Zellbiologie

• Amphiphil: die Bausteinmoleküle der Mebranen sind Lipide, wie Phospholipide, Glykolipide und Steroide (alle diese sind amphiphil)

  -> ein Bereich im Molekül ist hydrophil und somit polar

  -> ein anderer ist hydrophob und daher unpolar
• Self-assembly: Befinden sich die Moleküle in wässriger Lösung, versuchen sie sich zu orientieren, dass der hydrophile Molekülteil sich mit Wassermolekülen umgibt; der hydrophobe der Wasser meidet und andere hydrophobe bereiche sucht

  -> also in wössriger Lösung orientieren sich die Moleküle selbstständig zu verschiedenen Strukturen (diese Anordnungen sind energetisch günstiger)
• Diffussionsbarriere:

  Membranen sind Diffussionsbarrieren, es können keine geoßen polaren Moleküle (Glukose) in die Zellmembran eindringen; ebenso nicht geladene Moleküle (Aminosäuren); jedoch Gase und kleine polare Moleküle
• Fluid Mosaik Model:

  -> Singer und Nicolson, 1972

  erklärt alle bekannten eigenschaften und Funktionen von Membranen. Die Matrix ist eine „lipid bilayer“, eine hydrophobe Barriere, Proteine sind in die Matrix eingebaut und können sich wie in einer Flüssigkeit bewegen.

  -> Membranproteine geben einer Membran ihre spezifische Funktion
• Fortbewegung Cytoskelett:

  3 Komponenten: Aktinfilament, Mikrotubulli, Intermediärfilamente

  -> Cytoskelett ist verantwortlich für die mechanische Stabilisierung der Zelle und ihre äußere Form, für aktive Bewegung der zelle als Ganzes, sowie für Bewegung und Transporte innerhalb der Zelle

  ->Alle Formen aktiver Bewegung erfolgen entlang der Aktinfilamente und Mikrotubulli, da sie über spezifische Motorproteine verfügen

  -> Bei Aktinfilamente: Aktin

  -> bei Mikrotubulli: Dynein und Kinesin
• Periphere Proteine: sind durch Ionenbindung an der Membranmatrix assoziiert oder durch kovalente gebundene Lipide in der Membran verankert
• integrale proteine:

  sind mit ihrer hydrophoben Region in der Membran eingebettet. Teile des Proteinmoleküls können mehrfach die Membran durchqueren -> mehrere integrale Proteine können sich zu einem Komplex zusammenlagern (sind lateral frei beweglich)
• Glykoproteine:

  besitzen kovalent gebundene Zucker an der Membranaußenseite. Diese Zuckerhülle, gequollen durch Wasseraufnahme hat eine wichtige Funktion als Schutz, Schmiermittel und bei zellerkennung
• Channel-Proteins: bilden Poren durch die Membran ermöglichen den Durchtritt von Ionen oder Molekülen. Können geöffnet und geschlossen werden (Antrieb: Diffussion=passiv)
• carrier-Proteins: binden selektiv an bestimmten Molekülen oder Ionen. Transportieren durch Gestaltänderung des Proteins. (Antrieb: aktiv oder passiv, bergauf/bergab)
• Proteine in der zellmembran:

  • periphere-Proteine
  • integrale-Proteine
  • Glykoproteine

  Membrantransportproteine:

  • channel-proteins
  • carrier-proteins
• Intermediär-Filament:

  -> sind eine von den 3 Hauptkomponenten des Cytoskeletts, ihre Dichte liegt zwischen den von Mikrotubulli und der von Mikrofaserfilamenten

  • haben komplexe Quartärstruktur
  • festigen Zellen und verhindern extreme Deformation von Gewebe und Verhindern Zerreißen der Plasmamembran
  • wird Gewebe durch äußere Kräfte gestreckt, so üben Filamente Spannung aus und begrenzen Zellstreckung
  • Zell-Zell-Verbindung wird gefestigt
• Intermediär-Filament:

  3 Kategorien:

  • Kreatin-Filament in Epithel zellen
  • Vimentin-Filament in Bindegewebe
  • Neuro-filamente in Nervenzellen
• Proteine (Strukturen):

  • Primärstruktur: Lineare Ketten aus Aminosäuren-> Polypeptidketten
  • Sekundärstruktur: alpha-helix, oder beta-sheet Struktur (Molekülketten verlaufen parallel oder antiparallel) -> stabilisieren durch H-Brücken
  • Tertiärstruktur: Molekülbereiche der apha-helix oder beta-sheet enthalten. Wrrden durch Ladungen, H-Brücken und Disulfidbrücken stabilisiert
  • Quartärsztruktur: kann durch Assoziation mehrerer Proteine entstehen. Die entgültige Konformation ist bereits durch die Primärstruktur festgelegt
• Proteine (Funktionen):

  -> führen fast immer Zellfunktionen aus:

  • Katalysatoren für die Bildung von Lösungen und kovalenten Bindungen
  • Vehikel für den lang- und Kurzstreckentransport
  • Motor für mechanische Bewegung
  • Speicher für anorganische und organische Stoffe
  • genetischer Schalter
  • Rezeptoren für die Signalaufnahme
  • Signal-Leiter zwischen Zellen
  • Proteine mit Spezialfunktion
• Mitochondrien:

  -> Kraftwerk der Zelle

  • Aufbau: Doppelmembraniges Zellorganell, mit Innerer Membran und Äußerer membran. Die Innenmembran weißt mehrere einfaltungen auf, die Cristae, Der von der Innenmembran und Cristae umschlossene Raum ist die Mitochondrienmatrix.

  -> befinden sich ringförmige DNA-Moleküle (mtDNA) und - Ribosomen

  • Funktionen: Ort der Zellatmung, ATP-Gewinnung durch oxidativen Abbau der Glykose
• Endosymbiose: Vorläufer Eukaryoten zelle mit innerer membran und Zellkern, nimmt ein Bakterium in sich auf, dass sich im Laufe der zeit zu z.B. Mitochondrien entwickelt. Annahme aufgrund der ähnlichen ringförmigen DNA und ähnlichen Transkriptions- und Translationseinrichtungen.

  -> durch Endosymbiose eines anderen Organismus erhält Zelle neue Funktion
• Transport über membran:

  • primär aktiv: benötigt energie aus ATP, weil gegn Konzentrationsgefälle Transport betrieben wird; Bsp.: NA-K-Pumpe
  • sekundär aktiv: ein transportsystem ist an ein anderes gekoppelt; nutzt Gradienten für Transport -> indirekter Energieverbrauch; Bsp.: Transport von glukose
  • passiv: Transportsystem ohne ATP, Richtung Konzentrationsgefälle, vereinfachter Durchtritt für kleine Moleküle; Bsp.: channel-proteins
• Organellen des Endomembransystems:

  • Endoplasmatisches Reticulum: Speicherungsmedium für Calcium und Glykogen, Entgiftung der zelle und Ort der Translation
  • Golgi-Apparat: zentrale Sortierstation im intrazellulären „versand“; ein Transiente Struktur, die durch kontinuierlichen Membranfluss erhalten wird
  • Endosom: spielen wichtige Rolle im interzellulären tarnsport von proteinen und Lipiden
  • Lysosom: intrazelluläre Verdaaung von körpereigenen sowie körperfremden Stoffen

  -> Verbindung: durch Vesikel(Transport)-Routen
• Aufgaben Kinetochor:

  ist die Bindungsstelle für den Spindelapparat, der die Chromosomen in der Anaphase der Mitose und Meiose trennt; (Ankerpunkt Mikrotubulli)
• Bestandteile Membran:

  wichtig für die Abgrenzung des zellinneren zur Umgebung -> zur Kontrolle des zellmilieus, Abgrenzung innerhalb der zelle, schaffung von reaktionsräumen

  -Lipide

  -Phospholipide

  -Glykolipide

  -Steroide
• ATP=Adenosintriphosphat

  -> besteht aus Nukleotid : Adenosin und einer Phosphatgruppe

  -> beim Abbau von ATP muss Energie verwendet werden, beim Zerfall wird Energie frei, daher immer exogene Reaktion gekoppelt mit endogener reaktion, als Zwischenprodukt ATP (speichert kurzfristig ATP)

  -> Verbrauch ATP: Stoffaustausch, gerichtete Bewegung, Synthese und Tarnsport (aktiver membrantransport), produzieren von ATP: durch Oxidation bei Atmungskette wird ATP frei
• Produktion ATP an membran der Cristae:

  wird Pyrovat durch Verstoffwechselung zu CO2 + H2O dabei wird Energie in Form von ATP frei, davor Glykolyse/Citratzyklus

  -> Glykolyse -> Pyrovat -> Acetad -> CO2 + H2O
• Motorproteine:

  Proteine die sich selbst und andere Moleküle transportieren unter ATP-Verbrauch für gerichtete Bewegung (irreversibel)

  ->Bsp.: transportiert Vesikel in eine Richtung an den MT-Strängen entlang, dabei kommt es zur Konformationsänderung des Proteins, ist mit dem MT-Duplett verankert und schiebt die MT-Stränge gegeneinander unter ATP-verbrauch
• Bestandteile tierische Zelle:

  • Endoplasmatisches retikulum
  • Golgi-Apparat
  • Mitochondrien
  • Peroxisomen
  • Lysosomen
  • Ribosomen
  • Zentriolen
  • Nukleolus
• Endoplasmatisches Retikulum: Translation, Proteinfaltung, Transport, Speicher für Proteine und Calcium, synthese von Lipiden und Kohlenhydraten
• Golgi-Apparat: Stoffaustausch über vesikel, zentrale Sortierstation im intrazellulären Versand, transiente Struktur die durch kontinuierlichen Membranfluss erhalten wird, Proteine konzentriert, modifiziert und in Vesikel verpackt, mit ER assoziiert
• Mitochondrien: Zellatmung, ATP-Synthese, Kraftwerk der zelle
• Peroxisom: Entgiftung, wandeln Peroxide in wasser um, um zelle zu schützen
• Lysosom: Abbau von zelleigenem Material und Proteinen
• Ribosom: Proteinbiosynthese, mRNA in eine aminosäuresequenz eines Proteins übersetzen
• Zentriolen: Organisation von Mikrotubuli= MT und Spindelapparat
• Nukleolus (Kernkörperchen): Herstellung der ribosomen
• Vakuole: Speicher, zelleigenes material abbauen, verursacht Osmotischen druck, Flüssigkeit mit Salzen, Metaboliten etc.
• Chloroplasten: Organell mit eigener erbsubstanz, Photosynthese - Licht: chemische Energie
• Bestandteile pflanzliche Zelle:

  • Endoplasmatisches reticulum
  • Golgi-Apparat
  • Mitochondrien
  • Peroxisom
  • Lysosom
  • Ribosom
  • Vakuole
  • Chloroplast
• Aufbau Phospholipide:

  -> sind amphiphil: ein bereich ist, hydrophil und polar, der andere Bereich iyst unpolar und hydrophob.

  -> befinden sich diese Moleküle in wässriger lösung, versuchen sie sich so zu orientieren, dass der hydrophile Teil sich mit wassermolekülen umgibt und der hydrophobe Teil das wasser meidet und andere hydrophobe Bereiche sucht
• heterotroph: heterotrophe Organismen müssen den Kohlenstoff in Form organischer Moleküle aus der Umgebung erhalten. energiegewinnung durch Abbau eines teiles dieser verbindungen
• Autotroph: autotrophe Organismen können das CO2 der Atmosphäre als C-Quelle für den Aufbau ihrer Biomoleküle verwenden. nehmen Energie aus Sonnenlicht
• Katabolismus/Anabolismus:

  der abbauende Stoffwechsel -> Katabolismus

  • Vielzahl verschiedener ausgangsverbindungen zu einer kleinen zahl von endprodukten (meist kleine Moleküle)
  • „konvergent“
  • tierischer und menschlicher Organismus: Nahrungsstoffe zu CO2 und H2O oxidiert -> freiwerdende Energie in ATP gespeichert
  • zwischenprodukte: Aufbau körpereigener Substanzen verwendet
  • ->endergonen Prozesse benötigte Energie -> ATP
  • aufbauende stoffwechsel -> Anabolismus (divergent)