1. Biologie Vorlesung Zellorganellen 1. Semester

ER Struktur

Netzwerk aus Membransäcken und Röhren

raues ER: mit Ribosomen

glattes ER: ohne Ribosomen

raues ER Funktion

Proteinbiosynthese von Membranproteinen, lysosomalen Proteinen und sekretorischen Proteinen

glattes ER Funktion

Ca2+ Speicher, Synthese von Steroidhormonen (Eierstöcke, Hoden, Nebennieren), Synthese von Phospholipiden, Entgiftungsprozesse (Biotransformation in der Leber über Cytochrom P-450)

Aufbau ER

Lysosomen Struktur

Membranvesikel, die in Dictosomem des Golgiapparates gebildet werden, wenn sich diese von der Transseite abschnüren

Es gibt primäre, sekundäre und tertiäre Lysosomen

Funktion Lysosomen

Abbau zellulärer und aufgenommener Moleküle, Lysosomen enthalten über 50 Enzyme, die Kathepsine, das wichtigste → saure Hydrolyse (Enzyme, die gut unter sauren Bedingungen funktionieren) Leitenzym: saure Phosphatase

wichtige Zelltypen der Lysosomen

Leukozyten: Angriff körperfremder Zellen

Osteoplasten: Abbau Knochen und Knorpel

Golgiapparat Struktur

mehrere flache Membransäcke (Zysternen) mit cis & trans Seite

cis Seite → Empfängnisbereich für Proteine und Lipide aus dem rauen ER

trans Seite → Versandseite, damit modifizierte Moleküle weitergeschickt werden

Golgiapparat Funktion

Posttranslationale Modifikation von Exportproteinen (z.B Glykolisierung) und Lipiden

Synthese von Glykoproteinen und Polysacchariden

Mannose-6-P-Transferase sortiert Hydrolasen in Lysosomen

Vesikelbildung auf der Transseite für den intrazellulären Transport

Ribosomen Struktur

pro Zelle mind. 1-2 Mio, 60s und 40s Untereinheit bilden 80s Ribosomen, es gibt freie und membrangebundene Ribosomen

Ribosomen Funktion

membrangebundene Ribosomen: synthetisieren Proteine für ER, Golgi Apparat, Lysosomen, Zellmembran und die für den Export bestimmt sind

freies Ribosomen: synthetisieren Proteine für Mitochondrien, Peroxisomen, Zytoplasma

Ribosomen (Examen (in grün gekennzeichnet)

Proteine an freien Ribosomen: z.B. Enzyme, die Stoffwechselvorgänge katalysieren

Proteine an membrangebundenen Ribosomen: Einbau in Membranen und Zellorganellen und sekretorische Proteine

Peroxisomen Struktur

bis 0,5 mikrometer

von einer Membran umgeben

kristalline Einschlüsse

entstehen im rauen ER und vergrößern sich, indem sie Proteine und Lipide aus dem Zytosol aufnehmen

Wasserstoffperoxid H2O2 als Zellgift

enthalten Peroxin-Proteine (PEX), Peroxidasen und Leitenzym Katalase

Peroxisomen Funktion

Abbau komplexer Lipide und Fettsäuren (Prostaglandine, Leukotrine) durch die β-Oxidation

Synthese von Plasmalogenen (Phospholipid der Myelinscheiden)

Synthese von Cholisterin- und Steroidhormonen

Abbau von Alkohol deshalb in Leber- und Nierenzellen

Mitochondrien Struktur

1-5 mikrometer, von zwei Membranen umgeben, eigene zirkuläre DNA, RNA, Ribosomen und Proteinbiosynthese

Matrix, Cristae und Intermembranraum

vom Zellzyklus unabhängige Teilung

Mitochondrien Funktion

ATP-Synthese (nehmen Zucker, Fettsäuren und Aminosäuren auf und wandeln diese in Energie um, die in Form von ATP für Zelle genutzt werden kann)

Atmungskette (besteht aus Reihe von Enzymkomplexen die Elektronen auf Sauerstoff übertragen → Bildung von Wasser → Energie wird freigesetzt, wird genutzt um Protonen über Membran zu pumpen und Protonengradient zu erzeugen, er treibt dann die ATP-Synthese an)

Im Matrixraum Citratzyklus und Beta-Oxidation von Fettsäuren

Mitochondrien Ursprung

Endosymbiotentheorie: Mitochondrien waren Prokaryoten, die von Urzelle aufgenommen wurden und haben im Laufe der Evolution eine spezielle Rolle als Symbionden übernommen

Zellkern Struktur

Jede Zelle 1 Zellkern (Ausnahme z.B Erytrozyten) , 5 mikrometer, Kernpore für Austauschprozesse im Zytoplasma, Nucleolus (Kernkörperchen) Ort der Transkription und Herstellung von Ribosomen

Zellkern Funktion

Schaltzentrale der Zelle

DNA: Lagerung, Replikation, Transkription

Zytoplasma (Zytosol) Struktur

50-60% des Zellvolumens, aus 20% aus Proteinen, Reaktionskammer für viele Prozesse

Zytoplasma (Zytosol) Struktur

Synthese von Aminosäuren, Nukleotiden, Fettsäuren, Monosacchariden, Triglyzeriden

Ubiquitinylierung: Proteinabbau in Proteasomen

Anaerobe Glykolyse

Speicherung von Glykogen und Triglyzeriden

Extrazelluläre Matrix Definition

Fast jede Zelle ist umgeben von einem Netzwerk aus Proteinen und Zuckern, welches wir Extrazelluläre Matrix nennen

Glykokalix & Extrazelluläre Matrix Struktur

Zuckerhülle um Zellen auf Protein- und Lipidbasis, Netzwerk aus Polysacchariden, Proteoglykanen und Kollagenen

Glykokalyx & Extrazelluläre Matrix Funktion

Erkennung körpereigener (und körperfremder) Zellen

Wundheilung, Zugfestigkeit, Plastizität, Signaltransduktion

Steuerung Zelladhäsion, -migration, -proliferation

Lipid rafts

cholisterin- sphingolipidreiche „Flöße“, die durch Membran schwimmen, auf ihnen können gezielt bestimmte Membranproteine (z.B Rezeptoren, Enzyme oder Adhäsionsmoleküle) angereichert werden → dadurch Ermöglichung Signalübertragung, Lokalisation Enzymkaskaden, Rezeptoren und Steuerung Zell-Zell-Kontakte

Caveolae

Untereinheit d. Lipid rafts, bereiten Vesikelbildung vor, machen Fettsäuretransport, Cholisterintransport, Endozytose in Endothelzellen

Faktoren der Membranfluidität

👍 flüssig: Anzahl ungesättigter Fettsäuren erhöht die Fluidität (ungesättigte Kohlenwasserstoffketten verhindern eine dichte Lipidpackung und erhöhen so Membranfluidität)

👎 viskös: gesättigte Kohlenwasserstoffketten packen sich dicht aneinander, was die Membranviskosität erhöht

Cholesterol: Steroid, stabilisiert die Fluidität bei hohen und tiefen Temperaturen

Biomembran Struktur & Funktion

grenzt die Zelle nach außen ab

selektive Barriere, die die Zelle schützt, Ausbildung lonengradienten zwischen Intra- und dem Extrazellularraum ermöglicht, die Aufnahme Nährstoffen & Abgabe von Stoffwechselprodukten erlaubt

Die Grundstruktur Doppelschicht aus amphiphilen Lipidmolekülen:

Phospholipide und Glykolipide (Hauptanteil Phospholipide) → besitzen hydrophile und wasserabweisende Kopfgruppe, bestehend aus Phosphat und Glycerol

zwei hydrophobe und lipophile durch Kohlenwasserstoffketten gebildete Schwänze

amphiphilen Moleküle lagern sich in wässrigem Milieu mit einander zugewandten hydrophoben Schwänzen zu einer Doppelschicht zusammen

Die hydrophilen Kopfregionen zeigen zu beiden Seiten in das wässrige Milieu

Moleküle der Plasmamembran sind verschiebbar

Membran ist beweglich, verhält sich ähnlich wie eine zähe Flüssigkeit → Diese Eigenschaft wird mit dem Begriff Fluid-Mosaik-Modell beschrieben

In Plasmamembran Membranproteine eingelagert, können in die Membran eintauchen oder ganz durchdringen und innerhalb Membran

Zuckerketten auf Außenseite = Glykokalyx (Glykoproteine- und lipide)

hoher Anteil Cholesterin für Stabilisierung der Membranfluidität

→ niedrige Temperaturen erhöht Cholesterin die Membranfluidität und verhindert so das Erstarren der Membran.

→ bei höheren Temperaturen, wie der Körpertemperatur von 37 °C, durch das Cholesterin die Fluidität der Membran gesenkt.

Die Zellmembran (Plasmamembran, Plasmalemma) grenzt die Zelle nach außen ab. Sie ist eine selektive Barriere, die die Zelle schützt, die Ausbildung eines lonengradienten zwischen dem Intra- und dem Extrazellularraum ermöglicht sowie die Aufnahme von Nährstoffen und die Abgabe von Stoffwechselprodukten erlaubt.

Die Grundstruktur der Zellmembran bildet eine Doppelschicht aus amphiphilen Lipidmolekülen:

Phospholipide und Glykolipide. Den Hauptanteil bilden die Phospholipide. Sie besitzen eine hydrophile (d.

h. wasserlösliche) Kopfgruppe, bestehend aus Phosphat und Glycerol, und zwei hydrophobe (d. h.

wasserabstoßende, fettlösliche), durch Kohlenwasserstoffketten gebildete Schwänze.

Die amphiphilen Moleküle lagern sich in wässrigem Milieu mit einander zugewandten hydrophoben Schwänzen zu einer Doppelschicht zusammen (). Die hydrophilen Kopfregionen zeigen zu beiden Seiten in das wässrige Milieu. Die Dicke dieses Bilayers beträgt etwa 6-10 nm.

Die Moleküle der Plasmamembran sind gegeneinander verschiebbar. Die Membran ist beweglich und verhält sich ähnlich wie eine zähe Flüssigkeit. Diese Eigenschaft wird mit dem Begriff Fluid-Mosaik-Modell beschrieben. In die Plasmamembran sind Membranproteine eingelagert. Die Membranproteine können in die Membran eintauchen oder sie ganz durchdringen und sind innerhalb der Membran verschiebbar. Auf der extrazellulären Seite sind die Membranproteine häufig glykosyliert.

Die Membranen eukaryontischer Zellen enthalten einen hohen Anteil an Cholesterin, das zwischen die Phospholipidmoleküle eingelagert ist. Die Cholesterinmoleküle sind für die Stabilisierung der Membranfluidität verantwortlich. Bei niedrigen Temperaturen erhöht das Cholesterin die Membranfluidität und verhindert so das Erstarren der Membran. Dagegen wird bei höheren Temperaturen, wie der Körpertemperatur von 37 °C, durch das Cholesterin die Fluidität der Membran gesenkt.