MGL 450 - Zytologie

Unter Ruhepotential versteht man den negativ geladenen Zustand einer unerregten Nervenzelle - ergibt elektrisches Potential

Natrium (Na⁺) diffundiert ständig durch Leckströme ins Zellinnere. (Depolarisation - Aktionspotential) Auf Dauer würde es so zu einem Ladungs- und Spannungsausgleich zwischen Intra- und Extrazellulärraum kommen. Für das Ruhemembranpotential (-80mV) wäre dies gleichbedeutend mit dem Ende.

Repolarisierung: Unter ATP Verbrauch werden drei positiv geladene Natrium Ionen aus dem Zellinnenraum herausbefördert und im Gegenzug zwei positiv geladene Kalium Ionen in die Zelle gebracht. Zellinnenraum wird negativer. Verhindert von Ladungs- und Spannungsausgleich durch Na⁺ Leckströme.

Bedeutung: physiologische Grundlagen vieler Zellfunktionen z.B. Funktion des gesamten Nervensystem = Reize in Sinnensoganen werden so in elektrische Signale umgesetzt / Kontraktion von Muskeln

indirekte Zellteilung genannt

Das Ziel der Mitose ist die Bildung von genetisch identischen Tochterzellen zur Zellerneuerung oder zum Wachstum.

Meiose kommt nur in den Keimdrüsen vor (Eierstöcke und Hoden)

Reduktion der diploiden Chromosomensatz (46) zu haploiden (23)

Dadurch werden die Geschlechtszellen (Ei und Sperma) gebildet.

Notwendig, damit bei verschmelzung von Ei und Samenzelle nicht zu verdoppelung der Erbinfomation kommt.

Die Meiose vollzieht sich in zwei Reifeteilungen ab.

Es entstehen also aus einer Zelle 4 Tochterzellen (w: 1 Eizelle und 3 Polkörperchen / m: 4 Spermien) mit haploiden Chromosoemn

• Haut und Hautanhangsbegilde (Haar, Nägel, Schweiss- und Duftdrüsen)
• Bewegungs- und Stützapparat (Knochen, Bänder, Sehnen, Muskeln)
• Nervensystem (Gehirn, Rückenmark, Nerven, Sinnensorgane)
• Hormonsystem (Drüsen und Gewebe, die Hormone oder hormonähnliche Stoffe produzieren)
• Immunsystem
• Atmungsystem
• Herz-Kreislauf-System
• Vedauungssystem
• Harntrakt
• Fortpflanzungssystem
• Verdauungssystem

Aufgaben der Organsystem siehe Tabelle

Die Zellen unseres Körpers haben in der embryonalen Entwicklungsphase eine Spezialisierung auf bestimmte Aufgaben durchgemacht (Aus Urzelle sind viele spezialisierte Zellen entstanden).

• Zellmembran (Plasmalemm)
• Zytoplasma (Zellflüssigkeit) mit den Zellorganellen
• Nucleus (Zellkern)

Auf der Aussenfläche sitzt die Glykocalyx (Zucker-Eiweiss-Strukturen)  Sie dienen unter anderem als s,g, Antigene zur Zellerkennung und erlauben die Unterscheidung von körpereignen und körperfremden Zellen.

1. Uniformitätsregel: Kreuzt man zwei reinerbige (homozygote) Eltern, dies sich in einem Merkmal voneinander unterscheiden, so erhält man in der ersten Tochtergeneration Nachkommen, die bezüglich dieses Merkmals untereinander gleich sind
2. Aufspalungsregel: Kreuzt man zwei gleichartige heterozygote (mischerbige) Individuen, spaltet sich die Nachkommengeneration im Verhältnis 1:2:1
3. Unabhängigkeitsregel: Sind verschiedene Gen an der Ausbildung eines Merkmals beteiligt und liegen diese Gene auf verschiedenen Chromosomen, werden diese Merkmale bei der Meiose zufällig neu verteilt udn es ergeben sich fast beliebig viele Kombinationen

In der Zellmembran befinden sich Pumpen, die unter ATP-Vebrauch, Moleküle gegen ein Konzentrationsgefälle aktiv druch dei Zellmembran transportieren.

Damit können Zellen in ihrem Inneren Stoffe wie Glukose konzentrieren oder durch Elektrolytverschiebungen unterschiedliche Salzkonzentrationen innerhalb und ausserhalb der Zelle erreichen.

die elektrische Spannung über der Zellmembran um -80 mV (negatives Potenzial) im Ruhezustand, welche auf die Ladungsungleichgewicht der Ionen zwischne Extra- und Intrazellulärraum zurückzuführen ist

Bei einer Zellerregung kommt es zur Erhöhung der Membrandurchlässigkeit für bestimmte Ionen und so zur Wanderung geladener Teilchen = Stromfluss durch Depolarisation wird als Aktionspotenzial bezeichnet

In der Repolarisation normalisisert sich die Membrandurchlässigkeit wieder und mit Hilfe der Natrium-/Kalium-Pumpe wieder die Ursprüngliche Na+/K+-Konzentration wieder hergestellt. -> Membranpotential wieder Ruhepotenzial

Der Depolarisations- und Repolarisationsvorgang ist während einer gewissen Zeit nicht wiederholbar -> kein neues Aktionspotenzial auslösbar = Refraktärzeit 

Schütz die Zelle vor Dauererregung

• 1. Schritt: eine Kopie der genetischen Information im Zellkern muss hergestellt werden. Dabei wird die Information eines Gens auf eine mRNA übertragen. 
• Die mRNA (Kopie der DNA-Sequenz) wird aus dem Zellkern ins Zytoplasma geschleust und an den Ribosomen abgelesen und dabe in eine Aminosäurekette (Protein) übersetzt

Transkription: Umschreibung eines Gens von DNA in RNA

Translation: Die mRNA-Basensequenz wird von Ribosomen abgelesen und in eine Aminosäurekette (Protein) übersetzt.

• 1. Interphase (Zwischenphase)
  • G1-Phase (engl. gap = Lücke): Zellwachstum, RNA- und Proteinsynthese (3 – 12h)
  • S-Phase: DNA-Replikation, Zentriol-Teilung, Synthese der Histone; Verdopplung des diploiden zu einem tetraploiden Chromosomensatz (8 – 12h)
  • G2-Phase: Qualitätssicherung (Replikationsgenauigkeit, Fehlpaarungsreparatur), Vorbereitung Mitose (1,5 – 3h)
• 2. Zellteilung (M-Phase)
  • Mitose (zwei identische Tochterzellen)
  • Meiose (Reduktionsteilung für Geschlechtszellen)

Nervenzellen und Muskelzellen sind nicht teilungsfähig und treten nach der M-Phase für immer in die G0 (Ruhephase) ein.

• Zellteilung in den Keimdrüsen (Hoden, Eierstöcken)
• Reduktion des diploiden auf den haploiden Chromososmensatz
• Reduktionsteilung bzw. Reifeteilung
• durch diese Reduktion werden die Geschlechtszellen gebildet
• notwendig damit es bei der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle nicht zu einer Verdopplung der Erbinformation kommt

• Mutationen = bleibende Veränderungen des Erbgutes
  • Kann Körper und Keimzellen betreffen
  • Ursachen: Chemikalien, Strahlen, Medikamente
• die meisten Mutationen werden durch körpereigene Reparaturmechanismen erkannt und entfernt oder repariert
• somatische (körperliche) Mutationen = finden in Körperzellen statt -> keine Weitervererbung à Neoplasien, Tumor, Alterungsprozesse
• Keimzellmutationen = Wirken sich auf die Frucht/Neugeborenes aus à meist Krankheit; seltenerweise Intelligenzssteigernd

Das Genom wird ständig durch Mutationen oder Fehler bei der Meiose verändert, was Vorteile oder meist zu Nachteilen führt.

automatische Selektion der besseren Individuen im täglichen Überlebenskampf, denn sie haben dank der positiven Mutation eine grösser Überlebenschance als die Schwächeren

genetische Veränderungen und natürliche Selektion hat zum heutigen Menschen und den bestehenden Tier- und Pflanzenarten geführt = Evolution

• Klonen = Erzeugung eines oder mehrerer genetisch identischer Individuen von Lebewesen oder aber von ganzen Zellen
• Klonierung = Künstliche Isolierung und identische Vervielfältigung einzelner Gene
• Klonierung umschriebener DNS-Abschnitte für die massenhafte Produktion von Humaninsulin notwendig (früher Schweineinsulin gewesen)
• Klonen = ungeschlechtliche erbgleiche Vermehrung
• (ethisch bedenklich)

• Ektoderm- äusseres Keimblatt, es entstehen die Organe die Kontakt zur Aussenwelt aufrechterhalten
  • ZNS
  • Periperes Nervensystem
  • Sensorisches Epithel von Ohren, Nase und Augen
  • Epidermis mit den Haaranlagen
  • Hypophyse
  • Milchdrüsen
  • Schweissdrüsen
  • Zahnschmelz
• Mesoderm- mittleres Keimblatt
  • Stütz- und Bewegungsapparat
  • Blut- und Lymphgefässsystem
  • Urogenitalsystem
• Entoderm- inneres Keimblatt
  • epitheliale Auskleidung von:
    • Gastrointestinaltrakt, Respirationstrakt, Harnblase, Paukenhöhle (Mittelohr), Tuba auditiva (eustach`sche Röhre)
  • das Parenchym von:
    • Tonsillen, Schilddrüse, Nebenschilddrüse, Thymus, Leber, Pankreas

Abstammung der Gewebe aus den Keimblättern gelten nicht für den Kopfbereich, hier stammt ein gross Teil des Bindegewebes aus dem Neuralektoderm

Phagozytose: Fremdkörper, Zelltrümmer und Bakterien werdne aufgenommen (Reinigen von  Abfallstoffen); Zellfressen

Stoffwechsel: Metabolismus; alle Vorgänge, welche die Aufnahme und den Einbau von Nahrungsstoffe in den Organismus sowie den Abbau, die Verbrennung oder die Ausscheidung diese Substanzen betreffen

Anabolismus (Aufbaustoffwechsel): aus einfachen Substanzen werden kommplizierte Substanzen gebildet

Katabolismus (Abbaustoffwechsel): Stoffabbau mit dem Zeil der Energiegewinnung

Sekretion: Fähgkeit Stoffe auszusondern, die im Organismushaushalt Aufgaben erfüllen / Abfallprodukte müssen aus der Zelle bzw. dem Organismus augeschieden werden

Wachstum: die Grössenzunahme ist dank komplexer Zellleistungen möglich

Vermehrung: Zellteilung ermöglicht Wachstum und Erhalten (Zellen ersetzen, Gewebe regeneriern, Nachkommen ermöglichen. Zwei Zellteilungsvorgänge: Mitose und Meiose

Regeneration: Zelle kann sich erneuern und bei vorhandener Teilungsfähigkeit abgestorbene Tellen ersetzen.

Reizbarkeit: auf Umwelt reagieren -> Reizaufnahme, Reitleitung sowie Verabeitung des Riezes und Verarbeitung

Beweglichkeit: Zellen bewechgen sich im Körper und an strategische wichtige Orte zukommen (Immunsystem)

Kommunkation: Um gemeinsame Aufgaben zu bewältigen, müssen Informationen ausgetauscht werden. Kommunikationsmittel sind das Nervensystem, das Hormonsystem und komplexe Stoffe des Abwehrstystems

Aufgaben:

• "Zentrale der Zelle"
• Träger der in den Chromosomen als Gene lokalisierten genetischen Information
• steuert den Zellstoffwechsel und somit die Zellaktivität

Aufbau:

• Kernhülle
  • grenzt Kern von Zytoplasma ab
  • regelt Austausch von Substanzen (Austausche findet durch Kernporen in Kernhülle statt)
• Kernplasma
  • darin schwimmt DNS, in der Interphase als Chromatin bezeichnet wird
• Nucleolus
  • Bildungsstätte der RNA (Genkopie)

Zellmembran (Plasmalemm)

Zellflüssigkeit (Zytoplasma) mit den Zellorganellen

Zellkern (Nucleus)

(Bild hinzufügen)

Aufbau:

• Lipid-Doppelschicht; wassereabstossende Enden gegeneinander gerichtet und wasseranziehendeen Enden kommen nach aussen zu liegen.
• Auf der Aussenfläche sitzt die Glykocalyx (Zucker-Eiweiss-Strukturen) s,g, Antigene zur Zellerkennung und erlauben die Unterscheidung von körpereignen und körperfremden Zellen.

Funktion: reguliert Stoffverkehr zwischen dem Innern und dem Äussern der Zelle

verschlungene Doppelhelix 

die seitlichen Vestrebungen der Leiter bestehen aus einer Folge von Zucker (Desoxyribose) und Phosphorsäure

• DNS/ DNA- Desoxyribo-Nuklein-Säure (Acid)- Bausteine: Base-Zucker-Phosphorsäure
  • Träger der Erbinformation
  • im Nucleus
  • stabile Doppelhelixstruktur
  • 1 Gen codiert ein bestimmtes zelluäres oder extrazelluläres Merkmal
• RNA- Ribonukleinsäure, Genkopie- Codierapparat für Proteinsynthese
  • im Nucleolus
  • bringt genetische Information (mRNA) zu den Ribosomen ⇒Zytoplasma
  • Transfer RNA (tRNA): Überträgerin der Aminosäuren bei der Translation

Chromosom: durch Spiralisierung  des langen DNS-Stranges, der Erbinformation, entstehen in der Mitose, mt Hilfe von speziellen Proteinen, intensiv färbbar, scherenförmige Körperchen, Chromosomen genannt

Chromatiden: Zellkernsubstanz (DNS und Hilfsproteine) in der Interphase

Gen:

• wird meist ein Abschnitt auf der DNA bezeichnet, der die Grundinformationen zur Herstellung einer biologisch aktiven RNA enthält
• oftmals auch als Merkmalsanlagebezeichnet, da das Gen eine bestimmte Funktion übernimmt, beispielsweise die Ausprägung der Haarfarbe oder ähnlichem.

Die auf den 23 Chromosomenpaare (46 Chromosomen) sitzenden Gene sind für die Merkmale (Haarfarbe) verantwortlich.

Alle Zellen haben 46 Chromosomen. Eizelle und Sperma nur je 23. Bei der Vereinigung 23+23 = 46.

Gene die vom väterlichen und mütterlichen Chromosomen auf dem gleichen Ort liegen werden Allele genant.

Eines der beiden Gene setzt sich durch oder eine Mischung davon.

Deshalb können Krankheiten eine Generation überspringen, da das Gen zwar als Träger vorhanden (Genotyp), aber nicht zum Vorschein kommt (Phänotyp).

• Allel Väterliches und mütterliches Gen für das gleiche Merkmal an gleicher Stelle im Chromosom.
• Genotyp Alle genetischen Infomationen
• Phänotyp genetische Infomationen die sich Zeigen (z.B. Grösse, Augenfarbe)
• Heterozygot: mischerbig, unterschiedliche Informationen der beiden Allele (Gene) (Mutter blond, Vater Dunkel)
• Homozygot reinerbig, gleiche Informationen der beiden Allele (Gene) (Mutter Blond, Vater Blond)
• dominant häufige ist ein Allel stärker als das andere und überdekt die Wirkung des anderen Allel
• kodominant beide Allele gleich stark. Das Merkmal wir intermediär d.h. tretten nebeneinander in Erscheinung (Blond und Schwarz = braun)
• rezessiv schwächeres Allel. Kann nur im Phenotyp vorkommen bei homozygoten Allelen

• Thymin und Adenin (TA)
• Guanin und Cytosin (GC)

Uracil ersetzt Thymin bei RNA (Uracil und Adenin)

• Köprerzelle 46 Chromosomen (23 Paare)
• Keimzelle 23 Chromosomen (Eizelle und Sperma je 23)

Die 46 Chromosomen teile man in 22 Paar Körperchromosomen (Autosomen) und 1 Paar Geschlechtschromosomen (Heterosomen).

Die Heterosomen bestimmen das Geschlecht. XX = Weichblich, XY = Männlich

Bei der Befruchtung bestimmt das Sperium das Geschlecht, da es entweder mit X oder Y Heterosom enthält.

• Diploid Zelle mit 23 Chromosomenpaare (46 Chromosomen)
• haploid Eizelle und Sperma haben nur 23 Chromosmen und keine Paare. Dies nennt man haploid.

Bei der Befruchtung fallen diese 2 x 23 Chromosomen zusammen und die neue Zelle ist diploid

Ist eine Zellorganelle und liegt im Zytoplasma.

Das Mitrochondrium ist das Kraftwerk der Zelle.

Dabei werden Glukose, Fett- und Aminosäure unter Einwirkung von Sauerstoff (O₂₎ zu Kohlendioxid (CO₂₎, Wasser (H₂O)und evtl. Abfallstoffen verbrannt.

Die Energie wird in ATP  gespeichert.

Adenosintriphosphat (ATP)

ATP dient bei Proteinsynthese, Muskelkontraktion etc. als Energielieferant.

Zellorgannen sind im Zytoplasma liegende Strukturen, die wichtige Funktionen übernehmen

• Mitochondrien (Energieproduktion)
• Ribosomen (Eiweissherstellung)
• Endoplasmatische Retikulum (Speicherung von Eiweissen)
• Golgi-Apperat (Verpackung und Versand von Eiweissen)
• Lysosomen (interzelluläre Verdauung)
• Zentriolen (Leistrukturen der Zellteilung)

Sind für die Eiweissherstellung (Proteinsynthese) verantwortlich

Soll ein bestimmtes Protein hergestellt werden, muss eine Kopie der DNA angefertigt werden -> messenger-RNA (mRNA)

mRNA wird aus Zellkern rausgeschleust und Robosomen lesen die darauf codierte Information und übersetzen diese in eine Abfolge von Aminosäuren. Aneinandergereihte Aminosäuren ergeben das Protein.

durchzieht als Holraumsystem labyrinthartig die ganze Zelle 

• raues ER (rER) 
  • ist mit Ribosomen besetzt und hat daher eine gekörnte Oberfläche. Die von den Ribosomen für den Export gebildeten Proteinen werden im rER aufgefangen, gespeichert und aus der Zelle herausgschleust.
• glattes ER (gER)
  • frei von Ribosomen und kommt nur in wenigen Zellarten vor
  • speichert fettlösliche Substanzen (Steroidhormone und Kalziumionen)

gibt an den Rändern kleiner Bläschen ab -> Golgi-Versikel

die in der rER gebildeten Eiweisse werden sortiert, angehäufet und verpackt und aus der Zelle ausgeschüttet

in Drüsenzellen ist die Anzahl der Golgi-Strukturen serh hoch -> Sekrete werden weitergeleite und so ausgeschüttet.

Spezialisierte Golgi-Vesikel zur intrazellulären Verdauung nennt man Lysosomen

Lysosomen: nehmen zellfremdes Material (Viren, Bakterien, überalterte Zellstrukturen und Abfallstoffe) auf und lösen dies enzymatisch auf

liegen i.d.R. in Zellkernnähe

Während Zellteilung (Mitose) wandern sie getrennt zu den Zellpolen und bilden Spindelfasern aus, die als Leitstrukturen für die gleichmässigen Teilung der Erbinformation dienen.

Amöboide Bewegungen: Zystoplasmafortsätze, die irgendwo haften bleiben und den Zellleib nachziehen. Immunzellen um an Infektionsort zu gelangen

Flimmerbewegungen: Kinozilien (Flimmerhärchen), welche sich rhytmisch in einer Richtung bewegen.

Muskelbewegung: die kontraktilen (sich zusammenziehende) Proteine: Aktin und Myosin -> Zusammenspiel bewirkt Bewegung

Bewegung mittels Geisseln: Geissel dreht sich spiralförmig um sich selbst und schiebt Samenzelle vor sich hin