Post on 29-Mar-2019
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Die Zelle
Zellbiologie
Disziplin der Biologie, beschäftigt sich mit 1. Der Struktur der Zelle
2. Der zellulären Vorgänge
3. Der Zellteilung
Eng gebunden an:
1. Molekularbiologie
2. Biochemie
1
Theodor Schwann Matthias J. Schleiden
Zelltheorie
1. Alle Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen.
2. Die Zelle ist die grundlegende Einheit für die Struktur und Funktion
der Organismen!!!!!
1838, 1839
Die Zelltheorie ist eine der fundamentalen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Biologie. Sie besagt,
dass alle Pflanzen und Tiere sowie ihre Organe, so vielgestaltig sie auch sein mögen,
stets aus Zellen zusammengesetzt sind
3. „Omnis cellula e cellula”
-Zellen entstehen stets aus anderen Zellen
durch Zellteilung
Rudolph Virchow
Zelltheorie 1855
Diese Theorie zeitigte weitreichende Schlüsse: Wachstum ist ein Prozess, bei dem immer
mehr Zellen gebildet werden, die stets wieder aus Zellen entstehen. Auch bei der
Fortpflanzung spielt die Zelle die wesentliche Rolle. Neue Individuen entstehen stets
aus lebenden Zellen durch Zellteilung, niemals kann eine Urzeugung, also die
Entstehung von Zellen aus totem Material, beobachtet werden.
Keimtheorie
Louis Pasteur
Die Keimtheorie besagt, dass Krankheiten durch Mikroorganismen verursacht
– Entdeckung von prokaryotische Zellen
Jahre 1860
Klassifikation von Organismen
Eubakteria
Egysejtűek
Növények Állatok
Gombák
Archaebakteria
Pro
ka
ryo
te
n
Eu
karyo
te
n
I. II.
III.
Pflanzen Tiere
Pilze
Protisten
Eubakterien Archaebakterien
Wie steht's mit den Viren??
Ursprung:
I. Vereinfachte Zellen
II. Abgeleitet aus der DNA der Wirtzelle
Viren sind Zellparasiten ohne eigenen Stoffwechsel und vermehren
und verbreiten sich in ihren Wirtszellen, d. h. sie nutzen
den Stoffwechsel ihres Wirts und veranlassen ihn,
seine Strukturen zu ihrer eigenen zu machen.
RNA-Zelle Prokaryont Eukaryont
RNA DNA
DNS
Zellkern
Cytoplasmatische
DNA
6
Ursprung der Zelle
Ursprung der DNA
RNA-Welt
„DNA-Welt”
Virenhypothese:
- Viren haben die DNA entdeckt, die Zelle
hat sie übergenommen nach einer
unerfolgreicher Infektion
7
RNA-Welt „Protein-Welt”
8
Ursprung der Proteine
Ursprung der Membran
9
Mizelle Doppelschicht
Prokaryotische Zellen
Ribosomen
DNA (Nucleoid)
Mesosomen
Geissel
Kapsel
Zellwand
Plasmamembran
Pilus
Cytoplasma
Plasmide
kugelförmige Zellen
zB. Streptococcus
Stäbchenförmige Zellen
zB. Escerichia coli
Schraubenförmige Zellen
zB. Treponema pallidum
Prokaryotische Zellen
„Mehrzelligen” Prokaryoten
Anabaena cylindrica
Anabaena ist eine Gattung fädiger Cyanobakterien, oder „Blaualgen“
Photosynthese Luftstickstoff fixieren Spore
Ungünstige Perioden werden als Dauerstadien überdauert, als länglich ovale Akineten.
Im Faden befinden sich häufig farblose, dickwandige, etwas größere Zellen, die Heterozysten.
Diese Heterocysten sind in der Lage Luftstickstoff zu fixieren und zu Ammonium zu reduzieren.
Ursprung
der eukaryonten Zelle
12
Ursprung des Zellkerns
Eukaryontische Urzelle
(mit Zellkern, ER und Golgi)
Prokaryontische Urzelle
DNA
Membran-gebundene
Ribosomen
Cytoplasma
endoplasmatisches
Reticulum
Zellkern
Zelkernporen Innere Kernmembran
Aussere Kernmembran
Cytoplasma
Arhaezoa-Hypothese Thomas
Cavalier-Smith
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Ursprung des ER und Golgi
Purpurbakterium
Eukaryontische Urzelle
Zellkern
Frühe eukar. Zelle
(mit Mitochondrien)
Mitochondrium
(Doppelmembran)
Ursprung der Mitochondrien
Lynn Margulis
Die Endosymbiontentheorie
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Innere Membran
Frühe eukar. Zelle
Cyanobakterium
Chloroplast
(Doppelmembran)
Frühe eukar. Zelle (Mit der Fähigkeit der Photosynthese)
Ursprung der Chloroplasten
Lynn Margulis
Elysia chlorotica
Pflanzliches Tier
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Die Endosymbiontentheorie
Tierzelle
Kompartimentierung
Tierzelle
Zellkern
Tierzelle
Mitochondrium
Tierzelle
Cytoskelett
Ribosomen
Tierzelle
raues endoplasmatisches Reticulum
Am rauen endoplasmatischen Reticulum findet ein Grossteil der Proteinsynthese statt.
Tierzelle
Golgi Apparat
Tierzelle
glattes endoplasmatisches Reticulum
Aussenmilieu
Zellinneres
Tierzelle
Plasmamembran
(an Oberfläche der rauchen endoplasmatischen Reticulum)
Tierzelle
Ribosomen
Tierzelle
Centriolen
Centriolen stehen mit der Kernteilung in Zusammenhang
Pflanzenzelle
Pflanzenzelle
freie Ribosomen
Pflanzenzelle
Zellkern
Nucleolus
Pflanzenzelle
Golgi Apparat
Pflanzenzelle
Plasmodesmen
Pflanzenzelle
Chloroplast
Pflanzenzelle
Mitochondrium
Pflanzenzelle
Zellwand
Pflanzenzelle
Peroxisom
Pflanzenzelle
Plasmamembran
Pflanzenzelle
glattes endoplasmatisches Reticulum
Pflanzenzelle
raues endoplasmatisches Reticulum
Pflanzenzelle
Zellsaftvakuole
Tierzelle– Pflanzenzelle
Chloroplast
Zellwand
Inklusionskörper
Vergleich von prokaryotische
und eukaryotische Zellen
Prokarióta sejt
Eukarióta (állati) sejt
Unterschiede
Nur in Eukaryoten:
1. Zellkern
2. Kompartimente, deren
Innenraum vom Cytosol durch
eine Membran getrennt ist
Nur in Prokaryoten:
1. Proteoglycan Zellwand
2. Kapsel
Eukariotysche Zelle (Tierzelle)
Prokariotysche Zelle
Zellmembran
1. separiert den Außenwelt – selektive Stoffaufnahme und -abgabe
2. Komponent zur Kommunikation zwischen Zellen
Biomembran
- Flüssig-Mosaik-Modell
Proteinmoleküle
Phospholipid-
moleküle
Phospholipid moleküle Protein
Ph
osp
ho
lip
id
-D
op
pe
lsch
ich
t
1.
1.
1.
2.
3.
Phospholipide
Kohlen-wasser-
stoffketten
Glycerol
(Glicerin)
Phosphat
Cholin
hydrophil
hydrophob
Phosphatidylcholin (Lecithin)
Cholesterol (alter Name Cholesterin)
nur bei Tieren,
Membran mikrodomänen
- lipid rafts
Membranproteine sind asymetrisch verteilt:
Plasmamembranen besitzen im typischen Fall ein Proteinmolekül pro 25 Phospholipidmoleküle,
doch dieses Verhältnis variiert je nach Membranfunktion.
Lipid Rafts sind Andock- und Interaktionsplattformen für
Proteine
Glycocalix („Zellmantel”)
Glycocalix Zytoplasma Zellkern Zellmembran
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Extrazellulärer Glycoprotein-Schicht
Membrantransport
- Konzentrations-gradient
Lipid Doppelschicht
PASSIVER TRANSPORT AKTIVER TRANSPORT
Transport
moleküle
Kanal proteine Transporter
Konzentrations-gradient
Diffusion Durch Kanalproteine Durch Transportproteinen
Aussenmilieu
Zellinnenraum
Nucleoplasma
Aussenmembran
Innenmembran
Nucleolus
Kernpore
Kernhülle
Kernlamina
Chromatin
Zellkern
Zellkernmembranen
Innen Aussen
Kernmembran
ER-membran
ER-lumen
Kernlamina
Kernpore
Perinuclear-Raum
protein
RNS
importin exportin
protein
protein
NLS: nuclear localization signal
NES: nuclear export signal Signal Peptide
Chromosomen
Mensch: Haploider Chromosomensatz
Chromatin
Chromosom
kondensierte Form
lockerer Form
DNA und Nucleosomen
DNS und Nucleosomen
DNA
DNS
Hiszton H1
8 hisztonból álló mag
8 hisztonból álló mag
NUKLEOSZÓMA
DNS H1
H3
H4
H2A
H2B
Ribosomen
Für die Translation der genetischen Information der mRNA in eine
Polypeptidkette sind Ribosomen erforderlich. Jedes Ribosom besteht aus
zwei Untereinheiten, einer grossen und einer kleinen.
30S
Untereinheit
Proteinen: blau
RNA: orange
grosse Untereinheit
(50S)
kleine Untereinheit
(30S)
Endoplasmatische Reticulum
raues ER glattes ER
Ribosomen
raues ER
glattes ER
Aufgaben
1. Lisosomalische enzyme
2. Sekretierte Proteine
3. Transmembran Proteine
4. Glykolisierung
1. Lipid- und Steroidsynthese
2. In Tierzellen, Glykogen synthese
3. Kalzium Lagerung
4. Usw.
Freie Ribosomuntereinheiten
ER
lumen
Cytosol
Signalsequenz Signalpeptidase
Abgeschnittene Signalpeptid Geschlossener Translokator
Reifes Protein
Proteinreifung
im rauen ER
30b
Golgi Apparat
Aufgaben:
1. Proteine und Lipide
(a) chemische Modifizierung (glükolisierung,
phosphorilierung)
(b) konzentriert, verpackt und
(c) sortiert (zellularen Bestimmungsort verschickt)
2. Polysaccharid-synthese
3. Pflanzlichen Zellwand-synthese
Transport Vesikeln
Ankommend (richtung ER)
Ausgehend
Zisternen
Zellinnenraum
Aussenmilieu
Plasmamembran
raues ER
Zisternen
cis Seite
Proteine für innerhalb der Zelle
Proteine für ausserhalb der Zelle
trans
Seite
Golgi Apparat
Zellkern
Golgi Apparat
Peroxisomen, Lysosomen
Lipid Doppelschicht
Peroxisomen
Lysosomen
Kristallkern
In den Peroxisomen befinden sich ca. 60
Monooxygenasen und Oxidasen genannte Enzyme,
die den oxidativen Abbau von Fettsäuren, Alkohol
und anderen schädlichen Verbindungen
katalysieren.
Sie enthalten Verdauungsenzyme und stellen den
Oprt dar, an dem Makromoleküle wie Proteine,
Polysaccaride, Nukleinsauren und Lipide, durch
Hydrolyse in ihre Monomere zerlegt werden.
Zellinnenraum
Aussenmilieu
Plasmamembran
Durch
Phagocytose
aufgenommene
Nahrungspartikel
Phagosom
primäres Lysosom
sekundäres lysosom
Lysosomen
Golgi Apparat
Proteasomen
Proteinkomplex von 1.700 kDa, der im Cytoplasma und im Zellkern
(bei Eukaryoten) Proteine zu Fragmenten abbaut und daher zu den
Peptidasen (auch Proteasen) zählt.
Proteine, die abgebaut werden sollen, werden in einem mehrstufigen enzymatischen
Prozess mit einer Polyubiquitin-Kette markiert, welche von den Proteosom erkannt wird.
Ubiquitin ist ein kleines Protein mit einer Molekülmasse von 8,5 kDa. Die Polyubiquitin-
Kette wird beim Abbau in ihre einzelnen Ubiquitin-Moleküle zerlegt, die dann
wiederverwendet werden können. Entscheidend für die Markierung (und damit für Abbau
und Halbwertszeit des Proteins) ist einzig die N-terminale Aminosäure. Der Proteinabbau
ist für die Zelle lebensnotwendig. So werden metabolische Enzyme,
Transkriptionsfaktoren oder auch den Zellzyklus regulierende Proteine wie Cycline, CDK-
Inhibitoren degradiert. Ebenso werden fehlerhafte Proteine abgebaut. Auch die Peptide,
die an den MHC I-Komplex gebunden auf der Oberfläche der Zelle dem Immunsystem
präsentiert werden, werden im Proteasom prozessiert.
Protein
ubiquitin
Protein mit Ubiquitin-Kette
Proteosom
Markirte Protein im Proteosom
Protein abbau
wiederverwendung von Ubiquiton
Mitochondrium
matrix
Innen-membran
Aussen-membran
Intermembran raum
Innen-membran
Aussen-membran
matrix
Cristae
Mitochondrium
Chloroplast
Innen-membran
Aussen-membran
Intermembran raum
Stroma (matrix Raum)
Thylakoid membran
Tilakoid lumen
Chloroplast
Innen- membran
Aussen- membran
Intermembran raum
Thylakoid membran
Stroma
Granum
Thylakoid stapel
Das Cytoskelett
Mikrotubuli Mikrofilamente Intermediärfilamente
1. Es verleiht der Zelle Form und Reissfestigkeit
2. Es ermöglicht verschiedene Arten zellulärer Bewegung.
3. Es liefert „Schienen” für Motorproteine, die an der
Bewegung von Zellbestandteilen beteiligt sind.
Das Cytoskelett
Mikrofilamente
Intermediärfilamente Mikrotubuli
Plasmamembran
raues ER
Mikrofilamente
Intermediärfilamente
Mikrotubuli (Makrofilamente)
Das Zytoskelett
Aktin Monomer
Mikrofilamente
(Actinfilamente)
• Actinfilamente bestehen aus Strängen des Proteins Actin und treten häufig mit Strängen anderer Proteine in
Wechselwirkung.
• Actinfilamente verändern die Zellgestalt und ermöglichen die Zellbewegung (Kontraktionen,
Cytoplasmaströmung).
• Actinfilamente und Myosinfilamente sind gemeinsam für die Muskeltätigkeit verantwortlich.
Fibrilläre Untereinheit
Intermediärfilamente
• Intermediärfilamente bestehen aus fibrilläre Proteinen, diese stabilisieren die Form der Zelle und verleihen ihr
Reissfestigkeit.
• Manche sind an Desmosomen verankert unterstützen so den Zusammenhalt von Nachbarzellen.
• Andere bilden die Kernlamina
• Mikrotubuli sind lange zylinderförmige Gebilde, die aus Tubulin gebildet werden. Tubulin besteht aus zwei Untereinheiten :
-tubulin und -tubulin
• Mikrotubuli verlängern oder verkürzen sich, indem Tubulin-Dimere zugefügt oder entfernt werden.
• Durch das Verkürzen von Mikrotubuli werden die Chromosomen
bei der Zellteilung bewegt.
• Wechselwirkungem zwischen Mikrotubuli ermöglichen Zellbewegungen.
• Mikrotubuli dienen als „Gleise” für die Beforderung von Vesikeln.
Tubulin Dimer
-Tubulin
Monomer
-Tubulin
Monomer
Mikrotubuli
(Makrofilamente)
Zytoskelett
- Zellteilung
astrale kinetochor interpolare
Mikrotubuli
Motorprotein
Kromosom
Kinetochor
Zentrosom
Die Schwierigkeiten
der Multizellularität
unizelluläre Pflanzen
O2 Aufsammlung
Erde entseht
Leben entsteht
Erste Fossilien Photosynthese entsteht
Erste wirbellose Tiere
Explosion in Kambrium (viele Arten)
erste Fische
Erste festländliche Pflanzen
und Tiere
Erste Amphibia
Erste Reptilia
Aussterbung in Perm
erste Säugetiere
erste Pflanzen mit Blumen
Erste hauptsäugetiere
Erste Hominiden
Aussterbung in Kreta
Zeit (Mrd. Jahre) Zeit (Mill. Jahre)
Nur unizelluläre Lebewesen wurden 2.5 Milliarden Jahrelang existiert. Seit 600 Millionen Jahren existieren
die multizelluläre Lebewesen. Warum waren Sie so verspätet?
Es musste eine gemeinsame Sprache erfinden, die den verschiedenen Zelltypen eine Mitwirkung gab.
1. Symbionten Theorie
2. Zellularisation Theorie
3. Kolonisation Theorie
Ursprung der Multizellularität