BIO112 - Zusatz
Zusätzliche Begriffe zu BIO112 UZH
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Sinneszellen - Gehör
Die Tektorialmembran ist keine Lipidmembran sondern eine gallenartige extrazelluläre Matrix. Sie besteht aus Collagen und Glycoproteinen. Die Sinneszellen im Ohr, die Haarzellen, werden bei Säugetieren nur einmal im Leben gebildet. Bei anderen Vertebraten werden sie erneuert.
Was besitzen die Haarzellen im Gehör an der apikalen Membran?
Die Haarzellen besitzen an der apikalen Membran spezialisierte Zellfortsätze, die Mikrovilli (Auch Sinneshärchen oder Stereocilien genannt). Mikrovilli sind Actin-basiert, ähnlich Filopodien aber stabil. Dienen auch zur Vergrösserung der Darmepithelzelloberfläche. Nicht verwechseln mit Mikrotubuli-basierten Flagellen und Cilien. Schallwellen bewegen die Basilarmembran -> Bewegung der Mikrovilli relativ zur Tektorialmembran -> Mikrovilli kippen seitlich ab. Abkippen öffnet via spezialisierte Cadherin mechanisch gelenkte Ionenkanäle. Ioneninflux verändert das Membranpotential und setzt an der basalen Synapse der Haarzelle Neurotransmitter frei. Jede Tonlage, hat eigene Dimensionen der Basalmembran- und Mikrovillistruktur. Das System muss extrem präzise gebaut sein!
Sinneszellen - Sehen
Im Auge ist die lichtempfindliche Schicht, die Retina (Netzhaut), aus mehreren Neuronenschichten gebaut. Das Licht muss erst durch zwei Neuronenschichten passieren, bevor es auf die sensorische Zellen, die Photorezeptoren trifft. Die äusseren Ganglionenzellen sind mit dem Gehirn verbunden, die darunterliegenden Interneuronen kontrollieren und koordinieren die Reize. Die Photorezeptoren werden nach ihrer Form in Stäbchen und Zapfen eingeteilt. Zapfen-Photorezeptoren reagieren entweder auf rote, grüne oder blaue Wellenlängen. Stäbchen-Photorezeptoren sind besonders lichtempfindlich, sehen aber nur schwarz/weiss.
Aufbau der Photorezeptorzellen
Die hochspezialisierten Photorezeptorzellen = Photorezeptoren haben mehrere Hauptbereiche. Der photosensitive Teil ist das äussere Segment. Ist wohl ein spezialisiertes Cilium da dessen Basis die typische 9+2 Mikrotubuliorganisation zeigt. Das "Cilium" ist gefüllt mit Membranscheiben, welche die photosensitiven Moleküle enthalten. Das innere Segment besitzt viele Mitochondrien und ist die Fabrik wo die photosensitiven Moleküle hergestellt werden. Am anderen Ende der Zelle ist eine Synapse die ein Signal an die Interneuronen weitergibt. Die Photorezeptorzellen sind nicht erneuerbar wohl aber die lichtsensitiven Moleküle welche laufend erneuert werden müssen. In Stäbchen ist die Erneuerung linear geordnet: ER - Golgi - proximale Scheiben - distale Scheiben.
Die Membranscheiben der Photorezeptorzellen
Die Membranscheiben enthalten die Sehpigmente aus dem lichtabsorbierenden Retinal und einem Opsin Protein, welches die spektrale Empfindlichkeit steuert, bestehen.
Im Dunkeln hält cyklisches GMP Kationenkanäle in der Plasmamembran offen. Dies bewirkt eine Sekretion hemmender Neurotransmitter.
Im Lichteinfall geht der Retinal von cis- in trans-Form. cGMP Hemmung, Ioneninflux stoppt, Plasmamembran hyperpolarisiert. Die Neurotransmittersekretion wird gehemmt -> Aktivierung.
Der Verdauungstrakt
Das Endoderm ist der Ursprung verschiedener Zellsysteme wie z.B dem Verdauungstrakt. Der Verdauungstrakt verdaut und absorbiert Nahrung ohne sich selber zu verdauen.
Trick 1: Viel Schleim (Mucus) sekretieren um die Zellen zu schützen.
Trick 2: Zellen fortwährend und schnell ersetzen.
Zuerst wird die Nahrung in einem spezialisierten Teil, dem Magen, verkleinert. Der Magen ist ebenfalls aus mehreren Zellschichten aufgebaut. Aussen Muskelzellschicht, dann Bindegewebeschicht, dann Schleimhaut. Die Magensäure (pH 1-5) aktiviert Verdauungsenzyme und tötet Krankheitserreger. Die Magenschleimhaut enthält v.a. Zellen die proteolytische Enzyme, Säure und Mucine (Proteine mit langen Polysaccharidketten) sekretieren.
Beim Austritt aus dem Magen wird von den Zellen der Bauchspeicheldrüse und der Brunner'schen Drüse Bicarbonat sekretiert -> neutralisiert Säure. Im Dünndarm geschieht die eigentliche Verdauung und die Nahrungsaufnahme. Das Gewebe ist stark gefaltet -> Oberflächenvergrösserung. Die gefaltete Oberfläche besteht aus zusätzlich gefaltetem Gewebe wobei die Berge Zotten und die Täler Krypten heissen. Zusätzlich haben die Zellen an ihrer apikalen Oberfläche Mikrovilli
Die 5 Zelltypen des Darms
Saumzelle (Enterocyt): Absorption von Nahrtung und Enzymsekretion
Becherzelle: Sekretion von Mucus
Panett-Zelle: Sekretion von Enzymen und anti-bakteriellen Proteinen
Enteroendokrine Darmzelle: Hormonsekretion zur Regulation der Verdauung
Der 5. Zelltyp des Darms
Stammzellen sind der 5. Zelltyp des Darms.
Wegen des Darmkrebses ist die Zellerneuerung des Darmepithels durch Stammzellen recht gut studiert. Der Umsatz der gesamten Schleimhaut dauert etwa 3-5 Tage! Die Stammzellen liegen gut geschützt in den Krypten. Amplifikation via Übergangszellen, welche sie schnell, aber limitiert teilen. Durch die Zellteilungen wandern die Zellen nach und nach in Richtung Zottenspitze. Auf dem Weg differenzieren die Zellen. Nicht alle neu generierten Zellen wandern gleich weit. Einige Zellen, beispielsweise die Paneth-Zellen, bleiben in den Krypten und differenzieren da.
Die Zellen der Leber
Die Leber stülpt sich, neben einer Hauptvene, vom Urdarm aus. Sie ist so direkt mit dem Blutstrom aus dem Darmsystem verbunden und verarbeitet die aufgenommene Nahrung weiter. Dabei wird eine riesige Anzahl Substanzen abgebaut, aufgebaut, umgebaut und gespeichert. Die Leber ist so wichtig für den Lipid- und den Kohlenhydratstoffwechsel und sie sekretiert die meisten Blutplasmaproteine.
Alkoholmissbrauch, Überernährung und Medikamente erhöht Anzahl Triacylglyceridtröpfchen in den Leberzellen. Dies führt mit der Zeit zu Entzündungen und in 10% der Fälle zu einer Leberzirrhose. Wir kennen das auch von der Gänseleber. Die Leber besteht vorwiegend aus Hepatocyten, einem Zelltyp der alles kann!
Hepatocyten in der Leber
Hepatocyten sind grosse, polyploide Zellen, die unregelmässig in Platten und Balken angeordnet sind. Die Hohlräume zwischen den Hepatocyten sind Blutgefüllt und werden Sinusoide genannt. Das Blut ist durch eine dünne Schicht poröser "gefensteter" Endothelzellen von den Hepatocyten getrennt. Zusätzlich kleine Kanäle, die Caniculi sind direkt mit dem Darm verbunden. -> Entledigen Abfallstoffe und liefern Galle, die der Fettaufnahme im Darm dient.
Die Spezielle Gabe der Leber
Sie kann die Grösse des Organs auch im adulten Zustand flexibel anpassen. Es kann ein Teil der Leber entfernt werden, welche nach gewisser Zeit wieder nachwächst.
Die Zellen der Lunge
Die Lunge ist ein stark verzweigtes Röhrensystem. Die Röhren enden in mehreren hundert Millionen Luftbläschen, den Alveoli.
Damit die exponierten Zellen nicht austrocknen, aber gleich genug Raum besitzen, damit wieder Luft "refillt" werden kann müssen zwei Zelltypen zusammen arbeiten: Ein Plattenepithel aus dünnen TypI-Alveolus-Epithelzellen bildet die Alveolioberfläche und ist verantwortlich für den Gasaustausch. Dazwischenliegende TypII-Alveolus-Epithelzellen sezernieren eine phospholipidreiche Substanz, das Surfactant. Dies erniedrigt die Oberflächenspannung des Wassers, dies verhindert das Zusammenkleben und Austrocknen.
Das Surfactant wird erst nach dem 5. Schwangerschaftsmonat sezerniert. Früher geborene Embryonen können ihre Lungen noch nicht mit Luft füllen.
Wie filtert die Lunge den Schmutz und die Keime aus?
Ein dickes Respirationsepithel kleidet die grösseren, äusseren Atemwege aus. Darin arbeiten Becherzellen und Cilienzellen zusammen. Die Becherzellen sekretieren Schleim, der Luftpartikel bindet. Cilienzellen transportieren Schleim und Luftpartikel raus. Makrophagen fressen was trotzem in die Alveoli gelangt.
Stündlich werden mehrere Millionen tote, mit Fremdstoffen beladene Makrophagen mit dem Schleim ausgestossen! Endokrine Zellen regulieren Schleimproduktion, Cilienschlagfrequenz und Muskeln zur Atemverengung.
Die Blutzellen
Es bestehen viele verschiedene Blutzellen mit verschiedenen Funktionen. Sie alle werden aus einer Art von endodermalen Stammzellen hergestellt. Die Determinierung geschieht stufenweise. Alle Blutzellen werden im Knochen-mark hergestellt, ausser T-Zellen die erst im Thymus reifen.
Funktion der Extrazellulären Matrix
Verankerung und Polaritätsvorgabe für Zellen, Regeneration
Signaltransduktion in Geweben
Formgebung von Geweben und Organen
Wassergehalt der Gewebe
Elastizität der Gewebe
Zugfestigkeit und Stabilität der Knochen, Sehnen und Bänder
Form, Gestalt und Polarität der Pflanzenzellen
Die Basallamina
Die Basallamina ist ein dünner (40-120nm) aber wichtiger Teil aller Epithelien und einiger nicht-epithaler Gewebe (Beispiel: Muskeln).
Evolutionär konserviert in allen Metazoen (Laminin, Kollagen IV, Nidogen, Perlecan)
Bestimmt Zellpolarität, beeinflusst den Metabolismus, reguliert Zellteilung, -differenzierung und -migration
Modell der Basallamina
Chemische Komponenten der Extrazellulären Matrix
Kollagen I-III: Zugfestigkeit der Gewebe (Fibrillen -> Fasern)
Kollagen IV,VII: Bildet Netzwerke, e.g in Basallamina
Fibrillin/Elastin: Bildet elastische Fibrillen (Beispiel: In Bindegewebe und Knorpel)
Glycosaminoglycane (GAGs): Lange, unverzweigte Polysaccharide, die ein Gel bilden (Druckresistenz)
Proteoglycane: Proteine mit GAGs
Glycosaminoglycane (GAGs) - Heparansulfat
Glycosaminoglycane (GAGs) - Hyaluronsäure
Ubiquintierung
Posttranslationale Modifikation bestimmter Proteine bei Eukaryoten. Besitzt verschiedene Funktionen, Bsp: Selektive Degradation
Cholesterin (Zusammensetzung)
- apolarer Schwanz
- polarer Kopf (OH)
- apolare Steroidringe
Mikrotubuli
Sind aus Alpha- und Beta-Proteinen aufgebaut und brauchen Chaperone für die richtige Faltung und Zusammensetzung. Beta-Tubuli kann GTP hydrolisieren, Alpha nicht. Es entsteht eine Krümmung bei der Bildung des Tubulus. Sie sind polar -> Das Beta-Ende ist positiv (wächst hauptsächlich hier, kann aber auch am minus-Ende wachsen.)
- Dynamische Stabilität -> Wachsen und schrumpfen fast gleichzeitig
- Dient zum intrazellulären Transport mit Motorproteinen
Auf ihnen findet der Transport der
Chaperone
Protein welches bei der Faltung der Proteine extern mithilft.
Aktinfilamente
Besteht aus Aktin, welches ATP bindet (G-Aktin). Diese binden aneinander und bilden ein F-Aktin.
- Das Plus-Ende wächst schnell, während das Minus-Ende sehr langsam wächst.
-> Dynamisches Gleichgewicht: ATP wird mit der Zeit hydrolisiert -> Filament wird labil und fällt auseinander -> am Plus-Ende wird weiterhin Aktin mit ATP angebunden.
Intermediärfilamente
Organisieren sich ohne Hilfe von ATP -> Besitzen eine Doppelwendel.
- Polypeptide welche ein NH3 und COOH Ende besitzen und sich immer zu zweit parallel anordnen.
Transmembranproteine und Periphere Membranproteine
Lipidanker
Bindet das Protein peripher an die Membran.
DNA Replikation
DNA -> DNA
- Bestandteil des Central Dogma und wird in der Vermehrung von Zellen (Mitose) gebraucht, um das Genmaterial zu replizieren.
Was haben alle Zellen gemeinsam?
- Alle Zellen speichern ihre Erbinformation im gleichen, linearen, chemischen Code
Desoxyribonukleinsäure (DNS/DNA)
- Alle Zellen replizieren ihre Erbinformation durch matrizengesteuerte Polymerisation
- Alle Zellen transkribieren Teile ihrer Erbinformation in die gleiche Zwischenform
Ribonukleinsäure (RNS/RNA)
- Alle Zellen übersetzen RNA auf die gleiche Weise in Protein
- Alle Zellen verwenden Proteine als Katalysatoren
- Alle Zellen arbeiten als (bio)chemische Fabriken, die die gleichen Grundbausteine
handhaben
- Alle Zellen sind von einer Plasmamembran umgeben durch die Nährstoffe und
Abfallstoffe passieren
- Alle Zellen haben Gene, die Abschnitte der Erbinformation, die jeweils einem Protein
entsprechen (zum leben braucht es weniger als 500 Gene!)
- Alle Zellen brauchen (viel) freie Energie
Wieso braucht es Kompartimente in den eukaryotischen Zellen?
Kompartimente ermöglichen die intrazelluläre Arbeitsteilung. Dies ermöglicht eine enorme Differenzierung und Leistungssteigerung. Kompartimentierung ist Voraussetzung für die Entstehung komplexer,
differenzierter Organismen.
Typische Kompartimente einer Eukaryotenzelle
Cytoplasma
Zellkern (Nukleus)
Nukleolus
Golgi Apparat
Centrosom (nur tierische
Zellen und niedere Pflanzen)
Endoplasmatisches Reticulum
Verschiedenste Vesikelarten
Mitochondrien
Zilien/Microvilli
Vakuolen (Pflanzen, Pilze)
Plastiden (Pflanzen)
Was sind Organellen?
Intrazelluläre, membranumhüllte Kompartimente. Sie besitzen eine bestimmte Struktur und Funktion.
Weitere Komponenten der einer typischen Eukaryotenzelle?
Zytoskelett (Aktin, Mikrotubuli, Intermediärfilamente)
Zentriolen
Spindelpolkörper (Pilze)
Extrazelluläre Matrix (Tierische Zellen)
Zellwand (Pflanzen und Pilze)
Chromosomen/DNA
RNA
Lipide
verschiedenste Proteine/
Proteinkomplexe (z.B. Ribosomen)
Nährstoffe/Mineralien/Salze
Wasser!
Eigenschaften von Wasser
- In festem Zustand leichter als in flüssigem
- Netzwerk von Wasser extrem dynamisch
- Es ist polar
- Ionen lösen sich in Wasser
Organische Moleküle in der Zelle
Bausteine:
- Zucker -> Polysaccharide
- Nukleotide -> Nukleinsäuren DNA/RNA
- Aminosäuren -> Proteine
- Lipide/Fettsäuren -> Fette/Membranen
Oligosaccharide
Kurze Zuckerketten welche meist an andere Biomoleküle (Proteine, Lipide) angehängt werden. Dies ist wichtig für die Zell-Zell-Erkennung. Wichtig für die Zell-Zell-Erkennung, wird aber auch von Viren missbraucht.
- Beispiel: Blutgruppensystem (A und B-Typen exprimieren verschiedene Glycosyltransferasen welche die Zuckeranhängsel Proteinen verschieden modifizieren. Das Immunsystem bekämpft uinbekannte Zuckeranhängsel.
Polysaccharide
Lange Zuckerketten.In tierischen und Pilzen als Glykogen bezeichnet (Pflanze: Stärke -> andere Verzweigung). Glykogen wird in den Muskel- und Leberzellen gespeichert.
Lange Zuckerketten -> Kohlenhydrate
Kohlenhydrate
- Lange Zuckerketten welche als natürliches Produkt in der Photosynthese hergestellt werden. Die Ketten (Disaccharide, Oligosaccharide, Stärke) werden bei der Verdauung in Monosaccharide zerteilt.
- Sie sind der Hauptlieferant der meisten Zellen, weil sie anaerob über die Glycolyse abgebaut werden können. Das Endprodukt (Pyruvat) wird dann noch in den Mitochondrien durch Oxidierung noch in 15x Energie verwertet.
Nucleotide als Energielieferanten
ATP -> Adenosintriphosphat, entsteht in der Glycolyse und Oxidation
GTP -> Guanintriphosphat, entsteht während dem Citratzyklus
- Sie binden nicht kovalent an ihre Zielenzyme und generieren durch Abostossung eines Phosphates Energie. (Hydrolyse)
- Die Anhydridbindungen bei den Triphosphaten zwischen den Phosphaten kann sehr leicht hydrolisiert werden und generiert viel Energie.
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Lernkarten
Kontrollierte Proteolyse durch APC
Aufbau SCF
SCF: Skp1, Cullin, F-Box Komplex
Das SCF ist ein Komplex, welches aus verschiedenen Subunits besteht. Das F-Box Protein bestimmt welches Protein durch den Komplex abgebaut wird. Dementsprechend existieren viele verschiedenene F-Box Proteine. Da dieser Proteinabbau für Pflanzen sehr wichtig ist, besitzen Pflanzen viele F-Box Proteine.
Initiation der S-Phase: Zellfusionen
Mittels Zellfusionen wurde ermittelt ob bestimmte Phasen kompetent sind in die nächste Phase fortzuschreiten, wenn Aktivatoren von anderen Zellkernen diese anregen würde.
Aktivierung der S-Phase durch den Retinoblastoma/E2F Pathway
In G1-Phase: Anstieg von Cdk. Rb hängt von Cdk ab. Rb lässt E2F frei.
Zerstörung des Rb Proteins führt zu S-Phase obwohl keine nötig sind -> Krebs
Einmalige Initiation der DNA-Replikation
1. S-CDK triggert DNA-Replikation
2. S-CDK blockiert Re-Replikation durch: Inaktivierung von Cdc6, Cdt1 und ORC. Und Export von Mcm Proteinen ins Zytoplasma, welche erst bei Aktivierung durch M-CDK wieder importiert werden können.
Initiation der Mitose durch Aktivierung der M-CDKs
Schwesterchromatiden-Separation
Checkpoints im Zellzyklus
DNA Replikations-Checkpoint
Hydroxyurea blockiert die DNA-Synthese -> Blockade in der S-Phase
Koffein inhibiert diesen Checkpoint -> Mitose -> Zelltod
Spindel-Attachment-Checkpoint
Alle Zentromere (Kinetochoren) müssen an der Spindel befestigt sein sonst gehen Chromosomen verloren.
Negatives Signal, dass von freien Kinetochoren ausgeht und die Aktivierung von APC durch Cdc20 inhibiert.
Das Protein Mad2 bindet freie Kinetochoren.
Zusammenfassung Zellzyklus und Wachstum
Der Zellzyklus ist der periodische Ablauf von Ereignissen in einer Zelle zwischen zwei Teilungen.
Der Zellzyklus wird in Phasen unterteilt (G1, S, G2, M; G0)
Der geregelte Ablauf stellt die exakte Verdoppelung und Verteilung der Erbsubstanz auf die Tochterzellen sicher.
Misregulation des Zellzyklus hat fatale Folgen (Beispiel: Krebs)
Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) spielen eine zentrale Rolle in der Regulation des Zellzyklus.
CDK Aktivität wird durch Cycline, Phosphorylierung, nicht-enzymatische Inhibition und Proteindegradation reguliert.
Checkpoints versichern, dass diese Prozesse in der richtigen Sequenz ablaufen.
Struktur des Mitochondriums
ETC = Electron Transport Chain
Energiegewinnung in den Mitochondrien
Kohlenwasserstoffe und Fettsäuren aus der Nahrung -> NADH und CO2
NADH und O2 -> Protonengradient und H2O
Chemiosmotischer Gradient ADP -> ATP
Abbau von Fettsäuren (Beta-Oxidation)
Chemiosmotische Kopplung
Übersicht: Biochemische Reaktionen
Elektronenkette in Innerer Membran
Aufbau ATP Synthase
Chloroplasten: Ort der Photosynthese
Lichtreaktion: Photosynthese am Tag -> Generiert ATP und NADPH
Dunkelreaktion: Kohlenstofffixierung -> ATP und NADPH liefern Energie zur Zuckerbildung aus CO2
Synthese von Fettsäuren, gewissen Aminosäuren etc.
Chloroplasten: Spezialisierte Plastide
Unterschiedliche Plastide haben spezialisierte Funktionen
Jede Zelle hat ein spezielles Ensemble an Plastide
Alle Plastide entstehen aus Proplastide
Alle Plastide einer Pflanze haben das gleiche Genom
Amyloplast
Der Amyloplast dient als Stärkespeicher. In Wurzelkappenzellen haben Amyloplasten eine Rolle als Statholithen: Sie nehmen die Gravitation wahr -> Gerichtetes Wachstum der Wurzel zum Erdzentrum!
Leukoplasten
Sie besitzen nicht sehr viel Membranmaterial und manchmal werden sie zu Proteinoplasten (Proteinspeicher) umgewandelt. Sie sind hauptsächlich für die Synthese von Monoterpenen zuständig. Monoterpene können komplexe Stoffe bilden (etherische Öle beispielsweise).
Chromoplast
Im Chromoplast werden Betakarottine synthetisiert. Betakarottine sind Vorstufen und Komponenten für die Vitamine (Beispiel: Vitamin A). Auch sind es Vorstufen für Pigmente wie beispielsweise für Blütenblätter.
Chloroplast
Besitzt eine spezielle Organisation der inneren Membran. In einer typischen Mesophyllzelle sind ca. 120 Chloroplasten vorhanden. (Pro mm^2 -> 500'000 Chloroplasten).
Die drei Membran-Systeme des Chloroplasten
Drei Systeme:
1. Leaf (Epidermis ist durchsichtig -> Licht kann durchdringen)
2. Chloropalst
3. Granum
Vergleich Mitochondrium und Chloroplast
Photosynthese
Photosynthetische Elektronentransfer-Reaktionen: Energie der Sonne wird in energiereiches ATP und NADPH umgewandelt.
Kohlenstofffixierungs-Reaktion: ATP und NADPH werden genutzt, um CO2 in Zucker umzuwandeln (funktioniert auch im Dunkeln)
Elektronentransportkette in der Thylakoidmembran
Ein Komplex generiert Proton -> PSII
Ein Komplex pumpt Proton -> Cytochrom
Ein Komplex verbraucht Proton -> PSI
Elektrochemische Gradienten in Mitos und Chloros
Spezielle Anpassungen zur Vermeidung von Photorespiration
Bei tiefen CO2 Konzentrationen wird O2 anstelle von CO2 benutzt -> Keine Energiegewinnung ("futile cycle": 30-50% des fixierten CO2 kann wieder verloren gehen).
Problem in heissem Klima: Die Stomata (Spaltöffnungen zu, damit die Pflanze nicht austrocknet, damit nimmt aber auch der CO2-Gehalt ab) sind zu, was zu wenig CO2 führt. Deswegen wird eine spezialisierte Arbeitsteilung geführt. CO2 wird in Bundle Sheath Cells (BSC) angereichert. Die Kohlenhydratfixierung (Calvin Cycle) wird nur in den BSC durchgeführt. Der Transport des C4-Kohlenstoff kostet zwar Energie (Carboxylierung) aber der Energieverlust wäre viel grösser wenn die Stomata geöffnet wären.
Kranzanatomie zur Vermeidung von Photorespiration
C3-Pflanzen: Kohlendioxid gelingt durch die Stoma in die Pflanze
C4-Pflanzen: Kohlendioxid arbeitet mit der Arbeitsteilung mit BSC und Mesophyllcell
Effizienz von C4 und C3 Pflanzen
C4 Pflanzen sind ca. 30% effizienter -> Der Grund hierbei ist, dass bei grösserer Sonneneinstrahlung die C4-Pflanzen effizienter arbeitet als die C3-Pflanze, da sie keinen Verlust durch Photorespiration macht. Es wird nun daran geforscht ob man Reis von C3 in C4 umwandenln kann.
Das Chloro-Genom
Das Chloro-Genom kodiert nur einen Teil der Proteine. Das Chloro-Genom besitzt nur ca. 100 Gene. Die meisten Teile für den Chloroplasten entstehen im Cytoplasma (wird im Zellkern hergestellt).
Import nukleär kodierter Proteine (Entdeckung)
Günter Blobel entdeckte 1999, dass Proteine eingebaute Signale besitzen, die ihren Transport und die Lokalisierung in der Zelle steuern.
Import nukleärer kodierten Proteine (Aufbau)
Proteinimportkomplexe:
TIC/TOC (Transporter inner chloroplast/outer chloroplast) bei Chloroplasten
TIM/TOM (Transporter inner membrane/outer membrane) bei Mitochondrien
Diese Komplexe dringen durch die innere, als auch durch die äussere Membran. Wie kann Ich wissen, welche Wege in das Thylakoidsystem führen? Durch Blockierung der Wege. Blockiert man einen Weg und gelingt immer noch der ein Protein durch die Membran, dann muss es einen weiteren Eingang besitzen.
Cytoplasmatische Vererbung
Spezieller Fall: Zwei verschiedene Mitochondrien gekennzeichnet durch hell und die anderen durch dunkelgrün. Die cytoplasmatische Vererbung ist rein zufällig.
Die Mitos werden maternal und die Chloros werden uniparental vererbt. Bestimmte Varietäten von Angiospermien haben biparentale Vererbung. Generative Zellen (bilden die Spermien) können Chloros enthalten oder nicht.
Chloroplastentransformation
Es können sogenannte transgene Pflanzen bearbeitet werden, welche beispielsweise eine Antibiotikaresistenz aufweisen. Es werden Chloroplasten in die Blätter eingefügt, welche durch wiederholte Zyklen von Regeneration unter Selektion aus heteroplastischen, homoplastische Pflanzen macht.
Transgene im Chloroplastengenom werden nicht via Pollen (Spermien -> Also nur maternal) vererbt. Bei rein maternaler Vererbung kann das Transgen nicht weitergegeben werden, was zu keiner Auskreuzung führt.
Endosymbiotischer Ursprung von Chloros und Mitos
Eine Erklärung für die doppelte Membran wäre: Früher war das Mitochondrium ein Prokaryot welcher eine eigene Membranhülle besass. Da jede Organelle ebenfalls eine Membran besitzt, entstand eine Doppelmembran.
Sekundäre Endosymbiosis
Die sekundäre Endosymbiose führt zur Evolution von Plastiden die von mehreren Membranen umgeben sind. (Beispielsweise: Braunalgen)
Warum muss die Zelle mit der Aussenwelt in Verbindung bleiben?
Sie muss mit der Aussenwelt in Verbindung bleiben um sich Veränderungen anzupassen und um zu verstehen wann und wie sie sich differenzieren soll. Auch muss sie Nahrung aufnehmen und Abfall entsorgen. Das innere Membransystem liefert die notwendigen Proteine und Lipide an die Plasmamembran es ermöglicht auch das Wachstum der Plasmamembran.
Proteinsortierung
Es bestehen drei Hauptmöglichkeiten um Proteine von einem Kompartiment in das andere zu bringen.
1) Durch die Kernporen vom Cytosol in den Zellkern und umgekehrt -> Gerichteter Transport (rot)
2) Durch Translokatorkanäle vom Cytosol in Organellen (z.B ins Endoplasmatische Reticulum oder in die Mitochondrien) -> Transmembrantransport (blau)
3) Transport durch membranumschlossene Vesikel -> Werden am Donatorkompartiment beladen, werden durch Knospen abgeschnürt, verschmelzen am Zielorganell mit Ladungsabgabe (grün)
