Grundausstattung der Zelle Flashcards
(43 cards)
1
Q
Was sind Zellen?
A
- sind die kleinste Einheit des Lebens (Sonderfall: Mitochondrium)
- sind zu Stoffwechsel und Reproduktion fähig
- ihre Organellen befinden sich im Zytoplasma (wässrige Umgebung)
2
Q
Was sind die Unterschiede von Pro- und Eukaryonten
A
- Prokaryonten: besitzen keinen Zellkern, simpler aufgebaut, die Zellen werden als Prozyten oder Prokaryozyten bezeichnet, wichtigster Vertreter sind die Bakterien
- Eukaryonten: besitzen einen Zellkern, Zellen werden als Euzyten oder Eukaryozyten bezeichnet, zu ihnen zählen die mehrzelligen Organismen (Tiere und Pflanzen) und Pilze
3
Q
Aufgaben der Zellmembran
A
- umgibt die Zelle und Organellen bildet somit Kompartimente, um verschiedene Umgebungen zu garantieren (verschiedene Konzentrationen an Edukten/Produkten, pH-Werten, Aufgaben)
- grenzt die Zelle nach außen hin ab
- die äußere und inneren Zellmembranen sind ähnlich aufgebaut und funktionieren nach demselben Prinzip, daher spricht man auch von Einheitsmembranen
4
Q
Was ist der Unterschied zwischen Tieren und Pflanzen hinsichtlich ihrer Abgrenzung nach außen?
A
- tierische Zellen besitzen nur eine Zellmembran
- pflanzliche Zellen besitzen eine Zellmembran und eine darum liegende steifere Zellwand
5
Q
Aufbau der Zellmembran
A
- wichtigster Grundbaustein sind die Phospholipide ( die sind amphiphil bzw amphipathisch)
- Phospholipide ordnen sich in einer Doppelschicht (Bilayer) an mit dem hydrophilen Köpfen nach außen, den hydrophoben Schwänzen nach innen
- die Phospholipide halten zusammen, können aber aneinander vorbei gleiten und Plätze tauschen (laterale Diffusion)
6
Q
Besonderheiten der Phospholipide
A
- besitzen einen hydrophilen Kopf und zwei unpolare (hydrophobe) Schwänze aus Kohlenwasserstoffketten
- der Kopf besteht aus einer Phosphatgruppe, die selber noch weitere Bindungen eingehen kann bspw. mit einem Alkohol
- Aufbau grundlegend: 2 Fettsäuren am Glycerin, dieser ist verbunden mit dem Phosphat
- ordnen sich aufgrund der wässrigen Umgebung so an, dass sich die Köpfe dem Wasser zuwenden und die Schwänze in der Mitte sind (am wenigsten Kontakt mit Wasser) beruht auf hydrophoben WW
7
Q
Unterschied Mizellen und Vesikel
A
- simpelste Anordnung ist die Mizelle (Monolayer), bilden eine Kugel, wobei die hydrophoben Schwänze den Kern und damit einen hydrophoben Raum schaffen, in diesem Raum können sich lipophile Substanzen befinden, die so im Wasser ‘gelöst’ transportiert werden können
- auch die Phospholipiddoppelschicht kann eine kugelförmige (sphärische) Anordnung annehmen, im Kern entsteht ein hydrophiler Raum (Köpfchen bilden äußeren und inneren Kreis), nennt man Liposom oder Vesikel, können auch Stoffe transportieren
8
Q
Fluidität von Membranen
A
- das Ausmaß der lateralen Diffusion ist vor allem durch die Umgebungstemperatur abhängig
- steigt die Umgebungstemperatur, schwingen die Teilchen stärker und gleiten vermehrt aneinander vorbei
- laterale Diffusion ist durch die vergleichsweise schwachen Anziehungskräfte der einzelnen Phospholipiden möglich
- es ist auch eine transversale Diffusion (Flipflop) möglich, dabei tauschen die Phospholipide nicht links/rechts die Plätze sondern oben und unten
9
Q
Viskosität von Membran (gehört zur Fluidität)
A
- Fettsäuren (unpolar) beeinflussen die Viskosität durch ihre ausgeprägteren van-der-Waals-Kräften stärker
- Zellmembranen, in denen viele langkettige FS vorkommen, sind viskoser (geringere Fluidität)
- ungesättigte FS (mit DB) mit cis- bzw. Z-Konfiguration besitzen einen Knick, dadurch kommen sich die FS nicht so nah, es werden weniger starke van-der-Waals-Brücken ausgebildelt, Membranen sind fluider
10
Q
Membranproteine
A
- Membran stellt für hydrophile Moleküle (u.a. Wasser) eine unüberwindbare Hürde dar, Abhilfe schaffen Proteine
- periphere Membranproteine besitzen als Funktion: membranständige Enzyme sind an Stoffwechselschritten beteiligt, als Verankerung für Elemente des Zytoskeletts, durchziehen nicht die Membran
- integrale Membranproteine oder Transmembranproteine: erstrecken sich einmal durch die gesamte Membran, wie ein Tunnel (Bsp. Aquaporine)
11
Q
Fluid-Mosaik-Modell
A
- Modell einer Zellmembran, die aus vergleichsweise ortständigen Proteinen und verschieblichen Phospholipiden besteht (flüssigen Doppellipidschicht)
- > einfach ganz normale Biomembran
12
Q
Glykokalix der Membran
A
- einige Membranproteine und Lipide weisen Zuckerreste auf, werden Glykoproteine bzw. -lipide genannt
- befinden sich auf der extrazellulären Seite, vermitteln Informationen über die Zelle bspw. ans Immunsystem
- die Gesamtheit nennt man Glykokalix
13
Q
Transportmechanismen für hydrophobe Stoffe
A
- sie können die (hydrophobe) Membran vergleichsweise einfach durchqueren
- die Bewegung erfolgt passiv per Diffusion entlang des Konzentrationsgradienten der Membran (vom Ort der höheren Konzentration zur niedrigeren)
14
Q
passive Transportmechanismen für hydrophile Stoffe
A
- können alle nur entlang des Konzentrationsgradienten erfolgen, ähneln alle Tunnel, einige sind dauerhauft geöffnet andere …
1. ligandengesteuerte Kanäle: öffnen sich erst nach Bindung eines Liganden
2. spannungsgesteuerter Kanal: ein elektrischer Impuls bewirkt die Öffnung oder Schließung
3. Carrier: besitzen eine Bindungsstelle für den Stoff, den sie transportieren sollen, ändern nach Bindung ihre Konformation. Unterschieden werden kann der Uniport (nur ein Molekül), Symport (mehrere in eine Richung) und Antiport (mehrere in die entgegengesetzte Richtung)
15
Q
akive Transportmechanismen für hydrophile Stoffe
A
- einzige Möglichkeit um Stoffe entgegen ihres Konzentrationsgradienten zu transportieren, dafür muss Energie aufgebracht werden
- primär aktiv: Energie stammt direkt aus der Hydrolyse, also Verbrauch von ATP, Bsp.: Na-K-ATPase verwendet ATP um 3 Na aus und 2 K rein in die Zelle zu befördern (wer in die Zelle: Na - Nein, K - komm rein)
- sekundär aktiv: nutzt einen bestehenden Konzentrationsgradienten, um einen Stoff zu transportieren, Bsp.: Natrium-Glucose-Symport, die freigewordene Energie, wenn Na-Ionen entlang ihres Konzentrationsgefälles aus dem Lumen in die Zelle diffundieren, wird genutzt um Glucose in die gleiche Richtung zu transportieren
- tertiär aktiv: der von dem sekundär aktiven Transporter aufgebaute Konzentrationsgefälle wird genutzt
16
Q
Exozytose
A
- für alle Moleküle, die die Membran auch mithilfe der Proteine und Carrier nicht überqueren können / Ausschleusen aus der Zelle
- konstitutive Exozytose: findet in allen Zellen ständig statt, benötigt keinen Stimulus, Nutzen: neue Membranproteine oder Moleküle für die extrazelluläre Matrix an ihren Zielort zu bringen
- regulierte: findet nur als Reaktion auf einen Stimulus statt, z.B. Anstieg der Ca2+-Konzentration im Zytoplasma, dient bspw. der Freisetzung von Neurotransmittern
- Moleküle werden am Golgi-Apparat in Vesikel verpackt, Fusion der Vesikel mit der Membran, enthaltene Moleküle werden in den Extrazellularraum abgegeben
17
Q
Endozytose
A
- ist die Aufnahme von Molekülen, die über vier verschiedene Mechanismen erfolgen kann
1. Clathrin-vermittelt auch rezeptor-vermittelt: aufzunehmender Stoff bindet an Rezeptor, der ganze Membranabschnitt inkl. Rezeptor und Ligand schnürt sich in die Zelle hinein ab, an der Krümmung der Membran zum Vesikel ist u.a. das Protein Clathrin (besitzt eine dreibeinige Konformation (Triskelion)) beteiligt, ist das Vesikel gebildet, dissoziieren die Clathrin-Proteine ab
2. Caveolae: kleine Grübchen in der Membran, die hohen Cholesterinanteil (lipid-rafts) aufweisen, sollen an verschiedenen Formen der Signaltransduktion und Endozytose (eventuell mittels Rezeptoren) beteiligt sein
3. Pinozytose: kein Rezeptor benötigt, Zellmembran stülpt sich ein und schnürt sich ab, Mittel der Wahl für unspezifische Flüssigkeiten und gelöste Stoffe (Trinken)
4. Phagozytose: große Abschnitte der Zellmembran bilden hier einen Vesikel, um größere Partikel wie Mikroorganismen oder apoptostische Zellen aufzunehmen (Essen)
18
Q
Transzytose
A
- bei der Endozytose schrumpft die Zelle, bei der Abgabe wächst die Zellmembran - der Prozess sollte ich idealerweise im GG halten, damit die Zelle ihre Größe behält
- dies ist bei Stoffen der Fall, die auf der einen Seite aufgenommen, durchs Zytoplasma transportiert und auf der anderen Seite wieder entlassen werden -> Transzytose
19
Q
Zytoplasma
A
- wässrige Lösung, die die Organellen umgibt
- Raum für Vielzahl chemischer Reaktionen (Synthese von AS, Gluconeogenese, Glykolyse)
- Speicherort z.B. von Glykogen
20
Q
Mitochondrien
A
- kommen in fast allen eukrayontischen Zellen vor (nicht in Erythrozyten), viele Mitos deuten auf eine Zelle hin, die viel ATP verbraucht bspw. die Muskelzellen
- stellen den Großteil des ATPs her
- besitzen eine Doppelmembran (zwischen den Membranen befindet sich der Intermembranraum) innen ist die Matrix (dort finden die SW-Wege statt)
- innere Membran ist stark gefaltet, diese Faltung auch Crista gennant, dienen der Oberflächenvergrößerung
- maternaler Erbgang: alle Mitochondrien stammen von der Mutter, wichtig bei genetischen Defekten, die die mitochondriale DNA betreffen
- Stoffwechselwege: Citratzyklus, beta-Oxi der FS und die Atmungskette
21
Q
Endosymbiontentheorie
A
- besagt, dass Mitochondrien eigenständige Prokaryonten waren, welche von einem anderen Prokaryonten aufgenommen wurde (die äußere Membran stammt von ihm) sie bildeten eine innere Symbiose
- Unterschied zwischen den Membranen: die innere enthält Cardiolipin (findet sich nirgends sonst), dafür enthält sie im Gegensatz zu allen anderen Membranen kein Cholesterin, kann aufgrund ihrer Faltungen nur schwer passiert werden, es gibt etliche Shuttles und Transporter
- besitzen 70S-Ribosomen (findet man sonst in Bakterien)
22
Q
Cardiolipin
A
- ist ein Phospholipid, das über vier FS-Reste verfügt
- wurde zu erst im Herz isoliert, daher auch der Name
- findet sich nur in der inneren Membran der Mitochondrien, da aber fast alle Zellen Mitos enthalten, ist es im Körper weitverbreitet
23
Q
Proteasom
A
- wird als tonnenförmig beschrieben
- dient der Wiederverwertung von Proteinen, die nicht mehr funktionsfähig sind
- Protein wird mit Ubiquitin markiert, dann gelangt es zum Proteasom, wo es bis zu den einzelnen AS abgebaut wird
- aus den AS können dann neue Proteine synthetisiert werden
24
Q
Ribosom
A
- ist das Organell, das zur Synthese neuer Proteine verantwortlich ist
- Ribosom besteht aus zwei Untereinheiten (40S und 60S UE bilden zsm das 80S Ribosom), welche selber Proteine und ribosomaler RNA (rRNA) bestehen -> Ribonucleoproteine
- UE “ruhen” beide dissoziiert im Zytoplasma, bis ein Protein synthetisiert werden soll
- in Bakterien und Mitos finden sich 70S Ribosomen aus 30S und 50S UE
- die beiden UE lagern sich an einer mRNA an, die AS Abfolge für das Protein enthält -> Translation, also die Synthese der Polypeptidkette kann beginnen
- an einer mRNA können auch mehrere Proteine/Ribosomen arbeiten, nennt man dann Polysom
25
Untereinheiten der Ribosomen
- das S steht für Svedberg, die Einheit der Sedimentationskonstante - diese Größe ist bei der Zentrifugation eines Teilchens wichtig
- um auf die richtigen Zahlen zu kommen, denk in 20er Schritten
- > Eukaryonten: 40 + 60 = 80
- > Prokaryonten: 30 + 50 = 70
26
endoplasmatisches Retikulum (ER)
- ist ein großes netzartiges Membransystem, dass die Zelle durchzieht und Kanäle bildet
- dient quasi als Abgrenzungen zwischen den verschiedenen Reaktionen
- kann unterschieden werden in glattes und raues ER, das raue verfügt über viele Ribosomen, weswegen es im elektronenmikroskopischen Bild rau aussieht
- ER können Ribosomen entweder alle loswerden oder anlagern, können so zwischen rER oder sER (smooth) wechseln
- verarbeitete Stoffe werden in Vesikeln (die sich aus der Membran abschnüren) transportiert, ander Stoffe werden importiert und es bilden sich permanent neue Lumina
27
glattes ER
- Lipidsynthese: Synthese von Phospholipiden und Steroidhormonen (Hoden, Ovarien, Nebennierenrinde verfügen über viel glattes ER)
- Calcium-Speicher: v.a. in Muskelzellen wichtig (ER wird dort auch sarkoplasmatisches Retikulum) um Kontraktion auszulösen, strömen Ca2+ in Zytosol
- Biotransformation: durch Enzyme, wie Cytochrom P450 (CYP 450) werden Stoffe so umgewandelt, dass sie ausgeschieden werden können, daher verfügt die Leber über viel glattes ER; die Menge an glattem ER kann durch Induktion gesteigert werden, wenn Zellen häufig mit bestimmten Stoffe in Kontakt kommen bspw. Barbiturate (Schlafmittel), oder Rifampicin (induziert CYP 450)
- Kohlenhydratspeicher und in der Leber findet sich im sER die Glc-6-Phosphatase (letzter Schritt der Gluconeogenese, Glc kann den Hepatozyten anschließend verlassen)
28
raues ER
- Synthese nur von sekretorischen, lysosomale und Membranproteine (zytosolische Proteine werden von den Ribosomen im Zytosol synthetisiert)
- damit die Ribosomen wissen, wo sie das Protein synthetisieren sollen, bilden die ersten AS von diesen bestimmten Proteinen ein Signalpeptid, an dem bindet das SRP (signal recognition particle), die Ribsomen wandern zum rER und docken dort an, das SRP dissoziiert ab und die Translation geht weiter
- die entstehende Peptidkette gelangt durch den Proteinkomplex Translocon in das Lumen des ER, dort wird das Signalpeptid abgespalten und das Protein weiter modifiziert
29
Golgi-Apparat
- Proteine, die im rER synthetisiert worden sind, gelangen zur cis-Seite des Golgi-Apparats und von der trans-Seite des Golgi-Netzwerk zum Ort ihrer Bestimmung -> Paketzentrum der Zelle
- andere Funktion: posttranslationale Modifikationen
- Aufbau: besteht aus Membranen, die Zisternen (Hohlräume) bilden, diese organisieren sich zu Stapeln, die Diktyosomen genannt werden
- Leitenzym (ist charakteristisch für eine bestimmte Zellstruktur) ist die Galactosyl-Transferase (heftet Zucker an Proteine)
30
Modifikationen des Golgi-Apparats
- die Modifikationen können wichtig für die Funktion des Proteins sein oder deutlich machen, wo es als nächstes hin transportiert werden soll
1. Glykosylierung: wie das rER kann der Golgi Zucker an Proteine heften
2. Markierung von Proteinen für den Transport in Lysosomen: ist letztlich auch eine Glykosylierung, Marker ist Mannose-6-phosphat (nicht richtig markierte lysosomale Proteine können in der Zelle starken Schaden anrichten Bsp. I-Zellkrankheit)
3. Abspaltung von Peptidketten aus dem Protein
4. Sulfatierungen (Anhängen von Sulfat-Ionen (SO4)2-)
5. Phosphorylierung (Anhängen von Phosphat-Ionen (PO4)2-)
31
Lysosomen
- ist für den Verdau von Makromolekülen verantwortlich, ist weniger spezialisiert als die Proteasomen, aber hat dafür eine weitere Bandbreite (viele verschiedene Enzyme), v.a. saure Hydrolasen, das Leitenzym ist die saure Phosphatase
- die Enzyme arbeiten am besten im Sauren, das Lysosom ist von einer Membran umgeben, in der Protonenpumpen sitzen (H+ - ATPasen) sorgen für den niedrigeren pH-Wert im Lysosom
- können mit der Zellmembran verschmelzen und ihre Enzyme in den Extrazellularraum abgeben, genutzt wird das von Osteoklasten (Exozytose von lysosomalen Enzymen um Knochen abzubauen) und Spermien (besitzen in ihrem Kopf ein Lysosom, das Akrosom, um die Zona pellucida (Schutzhülle der Eizelle) aufzulösen
32
wichtiges zu lysosomen Enzymen
- Hydrolasen sind Enzyme, die Bindungen unter Einbau von Wasser spalten, Phosphatasen gehören zu den Hydrolasen, sie spalten eine Phosphorsäureester-Bindung benötigen dafür ein H2O, haben ihr pH-Optimum im Sauren
- lysosomale Enzyme, können außerhalb ihres pH-Optimums nicht optimal arbeiten, gelangen sie einmal bspw. in Zytosol, ist die Zelle vor Selbstverdau geschützt
- werden größere Mengen freigesetzt entsteht bspw. die Gicht, die Membran der Lysosomen wird durch Harnsäurekristalle geschädigt was zu schmerzhaften Entzündungen führt; bei der Silikose (Quarzstaublunge) kommt es durch eingeamtete Quarzkristalle bspw. aus dem Bergbau zur Ruptur der Lysosomen
33
Peroxisomen (Microbodies)
- Peroxisomen entstehen durch Abschnürungen des rER oder durch Knospung andere Peroxisomen
- bauen das in der Zelle anfallenden Wasserstoffperoxid (H2O2) und Fettsäuren ab
- die beiden Enzyme Peroxidase und Katalase katalysieren den Abbau von H2O2 zu Wasser und Sauerstoff : 2 H2O2 -> 2 H2O + O2
- besonders lange FS gelangen ins Peroxisomen, hier werden ihnen einige C-Atome abgespaltet, danach gelangen die kürzeren FS ins Mito für die beta-Oxi
- können auch bestimmt Fette synthetisieren, die Plasmalogene (Etherlipide), diese sind vor allem für die Myelinscheiden des NS und dem Herzen von Bedeutung
34
Zytoskelett-Elemente
- Oberbegriff für die Gesamheit aller Fasern (Filamente), die die Zelle durchziehen und folgende Aufgaben erfüllen
- Funktion: Stabilität und Mobilität (aktive Bewegung), essentiell für intrazelluäre Transportvorgänge und Zellteilung
- es gibt verschiedene Fasertypen, die alle aus Proteinen bestehen, die drei wichtigsten sind: Mikrotubuli (25 nm), Intermediär (10 nm) und das Aktinfilament (5 nm)
- Mikrotubuli sind so dick, dass es sich um Röhren (Tubuli) und keine Filamente mehr handelt, sie sind für die Zellteilung essentiell
- bevor sich die Zelle teilen kann, müssen die Chromosomen vom Spindelapparat zu gegenüberligenden Zellpolen gezogen werden
- der Spindelapparat besteht aus Mikrotubuli, die an den zylinderförmigen Zentriolen verankert sind, welche wiederum von perizentriolaren Matrix umgeben sind (verschiedene Proteine, die die Zentriolen unterstützen) beides wird als Zentrosom zusammengefasst
35
Zellkontakte
- die Zellen sind über Zellkontakte verankert, man unterscheidet zwischen Zell-Zell-Kontakten oder Zell-Matrix-Kontakten
- extrazelluläre Matrix: der Raum zwischen Zellen ist der Interzellularraum, dieser ist gefüllt mit Fasern (von den Zellen) vermittelt Zellkontakte; In der Grundsubstanz der extrazellulären Matrix befinden sich Proteine, die von Bindegewebszellen produziert werden und Einfluss auf das Wachstum der benachbarten Zellen nehmen
- die Proteoglykane der Grundsubstanz haben die Fähigkeit, Wasser (als interstitielle Flüssigkeit) und Kationen zu binden.
36
Zonula occludens
- Interzelluläres Protein: Occludin und Claudin
- Zytoskelett-Element: Aktinfilamente
- Funktion: parazellulärer Verschluss, Zellpolarität
37
Zonula adherens
- Interzelluläres Protein: Cadherine
- Zytoskelett-Element: Aktinfilamente
- Funktion: mechanische Stabilität
38
Desmosom
- Interzelluläres Protein: Desmoglein (Caherin) und Desmocollin (Cadherin)
- Zytoskelett-Element: Intermediärfilamente
- Funktion: mechanische Stabilität (Druckknopf)
39
Gap Junctions
- Interzelluläres Protein: Connexine
| - Funktion: elektrische Kopplung, metabolische Kopplung und chemische Kopplung
40
Epithelien
- befinden sich an Grenzflächen, sitzen sehr dicht beieinander, sodass fast kein Extrazellulärraum besteht, Barrierfunktion
- unterteilbar in: Oberflächenepithelien (überziehen alle inneren und äußeren OF, verhindert Diffusion von Flüssigkeiten in umliegendes Gewebe (Aorta, Harnblase)
und Drüsenepithelien, diese betreiben Sekretion
- können aber auch beide Aufgaben ausführen, relativ komplexe Geschichte
41
Bindegewebe
- eigentliches: lockeres und straffes
- spezialisiertes: u.a. Knochen und Fettgewebe
- Gemeinsamkeit: stark ausgeprägten Extrazellularraum, der mit Fasern und gelösten Stoffen gefüllt ist
- die Zusammensetzung der EZM bestimmt die Eigenschaften - z.B. Elastiziät oder Zugfestigkeit - des jeweiligen Gewebes
- die Einlagerung von Kristallen (Mineralisation) sorgt für die Härte unserer Knochen
42
Muskelgewebe
- man unterscheidet glatte und quergestreifte Muskulatur, letzteres kann weiter in Skelett- und Herzmuskulatur unterteilt werden
- die Muskulatur zeichnet sich v.a. durch die Fähigkeit zur aktiven Verkürzung (Kontraktion) aus, die auf eine Interaktion zwischen Myosin- und Aktinfilamenten zurückzuführen ist
43
Nervengewebe
- Steuerung geht von Neuronen ( Nervenzellen) aus, die über Synapsen verbunden sind
- Neurone könne elektrisch erregt werden und nutzen chemische oder physikalische Reize, um diese Erregung (Information) von einer Nervenzelle zur nächsten zu transportieren
- Nervengewebe besteht neben Neuronen auch aus Stützzellen (Gliazellen), diese kommen deutlich mehr vor, sind unerlässlich für die reibungslose Funktion von Neuronen und für die Gewährleistung mechanischer Stabilität
