Vorlesung 1

Question 1

Unterscheiden Sie zwischen den folgenden Begriffen:

• prokaryotische und eukaryotische Zelle
• frei und gebundene Ribosome
• glattes und raues ER.

Answer 1

• Zellgröße (10-30mm, 1-3mm); freie DNA/Zellkern; kaum Kompartimente/Mitochondrien, Golgi-Apparat; Fortbewegung; 70S/80S-Ribosomen; Zusammensetzung der Zellwand
• Die wichtigste Funktion der Ribosomen besteht in der Translation der mRNA in Proteine. Die Verwendung der Proteine hängt unter anderem mit ihrem Vorkommen innerhalb der Zelle zusammen. Wenn sie frei im Cytoplasma schweben, erzeugen sie Proteine, die verschiedene Aufgaben im Cytoplasma erfüllen. Die membrangebundenen Ribosomen im endoplasmatischen Retikulum erfüllen eine andere Funktion. Ihr Ziel ist es, Proteine zu bilden, die in das sogenannte ER-Lumen geleitet werden.
• Die beiden Formen unterscheiden sich auch in ihrer Funktion. So ist das raue ER vorwiegend an der Herstellung (Proteinbiosynthese) und Faltung von Proteinen beteiligt. Die Aufgabe des glatten ERs ist es, verschiedene Stoffe, wie Fettsäuren oder Hormone, zu produzieren sowie die Zelle zu entgiften

Question 2

Zeichne Sie eine pflanzliche und eine tierische Zelle! Welche Gemeinsamkeiten und Unterschiede gibt es?

Answer 2

Pflanzliche Zelle: Zellwand, Plasmodesmen, Vakuole, Chloroplsten.

Question 3

Beschreiben Sie die Struktur und Funktion der Komponenten des Endomembtransystems.

Answer 3

Das ER ist ein verzweigtes Memebransystem aus Röhren und Zisternen innerhalb eukaryotischer Zellen. An das ER können direkt Ribosomen assoziiert sein, man spricht dann von einem rauen ER (rER). Ohne Ribosomen handelt es sich um ein glattes ER (sER; von smooth).

• Raues ER: Entstehende Proteine werden direkt ins Lumen abgegeben. Dort finden Proteinfaltung, - kontrolle und posttranslationale Modifikation statt. Am rER werden vor allem Membranproteine, sekretorische und lysosomale Proteine synthetisiert.
• Glattes ER: Hier findet die Entgiftung statt und es werden Phospholipide und sekretorische Lipide synthetisiert: Hormone und Membranproteine.

Question 4

Erklären Sie den Aufbau und die Funktion von Mitochondrien und Chloroplasten!

Answer 4

Mitochondrien:

• äußere Membran,
• Intermembranraum,
• innere Membran mit Einstülpungen (Cristae),
• innen Matrix mit DNA,
• Ribosomen,
• Ort der Zellatmung: Elektronentransportkette an den Cristae, Citratzyklus in der Matrix

Chloroplasten:

• äußere Membran,
• Intermembranraum,
• innere Membran,
• Stroma mit DNA,
• Ribosomen,
• Membransystem: Thylakoide mit Lumen,
• Photosysteme in der Thylakoidmembran.
• Lichtreaktion an der Thylakoidmembran, Calvinzyklus im Stroma der Chloroplasten

Question 5

Welche Arten von Plastiden gibt es und wo kommen sie vor?

Answer 5

• Proplastiden → Farblos → Ausgangsform → Meristem, Wurzel
• Chloroplasten → Chlorophyll, Carotinoide → Photosynthese → Blätter
• Chromoplasten → Carotinoide → Tieranlockung u.a. → Blüten
• Gerontoplasten → Carotinoide → Abbaustruktur → Herbslaub
• Leukoplasten (Amyloplasten) → Farblos → Speicherform → Speichergewebe

Question 6

Beschreiben Sie die Funktion des Cytoskeletts!

Answer 6

Das Cytoskelett ist ein dynamisches Netzwerk im Cytoplasma eukaryotischer Zellen. Es handelt sich dabei um dünne, fadenförmige, dynamische auf- und abbaubare Proteine = Filamente.

Man unterscheidet Mikrotubuli, Intermediärfilamente und Aktinfilamente.

Funktionen: mechanische Stabilität, sensorische Funktionen wie die Signalübertragung zwischen den Zellen.

Question 7

Was ist die Endosymbiontentheorie? Welche Belege gibt es dafür?

Answer 7

Die Endosymbiontenhypothese beschreibt die Entstehung von Eukaryotenzelle, durch das symbiotische Miteinander prokaryotischer Zellen. Ihr zufolge haben anaerobe, organellenfreie Prokaryoten andere frei lebende Prokaryoten aufgenommen, diese aber nicht verdaut sondern vom Stoffwechsel der aufgenommenen Prokaryoten profitiert. Im Gegenzug bot die aufnehmende Zelle Schutz. Bei den Zellorganellen handelt es sich um Mitochondrien oder Plastiden.

Gestützt wird diese Hypothese durch:

• Größe der Organellen in eukaryotischen Zellen entspricht der Größe von Prokaryoten
• eigene DNA in Mitochondrien und Plastiden, die ringförmig vorliegt
• Doppelmembran, bei der die äußere Membran (mit Cholesterin, typisch für Zellmembran von Metazoa) eine andere Zusammensetzung hat, als die Innere (ohne Cholesterin)
• eigene Proteinbiosynthese
• 70 S Ribosomen, statt 80 S Ribosomen
• weitgehend eigenständige Vermehrung innerhalb der Zelle
• Einschnürungsprotein für Zellteilung bei Prokaryoten und Mitochondrien identisch, bei Metazoa nicht vorhanden

Question 8

Erklären Sie die Begriffe “Plasmodesmata” und “Symplast”!

Answer 8

• Ein Plasmodesmos (auch Plasmodesma) ist ein dünner, von einer Plasmamembran umgebener Plasmastrang, der durch die Zellwand einer Pflanzenzelle hindurch zur Nachbarzelle eine Verbindung schafft.
• Die Gesamtheit des Inneren aller Zellen, die über Plasmodesmen verbunden sind, wird als Symplast bezeichnet.

Question 9

Erläutern Sie die Struktur und Zusammensetzung pflanzlichen Zellwand!

Answer 9

Die Zellwand ist aus mehreren Schichten aufgebaut. Von außen nach innen hat man die Mittellamelle, die Primärzellwand und die Sekundärzellwand. Primär und Sekundärzellwand bestehen zu einem großen Teil aus Cellulose und Hemizellulose.
Funktion: Molekularsieb, kontrolliert das Zellvolumen, bestimmt die Form der Zelle, verbindet benachbarte Zellen miteinander, Stabilität (Pflanzenzellen sind hyperosmotisch)

Mittellamelle:

• dünne Schicht gelartiger Stoffe (Pektine)
• “Kitsubstanz” festigende Wirkung
• In allen pflanzlichen Organen

Primärzellwand:

• 8-14% Zellulose
• Überwiegender Anteil aus Hemizellulose (Zellulose in Hemizellulose eingebettet)

Sekundärwand:

• Zellulose (90%) Parallelstruktur der Mikrofibrillen
• Lignin (komplexe phenloische Polymere) zeigt eine Paralleltextur der aufgelagerten Zellulose=
• bilden den größten Anteil an einer Zellwand
• Lignin (Holzstoff)/Suberin (Korkstoff): werden angelagert, erhöhen den Zug und Druckfestigkeit

Question 10

Beschreiben Sie, wie Protonenpumpen den Transport von Stoffen durch Membranen bewerkstelligen.

Answer 10

• Dabei handelt es sich um Enzyme, die mittels Redoxreaktionen Protonen von der Innenseite der Membran nach außen, entgegen eines elektrochemischen Gradienten aktiv transportieren können.
• Die Energie für diesen Transport kommt zum Beispiel aus Elektronen von Elektronenüberträgern NADH oder NADPH. Beispiele für PRotonenpumpen sind Komplex I und IV der Atmungskette in den Mitochondrien