Entstehung des Lebens + Die menschliche Zelle

simulierten 1953 die Erdatmosphäre wie sie wohl vor der Entstehung von belebter Materie bestand

dazu führten sie ein Gasgemisch aus Wasser, Ammoniak, Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid in ein Glaskolbensystem, in dem es meherer physikalische Abschnitte gab: Lichtbogen um Blitze, sowie eine Wärmequelle und einen Kühler um Regen und Verdunstung zu simulieren; nach Untersuchung des entstandenen Gemisches fanden sie eine große Menge an organischen Molekülen

Ansicht, dass Leben nur aus schon lebenden Organismen enstehen kann

hypothetische Vorläufer des einzelligen Lebens

Man nimm an, dass es zum Einschluss von  Peptiden und Polynukleotiden innerhalb einer Membran gekommen ist, wodurch Stoffwechselprozesse ermöglicht wurden. Diese haben in weiterer Entwicklung zu einer Speicherung von Informationen in RNA und später DNA geführt - die erste Procyte (Zelle ohne Zellkern) entstand

Besagt, dass sich verschiedene Procyten zu Symbiosen vereinigt haben und dadurch Eukaryoten entstanden sind. Man vermutet, dass zellkernlose Organismen wie Archaeen chemo- oder phototrophe Bakterien in sich aufgenommen und in die eigenen Prozesse eingebunden haben. Mitochondrien unterstützen die Endosymbionentheorie

liegt mitten in der Zelle, Hauptaufgabe ist die Aufbewahrung und Verarbeitung der DNA

besteht aus:

- Karyoplasma
- Chromosomen: enthalten DNA
- Nukleoli: Kernkörperchen, bestehen aus RNA und Proteine, sind an der Synthese von Ribosomen beteiligt
- Kernporen: regulieren den Transport in und aus dem Zellkern

gesamte lebende Inhalt einer Zelle, setzt sich aus dem Cytosol (flüssiger Bestandteil), Zytoskelett und Organellen zusammen

muss pH-Wert Änderungen abpuffern, Nährstoffe bereitstellen und Transporter und Enzyme für wichtige Reaktionen beinhalten

besteht zu 80-85% aus Wasser, zu 10-15% aus Proteinen, der Rest sind Lipide, Polysacchariden, DNA und organische Moleküle

Kontaktstelle nach außen, ermöglicht, dass innerhalb der Zelle ein konstantes Milleu aufrechterhalten werden kann und verhindert, dass das Zytoplasma aus dem Gleichgewicht gerät, bilden Kompartimente. Wird die Zellmembran zerstört, stirbt die Zelle (Nekrose). In der Zellmembran sind wichtige Proteine eingebaut, welche Informations- und Stofffluss erlauben.

Aufbau

- Doppelschicht von Phospholipiden welche aus Glycerin, 2 Fettsäuren und einer Phosphatgruppe bestehen
- Phosphatgruppe ist hydrophil und daher dem wässrigen Milieu zugewandt
- Fettsäureschwänze sind einander zugeneigt, daher bildet sich zwischen den Phosphatseiten ein lipophiles Milieu
- in der Membran eingebettet sind: periphere Membranproteine (zur Zellidentifikation), Transmembranproteine (Kanäle, Transporter, SIgnalproteine), integrale Membranproteine (Veränderung der Hülleneigenschaft), Glykolipide (Zellidentifikation)

"Kraftwerk der Zelle", Adenintriphosphat (ATP) wird dort produziert, besitzt Doppelmembran und hat eigene DNA (ringförmig, circular)

besonders hohe Konzentration an Mitochondrien in Zellen mit hohem Energieverbrauch (Muskel-, Nerven- und Eizellen), werden über das Plasma der Eizelle von der Mutter an Kinder vererbt, vermehren sich selbst durch Wachstum und Sprossung

hier findet Zellatmung (innere Atmung, aerobe Atmung) statt

kommen nur in Eucyten vor, sind ca so groß wie Bakterien

Aufbau:

- Außenmembran: hier befinden sich Poren welche den Austausch von Nährstoffen und Ionen zulassen, geht die Membran kaputt können Stoffe entweichen welche zum programmierten Zelltod führen (Apostase)

- Membranzwischenraum: die Konzzentration von kleinen Molekülen wie Ionen und Zucker ist hier gleich wie im Zytoplasma, da die Außenmembran für diese durchlässig ist, hohe Konzentration an H⁺-Ionen

- Innenmembran: hier befindet sich die ATP-Synthase, ein Protein welches ATP produziert

- Matrix: enthält alle wichtigen Moleküle, die für das Mitochondrium und die ATP-Synthase notwendig sind

- Cristae: Einstülpungen der Innenmembran, die dazu dienen die Reaktionsfläche zu erhöhen

- Ribosom

- Granula: speichern Fette, Pigmente, Sekrete

netzartiges Organell im Zytoplasma, wird unterschieden in raues und glattes ER, ist direkt mit dem Zellkern verbunden, dazu fähig Vesikel (kleine Bläschen) mit spezifischen Inhaltsstoffen abzuschnüren und zum Golgi-Apparat zu transportieren, hat Synthese- und Speicherungsaufgaben

raues ER: ist mit Ribosomen besetzt

- Proteinbiosynthese
- Membranproduktion

glattes ER:

- Hormonsynthese
- Kohlenhydratspeicherung
- Entgiftung
- Calciumspeicherung

Zellorganell, Ansammlung aus mehreren membranumschlossenen Räumen - Zisternen, einzelne Stapel werden als Dictyosomen bezeichnet, dem Zellkern zugewandte Seite = cis-Golgi-Netzwerk, abgewandte Seite= trans-Golgi-Netzwerk

Aufgaben:

- Bildung und Speicherung sekretorischer Vesikel (Bläschen gefüllt mit Sekret)
- Synthese und Modifizierung von Elementen der Plasmamembran
- Bildung von primärem Lysosom
- Umbau und Verdichtung von Proteinen
- Sulfatierung 
 

- kugelförmige Bläschen, welche nur in Eukaryoten vorkommen
- Müllhalde der Zelle, beinhalten hydrolytische (spaltende) Enzyme für den Abbau körpereigener oder fremder Stoffe, diese Abbau-Enzyme (z.B. Proteasen, Lipasen, Nukleasen) werden im ER gebildet und durch den Transportvesikel zu den Lysosomen gebracht
- im inneren herrscht pH-Wert von unter 5

Gerüst von eukaryotischen Zellen, sorgt für Stabilität und Struktur, fixiert Zellorganellen wie Mitochondrien und sorgt für Transport innerhalb von Zellen; besteht aus Proteinen: Mikro/Aktinfilamenten, Intermediärfilamente und Mikrotubuli

- Mikrotubuli: röhrenförmig, bestehen aus Tubulin alpha und beta, dienen als Schienen für den intrazellulären Transport

- Intermediärfilamente: bestehen aus verschiedenen Proteinen, gibt 5 verschiedene Typen

- Mikrofilamente: bestehen aus Aktin, werden für die Erhaltung der Zellstruktur und der Zellbewegung benötigt

der Größe nach absteigend sortiert

Zentrosom: Organell in der Zelle in welchem mehrere Zentriolen organisiert sind

Zentriole: Zusammenschluss mehrerer Mikrotubuli

Bei der Zellteilung gehen vom Zentrosom die Mikrotubuli aus, welche anschließend für die Trennung der Chromosomen verantwortlich sind (Spindelapparat)

kann dauerhaft oder temporär sein, ermöglicht Verbindung zwischen Zellen und in weiterer Folge die Bildung von Gewebe, dienen ebenso der Kommunikation und Stabilität zwischen Zellen

- Desmosom: enge Verbindung zwischen Zellen und ihrem angrenzenden Bindegewebe, häufig in Zellen mit intensiver mechanischer Belastung (Herzmuskel); ist mit Intermediärfilamenten verbunden

- Hemidesmosom: verbinden die Zellen mit einer Basallamina, ein Band aus Bindegwebe auf dem die Zellen fixiert sind, keine Zell-Zell-Kontakte

- Tight-Junctions (Zonula occludens): Verbindungen welche 2 Membranen miteinander fixieren, verhindern, dass Stoffe seitlich vorbei diffundieren und so die Zelle umgehen →Permeationsschranke; verschließen Interzellularraum

- Gap-Junctions: genau definierte Kanäle welche die Zellen miteinander verbinden, dienen dem Stoff- und Informationsaustausch; dienen der Kommunikation zwischen Zellen

- Zonula adhaerens: verknüpft Aktinfilamente zweier Zellen

fadenförmige Zellfortsätze, Mikrotubuli-Fortsätze die durch Kinin und Dynein zur Bewegung fähig sind

z.B. Flimmerepithel in den Bronchien; die Zilien schlagen dort ca 20 Mal/Sek. und transportieren so Schleim und Fremdkörper in Richtung Luftröhre

Kinozilien und Geißeln haben im wesentlichen denselben Aufbau

fadenförmoge Gebilde auf der Oberfläche der Zelle, können durch einen Motor in Drehung versetzt werden und können so einen Schub oder Zug ausüben, z.B. Fortbewegung von Spermien

Flagelle: bei Prokaryoten, Proteinfäden außerhalb der Membran
Geißel: bei Eukaryonten, von der Zellmembran umschlossene Ausstülpungen

zottenförmige Fortsätze, Ausstülpungen der Zellmembran, dienen der Oberflächenevergrößerung; z.B. auf Darmschleimhaut, damit sie mehr Platz für die Absorbtion von Stoffen bietet

- Diffusion (passiv): entlang eines Konzentrationsgradienten können Stoffe z.B. O₂ oder CO₂ die Zellmembran ungehindert passieren, vor allem in MItochondrien

- passiver Transport: Transport durch verschiedene Kanäle entlang eines Gradienten, benötigt keine Energie
     - Ionen Kanäle
     - Carrier Proteine
     - Antiporter: nehmen beispielweise 2 Ionen auf, ein Ion wird gegen den Gradienten und ein Ion mit dem Gradienten transportiert; Symporter: Transport von 2 Molekülen in dieselbe Richtung

- aktiver Transport: gegen einen Konzentrationsgradienten; Ionenpumpen: beispielweise die Natrium-Kaliumpumpe schleust Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle, arbeitet immer gegen den Gradienten und benötigt dafür Energie in Form von ATP

- Vesikeltransport: Zellmembran wird innen abgeschnürrt und ganze Vesikel auf einmal aufgenommen oder abgegeben
    - Endozytose: Aufnahme von Material in die Zelle
    - Exozytose: Ausschleusen von Stoffen aus der Zelle
    - Zytoskeletttransport: hierbei werden aus Endozytose entstandenen Vesikel durch Adapterproteine an den Mikrotubuli   entlang transportiert
 

Zelle ohne Zellkern, Zellen der Prokaryoten

Bakterien und Archaeen

- aus Proteinen und rRNA bestehende, zelluläre Partikel
- katalysieren die Proteinbiosynthese der Zellen 
- mit Ribosomen besetztes ER wird als rauhes endoplasmatisches Retikulum (RER) bezeichnet
- haben eine Masse von 80S mit zwei Untereinheiten zu 60S und 40S
- bilden Proteine