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Zelle (Biologie)

• 1. Allgemeines• 2. Aufbau von Zellen• 2.1 Unterschiede zwischen

prokaryotischen und eukaryotischen Zellen

• 2.2 Unterschiede zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen

• 2.3 Aufbau der pflanzlichen Zelle(http://www.youtube.com/watch?v=kxSLw1LMvgk)

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Zelle (Biologie)

• Allgemeines• Es gibt Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle

bestehen, und die deshalb Einzeller genannt werden. Lebewesen, die aus mehr als einer Zelle bestehen, heißen Mehrzeller. Der menschliche Körper besteht ausgeschätzten 10 bis 100 Billionen Zellen (je nach Quelle), wobei das individuelle Körpergewicht eine wichtigeEinflussgröße darstellt.

• Zellen werden außerdem in prokaryotische und eukaryotische Zellen unterteilt. Einzeller könnenProkaryoten (Bacteria, Archaea) oder Eukaryoten(Protisten) sein. Mehrzeller (Pflanzen, Pilze, Tiere) sinddagegen ausschließlich Eukaryoten.

• Die Zellbiologie befasst sich mit der Lehre der Zellen.

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Aufbau von Zellen• Alle bekannten Zellen, mit Ausnahme einiger spezialisierter Zelltypen,

haben bestimmte Komponenten gemeinsam:• Die DNA, die genetische Information, die als Bauplan für die Proteine

dient, die alle Zellvorgänge steuern• Proteine, die als Strukturproteine für den Bau der Zelle oder als

Enzyme für sämtliche Stoffwechselprozesse oder als Signalproteinefür die Kommunikation der Zelle zuständig sind

• Membranen, die die Zelle von ihrer Umgebung abgrenzen, als Barrierefungieren, den Kontakt mit der Außenwelt aufrecht erhalten und komplexere Zellen in verschiedene Reaktionsräume, die so genanntenKompartimente aufteilen.

• die Prozesse im Zellinneren laufen in einem wässrigen Milieu, demCytosol ab.

• alle Zellen besitzen RNA und Ribosomen, die für die Proteinsynthesebenötigt werden

• Zellen haben auch gemeinsame grundlegende Fähigkeiten:• sie können sich durch Zellteilung reproduzieren und durchlaufen

dabei einen Zellzyklus• sie betreiben Stoffwechsel: die Aufnahme von Nahrungsmolekülen

und Spurenelementen, deren Umwandlung in Energie und neueZellkomponenten und die Entsorgung von Abfallprodukten

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Unterschiede zwischen prokaryotischenund eukaryotischen Zellen

• prokaryotische Zelle• sind Bakterienzellen (Bacteria und Archaea)• besitzen keinen Zellkern, die DNA liegt ringförmig (als

Bakterienchromosom oder Plasmid) frei im Cytoplasmavor

• bestehen aus nur einem Kompartiment und besitzenkeine Zellorganellen

• besitzen kein Cytoskelett• es gibt nur eingeschränkt die Fähigkeit zur

Differenzierung

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Unterschiede zwischen prokary-otischen und eukaryotischen Zellen• eukaryotischen Zelle• sind tierische und pflanzliche Zellen sowie Pilze und

Protisten, also sowohl Einzeller als auch Mehrzeller• besitzen einen Zellkern, der die DNA enthält• bestehen aus verschiedenen Kompartimenten und

besitzen neben dem Zellkern weitere Zellorganellen wieMitochondrien, Plastiden (nur Pflanzen), Endoplasmatisches Reticulum, Golgi-Apparat und Vesikel, Peroxisomen, Lysosomen, Vakuolen (nurPflanzen)

• besitzen ein Cytoskelett• Zellen von Mehrzellern haben die Fähigkeit zur

Differenzierung

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Unterschiede zwischen tierischenund pflanzlichen Zellen

• pflanzliche Zellen• haben Zellwände• haben Chloroplasten und andere Plastiden• haben Vakuolen• in pflanzlichen Geweben stehen die Zellwände

benachbarter Zellen durch eine Mittellamelle in Kontakt

• die einzelnen Zellen sind teilweise überPlasmodesmen miteinander verbunden

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Unterschiede zwischen tierischenund pflanzlichen Zellen

• tierische Zellen• haben keine Chloroplasten oder andere

Plastiden• haben nur in Ausnahmefällen Vakuolen• in tierischen Geweben stehen die

Zellmembranen benachbarter Zellen über eineExtrazelluläre Matrix in Kontakt

• die einzelnen Zellen sind über Desmosomenund verschiedene Zelljunctions miteinanderverbunden

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Aufbau der pflanzlichen Zelle• Die Zellwand umgibt die Zelle und verleiht dem Pflanzenkörper Festigkeit. Sie ist

durchlässig für Wasser, gelöste Nährstoffe und Gase. Sie besteht hauptsächlich ausCellulose.

• Die Tüpfel sind Öffnungen in der Zellwand, sie verbinden die Zelle untereinander und ermöglichen den Austausch von Cytoplasma.

• Das Plasmalemma ist ein dünnes Häutchen (Membran), welches das Plasma gegen die Zellwand abgrenzt. Das Plasmalemma ist durchlässig für Wasser, aber nicht für andereStoffe. (semipermeabel = halbdurchlässig)

• Der Zellkern ist die Steuerzentrale der Zelle. Er enthält die Erbanlage die auf den Chromosomen liegen.

• Die Chloroplasten enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll und betreiben die Photosynthese. Das heißt, die Energie des Sonnenlichtes wird eingefangen und in Form von chemischer Energie in Zucker gespeichert.

• Das Cytoplasma ist eine farblose schleimige Masse (vergleichbar mit rohem Eiweiß). ImCytoplasma sind alle Zellbestandteile eingebettet.

• Die Vakuolen sind Hohlräume im Cytoplasma, die mit Farbstoffen, Giftstoffen, Duftstoffenund anderen gefüllt sein können. (Abfall-Lagerplatz der Zelle).

• Die Ribosomen stellen Eiweiß her. • Die Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. In ihnen findet die Verbrennung statt. Die

in Zucker gespeicherte Energie wird wieder freigesetzt und kann für die Herstellunganderer Stoffe verwendet werden.

• Golgi-Apparate (Körper): Die Golgi Körper stellen Öle, Zellwandsubstanzen und Schleimeher.

• Endoplasmatisches Retikulum (ER) ist das schnelle Transportsystem für chemischeStoffe.

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OrganisationOrganisation einereiner typischentypischeneukaryotischeneukaryotischen ZelleZelle

1. Nukleolus. 2. Zellkern (Nukleus). 3. Ribosomen. 4. Vesikel. 5. Rauhes

Endoplasmatisches Reticulum (ER).

6. Golgi-Apparat. 7. Mikrotubuli. 8. Glattes ER. 9. Mitochondrien. 10. Vakuole. 11. Zytoplasma.12. Lysosom13. Zentriolen.

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Bakterien(Bacillus subtilis)

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Aufbau eines Bakteriums

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Plasmid. EM.

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Eukaryoten(Acanthocystis turfacea)

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Protisten

Sonnentierchen (Actinophrys sol)

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Mouse embryonic cell

10 μM

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Cell spreading

10 μM

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DNA

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DNA replication

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Proteine

• Proteine, umgangssprachlich auch Eiweiße genannt, sind Makromoleküle, die neben Kohlenstoff, Wasserstoffund Sauerstoff auch Stickstoff und manchmal auchSchwefel enthalten. Sie gehören zu den Grundbestandteilen aller lebenden Zellen. Die saureHydrolyse (das intensive Kochen in starken Säuren) zerlegt die Riesenmoleküle in ihre einzelnen Bausteine, nämlich rund 20 Arten von Aminosäuren. Das heißt: Proteine bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren, die durch Peptidbindungen verbunden sind. Oft sindHunderte oder Tausende von Aminosäuren in einemProtein miteinander verknüpft.

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Proteine

• Räumlicher Aufbau• Der Aufbau der Proteine, das heißt die Reihenfolge der Aminosäuren,

ist in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) kodiert. In den Ribosomenwird diese Information verwendet, um aus einzelnen Aminosäuren einProteinmolekül zusammenzusetzen, wobei die Aminosäuren in einerganz bestimmten, von der DNA vorgegebenen Reihenfolge verknüpftwerden. Ist diese Synthese abgeschlossen, werden die meistenProteine posttranslational noch modifiziert. Dies kann dadurchgeschehen, dass Stücke der Proteinsequenz herausgeschnittenwerden, das heißt durch limitierte Proteolyse, oder auch dadurch, dass die Seitengruppen spezieller Aminosäuren durch chemischeGruppen modifiziert werden. Eine sehr häufige Reaktion stellt die Anfügung einer Phosphatgruppe dar, die bei einer Vielzahl von Regulationsreaktionen eine wichtige Rolle spielt. Bislang sind in derLiteratur mehr als 200 unterschiedliche chemische Gruppen bekannt, die an Proteine angefügt werden können, und so ihre Eigenschaftenmodifizieren. Für die Wirkungsweise der Proteine ist aber auch ihrräumlicher Aufbau wichtig. Deswegen lässt sich die Struktur derProteine auf vier Betrachtungsebenen beschreiben:

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• Proteine bestehen aus Makromolekülen• ( = Riesenmoleküle). Solche Moleküle sind

immer aus sich wiederholendenBausteinen aufgebaut wie z. B. einePerlenkette.

• Kette mit gleichen Bausteinen

• Kette mit verschiedenen Bausteinen

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Aminosäuren

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Peptidbindung

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Zellmembran, Monolayer

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Lipid Bilayer (Zellmembran)