäre Filamente und Mikrotubuli) für zelluläre Gestalt aber auch für Bewegungen Allgemeines 6. • Größen: 1 Mikrometer = 1 μm = 10-3 mm, 1 Nanometer = 1 nm = 10-6 mm • Größe der Zelle: im allgemein zwischen 10 und 50 μm • Zu Memorisieren: Erythrozyt (rote Blutzelle) Durchmesser Säugetieren: Hund (größte): 7,0 μm; Ziege (kleinste): 4 μm, Mensch: 7,5 μm, Vögel: Huhn: 12 μm • Große Zellen: quergestriefte Muskelfaser (eine Zelle): Durchmesser 10-100 μm, Länge: bis einige bis 10 cm; Betzsche Pyramidenzelle (Hirnrinde), ihr Axon kann 1 m lang sein. Allgemeine Aufbau der Zellen Abkürzungen: N: Nukleus (Nucleus) No: Nucleolus SER: smooth endoplasmatisches Retikulum GER: raues ER D: Golgi-Apparat M: Mitochondrium G: Sekretgranulum Ce. Zentriol Ds: Desmosom L: Lysosom Ps: Polysom MLB: multilamellärer Körper ICS: Interzellulärraum Me: Zellmembran Mf: Mikrofilamente Mt: Mikrotubuli Mv: Mikrovilli Ud Hepatozyt (Leberzelle), EMAufnahme (TEM) Ud Untersuchung der Zelle • • • • Mikroskopie: siehe Praktikum Licht- (LM) und Elektronenmikroskop (EM) EM: Transmissions-EM (TEM), Scanning EM (SEM) Vergrößerungsvermögen: bis ~ 1400x (LM), über 100.000x (EM) • Auflösevermögen: 0,2 μm (LM), 0,2 nm (EM) • Vorbereitung der Geweben für Mikroskopie: Histotechnik oder Mikrotechnik (Fixieren, Einbetten, usw.: siehe Histologie, 1. Vorlesung) Chemie der Zelle 1. • Wasser • Ionen: Na+, K+, Cl-, HCO3-, Ca2+ (Ionenmilieu, Membranpotenzial, aktives Transport, Erregbarkeit) • organische Verbindungen: -kleine organische Moleküle (Komponente des Stoffwechsels) -Lipide (neutrale Lipide, Steroide, Phospholipide) -Peptide und Proteine: Polymere aus Aminosäuren -Kohlenhydrate: -Monosaccharide (zB: Glukose, Galactose) -Oligosaccharide (Polymere aus einigen-bis einigen zehnten Monosacchariden) -Polysaccharide (Polymere aus einigen hundert-bis einigen tausenden Monosacchariden: Glykogen, GAG) Chemie der Zelle 2. • Nukleinsäure: Polymere aus Nukleotiden; DNS oder RNS Proteine 1. • Peptid: Polymer aus max. 20 Aminosäuren (AS) • Protein: Polymer aus mehr als 20 AS • Aminosäure: Karboxylgruppe, Amonogruppe, alpha C-Atom, R(Rest-) Gruppe • 20 unterschiedliche AS (plus noch einige, seltene) • AS-Typen: -Apolare AS (zB: Glyzin), -Polare (zB: Tyrosin), -positiv geladene AS (zB: Lysin), -negativ geladene AS (zB: Glutaminsäure) • Polymerisation: Peptidbindung (Kondensationsreaktion, Wasser tritt aus) • Lineare (NICHT verzweigende) Polymere! Proteine 2. • Proteinstruktur: mehrere Stufen -Primärstruktur: AS-Sequenz, sie ist entscheidend!!! Amino- (N-) terminales, Karboxy- (C-) terminales Ende -Sekundärstruktur (später, Biochemie): a-Helix, b-Faltblatt -Tertiärstruktur: endgültige 3D Struktur der Proteinkette Kohlenhdraten 1. • Monosacchariden: 3,4,5 oder 6 Kohlenstoffatomen (Triosen Tetrosen, Pentosen, Hexosen); alle C-Atom enthält auch eine OHGruppe (sehr hydrophyle Verbindungen) • In wäßriger Lösung die lineare Monosacchariden schließen sich in Ringe (zB: Pentosen in fünfer Ringe, Hexosen in sechser Ringe), wo an einer Ecke immer ein O-Atom ist: Al Kohlenhdraten 2. • In einer Gruppe der Monosacchariden (zB: Hexosen) sind mehrere Mitglieder dankbar der Konformation (Stellung) der OHGruppen (zB: Glukose, Galaktose, usw.) • Oligosacchariden bilden spezifische Kette, die kovalent an Proteinen, Lipiden binden werden. Ihre Spezifizität liegt Sequenz der Monosacchariden. Sie auch verzweigen (im Gegensatz zu Proteinen)! (Siehe die Skizze beimGlykokalyx!) • Nur die Proteine (und Lipide) bekommen OligosaccharidNebenketten, die im extrazellulären Raum sind. • Polysacchariden: Strukturmolekülen (GAGs, Hialuronsäure für extrazelluläre Matrix) oder Speicherstoffen (Glykogen aus Glukose-Monomeren) Allgemeine Aufbau der Membranen Allgemeines • Phospholipid-Doppelschicht aus amphipathischen Lipidmolekülen • hydrophob-innen; hydrophyl-beide Außenseite • Dicke: 8-10 nm • Flüssiges Mosaik Modell, laterale Diffusion • Zusammensetzung: -LIPIDE: 1.Phospholipide (Glyzerin, Fettsäuren, Phosphate, kleine geladene organische Moleküle), 2. Kolesterin (Sterangerüst) -PROTEINE: („Membranproteine”): Transmembran oder periphere • prozentuelle Zusammensetzung: variiert hochgradig, aber als Faustregel: 50% Protein, 25% PL, 25% Cholesterin Zellmembran Rö Phospholipid Doppelschicht Integriertes Membranprotein Rö Glykokalix Al Glykokalyx: Kohlenhydratschicht an der Außenseite der Membran. Diese Olygosacchariden sind an Proteinen kovalent gebunden. extrazellulärerRaum Raum extrazellulärer Phospholipid-Doppelschicht intrazellulärer Raum extrazellulärer Raum Phospholipid-Doppelschicht sieht man jetzt als eine Linie (kléeine Vergrößerung!) Bl intrazellulärer Raum Nachweis des Gkykokalyx mit Ruteniumrot (EM) Quellen • Rö: Röhlich, Pál: Szövettan (Histologie), Semmelweis Kiadó, 2006 • BL: Bloom and Fawcett: A textbook of Histology, Chapman and Hall, 1994 • Al: B. Alberts, et al: Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie, Wiley-VCH, 2005, oder Molecular Biology of the Cell, Garland, 2007 • Ud: J. Ude und M. Koch: Die Zelle, Fischer, Jena 1982