Zellstrukturen und ihre Funktionen

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Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Mitochondrien

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Citratzyklus, Atmungskette

(Elektronentransport), oxidative Phosphorylierung (ATP-Synthese), Fettsäureabbau

Leitenzym: Glutamatdehydrogenase Cytochromoxidase

• Vorkommen: in allen aeroben Zellen von Tieren und Pflanzen

• Form sehr variabel: rund bis fädig/

verzweigt; Größe: 1 x 3 µm

• Anzahl variabel: 20 bis 5 x 10⁵ je nach Leistungsfähigkeit

• sind „Kraftwerke“ der Zelle

• von Doppelmembran umgeben

• äußere Membran durchlässig (Porine!)

• innere Membran mit Cardiolipin in Cristae (Lamellen), Tubuli (Röhren), Sacculi (allgemeine Bezeichnung)

Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Mitochondrien (mitos = Faden, chondrion =

Körnchen)

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Zellstrukturen und ihre Funktionen — Mitochondrien

• Matrixgranula = Speicherung von Calcium- und Magnesiumionen

• zirkuläre DNA ohne Histone (mehrere Ringe in Kettenform vorliegend)

• ca. 5% der mitochondrialen Proteine auf mtDNA codiert => Chondriom = Gesamtheit aller Gene auf mtDNA

• 70S-Ribosomen

• Vermehrung durch Teilung

• matrokline Vererbung, d.h. Eizelle liefert Zytoplasma mit Mitochondrien für Zygote

• Mitochondriopathien: Krankheiten durch Defekte im MT-Stoffwechsel

• vor allem Organe mit hoher Aktivität betroffen: Gehirn, Herz, Skelettmuskel, Retina (z.B. Lebersche hereditäre Optikusneuropathie)

• sehr heterogenes Krankheitsbild

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Zellstrukturen und ihre Funktionen — Mitochondrien

MAO: baut z.B. Dopamin im Gehirn ab, Enzym-Inhibitoren als Parkinson-Therapeutikum

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Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Mitochondrien

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Zellstrukturen und ihre Funktionen — Mitochondrien

• normalerweise:

Protonengradient über innere Membran mit ATP- Synthese gekoppelt

• 2,4-Dinitrophenol ist Entkoppler, d.h. Protonen gelangen wieder in die

Matrix, Wärme wird erzeugt

• im braunen Fettgewebe Thermogenin als Entkopp- ler, z.B. Winterschläfer, Neugeborene

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2,4-Dinitrophenol

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Zellstrukturen und ihre Funktionen — Mitochondrien

inaktiv aktiv

Vergrößerung des Intermembranraumes Mitochondrium mit Cristae

Chloroplast

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Zellstrukturen und ihre Funktionen —

Plastiden

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Lichtphosphorylierung (ATP-

Synthese), Elektronentransport, Reduktion von CO₂, Reduktion von Nitrit zu NH₄⁺, Reduktion von Sulfat, Aminosäuresynthese,

Fettsäuresynthese (innere Membran;

im Gegensatz zu tier. Zellen!)

• Vorkommen: nur in Pflanzen

• kugelig bis linsenförmig, 3-8 µm

• Doppelmembran um Stroma, darin Thylakoidmembranen, z.T. in Stapel = Grana

• äußere Membran durchlässig

• Intermembranraum und Thylakoidin- nenraum = Intrathylakoidraum

Zellstrukturen und Ihre Funktionen —

Plastiden

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Plastiden

• Thylakoidmembran: Träger der Photosynthesepigmente,

Elektronentransportkette, ATP- Synthase

• Stroma: Enzyme des Calvinzyklus

• ringförmige DNA ohne Histone

• Plastom = Gesamtheit aller Gene in Plastiden

• matrokline Vererbung

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— Plastiden

• Entstehung: aus Proplastiden, je nach Licht: Entwicklung zu

Chloroplasten (Licht),

Leukoplasten oder Chromoplasten (Licht und Dunkel)

• Leukoplasten: Amyloplasten zur Stärkespeicherung, Elaioplasten zur Ölspeicherung, Proteinoplasten zur Proteinspeicherung

• Etioplasten: Chloroplasten ergrünungsfähiger Gewebe

• Plastiden ineinander umwandelbar

• Gerontoplasten: Altersform der Chloroplasten (Herbstlaub)

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Amyloplasten

Chloroplasten

Chromoplasten

Zellstrukturen und Ihre Funktionen —

Plastiden

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen

— Plastiden

• Etioplast: vom parakristallinen Prolamellarkörper gehen einzelne Thylakoide aus

• Chromoplast: je nach Speicherform der Carotinoide Unterscheidung

zwischen globulös, tubulös, membranös und kristallös

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Polysaccharide — Speicher

CH₂OHO HO

HO

OH OH

glycosidisches C-Atom

α-D-Glucose

1 4

CH₂OHO HO

HO OH OH

glycosidisches C-Atom

β-D-Glucose

1 4

CH₂OHO HO

HO

OH O CH₂OHO

HO OH OH

Maltose =α-1,4 glycosidisch verknüpfte D-Glucose

CH₂OHO HO

HO

OH O O

HO OH

CH₂OH

OH

Cellobiose =β-1,4 glycosidisch verknüpfte D-Glucose

Cellulose

Stärke aus Amylose und Amylopektin, in Form von Assimilationsstärke in

Chloroplasten oder Speicherstärke (Stärkekörner) in Amyloplasten

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett

Aktinfilamente Intermediärfilamente Mikrotubuli

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett

Vorkommen: in eukaryontischen pflanzlichen und tier. Zellen nicht in Bakterien!

Funktion: dynamischer Strukturbildner, wichtig für •die Gestalt zellwandloser Zellen

• die innere Architektur

•zelluläre Bewegungsvorgänge

• den gerichteten Stofftransport innerhalb der Zelle

Struktur: Proteinpolymere, je nach Form unterscheidbar in • Mikrofilamente = Aktinfilamente

• Intermediärfilamente

• Mikrotubuli

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktinfilamente

häufigstes Protein in einer eukaryontischen Zelle Durchmesser ca. 6nm

Funktion: bestimmt die Zelloberfläche, wichtig für Bewegungsvorgänge Lokalisierung: in der ganzen Zelle verteilt, v.a. im „Cortex“, direkt unter der Plasmamembran

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktin

Immunfluoreszenz- Aufnahme

Elektronenmikroskop.

Aufnahme

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktinfilamente

Funktion: bestimmt die Zelloberfläche, wichtig für Bewegungsvorgänge Lokalisierung: in der ganzen Zelle verteilt, v.a. im „Cortex“, direkt unter der Plasmamembran

Struktur: aufgebaut aus Aktinmonomeren = globuläres Protein = G-Aktin, bildet 2 Ketten, die umeinander gewunden sind = F-Aktin

Polymerisation ist abhängig von ATP und ein- und zweiwertigen Ionen (K⁺, Mg²⁺); +-Ende: schneller Auf- und Abbau; –-Ende: langsamer Auf- und Abbau

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktin

G-Aktin F-Aktin

Aktin-Bündel

Aktin-Vernetzungs-

proteine Aktin-Netz

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktinfilamente

Funktion: bestimmt die Zelloberfläche, wichtig für Bewegungsvorgänge Lokalisierung: in der ganzen Zelle verteilt, v.a. im Cortex, direkt unter der Plasmamembran

Struktur: aufgebaut aus Aktinmonomeren = globuläres Protein = G-Aktin, bildet 2 Ketten, die umeinander gewunden sind = F-Aktin

Polymerisation ist abhängig von ATP und ein- und zweiwertigen Ionen (K⁺, Mg²⁺); +-Ende: schneller Auf- und Abbau; –-Ende: langsamer Auf- und Abbau

je nach Zelltyp existieren unterschiedliche Aktin-Bindeproteine, z.B.

Filamin, Ankyrin, Dystrophin, Myosin

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktinfilamente

z.B. Erythrozytenmembran:

Kontakte zwischen den verschiedenen Proteinen fixieren Aktinfilamente und damit den Cortex

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Zellstrukturen und Ihre Funktionen — Zytoskelett: Aktinfilamente

Cytochalasin (Pilze): bindet an +-Ende und inhibiert die Polymerisation Phalloidin (Amanita phalloides, Knollenblätterpilz): bindet seitlich an F- Aktin und verhindert Depolymerisation

Prokaryont Listeria monocytogenes: verursacht schwere Formen von Nahrungsmittelvergiftung; verwendet Aktinfilamente, um sich in der

befallenen Zelle fortzubewegen bzw. in andere Zellen einzudringen

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Aktin/Myosin

wichtiger Interaktionspartner: Myosin