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Eu Eukar kar karyot yot yoten en en-Z -Z -Zelle elle elle:: rräu äu äumli mli mlich ch che e ZZuo uo uord rd rdnu nu nung ng vo von nb bio io ioche che chem misc isch hen PPro ro roze ze zess ss ssen en Die Pla bran ((Ze Plasm sm sma ame mem mbran Ze Zellm llm llmem em embr br bra an) grenzt die Zelle nach außen ab. Wich Wichtige tige FFun un unktion ktion ktionen: en: • Abgrenzung von Intra- und Extrazellularraum • Stoffaustausch (Exo- und Endozytose) • Zell-Zell-Kontakt • Signalerkennung • Informationsaustausch/ interzelluläre Kommunikation • Zellidentität • Aufnahme von Nährstoffen Grun Grundau dau daufb fb fbau: au: ➢ Doppelschicht aus amphiphile Phospholipidoppelmembran (Lipid + Proteinmoleküle). ➢ Zellmembran ist undu undurch rch rchlässi lässi lässigg für Wasser und wasserlösliche Stoffe (z. B. Ionen), aber durc durchläs hläs hlässig sig für Gase (z.B. O2 und CO2), kleine lipidlösliche Substanzen ➢

Kohlenhydrate (~10%): Glykokalyx (Zuckerguss)

➢

Lipidmoleküle (~45%): bilden einen flüssigen Film, in dem die Moleküle beweglich sind (Fluid Fluid Fluid-Mo -Mo -Mosaicsaicsaic-Mod Mod Modell ell ell// Flüssi Flüssiggmosai mosaikm km kmodel odel odelll), mit Membranasymmetrie: Zellaußenseite – Glykolipide, Zellinnenseite – überwiegend Phospholipide. Drei Typen von Lipiden in ZM: Phospholipide (hydrophile Kopfgruppe und hydrophobe Schwänze) Glykolipide (Fettsäureketten und hydrophile Oligosaccharide, nur in die äußere Schicht der Membran eingelagert) Cholesterin: hoher Anteil (bis zur 50%), ist zwischen den Phospholipidmolekülen eingelagert. Ist für die Stabilisierung der Membranfluidität verantwortlich viel Cholesterin = geringe Fluidität ↓Temperatur = ↑Fluidität ↑ Temperatur = ↓Fluidität Synthese (Zusammenbindung) von Membranlipiden geschieht am und in glatten Endoplasmatischen Reticulum (gER) und in Golgi-Apparat wird modifiziert.

➢

Proteinmoleküle (~45%): sind direkt in die Lipidschicht eingelagert. Transmembranproteine (A): besitzen hydrophobe Bereiche, mit denen sie in die membran eintauchen, und hydrophile Regionen, die an einer oder zu beiden Seiten aus der Membran herausragen. Periphere Membranproteine: sind nur in eine Hälfte der Lipiddoppelschicht eingebettet. Spezifische Funktionen (erfüllt oft gleichzeitig mehrere Aufgaben): o Verbindung zu Zytoskelett (→fixierter Platz von Membranproteinen) und extrazellulärer Matrix o Transportfunktion (aktive und passive Transportvorgänge): ein Transmembranprotein kann einen hydrophilen Kanal durch die Membran bilden. Der Kanal ist selektiv für bestimmte Substanzen durchlässig. o Enzymaktivität: katalysiert (beschleunigt) die Stoffwechselwege. o Informationsaustausch o Zellverbindung: durch die Interaktion der Transmembranproteine o Zellerkennung: einige Proteine dienen als spezifische Merkmale, die von anderen Zellen erkannt werden. ➢

Glyko Glykokaly kaly kalyxx – extrazelluläre Schicht der Plasmamembran aus Polysacchariden, die an Protein- oder Lipidmoleküle gebunden sind, sind also Glykoproteine bzw. Glykolipide.

Funktionen: • Schutzfunktion (z.B. Magen, Lysosom), • Stabilität, • Zell-Zell-Interaktion, • Antigene (Selbst-Fremd-Unterscheidung), • Rezeptorfunktion

Stofft Stofftran ran ransport sport du durch rch ZZell ell ellmemb memb membran ran • • •

Die Zellmembran zeigt eines sele selekti kti ktives ves Ve Verhal rhal rhalten ten: Aufnahme von äußeren Stoffen und Stoffabgabe nach außen geschieht nicht zufällig. Der hydrophobe Lipidfilm der Membran ist für die meisten polaren Moleküle undurchlässig (imp imp imperm erm ermeabel eabel eabel). Für den Transport von polaren Molekülen sind spezielle Mechanismen benötigt → Transm Transmemb emb embranp ranp ranprot rot rotein ein eine e.

Tran Transpo spo sportfor rtfor rtform m Pass Passiver iver Tran Transpo spo sport rt ohne Einsatz von Stoffwechselenergie Akti Aktiver ver TTran ran ranspo spo sport rt unter Einsatz von Stoffwechselenergie

Mec Mechan han hanism ism ismen en d de es Sto Stofftran fftran fftranspo spo sport rt rtss du durch rch die Ze Zellmem llmem llmemb bran Mech Mechan an anismu ismu ismuss Tran Transpo spo sportier rtier rtierte te SStoff toff toffee Diffusion Ionen, kleine Moleküle Osmose Ionenpumpe Ionen Tunnelproteine Moleküle

Tran Transpo spo sportri rtri rtrichtun chtun chtung g In Richtung des Konzentrationsoder elektrischen Gradienten Gegen den Konzentrations- oder elektrischen Gradienten, gegen osmotischen Druck

Diffu Diffusion sion • Aufgrund der thermischen Eigenbewegung von kleinen Molekülen (z.B. Wassermoleküle) wandern sie durch eine für sie durchlässige Membran hindurch. • Die Diffusionsgeschwindigkeit ist von der Art der Moleküle, der Temperatur, dem Konzentrationsgefälle (geschieht Konzentrationsausgleich) und vom Druck abhängig. • Die Membranproteine dienen als Transporter. Aktiver Transport Passiver Transport Osm Osmose ose • Diffusion durch eine selekt selektiv iv p per er ermeab meab meable le Me Membran mbran mbran. • Diese lässt sich nur die kleineren Moleküle des Lösungsmittels (meist Wasser), aber nicht darin gelösten Stoffe durch. • Ist einseitig gerichtet: das Lösungsmittel bewegt sich immer in Richtung der höheren Konzentration des gelösten Stoffes (Konz Konz Konzentrat entrat entratiionsau onsausglei sglei sgleich ch ch). • Ist die Konzentration gelöster Stoffe in der Zelle höher als außerhalb, wird ein Druck auf die selektiv permeable Membran ausgeübt (osmot osmot osmotisch isch ischer er Druc Druckk). Er bewirkt, dass Wasser durch die Zellmembran in die Zelle eindringt. De Wasseraufnahme erfolgt solange, bis die Konzentration gelöster Stoffe innerhalb und außerhalb der Zelle gleich ist. Ist dieses Stadium erreicht, dringen genauso viele Wassermoleküle in die Zelle ein wie sie verlassen.

Aktiv Aktiver er TTransp ransp ransport ort • Die Zelle muss Energie aufwenden. • Gelöste Substanzen können gegen ein Konzentrationsgefälle, einen osmotischen Druck oder einen elektrischen Gradienten transportiert werden. • Membrantransportproteine sind selektiv → transportieren bestimmte Substanzklasse oder eine Molekülart (Ionen, Zucker, Aminosäuren, Nucleotide, Metaboliten). Infor Informati mati mation on onsausta sausta saustausc usc usch hü über ber Rez Rezep ep eptorpr torpr torprotein otein oteine e

Memb Membran ran rankon kon kontakt takt takte e – Zell – Zell Zell-Ko -Ko -Kont nt ntakte akte ➢ ➢

➢

Die Glyko Glykokaly kaly kalyxx an der Außenseite der Plasmamembran ist für die Zellkontakte verantwortlich. Die Zellvermehrung im Gewebeverband wird mittels Zellkontakten reguliert – Kontakt Kontaktinh inh inhib ib ibition ition - die Eigenschaft von Zellen, das Zellwachstum und die Zellteilung ab einer bestimmten Zelldichte einzustellen. Z.B. Fibroblasten wachsen nur so lange, bis sie an allen Seiten mit Zellen in Kontakt stehen, dann stellen sie das Wachstum ein. Tumor-/Krebszellen vermehren sich unkontrolliert: sie wachsen ungehemmt und sind zu keiner geordneten Gewebebildung mehr fähig, weil sie die Kommunikationsmöglichkeit über Zellverbindungen verloren haben. Zellve Zellverbi rbi rbindun ndun ndungg zzwisch wisch wischen en d den en Epi Epithel thel thelzellen zellen

Form Formen en u und nd Fun Funktion ktion ktionen en von Zellv Zellverbin erbin erbindu du dungen ngen Schl gebi Kontakt Schlusslei usslei ussleisten sten stenkomp komp kompllex – gebi ebildet ldet von aallen llen Kontakt taktstell stell stellen en Zellverbi Zellverbindung ndung Tight Junc Junction tion (Zonula occludens)

o

o

Adhere Adherens ns Junction (Zonula Adhaerens)

o o o o

Desm Desmosomen osomen (Maculae Adhaerens)

o

Gap Junctio Junction n

o o

o

Funktion Die entstehende Abdichtung verhindert, dass Extrazellularflüssigkeit zwischen den Zellen hindurch an die Oberfläche des Epithels auftritt Impermeabler Verschlusskontak Verschlusskontaktt zur Erhaltung des interzellulären Milieus Typische Proteine: Claudin, Occludi Occludin n Feste mechanische Zellverbindung ohne Membranverschmelzung (mit dem I nterze nterzellularspalt llularspalt llularspalt) Verbindung über klebstoffartige Wirkung von Transmembranprotei ranprotein n – Cadh Cadherin erin Anschluss an das Zytoskelett – an das Aktinfilamensystem (Mikrofilamente) Feste mechanische Zellverbindung ohne Membranverschmelzung (mit dem I nterze nterzellularspalt llularspalt llularspalt) Die Zellmembran beinhaltet Transmembra Transmembranprote nprote nproteine ine – De Dessmoglein un und d De Desmoc smoc smocillin illin Anschluss an das Zytoskelett – an das Mikrotubulisystem Zellkommunikation durch direkten Stoffausta Stoffaustausch usch und metabolische sowie elek elektrische trische Kopplung (besonders schnelle Signale – elektrische Synaps Synapsen en en)

Morpholog Morphologische ische Besc Beschreibung hreibung Gürtelförmige Verschmelzung von Zellmembranen

Vorkomm Vorkommen en In Epithelzellen von Dünndarm, Blase, Niere, Gehirngefäßen

Gürtelförmige Verschmelzung von Zellmembranen mit einem interzelluläre interzellulären n Spalt

In Epithelzellen

Punktförmige Verbindung von Zellmembranen mit einem interzelluläre interzellulären n Spalt

In Epithel- und Muskelzellen

Zylindrische Transmembranproteine Connexin bilden röhrenförmige Poren, die den Durchtritt von Salzen, Zuckern, Aminosäuren und anderen kleinen wasserlöslichen Molekülen erlauben.

überall

Zell-M Zell-Matri atri atrix-K x-K x-Kontakt ontakt ontakte e Die Zellen sind polarisiert: 2 Seiten – basale (unten) und apikale (oben). • Hem Hemide ide idesmos smos smosom om – Verankerung der Zelle an der Basallamina • Basa Basalme lme lmembr mbr mbran an 1. Basallamina = Lamina rara + densa und 2. Lamina fibroreticularis

Basallamina

Lamina rara Lamina densa

Basalmembran Lamina fibroreticularis

Aufn Aufnahm ahm ahme e un und d Ab Abgab gab gabe e vvon on St Stoff off offen en über mem memb branve ranvermi rmi rmittel ttel ttelte te Tran Transsport portvorg vorg vorgänge änge 1.

Exozyt Exozytos os ose e – Abgabe von Stoffen ins umgebende Medium: Membran der Vesikel verschmilzt mit Plasmamembran – Sekretion Z.B. Ausscheidung von extrazellulärer Matrix, Neurotransmitter, Hormone, Verdauungsenzyme, Schweiß o Die Kohlenhydrate der Glykokalix und die Membranproteine werden im ER synthetisiert, im Golgi-Komplex modifiziert und als Bestandteile der Vesikelmembranen zur Zellaußenseite transportiert. o Vom Golgi-Komplex abgeschnürte Transportvesikel wandern entlang den Fasern des Zytoskeletts zur Zellmembran. o Bei der Berührung von Vesikel- und Plasmamembran ordnen sich die Moleküle der Doppelschichten neu an. o Beide Membranen verschmelzen, dabei wird der Inhalt der Vesikel in den Extrazellularraum entleert.

Verwandte Form der Ausschleusung – Apoz Apozytos ytos ytose e – Abschnürung von ga ganzen nzen Ve Vesikel sikel sikeln n oder Abspaltung von ga ganzen nzen Zel Zellteil lteil lteilen en. Es wird aus der Plasmamembran ein Vesikel gebildet, das Stoffe aus dem Zytoplasma in den Extrazellularraum transportiert (z.B. Ausstoß des Zellkerns bei der Reifung der Erythrozyten, Ausschleusung von Viruspartikeln). 2.

End Endozyto ozyto ozytose se – Transport in die Zelle, Aufnahme (Internalisation) von Stoffen mittels membranumhüllter Vesikel (Endos dosom om – bei der Endozytose gebildete Vesikel)

a) o

Rezep Rezepto to torver rver rvermitt mitt mittelte elte EEndoz ndoz ndozyto yto ytose se bestimmte Stoffe werden selektiv in hoher Konzentration aufgenommen an der Oberfläche der Zelle befinden sich stoffspezifische Rezeptorproteine, an denen der aufzunehmende Stoff selektiv als Ligand bindet auf der Innenseite – ein Geflecht des Proteins es wird eine gekrümmte Fläche gebildet, in die sich die Plasmamembran eindellt – Bildung von Coated pits die Endosomen „Coated vesicles“ führen die aufgenommenen Substanzen dem Stoffwechsel zu, danach werden die Rezeptoren zur Zelloberfläche zurücktransportiert, wo sie erneut verwendet werden. Bespiele: Aufnahme von Cholesterin, Eisen.

o o o o

o b) o o

c) o o

Pinozyt Pinozytos os ose e Ungerichtete Aufnahme extrazellulärer Flüssigkeit und der darin gelösten Substanzen Es bilden sich kleine Membranvesikel, die einen Tropfen der extrazellulären Flüssigkeit einschleusen.

o

Phag Phagozyt ozyt ozytose ose Aufnahme von großen Partikeln Große Rolle bei der Abwehr von Bakterien und der Besteigung von Fremdstoffen Bildung von Pseudopodien (Ausstülpungen), die den Fremdkörper umschließen und in das Zellinnere aufnehmen Große Vesikeln = Vakuole/ Phagosom

3. o o o o

Tran Transz sz szytos ytos ytose e Kombination aus Endo Endo-- und Ex Exozyt ozyt ozytose ose = Transzytose Stoffe werden mit Hilfe von Transzytosevesikel durch die Zelle geschleust (z.B. Immunglobuline (Antikörper) über Plazenta und Darm) Mit Hilfe von Calve Calveola ola olae e – kleine kurze tubulusartige Einstülpungen in die Außenmembran von Zellen

o

Zellk Zellker er ern n ((Nu Nu Nucl cl cleu eu eus) s) Wich Wichtige tige Proz Prozess ess esse: e: • • •

Replikation der DNA Transkription der DNA Genregulation

➢

Im Regelfall eine Zelle = ein Zellkern (Ausnahme: ausgebildete Erythrozyten – kernlos, 4% der Leberzellen und manche Nervenzellen – zwei Kerne, Osteozyten – bis zu 100 Kerne) Der Zellkern trägt die genetische Information der Zelle in den Chromosomen (22 autosomale Chromosomen, 2 Geschlechtschromosomen: XX und XY) Außerhalb des Zellkerns ist DNA nur noch in Mitochondrien (bei Pflanzen in Chloroplsten) zu finden

➢ ➢

Kernb Kernbest est estand and andteile: teile: • Kernhülle • Kernplasma • Kernporen • Chromatin bzw. Chromosomen • Nucleolus Kernh Kernhüll üll ülle e ➢ Trennt das Kernplasma vom Zytoplasma ➢ Doppelmembran: jede Membran besteht aus einer Lipiddoppelschicht mit darin eingelagerten Proteinen auf der inneren Seite – Lamina – daher hat der Kern stabile äußere Gestalt ➢ Die äußere Kernmembran ist direkt mit dem Hohlraum des endoplasmatischen Retikulums (ER) – raues ER mit Ribosomen – verbunden. Kernp Kernplas las lasma ma ((Ka Ka Karyopl ryopl ryoplasma asma asma)) ➢ Besitzt einen eigenen Stoffaushalt, die speziell auf die Aufgaben der Chromosomen abgestimmt ist ➢ Alle Proteine von Kernplasma stammen aus dem Zytoplasma, da die Proteinbiosynthese im Zytoplasma stattfindet. Kernp Kernpor or oren en ➢ Löcher in Kernmembran, die von Proteinkomplexen gebildet sind ➢ Nucleozytoplasmatischer Transport Stoffaustausch: Import von Proteinen, Export von RNA-Moleküle Import- und Exportsequenzen (Protein) Importine und Exportine Regulierter Prozess (kleine G-Proteine) Nucl Nucleolus eolus (Ke (Kernk rnk rnkörp örp örperch erch erchen) en) ➢ Besitzt keine eigene Membranhülle ➢ Entstehungsort von Bestandteilen der Ribosomen ➢ Bestandteile: 1. Pars amo amorph rph rphaa – Synthese von ribosomaler r-RNA - hel hellere lere Zentren aus locker gelagerten feinsten Proteinfibrillen (ungeformter Teil des Nc) 2. Pars fi fila la lamen men mentosa tosa – dichter fadenförmiger/ filamentartiger Teil des Nc. Hier liegen die für die Transkription der r-RNS nötigen Proteine und Enzyme sowie die relevanten Chromosomenfibrillen mit der Erbinformation für die Herstellung der r-RNS. 3. Pars gran granulos ulos ulosaa – Bildung von Ribosomenuntereinheiten (=Präribosomen) Nucl Nucleolus eolus (Nc (Nc)) – Kern Kernkörp körp körperch erch erchen en ((Rat Rat Ratte) te) Pa – Pars amorpha Pf – Pars filamentosa Pg – Pars granulosa

Chrom Chromat at atin in ➢ Besteht aus der Erbsubstanz – Chro Chromos mos mosom om omen en ➢ In der Zelle liegt in 2 Formen vor: Hete Heteroch roch rochrom rom romati ati atin n (spi spiralisi ralisi ralisiert ert) – verdichtetes in inaktiv aktiv aktives es Genmaterial, keine Transkription Euch Euchrom rom romatin atin (ent ent entspiral spiral spiralisie isie isiert rt rt) – locker verteilt, aktive DNA („Arbeitsform“ des genetischen Materials), beinhaltet basische Proteine (Histone) Replik Replikation ation Funktion: Ort:

Verdopplung der Erbsubstanz für die Zellteilung (Zellkernteilung) Im Zellkern; Die DNA verbleibt auch dort

Transkri Transkription ption Synthese von mRNA für die Translation Im Zellkern; die mRNA verlässt den Zellkern und bewegt sich zu den Ribosomen

Zyt Zytop op opla la lasma sma ➢ ➢ ➢ ➢

➢

Füllt den Raum zwischen dem Zellkern und der Zellmembran aus Wasser 80,5–85 %, Proteine 10–15 %, Lipide 2–4 %, Polysaccharide, DNA, RNA, kleine organische Moleküle, anorganische Moleküle und Ionen pH 7 Besteh Bestehtt au aus: s: • Dem Zytosol (bis zu 55% des gesamten Zellvolumens, regional unterschiedlich, z.B. Zytosol um den GolgiApparat und um den Zellkern, 20% Proteine) • Den darin verteilten Organellen und Große Proteinkomplexe, z.B. Ribosom, Proteasom (Proteinab Proteinab Proteinabbau bau bau,, PProtol rotol rotolyyse se) • Dem Zytoskelett Wich Wichtige tige Proz Prozess ess esse: e: • Translation (an den Ribosomen) • Glykolyse (Zuckerabbau) • Gluconeogenese (Bildung von Glucose) • Proteasom • Zytoskelett (Form + Bewegung + Transport) • Glykogenspeicherung (z.B. Hepatozyten) • Lipidspeicherung (z.B. Adipozyten)

Rib Ribos os osom om omen en Entste Entstehung hung Typ Funktio Funktion n

Im Zellkern, Vorstufen im Nucleolus Membr Membrange ange angebunde bunde bundene ne Ri Riboso boso bosomen men Proteinb Proteinbiosy iosy iosynthes nthes nthese e (Tra (Translatio nslatio nslation): n): am rER sitzende Ribosomen produzieren die Proteine für das ER selbst für den Golgi-Apparat für die Lysosomen für die Zellmembran für die Ausschleusung aus der Zelle

Freie Ribosom Ribosomen en Proteinb Proteinbiosy iosy iosynthes nthes nthese e (Tra (Translatio nslatio nslation): n): frei im Zytoplasma vorkommende Ribosomen versorgen mit Proteinen die Mitochondrien die Peroxisomen das Zytoplasma

End Endop op opla la lasm sm smat at atisch isch isches es Ret Retik ik ikulu ulu ulum m (ER (ER)) ➢

➢ ➢ ➢

Ein Membransystem, das als Kanalsystem für den intrazellulären Transport (Stoffwechsel) und als Reservoir für den Auf- und Abbau von Membranen gilt Befindet sich im ständigen Umbau Besteht aus einem Geflecht von Membranröhren und -säcken, die sich zu Zisternen erweitern (siehe Abb.) 2 Formen eines Systems: • Rau Raues es en endop dop doplasm lasm lasmati ati atisch sch sches es Ret Retikul ikul ikulum um ((rER) rER) ist an seiner Außenseite mit Ribosomen besetzt. Wich Prozess Wichtige tige Prozess esse: e: • Translation • Proteinfaltung/Prozessierung • N-Glykosylierung (Anheftung von Zuckerbeutelchen) •

Gl Glattes attes end endopla opla oplasmat smat smatisch isch isches es R Reti eti etikulu kulu kulum m – ohne Ribosomen Wich Wichtige tige Proz Prozess ess esse: e: • Lipidsynthese, Membranen-, Cholesterinsynthese • Steroidsynthese (Bildung von Steroidhormonrn – das männliche Sexualhormon Testosteron) • Entgiftung von schädlichen Substanzen (z.B. Leberzellen) • Gluconeogenese (Neuaufbau von Glukose) • Speicherung verschiedener Stoffe (Kalziumionenspeicher)

Go Golgilgilgi-Ap Ap App para aratt - PPa aket ketdie die dienst nst ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

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Kann einfach, aber auch mehrfach in einer Zelle vorkommen Ein in sich geschlossenes Paar glatter Membranen bildet eine Golgi Golgi-Zist -Zist -Zistern ern erne e Ein Stapel mehrerer Membranen bildet das Dikt Diktyos yos yosom om Entsteht aus dem ER, die Membranen werden ständig vom ER geliefert Diktyosomen zeigen einen pola polaren ren Au Aufb fb fbau au au: a) cis-Sei cis-Seite te (unreife dünne Seite) – nah zum ZK oder ER – erhalten Proteine und Membranteile vom ER mittels Transp Transport ort ortvesi vesi vesikeln keln b) tran trans-Sei s-Sei s-Seite te (reife Abgabeseite) – zum Plasmamembran ausgerichtet →→ anterogra...