Cytologie - Zusammenfassung Zytologie PDF

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Zusammenfassung Zytologie...

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Organisationsstufen des Lebens! Ökosystem Einheit Lebensgemeinschaft und • Lebensraum

Organismus •einzelnes Lebewesen (z.B. Mensch, Tier, Pflanze)

Organ •Teilsystem v. Pflanze, Tier oder Mensch aus verschiedenen Geweben spezieller Funktion

Gewebe •Verband von Zellen gleichartiger Gestalt und Leistung

Zelle •kleinstes lebensfähiges Element des Organismus von Pflanzen, Tier und Mensch •Mikroorganismen nur aus einer Zelle

Organellen •Bestandteil von Zellen mit spezieller Funktion •z.B. Chloroplasten

Biomolekül •kl. Teilchen einer in Lebewesen vorkommenden Substanz, das noch deren Eigenschaften zeigt •z. B. Zucker-, Protein-, Fettmolekül

Bau- und Inhaltsstoffe der Zellen

• kurzer Überblick - Bestandteile: Lipide, Proteine, Kohlenhydrate und Nucleinsäuren - bestehen bis zu 60-90% aus Wasser -> Zellen = hydrophil (enthalten Wasser + hydratisierte Ionen, besonders K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+/3+)

Proteine (Makromoleküle) • globuläre Proteine (annähernd kugelförmig) - Steuerungs- und Schutzfunktionen im Körper (Enzyme beschleunigen biochemische Prozesse etc.) - Transportfunktion (z. B. Hämoglobin) • Proteine (Hauptbestandteil der Zelle) = ab 100 verknüpften Aminosäuren • 20 AS regelmäßig in Proteinen (proteinogene Aminosäuren) • Aminosäuren immer aus basischer Aminogruppe (NH2) und saurer Carboxylgruppe (COOH) - können in wässriger Lösung als Anionen oder als Kationen vorliegen-> Zwitterion bei bestimmtem pH-Wert (Aminogruppe = protoniert und Carboxylgruppe = deprotoniert) - Aminogruppe dient als Protonenakzeptor (wird zu NH3+), Carboxylgruppe dient als Protonendonator (COO-) - wenn AS als Zwitterion vorliegt ist Gesamtladung neutral -> isoelektrischer Punkt (AS wandert bei diesem pH-Wert nicht im elektrischen Feld) Peptide

- Carboxylgruppe einer AS kann sich mit NH2-Gruppe einer anderen AS verbinden -> Dipeptid

- freie Carboxylgruppe des Dipeptids kann sich mit weiterer AS verbinden (Tripeptid), wenn sich Vorgang fortsetzt entsteht lange Kette peptidisch verbundener AS (Polypeptidkette)

- bei Peptidbildung wird Wasser abgespalten Struktur der Proteine

- Unterscheiden sich in Anzahl und Reihenfolge der verknüpften Aminosäuren, normalerweise 20, die in unvorstellbar vielen Anordnungen vorliegen können

- z.B. 100 von 20 AS 20100 = 10130 Möglichkeiten (extrem viel) - Reihenfolge der AS in Peptidkette = Aminosäuresequenz -> Primärstruktur

• Sekundärstruktur - zwischen benachbarten AS können schwache chemische Bindungen auftreten (vor allem Wasserstoffbrückenbindungen), dadurch schraubige Anordnung (α-Helix, z.B. Keratin) - treten AS eines Stücks der PPK mit denen eines anderen Stücks in Wechselwirkung -> βFaltblatt-Struktur (Zickzack, z.B. Seidenfaser) • Tertiärstruktur

- in meisten Proteinen Teile d. Schleifen verbunden -> Raumgestalt der ganzen PPK (zur Stabilisierung z.B. Ionenbindungen)

- hydrophobe Reste im Inneren der Moleküle, sodass sie nicht mit Wasser in Berührung kommen

- kommen SH-Gruppen (Sulfhydrylgruppen) der AS Cysteine einander nahe -> Oxidation unter Abspaltung der H-Atome -> Disulfidbrücke

- Bildung der Raumstruktur meist mithilfe der sog. Chaperone (vom engl. chaperon = Begleiter)

• Quartärstruktur

- viele Proteine aus mehreren PPK (Hämoglobin aus vier Ketten, zwei je identisch -> 2 αHämoglobin und zwei β-Hämoglobin-Ketten, an jeder eine Häm-Gruppe mit zentralem Eisen) -> Quartärstruktur

Makromoleküle • vor allem Proteine, Nucleinsäuren, langkettige Kohlenhydrate • aus vielen gleichartigen, ähnlichen Baueinheiten (Monomeren) • Monomere durch bestimmten Bildungstypus verknüpft (bei Proteinen Peptidbindung) • Eigenschaften/Strukturmerkmale: 1. Abfolge (Sequenz): Primärstruktur 2. geordnete, wiederkehrende Muster der räumlichen Anordnung: Sekundärstruktur 3. Raumgestalt des ganzen Moleküls: Tertiärstruktur 4. bilden mehrere Makromoleküle ein Molekülaggregat: Quartärstruktur wasserlösliche Proteine: Globuline: Glykoprotein: Lipoprotein:

Albumine in Wasser unlösliche, aber in verdünnten Salzlösungen lösliche Proteine Bindg. Protein und Kohlenhydrat Bindg. Protein und Lipid

Kohlenhydrate • meist Verbindungen mit Summenformel Cx(H2O)y (oft stehen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 1:2:1) • Baueinheit: Monosaccharide (aus Aldehydgruppe oder Carbonylgruppe und mehreren Hydroxylgruppen) -> wasserlöslich • nach Anzahl der C-Atome eingeteilt: Triosen (3C), Hexosen (6C) -> wichtiger Vertreter: Glucose (C6H12 O6), Fructose auch Hexose, aber andere Anordnung • Zusammenlagerung von 2 Glucose-Molekülen unter Wasserabspaltung -> Disaccharide (z.B. Maltose) • Rohrzucker (Saccharose) = aus einer Glucose und einer Fructose-Einheit, Laktose aus einer Galaktose- und einer Glucoseeinheit • Polysaccharide (Vielfachzucker) sind kettenförmige Moleküle -> häufigste organische Verbindung aus Glucoseeinheiten: Cellulose (Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwände) • Cellulose: kettenförmiges unverzweigtes Molekül, bildet leicht Fasern aus • Stärke = Polysaccharide -> wichtigster pflanzlicher Reservestoff, aus Glucosemolekülen • zum einen unverzweigte Glucoseketten (Amylose), zum anderen lange verzweigte Glucoseketten (Amylopektin) • Glykogen-> Kohlenhydratreserven der Pilze und Tiere Lipide • sind in unpolaren Lösungsmitteln (z.B. Benzin) löslich • wichtigste Gruppe: polare Lipide, Bausteine aller biologischen Membranen • Fette = Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit verschiedenen Fettsäuren • eine oder mehr Doppelbindungen im Molekül -> ungesättigte Fettsäure (z.B. Linolensäure) • in langer C-Kette nur C-C-Bindungen und C-H-Bindungen (unpolar -> hydrophob), daher keine Hydrathülle und in Wasser unlöslich

• enthält Fettsäure Doppelbindungen Zickzackmuster der C-Atome gestört, andere Fettsäuren können sich daher nicht parallel anordnen -> kristallisiert schlecht, daher bei Zimmertemperatur flüssig • polare Lipide:

- Glycerinrest an polare Atomgruppe gebunden (bei Phospholipiden Phosphatrest, an den weitere polare Gruppe gebunden ist; bei Glykolipiden Zucker)

- an beide andere Reste des Glycerins zwei langkettige (hydrophobe) Fettsäuren gebunden - durch hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren besitzen Membranlipide hohe Beweglichkeit

Prokaryoten vs. Eukaryoten Definition Eukaryoten

Definition Prokaryoten

• Eukaryoten bzw. Eukaryonten = Lebewesen mit Zellkern

• Prokaryoten = Mikroorganismen ohne Zellkern

• in systematischer Einteilung der Lebewesen eigene Domäne

• in systematischer Einteilg. der Lebewesen lassen sich Domänen der Bakterien und Archaeen zu Prokaryoten zuordnen

Eukaryoten

Prokaryoten

Zellname

Euzyte

Protocyte

Beispiel

Tier- und Pflanzenzelle

Bakterien, Archaeen

Zellgröße

10-50μm

1-2μm

Zellkern

vorhanden

nicht vorhanden

Ort- und Speicherform des Erbgutes Zellkern, verlässt ihn nur als mRNA

frei im Cytoplasma als Molekülverband (Kernäquivalent), DNA-Moleküle (Plasmiden)

Kompartimentierung

deutlich komplexer und umfangreicher

geringe Kompartimentierung

als bei Prokaryoten Ribosomen

Ribosomen vorhanden, auf endoplasm.

Ribosomen vorhanden

Retikulum Zellwand

bei Pflanzenzellen vorhanden, bei

von Zellwand umgeben

Tierzellen nicht Organellen

Chloroplasten, ER, Mitochondrien etc.

Plasmid, Ribosomen, Flagellum

Fortbewegungsorgan

Geißel

Flagellum

Wir unterscheiden: • in Organellen mit zwei Membranen (Zellkern, Mitochondrien, Chloroplasten) • in Organellen mit einfachen Membranen (ER, Dictyosomen, Lysosomen) • Organellen ohne Membranen (Ribosomen, Cytoskelett) • Zellwand

Biomembranen • Bau - bestehen aus polaren Lipiden und zu 30-70% aus Proteinen

- semipermeable Doppellipidschicht - können an Außenseiten Kohlenhydratketten besitzen - Bildungsort immer Membran selbst • Warum genau diese Lipidstruktur? - Lipide besitzen polare Gruppe (in wässrigem Milieu eine Hydrathülle) und unpolare Hydrathülle

- daraus folgt: Kopf ist hydrophil, Fettsäuren sind lipophil • Funktion - Abgrenzung von Reaktionsräumen (plasmatische (Cytoplasma) und nichtplasmatische (Organellen -> ER, Golgi-Apparat))

- Regulation des Stoffaustausches zwischen Zellen - Kompartimentierungsregel: Biomembran eine plasmatische und nichtplasmatische Phase voneinander trennt, niemals freie Enden bildet und von einem ins andere Plasma zwei Membranen überwunden werden müsse n

Modellvorstellungen der Biomembranen • befassen uns mit Sache, die über uns hinaus geht, beschäftigen uns aber mit Sache über uns -> Abstraktion von sich selbst schwierig • -Doppelschicht, auf beiden Seiten jeweils Schicht aus kugelförmigen Proteinen angelagert • erste elektronenmikroskopische Untersuchungen schienen zu bestätigen, aber nur falsch gedeutet • um Transport hydrophiler Stoffe durch Membran zu erklären wurde Modell erweitert • Vermutung: Kanäle aus Proteinen • man ging davon aus, dass alle Biomembranen identisch sind -> Einheitsmembran • Widersprüche: Verhältnis Lipide und Proteine bei Membranen unterschiedlicher Herkunft unterschiedlich, Lage der Proteine bezweifelt (Membranen mit aufgelagerten Proteinschichten nicht so flexibel) Fluid-Mosaik-Modell • Untersuchungen zeigten: Membranproteine unterschiedlich tief in PhospholipidDoppelschicht + unregelmäßig in Membran verteilt • Membran = Mosaik aus Proteinmolekülen, die Inseln in flüssiger Doppellipidschicht eingebettet sind und sich lateral in ihr bewegen können

Spezialisierung Gewebe und Organe • Anpassung an spezifische Aufgabe in Gestalt und Struktur -> funktionsspezifische Differenzierung • keine neuen Zellorganellen entstehen -> aber vermehrte Bildung der Elemente, die für Aufgabe benötigt werden • Dauergewebe = ausdifferenziert, nicht mehr teilungsfähig • Bildungsgewebe verlieren Teilungsfähigkeit nicht • Stammzellen = embryonale Zellen, die noch nicht determiniert sind • verschieden spezialisierte Dauergewebe, die zu räumlich funktioneller Einheit zusammenkommen, heißen Organe

Kompartiment

Bau

Funktion

T

P

Lysosom

beinhalten Enzyme, einfache Zellmembran

Verdauung, Abbau von

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Photosynthese, Glucoseaufbau

Nein

Ja

Ja

Ja

Makromolekülen und Organellen, Autolyse (bei Auflösung der Zellmembran -> Selbstauflösung der Zelle) Zellkern

größtes Organellen der Zelle, Kernhülle besitzt

beinhaltet DNA, Steuerzentrale der

Poren (Verbindung von Innerem mit Cytosol) ->

Zelle, Kernkörperchen maßgeblich an

Stoffaustausch, von Stoffwechselvorgängen

Bildung der Ribosomen beteiligt

anderer Kompartimente abgeschlossen, im Kern Nucleolus, Chromosomen, in wässriger Grundsubstanz Chromatin Bildung: Zellteilung, Chromatin verdichtet sich Mitochondrien

stäbchenförmige oder gekrümmte Gebilde

Zellatmung (energiereiche Substanz

(1,5μm), äußere Membran, Zwischenmembran,

ATP), einige Enzyme (in Mitochondrien

faltige Innenmembran -> dadurch große Matrix

wirksam) produziert Organelle selbst

(in Matrix Ribosomen und DNA), Bildung:

(Proteinsynthese)

Querteilung, dann Verteilung auf Tochterzellen Chloroplasten

linsenförmig, Hülle aus zwei Membranen (äußere und innere Membran), Grundsubstanz Matrix -> ringförmige DNA-Moleküle und Ribosomen, Thylakoide enthalten Chlorophyll, Bildung: Querteilung, Bildung Proplastiden

endoplasma-

Form ändert sich ständig, netzförmiges System

Bildungsort fast aller

tisches

membranumhüllter Kanälchen und Säckchen,

Organellmembranen, in Vesikeln

Retikulum

durchzieht Cytoplasma gesamter Zelle bis in

werden Stoffe transportiert, glattes:

äußere Membran der Kernhülle

Abbau Gifte und Medikamente, Synthese Lipide + Hormone raues: Proteinbiosynthese

Dictyosomen

membranumgrenzte Reaktionsräume, bilden

schnüren Vesikel ab, Umwandlung,

zusammen Golgi-Apparat

Sortierung und Verpackung von

Ja

Ja

Stoffen -> Transport von Proteinen Cytoskelett

aus Netzwerk von Proteinen -> aus dynamisch

bestimmen Aussehen der Tierzellen, Ja

auf- und abbaubaren, dünnen, fadenförmigen

da Zellwand fehlt

Nein

Filamenten und Mikrotubuli Zellwand

Bündel von Mikrofibrillen, besitzen Poren -> aus

Stoffaustausch mit benachbarten

Cellulose, zwischen Mikrofibrillen winzige

Zellen + Zusammenhalt der Zelle

Nein

Ja

Nein

Ja

wassergefüllte Hohlräume Vakuolen

Blase mit Flüssigkeit gefüllt, oft größter Teil des

Stoffspeicher (Reserve-, Abfall-,

Volumens der Zelle, Membran aus Tonoplasten

Farbstoffe oder Gifte), maßgeblich

(Abgrenzung zum Cytoplasma)

an Form der Zelle beteiligt, stabilisiert nicht verholzte Pflanzenteile, durch gelöste Stoffe Konzentration v. Wasser niedriger als in Umgebung der Zelle -> Diffusion -> Zellvolumen nimmt zu, Zellmembran an Zellwand gedrückt (Turgordruck -> verleiht Stabilität und Steifheit)

Ribosomen

15-30nm, klein, rundlich, 2/3 aus ribosomaler RNA, freie Ribosomen: Produktion von 1/3 aus Ribosomen Proteinen, Bildung: Nucleoli

Proteinen für Eigenbedarf der Zelle gebundene Ribosomen: synthetisieren Proteine

Golgi-Apparat

abgeflachte Membransäckchen und Golgi-Vesikel,

Schaltstelle Stofftransporte, Export

besteht aus Dictyosomen

von Stoffen aus Zelle, übernimmt Proteine von ER...