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Mitschrift (Lernskript)

Zoologie 1: Zellen und Gewebe – Euka­ryoten und Biomem­branen Skript

12.321 Wörter / ~56 Seiten sternsternsternstern_0.2stern_0.3 Autorin Ina G. im Jun. 2015
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Mitschrift
Zoologie

Universität, Schule

Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

Note, Lehrer, Jahr

Bücher: Campell und Folien von Prof. Skofitsch, Jahr 2015

Autor / Copyright
Ina G. ©
Metadaten
Preis 6.50
Format: pdf
Größe: 8.70 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternstern_0.2stern_0.3
ID# 48530







  1. Zellen und Gewebe – Morphologie eukaryoter Zellen, Biomembranen

Man schätzt, dass der Urknall 15 Milliarden Jahre zurückliegt. Die Erde jedoch hat sich erst vor etwa 4,5 Milliarden Jahren zu einer kompakten Masse verdichtet. Das Übergehen in einen festen Zustand, bei dem auch die ersten Felsbrocken entstanden sind, nennt man atomare Evolution.

Die chemische Evolution begann vor etwa 4 Milliarden Jahren und brachte die Bildung erster Lebensformen mit sich. Nachgewiesen ist dies zum Teil durch Fossilien, deren Alter bis zu 3,5 Milliarden Jahren bestimmt werden konnte. Zu Beginn der chemischen Evolution war die Atmosphäre höchstwahrscheinlich sauerstofffrei, sodass sich zuerst anaerobe Lebensformen entwickelten.

Die biologische Evolution setzte vor etwa 3 Milliarden Jahren ein, es entwickelten sich anaerobe fotosynthetische Bakterien. Dadurch wurde die Atmosphäre sauerstoffreicher. Vor 2,5 Milliarden Jahren dürften sich die fotosynthetischen Cyanobakterien entwickelt haben. Durch die Zunahme an fotosynthetischen Organismen kam es zum sogenannten Sauerstoff-Schock. Dieser dürfte zur Folge gehabt haben, dass anaerobe Organismen ausstarben und sich unter einer Sauerstoffatmosphäre Eukaryonten bildeten (vor ca. 1,5 Milliarden), die wiederum die Sauerstoffproduktion anheizten.

  1. Die chemische Evolution

  • Abiotische Synthese und Akkumulation organischer Moleküle (Urey Miller)

  • Bildung von Makromolekülen

  • Entstehung selbst-replizierender Moleküle

  • Bildung von Protobionten

  1. Abiotische Synthese und Akkumulation organischer Moleküle

Urey-Miller, 1953

Urey und Miller zur Zeit der chemischen Evolution sehr heiß war, durch Vulkanismus Stickstoff entstand, UV-Strahlung einen Einfluss hatte, Unwetter mit elektrischer Strahlung stattfand und Schwefelwasserstoff vorhanden war.

Ziel Uratmosphäre in einem geschlossenen System nachzubauen.

Diese erste Atmosphäre wurde künstlich hergestellt durch:

Wasserdampf (H2O)

Wasserstoff (H2)

Methan (CH4)

Ammoniak (NH3)

Helium (He)

Kohlenstoffdioxid (CO2)

Schwefelwasserstoff (H2S)

Stickstoff (N2)

Durch Elektroden wurden künstlich Blitze erzeugt, ein Kühler hielt den Kreislauf im System aufrecht. Bei dem Versuch konnten relativ rasch organische Verbindungen nachgewiesen werden. Es war das erste Mal, dass man Anorganisches in Organisches umwandeln konnte.

  1. Bildung von Makromolekülen

Unter Berücksichtigung weiterer Faktoren gelang es Nachfolgeforschern, diverse organische Substanzen in einem geschlossenen System zu finden Aminosäuren

Aminosäuren können von sich aus Peptidbindungen eingehen und kurzkettige Peptide bilden. 2

Es gab auch Meinungen, dass das Leben nicht auf der Erde entstanden wäre, sondern aus dem Weltall gekommen war. Dies ist auch eine Möglichkeit, da Ciano-Wolken bei minderen Temperaturen untereinander reagieren und Adenin bilden können.


  1. Entstehung selbst replizierender Moleküle

RNA-Moleküle

  • haben eine Affinität zu speziellen Aminosäuren

  • bilden spontan kurze Ketten, wirken als Katalysatoren für die Proteinbiosynthese (Ribozyme)

  • bilden komplementäre Doppelstränge (Replikation) und Vielzahl3-dimensionaler Strukturen (keine Helix)

  • gebildete Peptide beeinflussen Stabilität, Autokatalyse etc.


  1. Entstehung von Protobionten

Manche Makromoleküle sonderten sich durch eine Membran ab (eingeschlossen waren dann RNA, Peptide und möglicherweise ein Energieapparat aus Schwefelverbindungen = chemoautotropher Mechanismus). Dies war der erste Protobiont. Er hat quasi in sich ein eigenes Milieu erzeugt.

Die Plasmamembran

Flüssig-Mosaik-Modell: S. Singer & G. Nicolson, 1972

Das Davson-Danielli-Modell wurde verfeinert und die Proteine ließen sich unterscheiden in integrale oder Transmembranproteine (=Ionenkanäle) und akzessorische (angelagerte) Proteine. Die Membran verhält sich wie die Membran einer Seifenblase (fluide), sie ist nicht starr, schirmt aber einen Bereich von der Umgebung ab. Schnelle Seitwärtsbewegung von Phospholipiden (ca. 2 μm/sek) - Fluidität von der Sättigung der Fettsäure-Seitenketten abhängig (gesättigt = viskös; ungesättigt = fluide).

Cholesterin lagert sich zwischen die Phospholipide ein und stört die Gleichmäßigkeit der Fettsäurenketten. Es vermindert die Fluidität bei mäßigen Temperaturen und erhöht die Fluidität bei tiefen Temperaturen.

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Sie besitzen unteranderem auch eine eigene ringförmige, doppelsträngige mtDNA und eine eigene Proteinbiosynthese (Ribosomen und tRNA).

Manche der eukaryontischen Zellen waren auch in der Lage, Cyanobakterien aufzunehmen. Diese sind quasi Urpflanzenzellen, die Photosynthese betrieben.


Die Eurkaryotenzelle ist eine Chimäre

  • Eukaryot: Genom von doppelter Kernhülle umgeben, hat ein Protobakterium aufgenommen

  • nimmt Cyanobakterium auf

  • sekundäre Endosymbiose eines eukaryoten Organismus


Sekundäre Endosymbiose: Ein eukaryotischer Organismus kann auch einen anderen eukaryotischen Organismus aufnehmen (z. B. Malaria-Erreger). Braunalgen und Apicomplexa haben z. B. stabil eine Rotalge aufgenommen, die Plastiden haben 4 Membranhüllen.


  1. Die eukaryote Zelle

  • Zellkern mit Zellmembran (= zwei Phospholipid-Doppelschichten mit Raum dazwischen)

  • Chromosomen

  • Diploidie

  • unidirektionale DNA-Replikation

  • Introns, Exons,

    • alternatives Splicing des pRNA-Transkripts: Die RNA wird im Zellkern sekundär bearbeitet, indem die Introns herausgeschnitten werden. Dieses Splicing erlaubt trotz unserer relativ kleinen Genzahl eine so große Zahl und Vielfalt unterschiedlicher Proteine zu produzieren; Kombinierbarkeit der Gene

  • Kompartimentierung des Zytoplasmas

  • spezialisierte Organellen

  • Zytoskelett (kann Zellverband stabilisieren, verleiht Beweglichkeit und erlaubt gerichteten Transport von Vesikeln)

  • Entwicklung aus kernhaltigen Ausgangszellen

  • Mitose/Meiose mit Spindelapparat


      1. Die tierische Zelle

  • Nucleolus

  • Nucleus

  • Ribosom

  • Vesikel

  • raues, endoplasmatisches Reticulum

  • Golgi Apparat

  • Zytoskelett

  • glattes, endoplasmatisches Retikulum

  • Mitochondrien

  • Vakuole

  • Zytoplasma

  • Lysosom

  • Zentriol


      1. Zellorganellen

  1. Endomembransystem

Ist die Gesamtheit der membranumschlossenen Räume, die untereinander oder durch Vesikeltransport miteinander verbunden sind:

Kernhülle

Raues und glattes endoplasmatisches Retikulum

Es bildet in der Mitose die neue Kernmembran und ist durch einen Hohlraum vom Zytosol getrennt; plattenförmiges Hohlraumsystem => Kompartimentierung

raues ER mit Ribosomen

Peptid-Produktion, Faltung (höhere Struktur der Proteine), Glykosilierung (Auflagerung von Kohlenhydratseitenketten auf Proteine), Verpackung (und auf Golgi-Apparat zugeführt), Membranproteine

glattes ER ohne Ribosomen

Kohlenhydratstoffwechsel, Glykogenspeicher, Lipid- und Steroidsynthese, Ca-Speicher (Muskulatur), Entgiftung (vermehrte gER-Produktion – Toleranz gegen Medikamente und Alkohol). ER der Leberzellen ist bei permanentem Medikamentenkonsum z. B. stärker entwickelt.

Es ist in Verbindung mit rauem ER

Golgi-Apparat

Er ist ein polarer Membranstapel: Auf einer Seite Vesikel-Aufnahme, auf der anderen ausschließlich die Abgabe. Die Vesikel verschmelzen mit der Membran des Golgi-Apparates, der Inhalt wird abgegeben und Proteine bleiben im Inneren an der Membran befestigt.

Dort werden sie modifiziert, glykolisier.....[Volltext lesen]

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Der Zellkern

Er enthält genetisches Material in Form der Chromosomen

  • DNA-Helix ist in Nucleosomeneinheiten verpackt

  • DNA + assoziierte Proteine = Chromatin (Nucleosomeneinheiten zu Chromatinfaser verdickt)

  • inaktiv und kondensiert nur in Metaphase

  • DNA-Stränge sind um Histone gewickelt

Nucleolus: Ribosomen-Produktion (rRNA und Proteine aus Zytoplasma bilden Ribosomen-Untereinheiten)

Der Zellkern ist von der Kernhülle (-membran) umgeben

  • Doppelte Hülle aus zwei Plasmamembranen und perinukleärem Zwischenraum, der in offener Verbindung mit rauem ER steht

  • mit endoplasmatischem Retikulum in Verbindung (Teil des Endomembranensystems)

  • äußere Hülle mit Ribosomen besetzt

  • Membranporen für gerichteten Transport


Ribosomen

Sie sind der Ort der Proteinbiosynthese (Translation)

Bestehen aus rRNA und Proteinen. Freie Ribosomen (cytosolische Proteine) im Zytoplasma


Vakuolen

  • Nahrungsvakuolen

  • kontraktile Vakuolen (eingedrungenes Wasser wird nach außen transportiert und Exkrete mitgenommen), Protista

  • Zellsaftvakuole der Pflanzenzelle


Peroxysomen (Mikrobodies)

Sie werden vom ER gebildet.

Oxidasen zur H2O2 – Produktion

  • Fettsäureabbau

  • induzierbar bei Phagozyten des Immunsystems (Abwehr von resistenten Keimen und Parasiten)

  • Katalase zur H2O2 – Spaltung


Mitochondrien

Sie sind semiautonome, endosymbiontische Proteobakterien

Sie waren ehemalig ein eigenständiger Organismus; dafür spricht:

  • 2 unterschiedliche Hüllmembranen (eine davon von der Nahrungsvakuole), eigene ringförmige, doppelsträngige mtDNA (Ähnlichkeit mit Bakterien-DNA) und eigene Proteinbiosynthese (Ribosomen und tRNA)

Synthese von Eisen-Schwefel-Clustern für .....

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  • Centriolen (= Basis der Geißel) spielen eine wichtige Rolle im Leben einer Zelle, weil zwei Centriolen, die rechtwinkelig miteinander verbunden sind, gemeinsam mit der umgebenden Matrix ein Centrosom/Centromer bilden. Dieses hat zwei wesentliche Aufgaben zu erfüllen, und zwar die Organisation des Mikrotubuli-Netzwerkes und die Ausbildung des Spindelapparates bei der Zellteilung.


    1. Actinfilamente

    Größe & Eigenschaften: 7nm; bestehen aus polymerisiertem ATP-Actin / dreidimensionales, kortikales Netzwerk (unter der Plasmamembran; randständig und nicht netzwerkfähig)

    • Stabilität

    • Verankerung von Transmembranproteinen (fokale Adhäsion)

    • Adhäsion über transmembrane Verbindungsproteine (fokale Adhäsion)

    • Zellmotilität (Actinpolymerisierung in Bewegungsrichtung; Interaktion mit Myosin)

    • Kontraktion glatter Muskelzellen

    • Myosin-Motor

      • Motorprotein eukaryotischer Zellen; Muskelprotein

    Funktion: Kurzstreckentransport über Myosine

    1. Intermediärfilamente

    Größe: 10 nm

    Funktion: Sie verleihen mechanische Stabilität und bilden mit assoziierten Proteinen (Desmoplaktine) große Bündel (Tonofibrillen)

    strahlen in Zell-Zellverbindungen (Desmosomen) ein

    • Keratin

  • Desmin

  • Vimentin

  • Neurofilamente

  • Laminine


    1. ZELLTEILUNG – MITOSE UND MEIOSE


    Grundlage für - Wachstum - Regeneration - Vermehrung

    Vermehrung ist nicht immer mit Fortpflanzung gleichzusetzen. Vermehrung führt durch Mitose zu identischen Tochterzellen (ungeschlechtliche Vermehrung).

    Sexuelle/geschlechtliche Fortpflanzung schließt die Meiose (Reifeteilung) und einen partiellen Genaustausch ein und führt zu genetisch unterschiedlichen Zellen.

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    1. S-Phase

    Wenn eine bestimmte Größe erreicht wird, beginnt sich das genetische Material innerhalb der Chromosomen zu verdoppeln.

    • Gesamte DNA Ausstattung der Zelle

    • Der Zellkern enthält genetisches Material in Form der Chromosomen

        • DNA-Doppelhelix, um Histone herumgewickelt

    • Superhelix

    • Chromatin = DNA und assoziierte Proteine

    • Chromatinfasern

    • Innerhalb eines Chromosomes hängen nun zwei Chromatinfäden an einem Centromer (ist nicht dasselbe wie zwei Chromosomen).

    1. G2-Phase

    stoffwechselaktiv

    Kontrollinstanz (ist die Verdoppelung fehlerfrei verlaufen?) => wenn ja: Eintritt in Mitose

    Die G1-Phase, die S-Phase und die G2-Phase bilden zusammen die Interphase (I-Phase).

    Ein Zellzyklus dauert durchschnittlich 16 Stunden. Davon befindet sich die Zelle 5 Stunden lang in der G1-Phase, 7 Stunden in der S-Phase, 3 Stunden in der G2-Phase und 1 Stunde in der Mitose. Diese eine Stunde wird wie folgend aufgeteilt:

    36 Minuten Prophase,

    3 Minuten Metaphase,

    3 Minuten Anaphase,

    18 Minuten Telophase.

    Die Mitosephase

    Die späte G2-Phase ist die beginnende Mitose

    Chromosomen verdoppelt (lockere Chromatinstruktur), hängen zusammen (zwei Chromatinfäden).


    frühe Prophase

    • Centromer: Kinetochor = Anhaftungsstelle; Die Chromatinfäden werden zusammen gehalten und ein Kontakt zu den Spindelfasern wird hergestellt

    • Das Chromatin kondensiert und ist durch dunkelblaue Färbung deutl.....

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    Teilung des Zellkerns in zwei genetisch identische Zellkerne ist abgeschlossen.



    Cytokinese

    Die Zellteilung geht mit der Ausbildung einer Teilungsfurche einher, die die beiden Tochterzellen voneinander anschnürt.


    Übergang in G1-Phase

    Chromatingerüst wird aufgelöst

    Transkription, Translation => stoffwechselaktiv


    Mitose führt zu identischen Tochterzellen Eineiige Zwillinge: Nach der ersten mitotischen Zellteilung der Zygote trennen sich die entstandenen Tochterzellen vollständig und bilden zwei getrennte Blastozysten


    Zellzyklus: Checkpoints / Kontrollsystem:

    G1/S1

    • Hat die Zelle die richtige Größe?

  • Ist die DNA intakt?

  • Fehler: Apoptose (=Selbstmordprogramm):

      • Zellinhalte werden in Vesikel (apoptotische Vesikel) verpackt und in Blasen nach außen transportiert, sie können von jeder beliebigen Zelle aufgenommen worden, das Material

      • wird resorbiert.

      • Vgl. Nekrose (Gewebszerstörung): Proteine werden freigesetzt und polymerisieren zu Röhren: Wasser strömt ein und Zelle platzt.

    G2/M

    • Hat die Zelle die richtige Größe?

    • Ist die Chromatidenverdoppelung fehlerfrei gelaufen?

    • Enzyme: Cyclin-abhängige Kinase

    • Cyclin wird gebildet in der M-Phase bei einer bestimmten Konzentration => Aktivität von .....

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