Begriff Zelle und Zelltheorie
Der Begriff Zelle wurde Mitte des 17. Jh von Hooke eingeführt, der Schnittpräparate von Kork unter dem Mikroskop betrachtete. 1883 formulierten Schleiden und Schwann die Zelltheorie: Zellen sind die Grundeinheiten des Lebens. Alle Organismen bestehen aus Zellen. Alle Zellen entstehen aus bereits existierenden Zellen. Daraus lässt sich schlussfolgern: Leben auf der Erde begann mit der Entstehung der ersten Zelle. Die Prinzipien, die den Funktionen eines Einzellers zugrunde liegen, sind ähnlich den Prinzipien, die in unserem Körper herrschen. Alle Körperzellen sind aus einer einzigen Zelle entstanden (befruchtete Eizelle)
Begrenzung der Zellgröße
Bis auf wenige Ausnahmen (z.B. Vogelei) sind Zellen sehr klein. Grund: OF – Volumen – Verhältnis → Nimmt das Volumen einer Zelle zu, wächst zwar auch ihre OF, allerdings nicht im gleichen Maß wie das Volumen → Für Zellen ist es aber wichtig, dass die OF im Verhältnis zum Volumen nicht zu klein ist, denn die OF begrenzt die Menge an Nährstoffen, die in die Zelle hinein geschafft werden kann und die Menge an Abfallstoffen, die aus der Zelle heraus geschafft werden kann. Umso größer das Volumen, umso mehr chemische Aktivität kann pro Zeiteinheit durchgeführt werden (→ bedeutet mehr Nährstoffe und mehr Abfall) → Zu starkes Wachstum bedeutet zu hohen Ressourcengehalt und Abfallbedarf für die vorhandenen OF! Große Organismen bestehen aus vielen einzelnen Zellen; so entsteht eine riesige Gesamtoberfläche, die einen effizienten Stoffaustausch erst möglich macht.
Cytoplasma
Cytoplasma ist der Überbegriff für alles, was im Inneren der Zellmembran eingeschlossen ist: Cytosol („Grundplasma“) Zellorganellen (z.B. Mitochondrien, Chloroplasten) membranlose Plasmastrukturen (z.B. Ribosomen) Membransysteme (z.B. ER, Golgi-Apparat) Cytoskelett
Aufgaben des Zellkerns
Speicherung der genetischen Information und Weitergabe an die Tochterzellen bei der Mitose Kontrolle der Vorgänge, die in der Zelle ablaufen (Genexpression: Welche von der DNA kodierten Proteine werden gebildet und wann?) Bildung der Ribosomen- Untereinheiten (im Nucleolus)
Aufbau des Zellkerns
→ normalerweise einzeln vorhanden → meist das größte Zellorganell (Ausnahme: Vakuole in Pflanzenzellen) Der Zellkern wird durch eine Doppelmembran begrenzt, die als Kernhülle bezeichnet wird. Die Kernhülle weist zahlreiche Kernporen auf, an denen innere und äußere Membran ein Kontinuum bilden. Jede Kernpore ist durch einen Kernporenkomplex aus 8 Proteinpartikeln ausgekleidet. Durch die Kernporen können Substanzen zwischen Kern und Cytoplasma ausgetauscht werden. Die äußere der beiden Membranen geht an vielen Stellen ins ER über. Innerhalb der Kernhülle kann man das Nucleoplasma vom Chromatin unterscheiden. Chromatin setzt sich aus den DNA-Strängen zusammen, die um Histon-Proteine gewickelt sind. Im Ruhezustand der Zelle liegt das Chromatin in aufgelockerter Form vor und ist an verschiedenen Stellen an die Innenmembran der Kernhülle angeheftet. Vor der Zellteilung verdichtet sich das Chromatin zu Chromosomen. Das Nucleoplasma ist eine wässrige Lösung zahlreicher Substanzen, die das Chromatin umgibt. Im Nucleoplasma befindet sich ein Netzwerk aus Strukturproteinen: Kernmatrix. Eine Struktur, die mit dem Lichtmikroskop erkannt werden kann, sind die Nucleoli. Nucleoli werden von bestimmten Abschnitten der Kern-DNA durchzogen (Nucleolus-Organisatorregionen). In diesen Regionen werden die Untereinheiten der Ribosomen gebildet. Fertige Untereinheiten wandern durch die Kernporen ins Cytoplasma.
Ribosomen
Ribosomen bestehen aus Protein und RNA. Sie setzen sich aus einer großen und einer kleinen Untereinheit zusammen. Beide Untereinheiten werden im Nucleolus produziert und anschließend ins Cytoplasma transportiert, wo sie sich zu Ribosomen vereinigen. Ribosomen sind der Ort der Proteinbiosynthese: Aminosäuren werden zu Polypeptidketten verknüpft. Dabei wird die mRNA-Information in eine spezifische Aminosäuresequenz übersetzt. Ribosomen können frei im Cytosol vorkommen oder an das ER gebunden sein. Gruppen von Ribosomen, die aktiv Proteinbiosynthese betreiben werden Polysomen genannt.
Lage der Chloroplasten in der Zelle und Aufgabe
Meistens findet man die linsenförmigen Chloroplasten mit ihrer Breitseite parallel zur Zellwand liegend. Sie können sich aber im Cytoplasma frei bewegen und sich so innerhalb der Zelle nach dem Licht ausrichten. Chloroplasten sind der Ort der Photosynthese.
Aufbau der Chloroplasten
Chloroplasten sind von 2 Membranen begrenzt, die unterschiedlich aufgebaut sind. Die innere Membran besitzt kein Cholesterol, dafür aber Cardiolipin. Im Inneren des Chloroplasten befindet sich die Grundsubstanz (Stroma), die von der inneren Membran durchzogen ist. Die innere Membran bildet dadurch das Thylakoidsystem. Die Thylakoidmembranen bilden Stapel aus abgeflachten Säcken, die miteinander verbunden sind und untereinander gestapelt sind. Die einzelnen Kompartimente (Säckchen) dieser Stapel werden als Thylakoide bezeichnet. Die Stapel werden dabei als Granathylakoide bezeichnet. Die Granathylakoide sind durch einzelne langgstreckte Thylakoide miteinander verbunden, die das Stroma durchziehen und als Stromathylakoide bezeichnet werden. Die Pigmente (Chlorophyll, Carotinoide) befinden sich in den Thylakoidmembranen eingelagert. Chloroplasten besitzen eigene DNA, die sich in der Nucleoidregion befindet. Es handelt sich um ringförmige DNA ohne Histone. Diese Plastiden-DNA ist an der Bildung neuer Chloroplasten beteiligt, die Gesamtkontrolle liegt aber beim Zellkern. Außerdem besitzen Plastiden auch eigene 70 S Ribosomen. In Chloroplasten kann man oft Lipidtropfen und Stärkekörner finden. Stärkekörner sind vorübergehende Speicherprodukte, die auftreten, wenn die Pflanze aktiv Photosynthese betreibt. Im Dunkeln wird die Stärke dann wieder abgebaut.
Aufgaben von Chloroplasten
Photosynthese Beteiligung an der Synthese von Aminosäuren und Fettsäuren vorübergehende Speicherung von Stärke
Chromoplasten
Als Chromoplasten werden alle farbigen Plastiden bezeichnet, die nicht grün sind. Eingelagerte Pigmente sind Carotinoide oder Xanthophylle. Carotinoide sorgen für gelbe und orange Färbungen und übernehmen oft Lockfunktionen bei Blütenblättern und Früchten. Chromoplasten können aus Chloroplasten entstehen.
Gerontoplasten
= Sonderform der Chromoplasten Gerontoplasten können als Plastiden des Herbstlaubes bezeichnet werden und sind für die Gelbfärbung der Blätter verantwortlich. Sie entstehen ausschließlich dadurch, dass das Chlorophyll abgebaut wird; eine Neusynthese von Carotinoiden findet nicht statt. Wird das Chlorophyll im Herbst abgebaut, kommen auch die Anthocyane in den Vakuolen zum Vorschein (→ Rotfärbung); braune Farben kommen durch Gerbstoffe zustande.
Leukoplasten
Leukoplasten enthalten keine Pigmente und sind daher farblos. Ihr inneres Membransystem ist nur schwach ausgeprägt. In Leukoplasten findet die Synthese von verschiedenen Substanzen statt: → z.B. Amyloplasten: bilden Stärke aus Zucker und speichern diese (Vorkommen in Wurzeln und Knollen) → z.B. Proteinoplasten: enthalten Protein-Kristalloid → z.B. Elaioplasten: enthalten Lipide
Entstehung von Plastiden
Proplastiden sind die undifferenzierten Vorstufen von allen anderen Plastiden. Sie sind klein und farblos oder blassgrün und haben noch kein inneres Membransystem. Zu finden sind sie in Spross- und Wurzelmeristem. Die Weiterentwicklung von Proplastiden verläuft bei vielen Pflanzen lichtabhängig: bei Dunkelheit entwickelt sich kein richtiges Thylakoidsystem, sondern Prolamellarkörper (= prokristalline Strukturen aus tubulären Membranen) → solche Plastiden werden als Etioplasten bezeichnet → Etioplasten können sich bei Belichtung in Chloroplasten umformen bei Licht schnüren sich flache Vesikel von der inneren Membran ab → die Vesikel ordnen sich zu Grana- und Stromathylakoiden an
Welche Plastiden können sich auch Proplastiden entwickeln?
Aus Proplastiden können sich verschiedene Arten von Plastiden entwickeln: Chloroplasten Chromoplasten Leukoplasten (Amyloplasten, Proteinoplasten, Elaioplasten) Etioplasten Gerontoplasten entstehen nicht aus Proplastiden, sondern durch Alterungsprozesse!
Aufgabe der Mitochondrien und ihre Lage in der Zelle
Mitochondrien sind der Ort der Zellatmung und können sich frei im Cytosol bewegen. Daher häufen sie sich dort an, wo Energie benötigt wird. Chemische Energie der Betriebsstoffmoleküle der Zelle (z.B. aus Glucose) wird in eine Form umgewandelt, die von der Zelle genutzt werden kann: in ATP Die Anzahl der Mitochondrien spiegelt den ATP-Bedarf einer Zelle wider.
Aufbau der Mitochondrien
Mitochondrien werden durch eine Doppelmembran begrenzt. Die äußere Membran umschließt das Organell und hat Schutzfunktion. Substanzen können durch Porenproteine aber fast ungehindert passieren. Die Kontrolle des Substanztransports findet erst an der Innenmembran statt. Die innere Membran stülpt sich senkrecht zur Längsachse in das Innere ein. Die Einstülpungen werden als Cristae bezeichnet. Dadurch wird eine OF-Vergrößerung erreicht. In der Innenmembran befinden sich Enzyme, die an der Zellatmung beteiligt sind (z.B. ATP-Synthase). Neben dem Cristae-Typ kann die Innenmembran aber auch noch auf andere Art und Weise gefaltet sein: beim Tubuli-Typ bildet die Innenmembran röhrenförmige Einstülpungen, beim Sacculi-Typ werden Säckchen gebildet. Der Raum, der von der Innenmembran eingeschlossen ist wird, enthält die Mitochondrienmatrix. Dort befinden sich ebenfalls Enzyme für die Zellatmung. Auch Mitochondrien besitzen eigene DNA und eigene Ribosomen.
Aufbau von Vakuolen
Vakuolen entstehen entweder aus Zisternen des ER oder (meistens) aus dem Golgi-Apparat. Sie sind von einer Membran umgeben, die als Tonoplast bezeichnet wird. Die Flüssigkeit in den Vakuolen ist der Zellsaft. Er besteht aus Wasser, in dem organische und anorganische Moleküle gelöst sind (z.B. Anionen, Zucker, organische Säuren...). Ab einer bestimmten Konzentration kann es sein, dass Substanzen auskristallisieren, z.B. Calciumoxalat.
Funktionen von Vakuolen
Vakuolen können als Speicherort für verschiedene Substanzen dienen: Produkte des Primärstoffwechsels (Zucker, Proteine...) giftige Produkte des Sekundärstoffwechsels (Nikotin, Tannin...) → diese Stoffe werden durch den Einschluss in der Vakuole dauerhaft aus dem Stoffwechsel entfernt → positiver Nebeneffekt ist oft ein Schutz vor Fressfeinden und Parasiten Farbstoffe → Anthocyane sind verantwortlich für rote, blaue und violette Farben; bei manchen Pflanzen (z.B. Blutbuche) sind diese Farben so intensiv, dass sie das Chlorophyll überdecken → Anthocyane sind auch für rote Herbstfarben verantwortlich: sie bilden sich bei einer Kombination aus kaltem Wetter und viel Sonnenschein, wenn das Chlorophyll schon abgebaut wurde → ohne Anthocyane werden im Herbst die Carotinoide sichtbar Vakuolen können darüber hinaus auch Verdauungsfunktion übernehmen (Abbau von Makromolekülen). Die dafür eingelagerten Enzyme werden als Hydrolasen bezeichnet. Bei Auflösung des Tonoplasten kann es zur Selbstverdauung der Zelle kommen (Autolyse). Durch die Vakuole entwickelt sich in der Zelle ein Innendruck (aufgrund der hohen Teilchenkonzentration strömt Wasser in die Vakuole ein). Dieser Turgordruck ist wichtig für die Gewebespannung, die auch krautigen Pflanzen Festigkeit verleiht. → Vakuolen können also auch als wichtiges Wasserreservoir gesehen werden.
Vakuolen bei Tieren
Auch bei Protisten oder Tieren können Vakuolen vorkommen: Nahrungsvakuolen → z.B. bei einzelligen Protisten oder Schwämmen → Nahrungspartikel werden durch Phagocytose aufgenommen, wodurch die Nahrungsvakuole entsteht → die Verdauung beginnt, wenn die Nahrungsvakuole mit dem Lysosom fusioniert kontraktile Vakuolen → bei vielen Protisten im Süßwasser → sollen überschüssiges Wasser aus der Zelle transportieren, das osmotisch bedingt permanent in die Zelle einströmt → die kontraktile Vakuole nimmt dieses Wasser aus und schwillt dabei an, dann zieht sie sich plötzlich zusammen und entlädt das Wasser über eine Pore ins Außenmedium
Typen des ER, Aufbau und Funktion
Beim ER handelt es sich um ein Membransystem, das das gesamte Cytosol durchzieht. Man kann verschiedene Typen des ER unterscheiden: raues ER (RER) → vorherrschend in Zellen, die Proteinbiosynthese betreiben und Proteine speichern → bestehend aus Zisternen (ausgedehnte flache Säckchen) deren Außenfläche mit Polysomen besetzt ist → Außenfläche ist mit Ribosomen besetzt → Ribosomen bilden Proteine, die ins Lumen des ER sezerniert werden → Proteine werden durch das ER zu anderen Zellorten transportiert; außerdem können sie im ER auch noch einmal modifiziert werden (so dass sich Funktion und Bestimmungsort ändern kann!) glattes ER (SER) → vorherrschend in Zellen, die Lipide sezernieren, denn im SER findet Lipidsynthese statt → außerdem: Veränderung von Proteinen, die am RER gebildet wurden; Veränderung von anderen kleinen Molekülen, die von der Zelle aufgenommen wurden (z.B. Arzneimittel) → besteht meist aus einem Maschenwerk verzweigter Membranröhren (also stärker röhrenförmig als das RER) → trägt keine Ribosomen an der Außenseite corticales ER → besonders ausgeprägtes ER-Netzwerk im peripheren Cytoplasma direkt bei der Zellmembran → kommt vor allem in aktiven und sich entwickelnden Zellen vor → Aufgabe ist vermutlich die Regulation des Ca2+ Spiegels im Cytoplasma und evtl. auch Stabilisation des Cytoplasmas
Aufgaben des ER
Transport und Modifikation von Proteinen Lipidsynthese Modifikation von anderen Molekülen (z.B. AM) Kommunikation innerhalb der Zelle Kommunikation benachbarter Zellen (durch Plasmodesmen) corticales ER: Regulation von Calciumhaushalt, Stabilisation
Aufgaben des Golgi-Apparats
empfängt Proteine vom ER und kann sie weiter modifizieren konzentriert, sortiert und verpackt Proteine bevor sie zum zellulären Bestimmungsort verschickt werden Bildung von einigen Polysacchariden der pflanzlichen Zellwand (Pektine, Hemicellulose)
Aufbau des Golgi-Apparats
Beim Golgi-Apparat handelt es sich um ein inneres Membransystem. Der Golgi-Apparat besteht aus flachen, scheibenförmigen Zisternen und aus Vesikeln die sich davon abschnüren. Die Zisternen bilden Stapel, die als Dictyosomen bezeichnet werden. An den Rändern können sich die Zisternen tubulär verzweigen. Man kann drei verschiedene Regionen mit unterschiedlichen Funktionen unterscheiden: cis-Seite = Regenerationsseite → ist dem ER oder dem Zellkern zugewandt → vom ER schnüren sich Vesikel ab, aus denen Golgi-Zisternen aufgebaut werden trans-Seite = Sekretionsseite → ist dem ER abgewandt → Sekretvesikel schnüren sich ab medial-Region Bei Vertebraten findet man meist einen einzelnen, komplex aufgebauten Golgi-Apparat. Bei Pflanzen, Pilzen und Wirbellosen sind mehrere Stapel von Golgi-Zisternen im gesamten Cytoplasma verteilt.
Funktionsweise Golgi-Apparat
Oft besteht kein direktes Membrankontinuum zwischen ER und Golgi-Apparat. Zur Übertragung von Proteinen in den Golgi-Apparat schnürt sich ein Vesikel in dem das Protein enthalten ist vom ER ab und wandert zur cis-Seite des Golgi-Apparats. Dort fusioniert das Vesikel mit der Membran und setzt seinen Inhalt in das Lumen frei. An der trans-Seite schnüren sich Vesikel vom Golgi-Apparat ab, die ihren Inhalt von ihm weg transportieren. Je nach Zielort sind die Sekretvesikel der trans-Seite unterschiedlich gestaltet: coated Vesikel zum Transport von Vakuolenproteinen tragen eine Proteinhülle an der Außenseite (→ bei Pflanzen) Vesikel zum Transport an die Zelloberfläche besitzen eine glatte Oberfläche Beim Erreichen des Zielorts verschmelzen die Vesikel mit der jeweiligen Membran und der Inhalt wird nach außen bzw. in die Vakuole abgegeben (Exocytose). Die Vesikelmembran wird Teil der Zell- bzw. Vakuolenmembran.
Peroxisomen: Vorkommen und Aufbau
= Microbodies von einer Membran begrenzt granuläre Grundsubstanz im Inneren; oft mit kristallinen Eiweißkörpern stehen oft in Verbindung mit dem RER
Aufgaben von Peroxisomen
bei biochemischen Reaktionen entstehen oft toxische Produkte → diese akkumulieren in den Peroxisomen und können dort gefahrlos abgebaut werden → z.B. ist das Enzym Katalase enthalten, das H2O2 zu H2O und O2 abbaut Blatt-Peroxisomen → kommen in lichtabhängigen Zellen vor → sind der Ort der Photorespiration (= lichtabhängiger Abbau von Kohlenhydraten, bei dem O2 verbraucht wird und CO2 frei wird) Glyoxisomen → in ölspeichernden Samen → wichtig bei der Mobilisierung von Fettreserven, wenn bei der Keimung enzymatisch Fette in Kohlenhydrate umgewandelt werden
Lysosomen
→ nur in tierischen Zellen; in Pflanzenzellen übernimmt die Vakuole teilweise Verdauungsfunktion membranbegrenzt enthalten Verdauungsenzyme zur intrazellulären Verdauung von Makromolekülen Aufnahme der Makromoleküle durch Phagocytose: es bildet sich eine Einstülpung in die Plasmamembran, die sich vertieft bis sie schließlich das gesamte zellfremde Material einschließt das Vesikel mit dem Makromolekül löst sich von der Plasmamembran (Phagosom) Phagosom wandert tiefer ins Cytoplasma und fusioniert mit einem primären Lysosom → es entsteht ein sekundäres Lysosom im sekundären Lysosom findet die Verdauung statt → Verdauungsprodukte treten durch die Membran des Lysosoms ins Cytoplasma → unverdauliche Partikel bleiben im Lysosom zurück sekundäres Lysosom wandert zur Plasmamembran und fusioniert mit dieser → Inhalt wird in das umgebende Milieu freigesetzt
Übersicht Cytoskelett
= Netzwerk aus fädigen Strukturproteinen, das das gesamte Cytoplasma durchzieht Insgesamt kann man 3 Komponenten unterscheiden: Aktinfilamente Intermediärfilamente Mikrotubuli Bei Pflanzen kommen hptsl. Aktinfilamente und Mikrotubuli vor. Intermediärfilamente gibt es zwar auch, sie spielen insgesamt aber keine große Rolle.
Aufbau von Aktinfilamenten
Aktinfilamente bestehen aus dem Protein Aktin. Aktin ist ein stark gefaltetes Protein mit klarer Kopf- und Schwanzregion. Die Enden treten mit anderen Aktinmolekülen in Wechselwirkung. Es bilden sich Ketten aus Aktin, von denen sich immer 2 schraubig umeinander winden, wodurch lange Filamente entstehen (Durchmesser 5-7 nm). Aktinfilamente kommen oft in dichter Nachbarschaft zu Mikrotubuli vor. Auch Aktinfilamente sind polar. Am + Ende findet hptsl. Wachstum statt und am – Ende überwiegt der Abbau.
Aufgaben von Aktin
Stabilisierung der Gestalt der Zelle Organisation des ER Unterstützung der Beweglichkeit der ganzen Zelle oder von Teilstrukturen → Cytoplasmaströmung → in Assoziation mit Myosin in den Muskelzellen → Beteiligung an der Abschnürung der Tochterzellen in der Cytokinese → Beteiligung an der Ausbildung von Pseudopodien Ausbildung von Mikrovilli: Aktinfilamente bilden ein Netzwerk unter der Plasmamembran, das durch Proteine vernetzt wird → „Skelett“ der Mikrovilli Beteiligung an der Zellwandbildung Spitzenwachstum von Pollenschläuchen
Aufbau von Intermediärfilamenten
Es gibt zahlreiche verschiedene Intermediärfilamentproteine, die oft spezifisch für wenige Zelltypen sind. Insgesamt unterscheidet man 6 Klassen mit einer gemeinsamen Grundstruktur, z.B. α-Keratine (z.B. in Haaren und Nägeln).
Aufgaben von Intermediärfilamenten
Stabilisierung der Gestalt der Zelle → ziehen z.B. von der Kernhülle zur Plasmamembran und fixieren so die Position des Zellkerns(oder auch die von anderen Organellen) bieten Widerstand gegen Zugspannung Verbindung der Desmosomen benachbarter Zellen → Unterstützung des Zusammenhalts von Zellen
Aufbau von Mikrotubuli
Mikrotubuli sind röhrenförmig mit einem Durchmesser von ca. 25 nm. Sie sind aus vielen identischen Untereinheiten zusammengesetzt: Tubulin. Das Tubulin ist selbst ein Dimer aus α- und ß-Tubulin. Tubulin ist in 13 Längsreihen um das hohle Innere des Mikrotubulus angeordnet. Die Längsreihen heißen Protofilamente. Die Tubuline benachbarter Protofilamente sind schwach gegeneinander versetzt, wodurch eine schraubenartige Struktur entsteht. Die Enden eines Mikrotubulus erhalten durch die Ausrichtung von α- und ß-Tubulin unterschiedliche Eigenschaften; es entsteht ein + und ein – Ende. Mikrotubuli unterliegen einem ständigen Auf- und Abbau, wobei die + Enden schneller wachsen als die – Enden. Prinzipiell können aber beide Enden zwischen Wachsen und Schrumpfen wählen. An der OF des Zellkerns und in Teilen des corticalen Cytoplasma kann man Mikrotubuli-Organisationszentren finden. Von diesen Zentren geht der Zusammenbau von Tubulin zu Mikrotubuli aus.
Aufgaben der Mikrotubuli
in manchen Zellen Bildung eines starren internen Skeletts Aufbau eines Schienensystems, über das Motorproteine Partikel bewegen → z.B. lenken in Pflanzenzellen Golgi-Vesikel mit Wandmaterial zur Zellwand hin bilden Spindelfasern bei der Zellteilung → wichtig zur Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen sind wichtige Bestandteile von Geißeln und Wimpern (s.u.) sorgen für geordnetes Wachstum der Zellwand: die Anordnung der Mikrotubuli gibt die Richtung der Cellulosefibrillen vor
Vorkommen und Funktion von Geißeln und Wimpern
→ CAVE: Keine Verwandtschaft zu den Geißeln der Prokaryoten! Geißeln und Wimpern sind fadenförmige Strukturen an der Außenfläche vieler verschiedener eukaryotischer Zellen. Bei Einzellern dienen sie der Fortbewegung; bei vielzelligen Pflanzen kommen sie nur noch an beweglichen Geschlechtszellen vor. Cilien können aber auch dazu dienen, Flüssigkeiten über die Zelloberfläche zu bewegen.
Grundbauplan von Geißeln und Wimpern
Geißeln sind lang und treten einzeln oder in geringer Zahl auf. Wimpern sind kürzer und kommen in großer Zahl vor. Der Grundbauplan ist aber bei Geißeln und Wimpern identisch. Im Zentrum befinden sich 2 Mikrotubuli (2). Diese werden von 9 Mikrotubulipaaren (Dupletts) umkränzt (1A und 1B). Die 9 Dupletts sind durch Proteine (Nexin) verbunden (5). Ein Mikrotubulus eines jeden Paares trägt speichenartige Strukturen, die zum Zentrum zeigen (4) und proteinhaltige Arme (aus dem Motorprotein Dynein) (3). Geißeln und Wimpern entspringen einer Struktur, die als Basalkörper bezeichnet wird. Hier fehlt das zentrale Mikrotubulipaar und die äußeren Mikrotubuli bilden Mikrotubulitripletts.
Mechanismus der Geißelbewegung
Die äußeren Mikrotubulipaare gleiten ohne sich zu kontrahieren längs der beiden inneren Mikrotubuli aneinander vorbei. Dies ist möglich, indem sich die Proteinarme der peripheren Mikrotubuli zyklisch am jeweils benachbarten Duplett anheften und lösen. Dadurch kommt es zu einer lokalen Krümmung der Geißel. Hintergrund ist eine Konformationsänderung des Motorproteins Dynein (unter ATP-Verbrauch).
Was versteht man unter der Endosymbiontentheorie
= Erklärung für den Ursprung von Plastiden und Mitochondrien Annahme: Chloroplasten und Mitochondrien waren früher unabhängige prokaryotische Organismen vor ca. 2 Milliarden Jahren gab es nur Prokaryoten, die sich auf unterschiedliche Weise ernährten (z.B. durch Photosynthese) einige ernährten sich durch Phagocytose von anderen Prokaryoten manche der aufgenommenen Prokaryoten wurden nicht verdaut, sondern überlebten in einem Vesikel im Cytoplasma der Wirtszelle es kam zur Symbiose hatten beide Zellen die selben Teilungsraten, dann erhielten die nachfolgenden Generationen der Wirtszelle auch die Nachkommen der aufgenommenen Zelle Beide Partner ziehen einen Nutzen: Endosymbionten boten besondere Stoffwechselleistungen Wirt bot Schutz vor anderen Prokaryoten im Lauf der Evolution verloren die Endosymbionten einen Großteil ihrer DNA an den Zellkern der Wirtszelle → Entwicklung von Chloroplasten und Mitochondrien Chloroplasten sind aus Ur-Cyanobakterien entstanden. Mitochondrien sind aus aeroben Ur-Bakterien entstanden (alpha-Proteo-Bakterien). Vermutlich wurden Mitochondrien zuerst aufgenommen und später dann die Chloroplasten.
Beobachtungen zur Unterstützung der Theorie
Beobachtungen zur Unterstützung der Theorie es gibt Hinweise, dass in einem Zeitraum von Millionen von Jahren DNA-Abschnitte zwischen Zellorganellen ausgetauscht werden es gibt Gemeinsamkeiten zwischen Chloroplasten und modernen Prokaryoten, die Photosynthese betreiben → in biochemischer Hinsicht und beim Vergleich von DNA-Spuren Analyse der Doppelmembran zeigte, dass die Außenmembran von der Wirtszelle stammt und die Innenmembran von der Plasmamembran der aufgenommenen Zelle eigenständige Teilungsfähigkeit von Chloroplasten und Mitochondrien rezente Endosymbiosen existieren (z.B. Algen in Ciliaten oder Hydrozoen) Indizien, dass Mitochondrien und Chloroplasten prokaryotischen Ursprung haben Doppelmembran, innere Membran ist bakterienähnlich eigenständige Teilungsfähigkeit ringförmige DNA ohne Histone große Sequenzähnlichkeiten mit anderen Prokaryoten rezente Endosymbiosen
