Entdecken Sie die faszinierende Welt der Zelle, jene mikroskopisch kleine Einheit, die das Fundament allen Lebens bildet. Diese aufschlussreiche Reise führt Sie tief in das Innere der Eucyte, einer Zelle mit komplexer Struktur, und enthüllt die Geheimnisse ihrer präzisen Organisation und vielfältigen Funktionen. Erforschen Sie die Bedeutung von Kompartimenten, den abgegrenzten Reaktionsräumen, die eine effiziente Durchführung zellulärer Prozesse ermöglichen. Tauchen Sie ein in die dynamische Welt der Zellmembran, einer flexiblen Barriere, die nicht nur die Zelle begrenzt, sondern auch eine entscheidende Rolle bei der Signalübertragung, dem Stoffaustausch und der Erkennung von Nachbarzellen spielt. Verstehen Sie die komplexen Mechanismen des Stofftransports, von der passiven Diffusion bis zum aktiven Transport unter Energieaufwand, und wie diese Prozesse das Gleichgewicht innerhalb der Zelle aufrechterhalten. Erfahren Sie mehr über Osmose, Plasmolyse und Deplasmolyse und deren Auswirkungen auf die Zelle in unterschiedlichen Umgebungen. Erkunden Sie die spezialisierten Organellen mit Doppelmembranen wie Plastiden (Chloroplasten, Chromoplasten und Leukoplasten) und Mitochondrien, die für Photosynthese bzw. Atmung verantwortlich sind, sowie den Zellkern, das Kontrollzentrum der Zelle, das die Erbinformationen trägt und Stoffwechselprozesse steuert. Entdecken Sie die Organellen mit einfacher Membran wie das Endoplasmatische Retikulum (ER), Dictyosomen (Golgi-Apparat), Lysosomen, Microbodies und Vakuolen, die jeweils spezifische Aufgaben bei der Proteinsynthese, dem Stofftransport, der Verdauung und der Lagerung übernehmen. Schließlich werden die Organellen ohne Membran, Ribosomen und Cytoskelett, sowie das Cytoplasma detailliert untersucht, um ein umfassendes Bild der Zellstruktur und -funktion zu vermitteln. Dieses Buch bietet einen umfassenden Überblick über den Feinbau der Zelle und ist somit eine unverzichtbare Ressource für Studierende, Wissenschaftler und alle, die sich für die Wunder des Lebens auf zellulärer Ebene interessieren. Enthüllen Sie die komplexen Prozesse, die in jeder Zelle ablaufen, und gewinnen Sie ein tieferes Verständnis für die Grundlagen des Lebens.
Corinna Brusch Feinbau der Zelle
Feinbau der Zelle vom Zellt yp Eucyte
Kompartimente: abgegrenzte Reaktionsräume 1.Zellmembran
a) Funktionen:-Aufbau elektrischer Potentiale
-Erkennen von Nachbarzellen und fremden Stoffen
-Informationsaufnahme in die Zelle, Auslösung von Signalketten
-Einbau von Enzymen und anderen Proteinen in die Membran zum geordneten Ablauf von Reaktionsketten
-Regelung des Stoffaustausches zw. Zellen und ihrer Umgebung; und zwischen Organellen und Grundplasma
-Abgrenzung von Zellen und Zellräumen
b) Bau: -Doppelschicht von Lipiden (fettartige Stoffe)
- darin sind Proteine eingelagert
-Gehalt von Lipiden und Proteinen schwankend (Anteil zw. 30 und 70%)
-7-10 nm breit
- nur mit Elektronenmikroskop sichtbar
- Lipidschicht ist zähflüssig, Proteine schwimmen darin wie „Eisberge im Wasser“
-durch hohe Oberflächenspannung des Wassers ist Membran stabil
Stofftransport
Passiver Stofftransport:
Unter Mitwirkung spezifischer Membranproteine könne Ionen und hydrophile, organische Moleküle durch die Membran diffundieren.
- nur in Richtung niedriger Stoffkonzentration also in die Zelle hinein
- Kein Energieaufwand dazu nötig
- es gibt einfache Diffusion (erfolgt wie normale Diffusion) und erleichterte Diffusion(die erfolgt durch Carriers oder Kanalprotein)
-erfolgt durch Trägerproteine (Carrier) oder Proteinkanäle: Sie nehmen das zu übertragene Molekül auf und geben es auf der anderen Seite wieder ab.
- Jedes Carrier vermittelt den Durchtritt eines bestimmten Molekültyps öffnen sich auf Signal z.B. Spannungsänderung der Membran
Ionenkanäle:
-Typ der Ionenkanäle hat wichtige Rolle bei elektrischen Vorgängen an Nerven- und Sinneszellen
Aktiver Stofftransport:
- dazu ist Energieaufwand nötig (ATP)
- Kann auch entgegengesetzt dem Konzentrationsgefälle verlaufen
-erfolgt durch Carriers und Proteinkanäle, auch Protonenpumpen zum Transport von anorganischen Ionen
-durch Proteinkanaäle ist Stofftransport schneller als durch Carriers
Diffusion: -wechselseitige Durchdringung zweier aneinander grenzender Flüssigkeiten oder Gase auf Grund der Bewegungsenergie ihrer Teilchen
-erfolgt entlang des Konzentrationsgefälles und führt zu Konzentrationsausgleich
-Geschwindigkeit der Diffusion ist abhängig von: Konzentrationsgefälle, Temperatur und Teilchenart
Osmose: -Diffusion durch eine halbdurchlässige(semipermeable) Membran
-halbdurchlässige Membranen lassen H²O-Moleküle und eine Reihe von gelösten Substanzen (z.B. Salze) passieren, andere Teilchen aufgrund ihrer Größe nicht
-Wassermoleküle diffundieren vom Ort der höheren Wassermolekülkonzentration zur niedrigeren Wassermolekülkonzentration (z.B. Wasseraufnahme aus Boden in Wurzelhaare)
-Intensität der Osmose ( = Osmotischer Druck) hängt ab vom Konzentrationsgefälle
Die Zelle ist ein osmotisches System, das in folge der Saugspannung Wasser aufnehmen kann.
-Höhe der Zellsaugkraft hängt vom osmotischem Druck des Zellinhaltes ab und von dem der Wasseraufnahme entgegengerichtetem Turgordruck
-osmotischer Druck ist um so stärker je größer Konzentrationsunterschied zwischen Zellsaft und dem Außenmedium ist
-Turgor (Zellinnendruck) = Druck, den das Zellsaftvolumen auf Zellwand ausübt, wird durch Wasserauf- und Abnahme beeinflusst
-Turgor ist Stützeinrichtung für die Zelle
Plasmolyse:
Plasmolyse ist das Abheben des Protoplasten von der Zellwand infolge osmotischen Wasseraustritts aus der Vakuole, wenn sich die Zelle in hypertonischer Umgebung befindet (=Konzentration der H²O-Moleküle in der Zelle höher als in Umgebung der Zelle) und wird aufgehoben wenn die Zelle in hypotonische Umgebung gelangt. Der Turgor nimmt dabei ab!
Bsp: Salat und Dressing
Deplasmolyse:
Salat wir labberig , weil Wasserentzug durch Salz
-Vergrößerung von Vakuole durch Wasseraufnahme in Folge hypotonische Lösung außerhalb der zelle
-Der Turgor steigt an!
Plasmolyse und Deplasmolyse:
Legt man Pflanzenzellen in konzentrierte Salzlösung so löst sich das Plasmalemma von der Zellwand durch Wasseraustritt. Das Plasma mit schrumpfender Vakuole hat sich zusammengezogen.
Ersetzt man die Salzlösung durch wasser, so dehnen sich Vakuole und Plasma wieder aus und legen sich an die Zellwand an.(osmotische H²O Aufnahme)
a) hypertonisch - stark konzentriert b)isotonisch - gleichkonzentriert
c) hypotonisch -unterkonzentriert
2. Zellwand
a) Bau: - Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände ist Cellulose
- nach Zellteilung zunächst nur Primordialwand = Mittellamelle
- zu beiden Seiten Anlagerungen von Cellulose
- auch in Zellwand enthalten: Lignin, Pektin, Suberin
Organellen mit Doppelmembranen
1.Plastide
Dazu gehören Chloroplasten, Chromoplasten und Leukoplasten. 1.1.Chloroplasten:
a) Bau: Sie bestehen aus: Matrix, Granum, Doppelmembran, Ribosomen, Lipidtropfen, DNA, Stärkekorn und Thylakoiden
Bestandteile:
-in Tylakoiden, also im Granum (Stapel von Thylakoiden) , befindet sich das
Chlorophyll
darin läuft Lichtreaktion der Photosynthese ab
-Matrix ist G rundsubstanz des Chloroplasten darin läuft Dunkelreaktion der Photosynthese ab
- Lipidtropfen/ Stärkekörner (Reservestoffe)
-Ribosomen (Eiweißsynthese)
-DNA (Träger der Erbanlagen)
-Doppelmembran (akt./pass.Stofftransport)
b) Funktion: Photosynthese 2.Mitochondrien:
a) Bau: -Doppelmembran
-ca. 10nm groß
-eigene DNA, eigene Ribosomen, eigene Matrix
-innere Membran ist gefaltet (=Christae)
-linsenförmig
-nur im Elektronenmikroskop zu sehen
-Bestandteile: Doppelmembran ( akt./pass.Stofftransport) Matrix (Citronensäurezyklus)
Christae (Vergrößerung der Fläche, ATP Bildung in Elementarpartikeln, die innen an Christae sitzen ) Ribosomen (Eiweißsynthese)
DNA (Träger der Erbsubstanz)
b) Funktion: -Atmung (biologische Oxidation)
-sind Kraftwerke der Zellen
3.Zellkern:
a) Bau: -Doppelmembran
-Kernhülle wird von ER gebildet
-Kernporen ermöglichen Durchtritt von Makromolekülen
-Kernplasma im Inneren
-ist das größte Organell der Zelle
-Kernkörperchen (Nucleoli) bestehen aus besonders viel RNA
-im Kern sind Cytoskelettstrukturen vorhanden, an diesem Cytoskelett sind Chromosomen „aufgehängt“
-im Kernplasma: Chromatinfäden
bilden Chromosomen
b) Funktion:
Chromatinfäden sind Makromolek üle, die ziehen sich zusammen Chromosomen werden sichtbar , in Chromatinfäden befindet sich DNA
-Träger der Erbanlagen
-steuert Vorgänge des Stoffwechsels , des Wachstums und der Entwicklung
Organellen mit einfacher Membran
Dazu gehören ER, Dictyosomen, Lysosomen, Microbodies, Vakuolen. 1.Endoplasmatisches Retikulum:
a) Bau: Das ER ist ein Membransystem in Form von flächigen Hohlräumen, Röhren oder Bläschen. Es grenzt bestimmte Bereiche vom Zellplasma ab (Zisternen).
-Kernhülle ist Teil des ER, Verbindung zw. Äußerer Kernmembran und ER
-meist weite Bereiche des ER mit Ribosomen besetzt
-Ribosomenreicher Abschnitt des ER
raues ER
-Ribosomenfreier Abschnitt des ER
glattes ER
b) Funktionen: -Eiweißsynthese an Ribosomen des ER
-Transportfunktion
Exozytose :Dictyosomen schnüren GOLGI-Vesikel ab,
diese wandern zur Z elloberfläche. Der Inhalt wird dort nach außen gegeben. Auf diese Weise werden Stoffe von einer zur anderen Seite gebracht. So wirde Bläscheninhalt einfach durch die Zelle geschleust. Die Transportvorgänge erfolgen in „coatetd vesicles“ , sie lösen sich nach Entleerung von der Membran und werden für erneuten Transport wieder verwendet.Dabei werden also Lösungen oder Partikel in die Zelle gebracht oder hinaustransportiert.Die eingeschlossenen Stoffe passieren dabei die Vesikelmembran nicht, sie bleiben auch innerhalb der Zelle im nichtplasmatischen Raum.
-polare Lipide werden in ER aufgebaut
-Enyume an Oberfläche der ER-Membranen katalysieren Stoffwechselreaktionen
-Stoffumwandlungen z.B. Entgiftung von Arztneimitteln an Er von Leberzellen 2.Dicyosomen:
Dictyosomen sind Stapel flacher, membranumgrenzter, nicht plasmatischer Räume.
a) Bau: -sind nicht-plasmatisch (=Wasserreicher, Protein-ärmer)
-Gesamtheit aller Dicyosomen heißt GOLGI-Apparat
b) Funktion: -Transport von Stoffen, werden Transportiert in GOLGI-Vesikeln (bei Pflanzen werden in Dicyosomen auch Bestandteile der Zellwand hergestellt.)
-wenn die abgeschnürten Bläschen sich in Membran einlagern, wächst die
Membran (
siehe Arbeitsblatt)
3.Lysosomen:
a) Bau : -enthalten Enzyme
Verdauung
-größer als Ribosomen
-rundlich
-werden von GOLGI-Apparat gebildet
b) Funktion: -Verdauungsorgan der Zelle: wenn Zelle abstirbt platzt Membran der Lysosomen auf und Inhalt (Enzyme) bauen Zellstrukturen ab = Selbstauflösung oder Autolyse
4.Microbodies:
Funktion: Hier laufen bestimmte Stoffwechselreaktionen ab: Abbau von Wasserstoffperoxid durch das Enzym Katalase
5.Vakuolen:
Bau: -Begrenzung der Vakuole heißt Tonoplast
-innen: nichtplasmatischer Raum (Wasserreich, Proteinarm)
-Inhalt: Zellsaft, darin gelöst Zucker, Säuren und Farbstoffe
Zellorganellen ohne Membran
1.Ribosomen:
a) Bau: -bauen sich aus Molekülbausteinen zusammen,
2 Untereinheiten: großer Teil und kleiner Teil, setzen sich zusammen und sind dann funktionsfähig
-15-30nm groß
-auch in Form von Polysomen = aufgereihte Ribosomen
-sitzen am ER, sind frei oder perlenschnurartig angelegt
b) Funktion: -Eiweißsynthese (Proteinbiosynthese) 2.Cytoskelett:
a) Bau: Netzwerk von fädigen und röhrenförmigen Proteinstrukturen
2.1. Microtubuli Æ25nm
- sind Bauelemente von Centriolen und Kernspindeln (Centriolen sind Röhren)
- Geißeln und Wimpern bestehen aus Microtubuli 2.2.Microfilamente Æ6-7nm
- sind Aktifilamente und bilden die Muskeln 2.3.Intermediäre Filamente Æ10nm
-bilden Keratin
b) Funktion: -Formgebung bei tierischen Zellen
-Plasmabewegung Bsp: Amöbe und weiße Blutkörperchen
-zuständig für Muskelbewegungen
-Centriol und Kernspindel sind nötig für Zellteilung (Mitose) 3.Cytoplasma (Zellplasma):
-Grundsubstanz der Zelle, darin befinden sich Zellorganellen
-Protoplasma ist der gesamte lebende Zellinhalt
-Cytoplasma ist begrenzt von Zellmembran
-feinkörnig, durchsichtig, zäh- oder dünnflüssig
-besteht größtenteils aus Wasser, Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten und bestimmten anorganischen Ionen
-Solzustand = Plasma dünnflüssiger
-Gelzustand = Plasma zähflüssiger
Häufig gestellte Fragen
Was sind die Funktionen der Zellmembran laut "Feinbau der Zelle"?
Die Zellmembran hat verschiedene Funktionen, darunter: Aufbau elektrischer Potentiale, Erkennen von Nachbarzellen und fremden Stoffen, Informationsaufnahme und Auslösung von Signalketten, Einbau von Enzymen für geordnete Reaktionsketten, Regelung des Stoffaustausches und Abgrenzung von Zellen.
Wie ist die Zellmembran aufgebaut?
Die Zellmembran besteht aus einer Doppelschicht von Lipiden, in die Proteine eingelagert sind. Der Anteil von Lipiden und Proteinen kann variieren, und die Membran ist etwa 7-10 nm breit. Sie ist nur mit einem Elektronenmikroskop sichtbar.
Was ist passiver Stofftransport?
Passiver Stofftransport ist die Diffusion von Ionen und hydrophilen Molekülen durch die Membran unter Mitwirkung spezifischer Membranproteine. Er erfolgt in Richtung niedrigerer Stoffkonzentration und benötigt keinen Energieaufwand. Es gibt einfache und erleichterte Diffusion (durch Carriers oder Kanalproteine).
Was ist aktiver Stofftransport?
Aktiver Stofftransport benötigt Energie (ATP) und kann entgegen dem Konzentrationsgefälle verlaufen. Er erfolgt durch Carriers und Proteinkanäle, einschließlich Protonenpumpen zum Transport von anorganischen Ionen.
Was ist Diffusion?
Diffusion ist die wechselseitige Durchdringung zweier aneinander grenzender Flüssigkeiten oder Gase aufgrund der Bewegungsenergie ihrer Teilchen. Sie erfolgt entlang des Konzentrationsgefälles und führt zu Konzentrationsausgleich.
Was ist Osmose?
Osmose ist die Diffusion durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran. Wassermoleküle diffundieren vom Ort der höheren Wassermolekülkonzentration zur niedrigeren.
Was ist Plasmolyse?
Plasmolyse ist das Abheben des Protoplasten von der Zellwand infolge osmotischen Wasseraustritts aus der Vakuole in hypertonischer Umgebung. Der Turgor nimmt dabei ab.
Was ist Deplasmolyse?
Deplasmolyse ist die Vergrößerung der Vakuole durch Wasseraufnahme in Folge einer hypotonischen Lösung außerhalb der Zelle. Der Turgor steigt an.
Was ist die Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände?
Der Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände ist Cellulose. Weitere Bestandteile sind Lignin, Pektin und Suberin.
Welche Organellen haben Doppelmembranen?
Plastide (Chloroplasten, Chromoplasten und Leukoplasten), Mitochondrien und der Zellkern haben Doppelmembranen.
Welche Organellen haben einfache Membranen?
Das endoplasmatische Retikulum (ER), Dictyosomen, Lysosomen, Microbodies und Vakuolen haben einfache Membranen.
Was sind die Funktionen des endoplasmatischen Retikulum (ER)?
Das ER ist ein Membransystem für Eiweißsynthese (an Ribosomen des ER), Transport, Aufbau polarer Lipide, Stoffumwandlungen (z.B. Entgiftung von Arzneimitteln).
Was sind Dictyosomen?
Dictyosomen sind Stapel flacher, membranumgrenzter, nicht-plasmatischer Räume. Die Gesamtheit aller Dictyosomen heißt GOLGI-Apparat.
Was ist die Funktion der Lysosomen?
Lysosomen sind Verdauungsorgane der Zelle, die Enzyme enthalten. Sie sind für die Selbstauflösung (Autolyse) der Zelle verantwortlich, wenn diese abstirbt.
Was ist die Funktion der Vakuolen?
Vakuolen sind von einem Tonoplasten begrenzt und enthalten Zellsaft mit gelösten Zuckern, Säuren und Farbstoffen.
Welche Zellorganellen haben keine Membran?
Ribosomen und das Cytoskelett haben keine Membran.
Was ist das Cytoskelett?
Das Cytoskelett ist ein Netzwerk von fädigen und röhrenförmigen Proteinstrukturen, bestehend aus Microtubuli, Microfilamenten und Intermediären Filamenten. Es dient der Formgebung, Plasmabewegung und ist zuständig für Muskelbewegungen und Zellteilung (Mitose).
Was ist das Cytoplasma?
Das Cytoplasma ist die Grundsubstanz der Zelle, in der sich Zellorganellen befinden. Es besteht hauptsächlich aus Wasser, Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten und anorganischen Ionen.
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