Botanik (Fach) / Cytologie (Lektion)

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• Zentrale Aussagen der Zellenlehre •Alle Lebewesen sind aus Zellen und ihren Produkten  aufgebaut! •Alle Zellen stimmen in wesentlichen Strukturen,  Baustoffen und Funktionen überein! •Alle Zellen entstehen aus vorhandenen Zellen! •Die Leistungen der Lebewesen beruhen auf den  Leistungen ihrer Zellen und ihrem Zusammenwirken.
• Gestalt der Zellen (3) • kugelige Zellen  sehr selten, z.B. einzelne Algen • parenchymatische Zellen - isodiametrische Zellen,  - mehr oder weniger kubische Zellen oder  - polyedrische Zellen sehr häufig im Gewebsverband • prosenchymatische Zellen = langgestreckte Zellen an den Enden meist zugespitzt
• Zellwand-Bildungen • Gehäuse wandartige Strukturen, deren Volumen größer ist  als der Raumbedarf der betreffenden Zelle • Placoderm wandartige Strukturen  aus mehreren einzelnen Platten • Zellen mit Panzer mineralisierte wandartige Strukturen
• Protocyte und Prokaryonten • Protocyten besitzen keinen umhüllten Zellkern  • Protocyten besitzen keine von einer Membran umhüllten Zellorganellen   • zu den Prokaryonten gehören – Bakterien – Cyanobakterien („Blaualgen“) – Archaeen
• Die Strukturelemente der Protocyte • Zellwand aus Murein (= Makromolekül aus Zuckern & Proteinen) (teils mit aufgelagerter Schleimkapsel)  • Zellmembran →umhüllt die Zelle • Nucleoid (ringförmiges „Bakterienchromosom“)
  → Träger der Erbinformation • Plasmide (u. U.)
  → kleine extrachromosomale DNA-Ringe mit zusätzlicher Erbinformation • Ribosomen →Orte der Proteinbiosynthese • Reservestoffe • Flagellen →Fortbewegung • Pili →Anheftung an Oberflächen oder andere Zellen
• Protocyte vs. Eucyte ● Zusammenfassung der Unterschied • Prokaryontenzelle in der Regel kleiner (0,3-2,5 µm) und einfacher gebaut • kein morphologisch definierter echter Zellkern,sondern nur ein Kernäquivalent 
  →Nucleoid: = Bakterienchromosom = geknäueltes, ringförmiges DNA-Molekül ohne dauerhafte Bindung an basische Histone •bisweilen zusätzliche DNA in Form kleiner ringförmiger DNA-Moleküle    mit nur wenigen Genen →Plasmide • Permanente DNA-Reduplikation, kein Zellzyklus wie bei den Eukaryota • Vermehrung durch einfache Zellteilung mit zentripetaler Wandbildung • keine dauerhafte echte Kompartimentierung →keine Plastiden
  →keine Mitochondrien →kein ER
  →keine Dictyosomen
• Eucyte • Eucyten (= Zellen der Eukaryonten) besitzen einen umhüllten Zellkern sowie zahlreiche Zellorganellen • zu den Eukaryonten gehören →
  Protisten →Pflanzen →Tiere →Pilze
• Biomembrane Merkmale •Membranen sind grundsätzlich geschlossene Gebilde mit endlicher Fläche  →
  aber unbegrenzt, da ohne seitliche Ränder →
  trotz Flächigkeit dreidimensionale Gebild →
  aufgerissene Membranen schließen sich sofort wieder •Membranen grenzen einen Innenraum lückenlos gegen seine Umgebung ab
  → Kompartimentierung = Abgrenzung von Reaktionsräumen(Kompartimente = Zellorganellen) → Trennung von plasmatischen und extraplasmatischen Bereichen
  → innen und außen •Membranen kontrollieren Influx und Efflux
  → selektive Permeabilität a. Permeation durch Diffusion b. katalysierte Permeation mit Hilfe von Carriern (Translokatoren, z. T. als regulierbare Ionenkanäle) c. aktiver Transport mit Hilfe energieliefernder Rea ktionen (ATP →ADP) • Membranen sind dynamische Membransysteme
  → Plasmalemma, ER, Kernhülle, Dictyosomen, Vakuole, kleinere Vesikel sowie die äußeren Membranen von Mitochondrien und Plastiden, nicht aber deren innere Membranen, stehen herkunftsmäßig in Verbindung und tauschen molekulare Komponenten aus → es besteht eine beständige Fluktuation zwischen den Membranen dieser verschiedenen Kompartimente                                                                             = Membranfluss,                                                                                                       z. B.: ER ⇒Vesikel⇒Dictyosom⇒Vesikel⇒Plasmalemma • Abgrenzung des Protoplasten nach außen zur Zellwand (=Plasmalemma) • Abgrenzung des Protoplasten nach innen zur Vakuole (= Tonoplast) • Membranen gehen aus Membranen hervor, sie entstehen nicht  „de novo“
• Biomembranen Aufbau • aus zwei monomolekularen Schichten von Phospholipiden aufgebaut • nach außen weisender hydrophiler Bereich • nach innen weisender lipophiler Bereich • an einer Außenfläche sitzend: periphere Proteine • durch die gesamte Membran reichende integrale Translokatoren oder Tunnelproteine !!!!!!!!!• Biomembranen besitzen eine zähflüssige Konsistenz mit hoher Beweglichkeit der Lipide und Proteine innerhalb der Membran (fluid-mosaic-model) !!!!!!!!!  
• Vakuole (Merkmale) • lat. von vacuus = leer, aber V. sind gefüllt mit wässrigem Zellsaft. • V. sind ein von Protoplasma und einer Biomembran, dem Tonoplasten, umgebener Teil (Kompartiment) der Pflanzenzelle • V. entstehen in jungen Zellen aus Vesikeln des Endoplasmatischen sie vergrößern mit dem Zellwachstum ihr Volumen  • kleinere Vakuolen verschmelzen in der ausgewachsenen Zelle zu einer großen Zentralvakuole.  • Die Vakuole nimmt meist mehr als 90 % des Zellvolumens ein.  • Der selektiv permeable Tonoplast trennt den Vakuoleninhalt vom umgebenden Cytoplasma.
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• Vakuole (Aufgaben und Leistung) • Speicherung von Reservestoffen (z. B. Kohlenhydrate) –Glucose(Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) in Früchten  –Saccharose(Rohrzucker) in Zuckerrüben und Zuckerrohr • Speicherung nutzloser oder schädlicher Exkrete (innere Exkretion) –Colchicin (Colchicum autumnale) • Aufbewahrung spezifischer Inhaltsstoffe –Anthocyane: rote bzw. blaue Blütenfarbstoffe –Flavone: gelbe Farbstoffe –Alkaloide: Atropin (Atropa bella-donna), Cocain (Erythroxylon coca), Morphin und Codein (Papaver somniferum), Coffein (Coffea arabica), Nikotin (Nikotiana tabacum) –organische Säuren (und deren Salze):Zitronen-, Äpfel-, Oxalsäure (Citrat, Malat, Oxalat) –Glycoside herzwirksame Digitalis, Blausäureverbindungen der Steinobstkerne (Prunoideae), Bitterstoffe der Enziane (Gentiana lutea), Senfölglykoside (Brassicaceae) –Gerbstoffe • Wasser-Reservoir zur Konstanterhaltung des cytoplasma tischen Wassergehaltes –Hydratation des Cytoplasmas • Wasseraufnahme bei osmotischen Vorgängen ⇒Osmose
  →Plasmolyse = Wasserabgabe aus der Vakuole →Deplasmolyse = Wasseraufnahme in die Vakuole ⇒der aus dem Vakuolendruck resultierende Turgor  verleiht der Zelle Festigkeit
• Osmose Plasmolyse und Deplasmolyse + Verlauf !!!!!!!!!!! • stark konzentriert = hypertonische Lösung Konzentration der Lösung größerals Konzentration des Zellsaftes • schwach konzentriert = hypotonische Lösung Konzentration der Lösung kleiner als Konzentration des Zellsaftes!!!!!!!!!!!!!   Plasmolyse erfolgt nach Zugabe  stark konzentrierter,hypertonischer Lösungen Deplasmolyse erfolgt nach Zugabe schwach konzentrierter hypotonischer Lösungen
• Protoplast • = lebender Zell-Leib mit seinen internen Strukturen • von der Zell- oder Plasmamembran, dem Plasmalemma lückenlos umgeben • besteht aus - Cytoplasma - Großorganellen (umgeben von doppelten Membranen) - Kleinorganellen (umgeben von einfache Membranen) - Selfassembly-Strukturen - ergastische Gebilde
• Zellkern -Merkmale • größtes Zellorganell • lichtmikroskopisch sichtbar • kugel- bis linsenförmig - ∅ca. 5-25 µm,    - auch bis 0,5 mm (Eizelle von Cycadaceae = Samenfarne) • enthält die genetische Information = Genom  ⇒Weitergabe der Erbinformation  ⇒Steuerung der Proteinbiosynthese • umgeben von einer Doppelmembran (Kernhülle) - Kernhülle von Poren durchsetzt: keine einfachen Öffnungen, sondern komplizierte Gebilde zur Steuerung des Stoffflusses zwischen Zellkern und Cytoplasma - Kernhülle mit dem ER verbunden • innerhalb der Kernhülle Karyoplasma = Karyolymphe ⇒ Grundsubstanz ähnlich dem Cytoplasma, Chromatin=Chromosomen ⇒Kern-DNA und Proteine (Histone) - Proteinfilamente ⇒Kernskelett (auch Kernmatrix) = spezieller Teil des Cytoskeletts, mit diesem auch durch die Kernporen verbunden •durch Kernteilung (Mitose) aus sich selbst hervorgehend • Zellen ohne Zellkern sind nicht dauerhaft lebensfähig und haben eine begrenzte Lebenszeit! z.B. Siebröhren des Phloems z.B. Thrombozyten und Erythrozyten des menschlichen Blutes
• Nucleoli = Kernkörperchen • ein Nucleolus oder mehrere Nucleoli pro Kern • Nucleoli treten ausschließlich im Innern des Kerns auf • Ort der Synthese von Vorstufen der cytoplasmatischen Ribosomen (RNP): = 1.Synthese von Vorstufen der ribosomalen RNA 2.Bindung der ribosomalen RNA an Proteine 3.Vorliegen von RiboNucleinPartikeln (RNP)
• Chromosomen • für die Kernteilung (Mitose) ist eine kompakte Transportform des Chromatins notwendig:
  →Chromosomen stellen dieTransportform des Chromatins dar:
  → sie sind somit kontrahierte, stabförmige, meist geknickte Chromatin-Moleküle, die sich gut anfärben lassen (Name!) • die Chromosomen besitzen im Längsverlauf in charakteristischer Weise eine Verengungsstelle = Centromer • am Centromer ist der Sitz des Kinetochor= Anheftungsort der Spindelfasern während der Mitose • Gesamtheit aller Chromosomen= Chromosomensatz (artspezifisch)
• Mitose = Kernteilung • Die Unterteilung der kontinuierlich ablaufenden Mitose in 4 Phasen ist willkürlich und nur an charakteristischen Bilderndes sich teilenden Kernes erkennbar.
• Cytokinese = Zellteilung • in der Äquatorialebene der sich teilenden Zelle Bildung eines tonnenförmigen Phragmoplasten aus Mikrotubuli • möglicherweise Reste der postanaphasischenSpindel • Ansammlung von Golgi-Vesikeln benachbarter Dictyosomen in der Mitte des Phragmoplasten • Heranbringen von Zellwand-Material zur Bildung der Zellplatte • die Mikrotubuli leiten die Golgi-Vesikel zur Zellplatte • Vesikel-Membranen verschmelzen zum neuen Plasmalemma • Inhalt der Vesikel baut die Mittellamelle auf • wo das Endoplasmatische Retikulum die Äquatorialebene, durchzieht, unterbleibt die vollständige Trennung der beiden Tochterzellen hier entstehen Plasmodesmen, später Tüpfel
• Mitose = Kernteilung Cytokinese = Zellteilung !!!!!!!!!• unterbleibt die Kernteilung … ⇒Kerne werden polyploid  = mehrfacher Chromosomensatz !!!!!!!!!   !!!!!!!• unterbleibt die Zellteilung …  ⇒Zellen werden polyenergid = vielkernig !!!!!!!!

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