Zelle Flashcards
1 Protozoen
Einzeller
2 Woraus besteht die Zellmembran
Lipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen
3 Eurkaryomtische Zelle
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Eukaryontische Zellen sind wesentlich größer (100–10.000-fach) als prokaryontische Zellen und weisen einen deutlich komplexeren Organisationsgrad auf.
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Prokaryonten sind zellkernlose Einzeller, zu denen bspw. Bakterien, Blaualgen und Archaebakterien zählen
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es gibt aber auch einzellige Eukaryonten (Protozoen).
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Plasmide gehören nicht zum Bakterienchromosom. Sie enthalten zusätzliche Informationen, die unter Umständen einen Selektionsvorteil darstellen können, wie beispielsweise Gene, die Antibiotikaresistenzen vermitteln
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Das Bakterienchromosom wird auch als Nucleoid oder Kernäquivalent bezeichnet.
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Je nach Aufbau und Dicke der Zellwand lassen sich die Prokaryonten mithilfe der Gramfärbung in grampositive und gramnegative Bakterien einteilen.
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Flagellen/Geißeln der Eukaryonten sind Ausstülpungen der Zelle und dementsprechend auch von der Zellmembran umgeben. Sie bestehen aus Mikrotubuli, die durch aktive Formveränderung eine Bewegung verursachen können
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Flagellen/Geißeln der Prokaryonten sind lange Fäden aus Proteinen, die außerhalb der Zellmembran liegen. Sie sind mit einem intrazellulären “Motor” verknüpft, der sie rotieren lässt.
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Prokaryontische Zellen haben keinen Zellkern!
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“Penicilline”:
Die Zellwand ist ein wunder Punkt der Bakterien. Wird ihr Aufbau oder ihr Erhalt gestört, ist die Zelle nicht mehr lebensfähig. Die Immunabwehr des Menschen macht sich dies im Kampf gegen die Bakterien zunutze. So zerstört das Protein Lysozym die Mureinbindungen in der Zellwand vor allem grampositiver Bakterien. Auch medikamentös wird an diesem Punkt angesetzt: Die Penicilline hemmen die Mureinsynthese und -vernetzung. Gramnegative Bakterien sind hingegen aufgrund ihrer zusätzlichen Zellmembran nahezu unempfindlich gegen Lysozym und Penicilline.
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Die Penicilline hemmen die Mureinsynthese und -vernetzung
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Gramnegative Bakterien sind hingegen aufgrund ihrer zusätzlichen Zellmembran nahezu unempfindlich gegen Lysozym und Penicilline.
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So zerstört das Protein Lysozym die Mureinbindungen in der Zellwand vor allem grampositiver Bakterien.
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Eukaryontische Zellen besitzen zusätzlich zur Zellmembran noch intrazelluläre Membranen. Sie umhüllen die einzelnen Organellen und ermöglichen wiederum, dass in ihrem Inneren spezialisierte, geordnete Vorgänge stattfinden können, die nicht von den Vorgängen im Cytosol gestört werden sollen
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Die Synthese der Membranbestandteile erfolgt im glatten endoplasmatischen Reticulum
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Lipiddoppelschicht:
Aufbau: Grundbausteine sind amphiphile Lipide wie Phospho- oder Sphingolipide, die eine polare Kopfgruppe (z.B. Phosphat, Sphingosin) und apolare Kohlenwasserstoffschwänze (Fettsäuren) besitzen
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Lipiddoppelschicht:
Äußere Lipidschicht: Reich an Phosphatidylcholin und Sphingomyelin
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Lipiddoppelschicht:
Innere Lipidschicht: Reich an Phosphatidylserinen, Phosphatidyletanolaminen und Phosphatidylinositol
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Lipiddoppelschicht:
Nahezu undurchlässig für polare Moleküle
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Fluidität: In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Lipiddoppelschicht und der Temperatur ändern sich die Flüssigkeitseigenschaften der Membran
Ungesättigte Fettsäuren erhöhen die Fluidität (Ihre geknickten Fettsäureketten lockern die Membran auf.)
Cholesterin versteift die Membran (Seine sperrige Steroidstruktur stört die freie Beweglichkeit der Lipide; nimmt jedoch die Temperatur ab, kommt es zum gegenteiligen Effekt: Cholesterin verhindert, dass die Lipide sich zu nah aneinanderlagern!)
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Diffusion: Die fluiden Eigenschaften der Lipidschicht ermöglichen die Bewegung und Ausbreitung einzelner Moleküle
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Laterale (parallele) Diffusion: Innerhalb einer Lipidschicht sind einzelne Lipidmoleküle frei beweglich
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Transversale Diffusion (Die Wanderung von der Innenseite der Doppelschicht auf die Außenseite oder umgekehrt) : Sehr langsam, benötigt enzymatische Unterstützung durch Flippasen, Floppasen oder Scramblasen (sog. Phospholipidtranslokatoren)
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Flippasen: Verschieben Phospholipide von außen nach innen
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Floppasen: Verschieben Phospholipide von innen nach außen
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Scramblasen: Verschieben Phospholipide in beide Richtungen
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Glykoproteine:
Viele Membranproteine tragen kovalent verknüpfte Kohlenhydratseitenketten, die eine wichtige Rolle bei der Oberflächendifferenzierung spielen.
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Integrale Membranproteine:
- Zeigen eine starke Bindung an die Lipiddoppelschicht
(Integrale Membranproteine weisen an bestimmten Arealen ihrer Oberfläche Anhäufungen hydrophober Aminosäuren auf. Mit diesen können sie in Wechselwirkung mit der hydrophoben Phase der Membranlipide treten.)
- Dringen mit einem Teil in die Membran ein
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Transmembranproteine: Durchdringen die Lipiddoppelschicht vollständig (z.B. Na+/K+-ATPase)
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Periphere Membranproteine
- Haben eine schwächere Bindung an die Lipiddoppelschicht
- Häufig Bindung über elektrostatische Anziehung oder Wasserstoffbrücken zwischen einem peripheren und einem integralen Membranprotein
( Periphere Membranproteine sind also nicht fest in der Membran verankert, sondern liegen ihr auf intrazellulärer oder extrazellulärerSeite an.)
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Verteilung der Membranproteine: Unterschiedliche Zusammensetzung der inneren und äußeren Membranoberfläche
( Die Asymmetrie bleibt dadurch erhalten, dass Membranproteine nicht(!) wie die Lipide transversal diffundieren können.)
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Antimykotika:
In der Zellmembran von Pilzen kommt anstelle des Cholesterins das chemisch verwandte Ergosterol vor. Diesen Umstand nutzt man bei der Bekämpfung von Pilzerkrankungen: Viele Anti-Pilz-Medikamente (Antimykotika) wirken über eine Hemmung der Ergosterolsynthese. Da das Ergosterol in tierischen – also auch in menschlichen – Zellen nicht vorkommt, bleiben diese unbehelligt.
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Aufgrund ihrer Fluidität sind Membranen auch ohne die Nutzung spezifischer Kanäle oder Transporter durchlässig für Wasser und bestimmte kleine Teilchen. Man bezeichnet diese Eigenschaft als Semipermeabilität (“Teildurchlässigkeit”)!
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Glykocalix:
Definition: Schicht aus Zuckermolekülen an der Außenfläche der Zellmembran bei eukaryontischen Zellen
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Glykocalix:
Aufbau
- Lange, verzweigte Kohlenhydratketten
- Kovalent gebunden mit Proteinen und zum geringeren Teil auch Lipiden der Zellmembran
- Elektronenmikroskopisch als filziger Saum erkennbar
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Glykocalix:
Funktion
- Schützt Zelle vor Austrocknung
- Antigenfunktion
- Ermöglicht Immunzellen, eine Zelle als körpereigen zu erkennen
- An der Erythrozytenmembran: Blutgruppendifferenzierung
(Blutgruppen entstehen bspw. über verschiedene Zuckerreste an den Phospholipiden der Erythrozytenmembran)
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Funktion von Membranen 1:
Abgrenzung zur Umwelt
- Zellmembran: Abgrenzung der Zelle nach außen
- Membran der Zellorganellen (sog. Endomembransystem): Abgrenzung der Kompartimente zum Cytosol
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Funktionen von Membranen 2:
Transport von Stoffen von innen nach außen oder von außen nach innen (siehe: Stofftransport)
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Funktionen von Membranen 3:
Signaltransduktion: Umwandlung extrazellulärer Signale in intrazelluläre Reaktionen
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Funktionen von Membranen 4:
Zellidentifikation
- Jede Zelle exprimiert auf ihrer Oberfläche spezifische Protein- und Kohlenhydratfragmente
- Durch die spezifischen Oberflächenfragmente lässt sie sich von anderen Zellen abgrenzen, ist als “selbst” erkennbar
(So können Körperzellen bspw. dem Immunsystem signalisieren, dass sie körpereigen und deshalb nicht anzugreifen sind.)
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Funktionen von Membranen 5:
Elektrische Erregbarkeit
- Wird ermöglicht durch das Membranpotential
(Die Membraninnenseite ist im Ruhezustand gegenüber der Außenseite negativ geladen. Dies wird auch als Ruhepotentialoder Ruhemembranpotential bezeichnet.)
- Bei Erregung der Zelle wird das Membranpotential durch Öffnen von Ionenkanälen kurzzeitig positiv, siehe Aktionspotential
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Funktionen von Membranen 6:
Kontakt zwischen Zellen: Werden durch Ankerproteine (= Zelladhäsionsmoleküle)gebildet, die extrazellulär herausragen und intrazellulär mit dem Cytoskelett in Verbindung stehen
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Zellkern:
Aufbau
Der Zellkern (Nucleus) ist die auffälligste intrazelluläre Struktur und stellt die Steuerungszentrale der Zelle dar. Er ist von einer Doppelmembran umhüllt und enthält fast das gesamte genetische Material .
( Ausnahme: Die mitochondriale DNA)
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Zellkern:
Kernhülle
Die Kernhülle besteht aus einer inneren und einer äußeren Kernmembran, die jeweils aus einer Lipiddoppelschicht aufgebaut ist
(Die beiden Membranen umschließen den perinucleären Raum, der in die Zisternen des rauen endoplasmatischen Reticulums übergeht.)
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Zellkern
Kernhülle:
Äußere Kernmembran: Wie das raue endoplasmatische Reticulum von Ribosomenbesetzt
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Zellkern
Kernhülle:
Innere Kernmembran: Von der sog. Kernlamina unterlagert, einem Geflecht aus Intermediärfilamenten (Lamin), die der Stabilisierung dienen
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Kernporen:
An manchen Stellen verschmelzen innere und äußere Kernmembran miteinander und bilden mithilfe eines großen Proteinkomplexes sog. Kernporen
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Kernporen
Funktion:
- Steuern den Stofftransport zwischen Cytosol und Nucleoplasma (sog. nucleocytoplasmatischer Transport)
- Aktiver Transport von größeren Proteinen über ca. 40 kDa (bspw. Nucleoplasmine) und RNAs vermittelt durch Importine und Exportine
( Nucleotide, Ionen und kleinere Proteine passieren den Kernporenkomplex durch Diffusion.)
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Kernporen
Beteiligte Proteine: Ran
- Kleines G-Protein (Es existiert in einer aktiven GTP-gebundenen und einer inaktiven GDP-gebundenen Form) und wichtiger Vermittler des Kernimports und -exports von Proteinen
- In GTP-gebundener Form bindet Ran u.a. im Zellkern an Importine → Komplex Ran + Importin + von Importin in den Zellkern transportiertes Protein → Freisetzung des transportierten Proteins vom Transportrezeptor Importin
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Inhalt des Zellkerns
- Chromatin: Komplex aus DNA, Histonen und Nicht-Histon-Proteinen
- Nucleolus: Definierte Kernregion mit besonders hoher Transkriptionsaktivität für die Synthese der ribosomalen RNA (rRNA)
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Zellkern
Funktionen:
- Speicherung der gesamten genetischen Information eines Organismus in Form des Chromatins
- Verdopplung der genetischen Information vor einer Zellteilung (Replikation)
- Transkription: Erster Schritt der Proteinbiosynthese
- Herstellung von rRNA im Nucleolus
Verpackung und Schutz der nicht-aktiven DNA durch Histonproteine
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Endoplasmatisches Retikulum
Aufbau:
- Membranöses Kanalsystem
- Steht mit der äußeren Membran des Zellkerns in direkter Verbindung
- Besteht aus zwei mikroskopisch und funktionell unterschiedlichen Bereichen:
— Raues endoplasmatisches Reticulum (rER): Mit angelagerten Ribosomen
(Diese verleihen dem Membransystem ein knubbeliges, “aufgerautes” Aussehen)
— Glattes endoplasmatisches Reticulum (gER): Ist nicht mit Ribosomen assoziiert
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Raues ER
Funktion:
- Raues endoplasmatisches Reticulum
Synthese nicht-cytosolischer Proteine (Translation)
- Verpackung der Syntheseprodukte in Vesikel zum Verschicken an den Golgi-Apparat (zur weiteren Prozessierung) oder direkt an den Bestimmungsort
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Glattes ER
Funktion:
Glattes endoplasmatisches Reticulum
- Synthese von Phospholipiden, Fettsäuren und Steroiden
- Kohlenhydratspeicherung und Freisetzung von gespeicherten Kohlenhydraten
(Glucose wird in den Zellen als Glucose-6-phosphat gespeichert. Um die Zelle wieder verlassen und dem Körper als Energielieferant zur Verfügung stehen zu können, muss die Phosphatgruppe wieder abgespalten werden. Hierfür ist das Enzym Glucose-6-Phosphatase zuständig, welches an der Membran des gER sitzt.)
- Biotransformation
( In Leberzellen sitzen am gER die CYP450-Enzyme, die eine wichtige Funktion bei der Entgiftung körperfremder Stoffe haben.)
- Calciumspeicherung (siehe: Muskelgewebe)
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Der Golgi-Apparat liegt in der Zelle zwischen dem ER und der Zellmembran und ist für die weitere Prozessierung der im ER gebildeten Stoffe zuständig.
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Golgi-Apparat:
- Membranumhülltes, scheibenförmiges, leicht gebogenes Vesikelsystem mit zwei Seiten
– Cis-Golgi-Seite (konvexe Seite): Biegt sich leicht um das ER herum
—Funktion: Hier werden proteinbeladene Membranvesikel aus dem ER empfangen
– Trans-Golgi-Seite (konkave Seite): Der Zellmembran zugewandt
— Funktion: Vesikel werden hier abgeschnürt und Richtung Zellmembran und Lysosomen geschickt
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Golgi-Apparat:
Funktionen
- Modifikation von Glycoproteinen und Hormonvorstufen aus dem ER sowie endozytotisch aufgenommener Membranproteine (z.B. O-Glycosylierung durch die Galactosyltransferase)
- Aktivierung von Hormonen und anderen Proteinen
- Adressierung von sekretorischen Proteinen durch Anhängen einer Sequenz, die den Zielort des Proteins definiert
- Synthese von Lysosomen und deren Befüllung mit Enzymen
- Wiederverwertung von Membranbestandteilen
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“I-Zell-Krankheit”:
Im Golgi-Apparat werden die Enzyme, die in die Lysosomen gelangen sollen, mit einem Mannose-6-phosphat-Rest versehen (= „Adressierung“). Ohne diese Adressierung finden die Enzyme nicht ihren Weg in die Lysosomen und gelangen über die Plasmamembran ins Blut. Genau dies passiert bei der extrem seltenen I-Zell-Krankheit, die zu den lysosomalen Speicherkrankheiten gezählt wird und mit massiver psychomotorischer Retardierung und Skelettdeformierung einhergeht.
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Mitochondrien ähneln vom Aufbau und der DNA her den Prokaryonten, weshalb man annimmt, dass sie ursprünglich selbstständig lebende Bakterien waren (siehe: Endosymbiontentheorie).
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Mitochondrienmembran
Die Mitochondrienmembran besteht wie die Kernmembran aus zwei Schichten.
Äußere Membran
- Struktur: Glatt
- Durchlässigkeit: Von Poren durchsetzt und daher für viele Stoffe gut permeabel
Innere Membran
- Struktur: Gefaltet
( In einigen stoffwechselaktiven Zellen bilden sich besondere Faltungen aus. Man unterscheidet deshalb neben Mitochondrienvom häufigen Crista-Typ auch Mitochondrien vom Sacculus- und Tubulus-Typ.)
- Durchlässigkeit: Undurchlässig, allerdings befinden sich in der inneren Membran viele Transporter und Kanäle (s.u.)
Wichtiger Bestandteil: Cardiolipin (stabilisiert die Enzyme der oxidativen Phosphorylierung)
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Form der inneren Membran
Mitochondrien vom Crista-Typ
- Dünne Einstülpungen (Cristae) der inneren Membran
- Kommt in den meisten Zellen vor
Mitochondrien vom Tubulus-Typ
- Innere Membran bildet Röhren aus
- Hauptsächlich in Zellen, die Steroidhormone produzieren
Mitochondrien vom Sacculus-Typ
- Innere Membran liegt in Falten (Cristae) mit perlenartigen Aussackungen
- Nur in der Zona fasciculata der Nebennierenrinde
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Carrier der inneren Mitochondrienmembran
Spezifische Transporter und Permeasen regulieren den Stofftransport durch die innere Membran.
Funktionsmechanismus: Antiport zweier Stoffe
( Zeitgleich wird ein Stoff von außen nach innen und einer von innen nach außen befördert)
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Carrier der inneren Mitochondrienmembran
Beispiele
- Malat-Aspartat-Shuttle : Transport von Reduktionsäquivalenten
( Um die Energie des im Cytosol stattfindenden Stoffwechsels (z.B. der Glycolyse) zu nutzen, muss das auf NADH übertragene Elektron über die innere Mitochondrienmembran transportiert und in der Atmungskette in ATP umgewandelt werden.)
- Cytosol: Übertragung der Elektronen vom cytosolischen NADH auf Oxalacetat, wobei Malat entsteht (Enzym: Cytosolische Malatdehydrogenase)
- Transport von Malat durch die innere Mitochondrienmembran mithilfe eines Carrierproteins und im Austausch mit α-Ketoglutarat
- Mitochondriale Matrix: Reoxidation von Malat zu Oxalacetat durch die mitochondriale Malatdehydrogenase ( Eine Reaktion des Citratzyklus!), wobei wieder NADH entsteht
- Mitochondriale Matrix: Transaminierung von Oxalacetat zusammen mit Glutamat in Aspartat und α-Ketoglutarat
- Transport von Aspartat durch die innere Mitochondrienmembran ins Cytosolmithilfe eines anderen Carrierproteins im Austausch mit Glutamat
- Cytosol: Desaminierung von Aspartat zu Oxalacetat, wobei gleichzeitig α-Ketoglutarat in Glutamat umgesetzt wird
- Carnitin-Acylcarnitin-Transporter
- Aspartat-Glutamat-Carrier
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Beim Malat-Aspartat-Shuttle wird nicht NADH über die innere Mitochondrienmembran transportiert, sondern dessen Elektronen!
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Mitochondrienmatrix
Enthält u.a. die mitochondriale DNA (mtDNA) und einige Ribosomen, die für die Synthese von ca. 15% der mitochondrialen Proteine zuständig sind
Die restlichen mitochondrialen Proteine werden im Zellkern codiert und gelangen ungefaltet ins Mitochondrium, wo sie ihre endgültige Faltungsstruktur annehmen
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Lysosomen werden häufig als die “Mülleimer” der Zelle bezeichnet. Ihre Hauptaufgabe ist die Zerlegung von Biopolymeren in Monomere. Sie sind kleine kugelförmige, mit saurer Flüssigkeit gefüllte Organellen, die von einer Biomembran (Lipiddoppelschicht) umgeben werden.
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Das Leitenzym der Lysosomen ist die saure Phosphatase!
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Funktion
Intrazellulärer Abbau von Makromolekülen Ablauf
- Lysosom im Ruhezustand (= primäres Lysosom) entsteht durch Abschnürung vom Golgi-Apparat
- Verschmilzt mit Vesikeln (Bspw. Endosomen, Autophagosomen), die abzubauende Strukturen enthalten (wird nun als sekundäres Lysosom bezeichnet)
- Die im sekundären Lysosom enthaltenen hydrolytischen Enzyme bauen die Makromoleküle ab
- Spaltprodukte werden ins Cytosol entleert und können für neue Synthesevorgänge wiederverwendet werden
- Telolysosom (Residualkörper): Beim lysosomalen Abbau kann unverdauliches Lipofuscin entstehen, das sich im Alter in Nerven-, Leber- und Herzmuskelzellen anreichert
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Lysosomen
Herkunft der Makromoleküle
- Endozytose
– Rezeptorvermittelte Endozytose: Vesikel werden dann Endosomen genannt
( Die meisten Substanzen gelangen auf diesem Weg ins Lysosom)
– Phagozytose (Nur spezielle Zellen wie etwa Makrophagen oder dendritische Zellen können phagozytieren) : Vesikel werden dann Phagosomen genannt
(Phagosomen können ganze Mikroorganismen enthalten und sind im Allgemeinen sehr viel größer als Endosomen.)
- Autophagie: In allen Körperzellen werden auch zelleigene gealterte bzw. dysfunktionale Proteine, Lipide und Zellorganellen von Autophagosomenumschlossen und anschließend in Lysosomen abgebaut (z.B. zum „Recycling“ von Aminosäuren).
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Lysosomen
Funktion 2:
Autolyse: Liegt eine schwere Zellschädigung vor, wird der Inhalt der Lysosomen ins Cytosol abgegeben. Daraufhin löst sich die Zelle auf (siehe auch: Apoptose)
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Lysosomen spielen eine wichtige Rolle bei der spezifischen Immunantwort. Antigene werden nach endozytotischer Aufnahme in sog. antigenpräsentierende Zellen (z.B. Makrophagen, B-Lymphozyten) im Lysosom zerlegt. Die Fragmente werden an MHC-II-Proteine gebunden, welche durch Exozytose an die Zelloberfläche gelangen und dort exprimiert werden (Antigenpräsentation). Dies führt zur Aktivierung von T-Helfer-Zellen!
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Peroxisomen:
Kleine runde Vesikel, die von einer Membran umhüllt werden
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Peroxisomen:
Funktion
- Abbau (β-Oxidation) von langkettigen Fettsäuren bis zum Octanoyl-CoA (8 C-Atome)
(Der weitere Abbau findet anschließend – wie der Abbau aller kürzeren Fettsäuren – im Mitochondrium statt)
- Abbau von Wasserstoffperoxid
– Die Monooxygenasen in den Peroxisomen setzen ihre Substrate mithilfe von molekularem Sauerstoff um
– Das dabei entstehende cytotoxische Wasserstoffperoxid (H2O2) wird mithilfe des Enzyms Katalase zu Wasser und Sauerstoff umgesetzt (2 H2O2 → 2 H2O + O2)
- Teilschritte der Steroidhormonsynthese, Gallensäuresynthese u.a.
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“Zellweger-Syndrom”:
Bei dieser Erbkrankheit ist die Peroxisomenbildung und -funktion erheblich gestört, was zu einer Akkumulation des cytotoxischen Wasserstoffperoxids führt. Die Betroffenen leiden unter neurologischen und hepatointestinalen Symptomen und versterben meist im ersten Lebensjahr.
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Cytosol
Das Cytosol – auch Matrix genannt – wird von der Zellmembran umschlossen. In Prokaryonten finden bis auf wenige Ausnahmen sämtliche Stoffwechselwege innerhalb des Cytosols statt, während bei Eukaryonten die Zellorganellen einige dieser Prozesse übernehmen und mit einer Membran vom Cytosol abgegrenzt werden können (Kompartimentierung).
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Cytosol
Aufbau
- Wasser und darin gelöste Ionen und kleine Moleküle (70%)
- Proteine wie z.B. Enzyme vieler Stoffwechselwege (30%)
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Cytosol
Funktion
Stoffwechselvorgänge (bspw. Glycolyse, Translation, Proteinabbau)
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! Das Cytoplasma umfasst die Gesamtheit der Dinge, die innerhalb der Zellmembran, aber außerhalb des Zellkerns liegen. Dazu gehören das Cytosol, die Zellorganellen und das Cytoskelett!
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Ribosomen
Ribosomen sind sehr große Molekülkomplexe aus RNA und Proteinen, die sich im Cytosol, am rauen endoplasmatischen Reticulum und in den Mitochondrien befinden. An ihnen läuft der zweite Teil der Proteinbiosynthese ab – die Translation.
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Ribosomen
Allgemeiner Aufbau
- Granuläre Partikel aus ⅓ Proteinen und ⅔ RNA mit zwei Untereinheiten
- Lagern sich mehrere Ribosomen an eine mRNA an, bezeichnet man diesen Komplex als Polysom (auch Polyribosom)
(Dadurch können an einer mRNA gleichzeitig mehrere Proteinesynthetisiert werden.)
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Ribosomen
Masse:
Die Masse der Untereinheiten wird mithilfe der Sedimentationskonstante(Einheit: Svedberg, S) angegeben
(Der Sedimentationskoeffizient wird genutzt, um die Masse sehr kleiner Teilchen zu bestimmen. Er hängt von verschiedenen Faktoren ab: Der Größe des Teilchens, seiner Form und seiner Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium.)
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Ribosomen
Masse 2
- Kleine Untereinheit: 40S bei Eukaryonten, 30S bei Prokaryonten
- Große Untereinheit: 60S bei Eukaryonten, 50S bei Prokaryonten
- Gesamtmasse (Da sich Größe, Form und Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium nach der Zusammensetzung der zwei Untereinheiten nicht linear ändern, dürfen die Sedimentationskoeffizienten der Untereinheiten nicht einfach addiert werden.).
80S bei Eukaryonten, 70S bei Prokaryonten
(Im inaktiven Zustand liegen die Untereinheiten getrennt voneinander vor. Nur im aktiven Zustand verbinden sie sich miteinander.)
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Ribosomen
Lokalisation
- Cytosolische Ribosomen: Liegen frei im Cytosol vor oder sind an Elemente des Cytoskeletts gebunden
(Hier werden alle cytosolischen Proteine synthetisiert.)
- Membrangebundene Ribosomen: Sind an das raue endoplasmatische Reticulumgebunden
(Hier werden Membranproteine und sekretorische Proteine synthetisiert, die anschließend im Golgi-Apparat in Vesikeln verpackt und zur Zellmembran transportiert werden.)
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Ribosomen
Funktion
- Translation: Ribosomen bilden die strukturellen Voraussetzungen für die Proteinbiosynthese und sind katalytisch aktiv: Ihre RNA-Bestandteile interagieren u.a. mit mRNA und tRNA und katalysieren die Bildung der Peptidbindung .
(Katalytisch aktive RNAs nennt man Ribozyme.)
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! Cytosolische Proteine (wie Tubulin) werden an den freien Ribosomen synthetisiert. Sekretorische Proteine (also solche, die für den Export bestimmt sind) und Membranproteine werden an den Ribosomen des rauen ERs synthetisiert!
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Cytoskelett
Das Cytosol wird von einem dreidimensionalen Netz aus Filamenten durchzogen, das als Cytoskelett bezeichnet wird. Es ist verantwortlich für die Stabilisierung und die Bewegung der Zellen sowie für Transportvorgänge innerhalb der Zelle.
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Cytoskelett
Funktion
- Stabilisierung und Bewegung der Zelle
- Transportvorgänge innerhalb der Zelle
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Cytoskelett
Aufbau 1
Besteht aus Filamenten und spezifischen Begleitproteinen
- Filamente: Aus Monomeren zusammengesetzte längliche Zellstrukturen
(Die Filamente bestehen wiederum aus bestimmten Einzelbausteinen (Monomeren), die sich aneinanderlagern (polymerisieren), aber auch wieder auseinanderfallen können (depolymerisieren).)
– Je nach Durchmesser werden Aktinfilamente, Mikrotubuli und Intermediärfilamente unterschieden
(Eine Sonderstellung nehmen die Spektrine ein, die insb. im Membranskelett der Erythrozyten vorkommen.)
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Cytoskelett
Aufbau 2
- Begleitproteine: Sind für verschiedene Funktionen des Cytoskelettsverantwortlich (Beweglichkeit, An- und Abbau von Monomeren, etc.)
– Motorproteine: Wichtige Begleitproteine, die verantwortlich für die Beweglichkeit der Filamente sind
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Mikrotubuli
Polymerisation: Am Plus-Ende lagern sich GTP-haltige Tubulindimere (aus je einem α- und einem β-Tubulin) an
(Das Minus-Ende des Mikrotubulus liegt im Zentrosom, dem Mikrotubulus-Organisationszentrum. Prinzipiell können sich auch hier Tubulindimere anlagern; allerdings erfolgt die Anlagerung an dieser Stelle nur sehr langsam.)
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Mikrotubuli
Depolymerisation: GTP hydrolysiert spontan an einem der β-Tubuline, wodurch der Mikrotubulus seine Stabilität verliert
(Der Mikrotubulus depolymerisiert dann, wenn die Hydrolyse schneller voranschreitet, als GTP-haltige Tubulindimere am Plus-Ende gebunden werden. Wird das GTP des letzten Tubulins hydrolysiert, fällt der Mikrotubulus rapide zusammen. Der Zustand, bei dem sich Polymerisation und Depolymerisation kontinuierlich abwechseln, wird als dynamische Instabilität bezeichnet.)
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Mikrotubuli
- Axonem: (9x2+2)-Struktur
(Das heißt, dass sich neun Doppeltubuli so zusammenlagern, dass sie zwei zentrale Mikrotubuli umschließen.)
Bildet das Cytoskelett von Kinocilien
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Mikrotubuli
Zentriol: (9x3+0)-Struktur
(Das heißt, dass sich neun Mikrotubulitripletts zusammenlagern und ein hohles Röhrchen bilden.)
Bestandteil des Zentrosoms
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Mikrotubuli
Begleitproteine
Sog. MAPs (Mikrotubuli-assoziierte Proteine) wie bspw. die Motorproteine Kinesin (Transport von Vesikeln, etc. vom Minus- zum Plus-Ende der Mikrotubuli) und Dynein (Transport von Vesikeln, etc. vom Plus- zum Minus-Ende der Mikrotubuli)
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! Der Wortbestandteil „intermediär“ in „Intermediärfilamente“ bezieht sich darauf, dass Intermediärfilamente einen Durchmesser besitzen, der im Mittel zwischen dem der Aktinfilamente (kleinerer Durchmesser) und dem der Mikrotubuli (größerer Durchmesser) liegt!
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„Intermediärfilamente als Tumormarker“:
Die normalerweise in Zellen vorkommenden Filamente werden bei einer unkontrollierten Teilung dieser Zellen (im Sinne eines Tumors) auch vermehrt exprimiert und können deshalb als immunhistochemische Marker in der Tumordiagnostik herangezogen werden. So ist bspw. Vimentin – als Intermediärfilament des Cytoskeletts aller Mesenchymzellen – vor allem mit Tumoren mesenchymalen Ursprungs wie Sarkomen und Mesotheliomen assoziiert. Desmin – das Intermediärfilament in glatter und quergestreifter Muskulatur – ist hingegen vermehrt bei Tumoren muskulären Ursprungs wie bspw. bei Rhabdo- und Leiomyosarkomen nachweisbar.
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Zellkontakte
Zellen sind meistens über Zellkontakte mit anderen Zellen oder den umliegenden Strukturen verbunden. Die Art und Anzahl dieser Kontakte variiert dabei stark zwischen den verschiedenen Zellarten: Während Erythrozyten keine Zellkontakteausbilden, sind Epithelzellen fest untereinander und mit der Basalmembranverbunden. Neben verschließenden und haftenden Kontakten unterscheidet man außerdem kommunizierende Kontakte, die z.B. bei der Erregungsweiterleitung der Herzmuskelzellen eine wichtige Rolle spielen.
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Verschließende Kontakte
- Tight Junction (Zonula occludens bzw. Barrierekontakt): Verschließender, sehr enger Kontakt zwischen zwei Zellen
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Tight Junction
Aufbau
- Membranproteine (Claudine und Occludine) zweier Zellen verbinden sich miteinander
- Über Adapterproteine sind sie mit Aktinfilamenten des Cytoskeletts verbunden
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Tight Junction
Lokalisation: Häufig im apicalen Bereich zwischen Epithelzellen
(Dadurch wird der parazelluläre Transport von Molekülen verhindert.)
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Tight Junction
Funktion
- Kontrolliert den Durchfluss von Ionen und Molekülen
- Diffusionsbarriere
- Trennung von Kompartimenten (bspw. Darmlumen von Darmwand): Trennt die basalen von den apicalen Zellkompartimenten der Epithelzellen
(So wird der freie Durchtritt von Molekülen verhindert und die Polarität der Zelle gewährleistet.)
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Haftende Kontakte (Adhäsionskontakte)
Bei den haftenden Kontakten handelt es sich um mechanische Verbindungen von Zellen. Anhand der verschiedenen Funktionen werden mehrere Formen unterschieden.
- Desmosomen
- Hemidesmosomen
- Zonula adhaerens
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Desmosom (Macula adhaerens): Verbindung zweier Zellen miteinander unter Einbeziehung der Intermediärfilamente der beteiligten Zellen
(Bei Epithelien ist das beteiligte Intermediärfilament hauptsächlich Keratin, bei Herzmuskelzellen Desmin.)
- Aufbau
– An der Innenseite der Zellmembran befindet sich ein sog. Desmoplakin-Plaque, in das von intrazellulär die beteiligten Intermediärfilamente, von extrazellulärsog. Cadherine (hauptsächlich Desmoglein und Desmocollin) einstrahlen
– Die Cadherine verbinden die Desmoplakin-Plaques zweier Zellen miteinander
- Vorkommen/Funktion: Verbinden insb. Zellen mit hoher mechanischer Belastung (z.B. Epithelzellen und Herzmuskelzellen)
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Hemidesmosom
Hemidesmosom: “Halbes Desmosom”: verbindet also nicht zwei Zellen, sondern eine Zelle mit dem Extrazellulärraum
- Aufbau: Ähnlich wie die Desmosomen
(Das Transmembranprotein Integrin verbindet das intrazelluläre Cytoskelett mit den Lamininmolekülen der Basallamina.)
- Vorkommen/Funktion: Verbinden Epithelzellen mit der Basalmembran
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Zonula adhaerens: Auch Gürteldesmosom genannt; verbindet Zellen über eine breitere (gürtelförmige) Fläche eng miteinander
- Aufbau: An der Innenseite der Zellmembran befindet sich Vinculin und Catenin, die intrazelluläre Aktinfilamente mit transmembranären Cadherinen (hauptsächlich E-Cadherin) verbinden
- Vorkommen/Funktion: Verbinden z.B. Epithelzellen und Endothelzellen gürtelförmig untereinander
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Kommunizierende Kontakte
Die kommunizierenden Kontakte ermöglichen den freien Durchfluss von elektrischenoder chemischen Signalen. Es werden zwei Formen unterschieden.
+ Gap Junction (Nexus): Zell-Zell-Kanäle, die zwischen zwei Zellen entstehen
– Aufbau: Entsteht durch die Zusammenlagerung der Connexone zweier Zellen
— Connexon: Besteht aus sechs membrandurchspannenden Proteinen (sog. Connexine), die in der Mitte eine Pore freilassen
(Ein Connexon wird auch als “Hemichannel” bezeichnet. Erst wenn sich die Connexone zweier Zellen zusammenlagern, entsteht ein Kanal und damit eine Gap Junction.)
– Vorkommen/Funktion: Insb. Herzmuskelzellen, aber auch Epithelien und Retina
+ Synapse
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„Pemphigus vulgaris“, „Bullöses Pemphigoid”:
Der Pemphigus vulgaris und das bullöse Pemphigoid zählen beide zu den blasenbildenden Autoimmunkrankheiten der Haut. Beim Pemphigus vulgaris sind Antikörper gegen Proteine der Desmosomen (insb. Desmoglein) ursächlich, beim bullösen Pemphigoid Antikörper gegen Proteine der Hemidesmosomen (bspw. KollagenXVII).
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