Grundlagen der Zellbiologie

• passiert unter Energieaufwand
• gegen das Konzentrationsgefälle -> Dort wo Konzentration bereits grösser ist

• braucht keine Energie
• folgt dem Konzentrationsgefälle -> Dort wo Konzentration tiefer ist

Ist die Durchmischung von Stoffen durch die ungerichtete Eigenbewegung ihrer Teilchen. Jeder Stoff diffunidert - unabhängig von anderen Stoffen - seinem Konzentrationsgefälle folgend.

Sie ist nur vom Konzentrationsgefälle abhängig. Das heisst z.b, Sauerstoff diffundiert in unserer Lunge umso schneller ins Blut, je höher der konzentrationsunterschied zwischen der Luft in der Lunge und im Blut ist.

Die Geschwindigkeit der Diffusion nimmt auch noch mit der Temperatur zu, weil Teilchen mit höhere Temp. sich schneller Bewegen -> Wärmebewegung

Ist eine Diffusion von Wasser durch eine selketiv permeable Membran. Das Wasser diffundiert zur Lösung mit der höheren Konzentration gelöster Stoffe.

Ist der Druck den die Lösung im Osmometer durch die Wasseraufnahme erreicht. Er ist zur Konzentration der gelösten Teilchen proportional. Die Art der Teilchen hat keinen Einfluss. Er ist umso höher, je grösser die Konzentration der gelösten Stoffe zu Beginn gewesen war.

Lösungen mit gleichen Konzentrationen gelöster Teilchen sind isotonisch. Zwischen isotonischen Lösungen findet zwar eine Diffusion, aber kein Nettotransport statt.

Bei Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen diffundiert Wasser von der Lösung mit der tieferen Konzentration gelöster Teilchen zur Lösung mit der höheren Konzentration gelöster Teilchen -> Druck steigt

Ist die Lösung mit der tieferen Konzentration - der Druck sinkt dort

• Die Zellwand verhinder eine übermässige Dehnung der Zelle und damit auch die Wasseraufnahme
• Süsswasser dringt ein, Zellinhalt schwillt an und drückt von innen auf die Zellwand (Innendruck = Turgor). Die Zellwand wird dadurch etwas gedehnt und die Dehnung für zu einem wachsenden Gegendruck der Hülle -> Wanddruck behindert weitere Wasseraufnahme und bringt Osmose zum Stillstand -> Zelle ist prall gefüllt.

Der Turgor kann durch gezielte Veränderung der Innenkonzentration verändert werden. Manche Pflanzen nutzen das um Teile zu bewegen. Am Morgen nehmen die Zellen an der Unterseite des Gelenkts aktiv Ionen auf -> Durch Osmose strömgt dann Wasser nach und erhöht den Turgor -> Blatt wird angehoben. Am Abend geschieht das unbekehrte.

Der Turgor sinkt bei grosser Trockenheit oder wenn die Zelle durch Osmose Wasser verliert. Zelle verliert Wasser, Druck im Innern sinkt, Spannung der Zellwand lässt nach -> Zelle verliert Turgeszenz. Der Protoplast schrumpft und löst sich zuerst stellenweise und schliesslich ganz von der Zellwand -> Plasmolyse

Bringt man plasmolysierte Zellen ins Wasser, bevor sie voll geschädigt sind, erholen sie sich wieder -> Turgor steigt und die Zellwand wird gespannt.

• Durch Lipidschicht: Kleine Moleküle wie Wasser- oder Sauerstoffmoleküle schlüpfen zwischen den Lipid-Molekülen hindurch
• Eiweisstunnel: Ionen und grössere hydrophile Moleküle passiern die Membran durch Eiweisstunnel mit hydrophilen Wänden.
• Carrier: Grosse und kleine Teilchen können von spezifischen Transporteiweissen bewegt werden. Carrier können auch gegen das Konzentrationsgefälle transportieren.

• Ist der Aufbau körpereigenen Stoffe
• Assimilate dienen als Bau, Speicher oder Betriebsstoffe

• Ist der Ausgangsstoff zur Herstellung von anderen Zuckern wei Rohzucker und Vielfachzucker wie Cellulose
• Ist Ausgangsstoff zur Herstellung anderer Verbindungen (Aminosäuren)
• Wird in Form von Stärke gespeichert
• Betriebsstoff zur Herstellung von ATP dissimiliert

• 1. Reaktion: Lichtreaktion: Spaltung des Wasser mit Hilfe von Enerige -> Fotolyse. Es entstehen 2 H-Atome und 1 O-Atom. Die H-Atome werden zur Übertragung auf die folgenden Reaktionen an ein Trägermolekül gebunden. Das O-Atom bildet mit einem Artgenossen ein O₂-Molekül. So ensteht der gasförmige Sauerstoff, der als Endprodukt abgegeben wird. Der Sauerstoff stammt aus dem Wasser.

Summengleichung Lichtreaktion: 6 CO2 + 12 H2O --------> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

• Lichtunabhängige Reaktion:  Kommt nach der Lichtreaktion und braucht kein Licht. Es ir in einer langen Reihe von vielen Reaktionen, aus Kohledioxid und Wasser Traubenzucker hergestellt. Die nötige Energie liefert das in der Lichtreaktion bereitgestellte ATP.

Summegleichung Lichtunabhägige R: 6 CO2 + 24H --------> C6H12O6 + 6 H2O

Sie dient zur Herstellung von ATP aus ADP + P

C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O ---------> 6 CO2 + 12 H2O

• Gebildeter Sauerstoff reicht gerade aus, um den produzierten Traubenzucker wieder zu veratmen
• Es entsteht gleich viel CO2 wie bei der Herstellung des veratmeten Traubenzuckers verbraucht wurde
• Bei der Veratmung des Zuckers wird gleich viel Energie frei, wie für seine Herstellung in der Fotosynthese investiert wurde als cia. 16kJ Traubenzucker.

Ist die einzige Möglichkeit zur Dissimilation ohne Sauerstoff, sie verläuft also anaerob. Es wird viel weniger Energie frei als bei der Zellatmung weil die Produkte energiereiche sind. Es werden statt 38 Moleküle ATP nur 2 gebildet. Sie verläuft im Plasma und beginnt auch mit der Glykolyse.

Zellkern, Plastide, Mitochondrien und Vakuole -> Sind alle im LM sichtbar

• sehr dünne, aus Lipide und Eiweisse aufgebaute Schicht, enthält auf der Aussenseite Kohlehydrat-Moleküle, welche als "Namensschilder" dienen.
• Grenzt Cytoplasma ab, erlaubt aber Stoffaustausch und Infos -> Regelt Stoffaustausch und ermöglicht Kommunikation.

• Kugel oder Linsensförmig, Durchmesser 5.25µm -> grösstes Zellorganell, Hülle aus 2 Membranen
• Datenbank und Steuerzentrale, bewahrt Info für Bau und Betrieb der Zelle, enthält Erbinfo, verdoppelt das Erbgut bevor sich die Zelle teilt

• Inneres ist von Membranen durchzogen, kommt in grünen Pflanzenteile vor und enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll, Durchmesser von 4-8 µm, Hülle aus 2 Membranen

Grana und Stroma:

• Membrane bilden dichte Stapel -> Grana
• Das Plasma heisst Stroma
• Membran der Grana trägt das Chlorophyll
• Membranstapel vergrössern die Oberfläche für die Lichtaufnahme
• Enzyme sitzen auf den Membranplatten im Inneren.

Aufgabe:

• Fotosynthese -> Chlorophyll fängt Lichtenergie auf und nutzt dies zur Herstellung von Traubenzucker aus den energieärmeren anorganischen Edukten.

Gelbe bis rote Farbstoffe -> Farbbildner von Früchten und Blüten

bauen aus Traubenzucker Stärke und speichern es. Sie befinden sich in der Knolle, Wurzel und Samen

• 0.5-2µm kleiner als Plastide, im LM bei 1000x Vergrösserung gerade noch erkennbar
• In allen Tieren und Pflanzenzellen vorhanden, besonders Zahlreich in Zellen mit hohem Energiebedarf
• Enthalten Plasma und Hülle mit 2 Membranen
• Enthalten DNA und Ribosome -> Eigene Eiweissherstellung
• Entstehen durch Teilung vorhandener Mitochondrien
• Innere Oberfläche ist durch Einstülpung stark vergrössert
• Innere Membran trägt zahlreiche Enzyme für die Reaktion der Zellatmung -> Grosse innere Oberfläche = hoher Stoffumsatz

Aufgabe:

• Zellatmung ( Traubenzucker +  Sauerstoff ----> Kohlendioxid + Wasser

• enthalten Zellsaft, durch 1 Membran vom Plasma abgegrenzt, Zellmembran ist im LM nicht sichtbar
• Lager für Reservestoffe, Farbstoffe und Abfälle aus Zellstoffwechsel
• Beim Wachstum der Pflanze werden Vakuolen grösser und verschmelzen schliesslich zu einer grossen. Bei einer ausgewachsenen Zelle ist 90% Vakuole. Diese Vergrösserung senkt die "baukosten". Pflanzen müssen stark und schnell wachsen um grosse Oberfläche für die Aufnahme von Licht und Stoffaustausch zu bilden -> Einfachster Weg zur Vergrösserung der Zelle

Tierische Zelle: Besitzen keine Plastide, Vakuole (ausser Nahrungvakuolen) und Zellwand. Tiere müssen organische Stoffe mit der Nahrung aufnehmen. Da sie keine Leukoplasten haben, können sie keine Stärke aufbauen. Sie bilden aus Glucose das Glykogen und speichern diesi n From von Körner im Plasma. Makromoleküle des Glykogens sind wie Stärke aus Glucose aufgebaut, sie sind aber stärker verzweigt.

• Das ER ist flächenmässig der grösste Teil des inneren Membransystem
• System von Kanälen und flachen, sackartigen Hohlräumen, die durch eine Membran vom Plasma abgetrennt sind. Membran des ER ist mit äusserer Membran der Kernhülle verbunden -> Form und Ausdehnung ändert sich ständig

Aufgabe:

allgemein: trägt Enzyme für chemische Reaktionen, baut Stoffe ab und um

Raues ER:

• wichtige Eiweissfabrik, an den Ribosomen auf der Membranaussenseite werden Aminosäuren nach einem vom Kern gelieferten Rezept zu Eiweissen verknüpft.
• Kompartimentierung

Glattes ER:

• Herstellung von Membranlipide, welche zu Vesikel abgepackt werden und zum Golgi-Apparat geschickt werden.
• Trägt Enzyme für den Abbau und die Umwandlugn von Kohlenhydraten und Abbau von Giften
• Kompartimentierung

Dictyosom: Teil des Golgiapparats, Versandplatz, Synthese

Vesikel: Transportieren und lagern Stoffe

Kompartimente sind Reaktionsräume, welche im EM sichtbar sind.

Die meisten Organellen sind durch Membranen abgegrenzt. Membrane teilen die Zelle in verschiedene Kompartimente auf. Sie machen, dass viele Arbeiter, die in einer Zelle ganz verschiedene Aufgaben ausführen, sich nicht in die Quere kommen -> Arbeitsteilung. Die Arbeiter der Zelle sind Enzyme.

• Abgrenzung und Stofftransport
• Enzymträger
• Vergrösserung der Oberfläche
• Informationsaustausch
• Reizbarkeit

• ER
• Golgi-Apparat

• besteht aus den miteinander verbundenen Dictyosomen einer Zelle. Dictyosom ist ein Stapel von scheibenförmigen, membranumhüllten Hohlräume, die von kleinen Bläschen umgeben sind. Wird von einer Membran abgegrenzt.
• Dictyosome sind Produktionsstätten, Zwischenlager sowie Sortier- und Versandzentrale. Sie nehmen ständig Vesikel auf und schnüren ab. Sie sortieren und lagern die vom ER angelieferten Stoffe und verschicken sie als Golgi-Vesikel verpackt zu  den Zielen in der Zelle oder Zelloberfläche.

• Chromatin: feine Fäden im Kernplasma, bestehen aus DNA und Eiweissen, sehr fein und stark spiralisiert
• Chromosome: Kern teil sich bei der Zellteilung zuerst. Chromatinfasern werden in eine besser transportierbare Form gebracht -> verkürzen und verdicken sich -> Chromosom. Der Mensch besitzt 46
• Kernkörperchen: Zellkern hat mindestens 1, welches im LM sichtbar ist. Bildet Bauteile für die Ribosome

• Winzige Kügelchen (25nm), aus Eiweissen und RNA, besitzen keine Membran und sitzen auf dem ER oder liegen frei im Plasma
• Bauen sich selbst auf, Vermehren sich durch Teilung oder Abspaltung, enthalten komplexe, genau festgelegte Struktur

Aufgabe:

• "Eiweissfabrik" der Zelle
• Aminosäuren werden zu den makromolekülen der Eiweisse verknüpft
• Bauanleitung kommt von der mRNA
• Ein Teil der Eiweisse werden Enzyme, andere werden wichtige Baustoffe

• Ist eine energiereiche Verbindung
• Universell einsetzbarer Energieträger der Zelle
• Besteht aus Adenosin-Molekül + 3 Phosphatgruppen
• Doppelt so gross wie Traubenzuckermolekül
• Wird in Mitochondrien aus Adenosindiphosphat hergestellt, indem 3 Phosphatgruppen ans ADP-Molekül binden. Dazu wird Energie der Zellatmung verwendet.

• Abbau des Traubenzucker und anderer energiereichen organischen Stoffe dauert einige Zeit (viele Reaktionsschritte). ATP kann durch eine einizge Reaktion schnell freigesetzt werden -> Schnelle Energie
• Universelle Verwendbarkeit, ATP ist die Einheitswährung der Energie. Mitochondrien wandel Energie verschiedener Energieträger in ATP um.
• Aufteilung der Energie in handliche Poritonen
• Die Energieportionen müssen kleiner sein als die Energie, die in einem Zuckermolekül steckt