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Biomoleküle und Zelle (Fach) / Rundgang durch die Zelle (Lektion)
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- Größe der Zelle und Mikroskopvergrößerung Die meisten Zellen besitzen einen Durchmesser zwischen 10 – 100 μm Zellen sind mit dem „unbewaffneten“ Auge nicht sichtbar Auflösungsvermögen des menschlichen Auges beträgt maximal 200 μm Mit einem Lichtmikroskop kann eine Auflösung bis etwa 200 nm erreicht werden
- Geschichte der Mikroskope Erste Mikroskope wurden von Zacharias Jannsen (1588-1631) gebaut Gallileo Gallilei (1564-1641) baute das erste Lichtmikroskop Robert Hooke (1635-1703) arbeitete mit einem Auflichtmikroskop und beobachtete abgestorbene Pflanzenzellwand (Kork) Antoni van Leeuwenhoek (1632- 1723) hat die ersten lebenden Zellen mittels Lichtmikroskopie beobachtet
- funktionellen Merkmale von Zellen Kompartimentierung, Wachstum und Teilung, Informationsverarbeitung, Energieverwertung, und Adaption kennzeichnen alle Zellen
- Erbinformation einer Eizelle bestimmt die Natur des gesamten vielzelligen Organismus
- Aufbau prokaryontische Zelle bakterielles Chromosom Fimbrien Nucleoid Ribosomen Plasmamembran Zellwand Kapsel Flagellen
- Aufbau einer eukaryontischen Zelle (tierisch) Zellkern (Kernhülle, Nucleolus, Chromatin) Plasmamembran Ribosome Golgi-Apparat Lysosome Mitochondrien Peroxisomen Microvilli Mikrotubuli Mikrofilamente Cytoskelett Centrosom Zellgeißel ER
- Aufbau einer eukaryontischen Zelle (pflanzlich) Zellkern Golgi-apparat Mitochondrien Peroxisomen Plasmamembran Zellwand Plamodesmen Chloroplast Cytoskelett Mikrotubuli Mikrofilamente Zellsaftvakuole Ribosome ER
- Der Zellkern Der Zellkern nimmt etwa 10% des gesamten Zellvolumens ein Die gesamte DNA einer Eukaryontenzelle befindet sich im Zellkern Als Chromatin bezeichnet man die DNA mit ihren assoziierten Proteinen, hauptsächlich Histone Der Zellkern ist durch eineKernmembran umschlossen Der Nucleolus ist eine Ribosomenfabrik
- Die Zellkernhülle Die Zellkernhülle (hier kurz Kernhülle genannt) ist eineDoppelmembran Die beiden Membranen sind durch einen perinucleären Raum von 20- 40 nm voneinander entfernt Die Kernhülle ist von Kernporendurchsetzt Die Kernporen haben einen Durchmesser von etwa 100 nm An den Rändern der Kernpore verbinden sich die beiden Kernmembranen Ein Kernporenkomplex kleidet jede Kernpore aus
- Die Zellkernhülle (2) Die Kernhülle bildet ein Kontinuum mit dem ER An der inneren Membran lagert sich das Chromatin und die Kernlamina an Die Kernlamina verleiht der inneren Membran strukturellen Halt Die Kernlamina ist ein Netzwerk aus Proteinfilamenten Die Proteine der Kernlamina sind A- Typ-Lamine, B-Typ-Lamine und C- Typ-Lamine Mutationen in Kernlamina-Proteinen können zu menschlichen Erkrankungen führen, wie z.B.Progeria
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- Kernporenkomplex Die Kernporen vermitteln einen kontinuierlichen, geregelten und bidirektionalen Transport zwischen Cytoplasma und Zellkern Je mehr Transportaktivität herrscht, desto größer ist die Anzahl an Kernporen Jede Kernpore enthält offene Wasserkanäle für passive Diffusion kleiner, wasserlöslicher Moleküle Der makromolekularer Transport wird über den Kernporenkomplex vermittelt: geregelter Transport von Proteinen oder Ribosomen
- Subkompartiment Nucleolus Der Nucleolus ist eine Ribosomenfabrik Aggregat aus den Makromolekülen einschließlich rRNA-Gene, Vorläufer- rRNA, reifer rRNA, ribosomaler Proteinuntereinheiten Ort des rRNA-Processings und ihr Zusammenbau zu Ribosomen
- Ribosomen Ribosomen sind katalytische Maschinen die aus über 50 Proteinen, den ribosomalen Proteinen, und mehreren RNA- Molekülen, den ribosomalen RNAs (rRNAs) bestehen Ribosomen bestehen aus einer kleinen (40S) und einer großen (60S) Untereinheit S steht für Sedimentationskoeffizient In den Ribosomen findet dieProteinbiosynthese statt Die rRNA der 40S Untereinheit bindet die mRNA Die 60S Untereinheit katalysiert die Bildung der Peptidbindung Mitoribosomen, Ribosomen in Mitochondrien, undPlastoribosomen, Ribosomen in Chloroplasten, ähneln den prokaryotischen Ribosomen (70S)
- Endoplasmatisches Retikulum (ER) Das ER ist ein Membrannetzwerk, bestehend aus tubulären und scheibenförmigen Abschnitten, das Zisternen bildet Der Innenraum dieses Membrannetzwerkes wird ER-Lumen genannt Die ER-Membran begrenzt das ER-Lumen und vermittelt einen regulierten und selektiven Transport von Molekülen zwischen ER-Lumen und Cytoplasma Das rauhe ER (RER) trägt membran- verankerte Ribosomen, an denen die Proteinbiosynthese stattfindet Das glatte ER (SER) trägt keine Ribosomen und ist Ort der Lipidsynthese Membranen des SER tragen Enzyme, die Entgiftungsreaktionenausführen Das ER-Lumen ist Speicherort für Ca2+-Ionen
- Golgi-Apparat Der Golgi-Apparat besteht aus flachen, membranumhüllten Zisternen Die Golgi-Zisterne besitzt zwei unterschiedliche Seiten Die cis-Seite ist der Eintrittsort für Material, das für den Golgi-Apparat bestimmt ist oder im Golgi-Apparat modifiziert wird. An der trans-Seite wird Material in Vesikel verpackt zum Bestimmungsort verschickt Membranstapel zwischen cis- und trans-Zisterne werden medial- Zisterne genannt Proteine und Lipide aus dem ER werden in Vesikel verpackt und gelangen über vesikuläre tubuläre Cluster in das cis-Golgi Netzwerk Diese Proteine und Lipide werden auf der trans-Seite über das trans- Golgi Netzwerk (TGN) an ihren Bestimmungsort befördert. Proteine werden im Golgi-Apparatglykosyliert (Anheftung von Zuckerketten)
- Peroxisomen Peroxisomen enthaltenRedoxenzyme, z.B. Katalase oder Urat-Oxidase (Harnsäure-Oxidase) Peroxisome bilden reaktives Wasserstoffperoxid (H2O2), welches von der Katalase verwendet wird um Substrate zu oxidieren Peroxisomen führen oxidative Reaktionen durch um Fettsäuremoleküle u.a. Verbindungen abzubauen (b-Oxidation)