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Anatomie und Physiologie (Fach) / Die Zelle (Lektion)

Zelllehre

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  • Bestandteile der Zelle Zellmembran, Zytoplasma (Grundsubstanz Zytosol (50% der Zellsubstanz)), Zellorganellen
  • Zellmembran (Definition und Fuktion) Phosporlipide als Doppelschicht selektiv permeabel -> Grenzen zellinneres als Stoffkompartiment ab. In der Zellwand sind größere Moleküle -> Tunnel, Transportproteine, Rezeptoren
  • Zellkontakte Jede Zellmembran hat eine für den jeweiligen Zelltyp charakteristische Struktur, sieermöglicht das Zusammenschließen gleicher Zellen zu einem Zellverband (Gewebe). Mechanischen Verbindungen von Zellen, sogenannte Desmosome oder „Haftflecken“,dienen der Bildung von Zellverbänden im Gewebe. Kommunikatioskontakte (Gap junctions) bilden Tunnel zwischen zwei Zellen, die dieErregungsausbreitung (Nervenzellen) beschleunigen und den Stoffaustausch zwischenZellen ermöglichen. Verschlußkontakte (Tight junctions) dichten Zellzwischenräume ab, was bei Deckgeweben(Epithelien) eine große Rolle spielt.
  • Zytoplasma Zum Zytoplasma zählt man das Zellwasser (Zytosol) und die Zellorganellen.
  • Das Zytosol (Zellwasser) In das Zytosol der Zelle sind alle Zellbestandteile und Einschlüsse eingelagert. Es bestehtim Wesentlichen aus Wasser (70-95%) und den darin gelösten Proteinen und Ionen(Elektrolyte), dazu kommen Lipide, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren (RNS) undSpurenelemente. Aus dem Plasma können alle Zellstrukturen neu aufgebaut werden und esfinden wichtige Stoffwechselprozesse statt
  • Die Zellorganellen Endoplasmatisches Retikulum Ribosomen Golgi-Apparat Lysosomen Mitochondrien Zentriol (Zentralkörperchen), Zytoskelett Zellkern
  • Endoplasmatisches Retikulum System aus Hohlräumen, dessen Ausdehnung je nach Zelltyp und Aktivitätszustand derZelle schwanken kann.Man unterscheidet das raue (granuliert, mit Ribosomen besetzt) vom glatten ER, beidekönnen ineinander übergehen.Raues ER: Proteinsynthese: an der Membran außen sind Ribosomen (s.u.) angelagert.Hier werden Proteine gebildet und in das rER abgegeben.Glattes ER: Synthese von Fettstoffen (Steroidhormone, Phospholipide), Speicher fürKalzium (Ca) im Muskel, Transportraum für Produkte, die an den Enden des ER inForm von kleinen Bläschen (Vakuolen) abgegeben werden
  • Ribosomen bestehen zu 40% aus RNA, zu 60% aus Proteinen. Sie besitzen keine Membran und liegenin zwei Untereinheiten im Plasma der Zelle.Der überwiegende Teil ist an das ER gebunden, der Rest liegt frei vor.Funktion: Proteinsynthese (s.u.). „Werkbank“
  • Golgi-Apparat Napf- oder häkchenförmige Membransäcke, die über die ganze Zelle verteilt oder amZellkern gebündelt sein können.Der GA ist das zentrale Membrandepot für die Zelle und spielt eine wichtige Rolle für denSekretionsvorgang sezernierender Zellen (Drüsen).Er verpackt Stoffe (meist Proteine), die für die Ausschleusung aus der Zelle bestimmt sind:sie werden mit einer Membran umgeben. Man nennt sie dann sekretorische Vesikel. In jeder Zelle findet man Vakuolen oder Vesikel, die Menge korreliert mit der Zellfunktion(Weiterverarbeitung von Stoffen und Sekreten, Transport durch die Zelle).
  • Lysosomen Membran-umhüllte Körperchen, die Enzyme enthalten.Sie dienen der Zelle als Verdauungssystem, sind in phagozytierenden Zellen (Fresszellen)besonders reichhaltig vorhanden.Phagozytose: Aufnahme von ganzen ZellenEndozytose: Aufnahme größerer Teilchen in die ZelleExozytose: Abgabe von Stoffen aus der ZelleStirbt der Mensch, so lösen sich die Membranen auf und die Enzyme werden aus denLysosomen freigesetzt und führen zur Autolyse (Selbstverdauung)
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  • Mitochondrien Mitochondrien sind korn- oder stabförmige Zellorganellen, deren Anzahl in direktemZusammenhang mit dem Energiebedarf der Zelle steht:Herzmuskelzelle und Skelettmuskelzelle, Nierentubulus- und Leberzellen haben vieleMitochondrien (2000 Stück in der Leberepithelzelle).Aufbau:Äußere Membran, innere Membran in Form von Tubuli oder Christae (dient derOberflächenvergrößerung), umhüllt den inneren Stoffwechselraum mit der Matrix.In der Matrix findet man Lipide, Proteine, DNA (ringförmig) und RNA (das deutet auf eineselbständige Proteinsynthese hin).Ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung von Energie in Form von ATP durch diebiologische Oxydation. In ihnen laufen der Zitratzyklus und die Atmungskette der Zelleab. Das sind biochemische Reaktionsketten, die Glukose (Einfachzucker) verwerten undletztendlich in ATP, den wichtigsten Energieträger der Zelle, umwandeln.Erhöht sich der Energiebedarf einer Zelle, so werden die Mitochondrien durch Querteilungvermehrt oder neu gebildet.
  • Zentriol (Zentralkörperchen), Zytoskelett Jede Zelle besitzt innere stabilisierende und formgebende Strukturen, die als Zytoskelettbezeichnet werden.Das Zytoskelett besteht hauptsächlich aus langen Eiweißketten. Diese bilden dünne Fäden(Mikrofilamente), dickeren Fäden (Intermediärfilamente) und kleine Röhren(Mikrotubuli). Beispiele für Eiweißketten sind zu Beispiel Aktin, Tubulin und Myosin.Sie dienen der Stabilisierung der Zellform, der Ausbildung von Zellkontakten und demTransport von Stoffen innerhalb der Zelle (der Transportweg kann in den Nervenzellen auch mal bis zu 1 Meter betragen). Wird an das Aktin der Mikrofilamente Myosinangelagert, so können die dünnen Fäden sich zusammenziehen und ausdehnen und soZellfortbewegung (bei Muskelzellen Zellkontraktion) ermöglichen.Die Zentriolen (kleine Zellkörperchen) sind eine besondere Struktur des Zytoskelett, diesich in teilungsbereiten Zellen verdoppeln. Sie liegen meist in Zellkernnähe.Das Zentriol ist der kinetische Apparat der Zelle. Es liefert die Spindel bei der Zellteilungund legt die Teilungsrichtung fest.
  • Zellkern Die meisten Körperzellen besitzen einen Zellkern (Ausnahme:n reife Blutplättchen und roteBlutkörperchen besitzen keinen Zellkern, Skelettmuskelzellen bis zu 100 Zellkerne...).Der Zellkern beherbergt die genetische Information in Form der DNA(Desoxyribonukleinsäure) und ist das Steuerzentrum, von dem aus die verschiedenenFunktionen der Zelle reguliert werden.Der Aufbau des Zellkerns, der hier besprochen wird, entspricht dem Arbeitskern, der Form,die der Kern also in der Arbeitsphase des Zellzyklus (im Gegensatz zur Teilungsphase)annimmt (s.u.).Man unterscheidet folgende Strukturen:Kernhülle undKaryoplasma: - Kernsaft (Nuklear-Sol), - Kernkörperchen (Nucleoli), -Chromatin (DNA-Doppelhelix), bzw. ChromosomenKernhülle:Die Kernhülle besteht aus zwei Zytomembranen (Phospholipiddoppelmembranen), die denKernsaft vom Zytosol trennen und so zwei getrennte Stoffwechselräume (Kompartimente)entstehen lassen.Die äußere Membran geht an mehreren Stellen in das Endoplasmatische Retikulum über,wodurch auch der Raum zwischen den beiden Kernhüllen mit dem Innenraum des ERkommuniziert.Die Kernhülle ist von zahlreichen Poren durchsetzt, die den Austausch von StoffenZwischen dem Kernkompartiment und dem Zytosol regeln. Auf der äußeren Kernmembransitzen Ribosomen, an der inneren Membran sitzen die Chromosomen.Der Kernsaft:Hierunter versteht man die löslichen Anteile des Karyoplasmas.Er enthält ein Gemisch aus verschiedensten Proteinen (Strukturproteine und Enzyme).Das Chromatin:Die Erbsubstanz des Menschen, die DNA, liegt im Zellkern in Form von 46 dünnen,lichtmikroskopisch nicht sichtbaren Fäden vor. Man nennt sie die Chromatiden. 5Die Chromatiden bestehen aus großen Proteinen und DNA.In der Gesamtheit nennt man den Komplex aus DNA und Proteinen das Chromatin derZelle.Befindet sich die Zelle in der Arbeitsphase liegen Teile der Erbsubstanz entspiralisiert undaufgefaltet vor. Hier kann die Erbinformation abgelesen werden.DNA-Doppelhelix:Molekülstruktur der DNA: Pentose (Desoxyribose)- Phosphat- Base = NukleotidDie Basen des Nukleotid bestimmen den genetischen Code.Es sind: Adenin (A) und Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C).Die Information im genetischen Code dient der Produktion von Proteinen (ca. 100 000).Jeweils drei Basen codieren eine Aminosäure (Basentriplet), den kleinsten Bausteineines Proteins.Codeweitergabe aus dem Kern zur Proteinsynthese im Zytosol:m-RNA: messenger RNA (Ribonukleinsäuren), werden im Zellkern gebildet, bestehen nuraus einem Strang, haben Ribose statt Desoxyribose und Thymin statt Uracil als Baustein.Die Übersetzung des genetischenCodes der DNA in RNA nennt man Transkription. Siewird durch die Auftrennung der DNA-Doppelhelix an der entsprechenden Stelle eingeleitet.Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der die Information für die Bildung eines m-RNAMolekülsenthält. Es besteht aus vielen Basentripletts. Über die t-RNA wird dieInformation im Zytoplasma oder im rER zur Synthese eines Proteins genutzt.Proteinsynthese am Ribosom, Translation:Die bei der Transkription entstandene m-RNA (Zwischenkopie) verlässt den Zellkern. Anden Ribosomen im Zytosol wird die m-RNA durch die kürzere t-RNA abgelesen, diewiederum ein der m-RNA komplementäres Basentriplet (Code für eine Aminosäure) besitzt.Mit diesem Ende bindet sie an der entsprechenden Stelle der m-RNA. An ihrem anderenEnde ist die dem Code entsprechende Aminosäure gebunden. Diese Aminosäure verbindetsich mit den Aminosäuren der neben ihr an der m-RNA bindenden t-RNA zumentsprechenden Protein.Diesen Vorgang nennt man Translation.(Ein Ribosom bindet etwa 10-20 Aminosäuren/sec).Ein m-RNA-Strang kann von mehreren Ribosomen gleichzeitig abgelesen werden.Nukleolus, Kernkörperchen:Hier werden die beiden Untereinheiten der Ribosomen und die r-RNA gebildet. Sieverlassen durch die Kernporen den Zellkern.
  • Kernhülle Die Kernhülle besteht aus zwei Zytomembranen (Phospholipiddoppelmembranen), die denKernsaft vom Zytosol trennen und so zwei getrennte Stoffwechselräume (Kompartimente)entstehen lassen.Die äußere Membran geht an mehreren Stellen in das Endoplasmatische Retikulum über,wodurch auch der Raum zwischen den beiden Kernhüllen mit dem Innenraum des ERkommuniziert.Die Kernhülle ist von zahlreichen Poren durchsetzt, die den Austausch von StoffenZwischen dem Kernkompartiment und dem Zytosol regeln. Auf der äußeren Kernmembransitzen Ribosomen, an der inneren Membran sitzen die Chromosomen.
  • Der Kernsaft Hierunter versteht man die löslichen Anteile des Karyoplasmas.Er enthält ein Gemisch aus verschiedensten Proteinen (Strukturproteine und Enzyme).
  • Das Chromatin Die Erbsubstanz des Menschen, die DNA, liegt im Zellkern in Form von 46 dünnen,lichtmikroskopisch nicht sichtbaren Fäden vor. Man nennt sie die Chromatiden.Die Chromatiden bestehen aus großen Proteinen und DNA.In der Gesamtheit nennt man den Komplex aus DNA und Proteinen das Chromatin derZelle.Befindet sich die Zelle in der Arbeitsphase liegen Teile der Erbsubstanz entspiralisiert undaufgefaltet vor. Hier kann die Erbinformation abgelesen werden
  • DNA-Doppelhelix Molekülstruktur der DNA: Pentose (Desoxyribose)- Phosphat- Base = NukleotidDie Basen des Nukleotid bestimmen den genetischen Code.Es sind: Adenin (A) und Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C).Die Information im genetischen Code dient der Produktion von Proteinen (ca. 100 000).Jeweils drei Basen codieren eine Aminosäure (Basentriplet), den kleinsten Bausteineines Proteins.Codeweitergabe aus dem Kern zur Proteinsynthese im Zytosol:m-RNA: messenger RNA (Ribonukleinsäuren), werden im Zellkern gebildet, bestehen nuraus einem Strang, haben Ribose statt Desoxyribose und Thymin statt Uracil als Baustein.Die Übersetzung des genetischenCodes der DNA in RNA nennt man Transkription. Siewird durch die Auftrennung der DNA-Doppelhelix an der entsprechenden Stelle eingeleitet
  • Gen (Umgangssprachlich) Ein Gen ist ein Abschnitt der DNA, der die Information für die Bildung eines m-RNAMolekülsenthält. Es besteht aus vielen Basentripletts. Über die t-RNA wird dieInformation im Zytoplasma oder im rER zur Synthese eines Proteins genutzt.
  • Translation Die bei der Transkription entstandene m-RNA (Zwischenkopie) verlässt den Zellkern. Anden Ribosomen im Zytosol wird die m-RNA durch die kürzere t-RNA abgelesen, diewiederum ein der m-RNA komplementäres Basentriplet (Code für eine Aminosäure) besitzt.Mit diesem Ende bindet sie an der entsprechenden Stelle der m-RNA. An ihrem anderenEnde ist die dem Code entsprechende Aminosäure gebunden. Diese Aminosäure verbindetsich mit den Aminosäuren der neben ihr an der m-RNA bindenden t-RNA zumentsprechenden Protein.Diesen Vorgang nennt man Translation.(Ein Ribosom bindet etwa 10-20 Aminosäuren/sec).Ein m-RNA-Strang kann von mehreren Ribosomen gleichzeitig abgelesen werden.
  • Nukleolus, Kernkörperchen Hier werden die beiden Untereinheiten der Ribosomen und die r-RNA gebildet. Sieverlassen durch die Kernporen den Zellkern.

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