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B6. Eukaroytische Zellmembranen - Biologie

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Wir haben Lipide, Proteine ​​und Kohlenhydrate untersucht. Einige Beispiele für solche Anhänge sind:

  • N-Myristoylierung (gebundene Myristinsäure - 14:0 - über eine Amidbindung)
  • S-Palmitoylierung (gebundene Palmitinsäure - 16:0 - über eine Thioesterverbindung mit einem Cys
  • Farnesyl- oder Geranylgeranyl-Addition an eine CAAX-Carboxy-terminale Sequenz in einem Zielprotein, wobei C Cys ist, A aliphatisch ist und X eine beliebige Aminosäure ist
  • Addition eines Proteins an ein Glycosylphophatidylinositol (GPI) durch einen Komplex, der gewöhnlich einen konservierten Tetrasaccharidkern aus 3 Man- und 1 GlcNAc-Resten enthält, der an ein Protein gebunden ist. Der GPI kann mit zusätzlichen Gal's und Man sowie durch Zusätze zur PI-Gruppe, die das Protein in der Membran sichert, weiter modifiziert werden. GPIs kommen in eukaryontischen Zellen vor und verbinden viele Oberflächenantigene, Adhäsionsmoleküle und Hydrolasen mit der Membran. GPIs von Plasmoidium falciparum, dem Malariaparasiten, der jedes Jahr etwa zwei Millionen Menschen tötet, scheinen als Toxin zu wirken und sind die häufigste CHO-Modifikation des Parasitenproteins. Mäuse immunisiert gegen die GPI-Sequenz, NH2-CH2-CH2-PO4-Man (a1-2) 6Man (a1-2) Man (a1-6) Man (a1-4) GlcNH2 (a1-6) myo-Inositol-1 ,2-cyclisches Phosphat, waren im Wesentlichen vor Malariasymptomen und dem Tod geschützt, nachdem sie dem eigentlichen Parasiten ausgesetzt waren.


Abbildung: Biologische Membranen: einfach bis komplex


Abbildung: Coole Ansicht einer Membranoberfläche


Abschnittszusammenfassung

Wie eine prokaryontische Zelle hat eine eukaryontische Zelle eine Plasmamembran, Zytoplasma und Ribosomen, aber eine eukaryontische Zelle ist typischerweise größer als eine prokaryontische Zelle, hat einen echten Kern (d.h. ihre DNA ist von einer Membran umgeben) und hat andere Membran- gebundene Organellen, die eine Kompartimentierung von Funktionen ermöglichen. Die Plasmamembran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, die mit Proteinen eingebettet ist. Der Nukleolus innerhalb des Nukleus ist die Stelle für die Ribosomenanordnung. Ribosomen befinden sich im Zytoplasma oder sind an der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran oder des endoplasmatischen Retikulums befestigt. Sie führen die Proteinsynthese durch. Mitochondrien führen die Zellatmung durch und produzieren ATP. Peroxisomen bauen Fettsäuren, Aminosäuren und einige Toxine ab. Vesikel und Vakuolen sind Lager- und Transportfächer. In Pflanzenzellen helfen Vakuolen auch beim Abbau von Makromolekülen.

Tierzellen haben auch ein Zentrosom und Lysosomen. Das Zentrosom hat zwei Körper, die Zentriolen, mit einer unbekannten Rolle bei der Zellteilung. Lysosomen sind die Verdauungsorganellen tierischer Zellen.

Pflanzenzellen haben eine Zellwand, Chloroplasten und eine zentrale Vakuole. Die pflanzliche Zellwand, deren Hauptbestandteil Cellulose ist, schützt die Zelle, bietet strukturellen Halt und formt die Zelle. Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt. Die zentrale Vakuole dehnt sich aus und vergrößert die Zelle, ohne dass mehr Zytoplasma produziert werden muss.

Das Endomembransystem umfasst die Kernhülle, das endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat, Lysosomen, Vesikel sowie die Plasmamembran. Diese zellulären Komponenten arbeiten zusammen, um Membranlipide und Proteine ​​zu modifizieren, zu verpacken, zu markieren und zu transportieren.

Das Zytoskelett hat drei verschiedene Arten von Proteinelementen. Mikrofilamente verleihen der Zelle Steifigkeit und Form und erleichtern die Zellbewegungen. Zwischenfilamente tragen Spannung und verankern den Kern und andere Organellen an Ort und Stelle. Mikrotubuli helfen der Zelle, der Kompression zu widerstehen, dienen als Spuren für Motorproteine, die Vesikel durch die Zelle bewegen, und ziehen replizierte Chromosomen zu den gegenüberliegenden Enden einer sich teilenden Zelle. Sie sind auch die strukturellen Elemente von Zentriolen, Flagellen und Zilien.

Tierische Zellen kommunizieren über ihre extrazellulären Matrizen und sind durch Tight Junctions, Desmosomen und Gap Junctions miteinander verbunden. Pflanzenzellen sind durch Plasmodesmen verbunden und kommunizieren miteinander.

Zusätzliche Fragen zum Selbsttest

1. Welche Strukturen hat eine Pflanzenzelle, die eine tierische Zelle nicht hat? Welche Strukturen hat eine tierische Zelle, die eine Pflanzenzelle nicht hat?


Der Kern

Typischerweise ist der Zellkern das prominenteste Organell einer Zelle ([Abbildung 1]). Der Zellkern (Plural = Kerne) beherbergt die DNA der Zelle und steuert die Synthese von Ribosomen und Proteinen. Schauen wir uns das genauer an ( [Abbildung 4]).

Abbildung 4: Der Zellkern speichert Chromatin (DNA plus Proteine) in einer gelartigen Substanz namens Nukleoplasma. Der Nukleolus ist eine kondensierte Chromatinregion, in der die Ribosomensynthese stattfindet. Die Grenze des Kerns wird Kernhülle genannt. Es besteht aus zwei Phospholipid-Doppelschichten: einer äußeren und einer inneren Membran. Die Kernmembran ist kontinuierlich mit dem endoplasmatischen Retikulum. Kernporen ermöglichen den Eintritt und Austritt von Substanzen in den Kern.


Die Exozyste an der Grenzfläche zwischen Zytoskelett und Membranen in eukaryotischen Zellen

Der Transport und die abschließende Fusion der sekretorischen Vesikel mit der relevanten Zielmembran sind hierarchisch organisierte und reziprok miteinander verbundene mehrstufige Prozesse, die nicht nur spezifische Protein-Protein-Wechselwirkungen, sondern auch spezifische Protein-Phospholipid-Wechselwirkungen beinhalten. Die Exozyste wurde als Bindungskomplex entdeckt, der die erste Begegnung der ankommenden exozytischen Vesikel mit der Plasmamembran vermittelt. Der Exozystenkomplex wird durch kleine Rab- und Rho-GTPasen reguliert, was zum Andocken von Exozystenvesikeln an die Plasmamembran (PM) und schließlich zu ihrer durch spezifische SNARE-Komplexe vermittelten Fusion führt. In Opisthokont-Modellzellen konnte gezeigt werden, dass die Exozyste sowohl mit dem Mikrotubulus- und Mikrofilament-Zytoskelett und verwandten Motorproteinen als auch mit der PM über Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat-spezifische Bindung direkt interagiert, was direkt die kortikale Zytoskelett- und PM-Dynamik beeinflusst. Hier fassen wir den aktuellen Wissensstand zu Exozysten-Zytoskelett-PM-Interaktionen zusammen, um eine Perspektive für zukünftige Forschungen in diesem Bereich in Pflanzenzellen zu eröffnen.

Schlüsselwörter: Exo70 Aktin Zytoskelett Exozyste Mikrotubulus Zytoskelett Myosin Phospholipide Sekretion kleine GTPasen.


B6. Eukaroytische Zellmembranen - Biologie

Zellstruktur und Membran

Einführung
Eine Zelle ist die kleinste Einheit eines Organismus, die unabhängig leben kann. Es gibt zwei Zelltypen: prokaryontische und eukaryontische Zellen. Zu den prokaryontischen Zellen gehören Bakterien und eine große Gruppe anderer Mikroorganismen ohne Zellkern. Zu den eukaryotischen Zellen gehören Pflanzenzellen und tierische Zellen, sie haben unterschiedliche Kern- und Zellorganellen.

Wie erhält die Zelle das Leben mit Organellen?
Die Zelle erhält das Leben, indem sie jede Verantwortung einzelnen spezialisierten Maschinen zuweist. Diese Maschinen werden Organellen genannt. Eine Organelle ist eine unterteilte Struktur, die eine spezialisierte Funktion innerhalb einer Zelle ausführt. Eine tierische Zelle enthält einen Kern, Ribosomen, Mitochondrien, ein raues endoplasmatisches Retikulum, ein glattes endoplasmatisches Retikulum, eine Plasmamembran, einen Golgi-Apparat und Lysosomen. Der Zellkern steuert die Zellfunktion.

Organelle Strukturen und Funktionen
Ribosomen: stellen Proteine ​​für die Zelle her. Jedes Ribosom besteht aus zwei Proteinuntereinheiten: der großen Untereinheit und der kleinen Untereinheit. Die Einheiten umklammern einen Strang von Nukleinsäureanweisungen aus dem Kern. Das Ribosom liest die Stranganweisungen, um Proteine ​​herzustellen, die die Zelle bei ihren normalen Aktivitäten verwenden kann.
Endoplasmatisches Retikulum: Einschließlich rauer ER und glatter ER. Raues ER wird an der Außenseite des Kerns gefunden. Aufgrund der Ribosomen auf seiner Oberfläche erscheint es rau. Es hilft den angehängten Ribosomen bei der Fertigstellung der Proteinsynthese. Glattes ER ist NICHT mit dem Kern verbunden und hat KEINE angehängten Ribosomen (also glatt). Smooth ER synthetisiert Kohlenhydrate und Lipide.
Der Golgi-Apparat: Er besteht aus abgeflachten, gefalteten Säcken und schickt Pakete durch die Zelle.
Mitochondrien: wandelt Kohlenhydrate aus der Nahrung in ATP um – produziert Energie, um die Zelle mit Energie zu versorgen.
Lysosom: stark sauer, zerstören Abfallstoffe, um die Zelle zu reinigen.

Zellmembran: Zusammensetzung und Funktion
Eine Zellmembran ist eine selektiv durchlässige Struktur, die die Zelle umhüllt und die innere Umgebung der Zelle schützt. Die Zellmembran besteht aus Phospholipiden, die Kohlenhydratköpfe und Lipidschwänze haben. Proteine ​​können auf Zellmembranen eingebettet oder verankert werden. Zellmembranen bieten eine stabile Umgebung für Zellen, führen eine Kommunikationsfunktion zwischen Zellen über die Oberflächenproteine ​​aus und tauschen selektiv Material zwischen einer Zelle und ihrer Umgebung aus.

Eine Zelle ist eine Baueinheit eines Organismus, die unabhängig funktionieren kann. Die Zelle erhält das Leben, indem sie jede Verantwortung einzelnen spezialisierten Maschinen zuweist. Diese Maschinen werden Organellen genannt. Eine Organelle ist eine unterteilte Struktur, die eine spezialisierte Funktion innerhalb einer Zelle ausführt. Eine tierische Zelle enthält einen Kern, Ribosomen, Mitochondrien, ein raues endoplasmatisches Retikulum, ein glattes endoplasmatisches Retikulum, eine Plasmamembran, einen Golgi-Apparat und Lysosomen. Der Zellkern steuert die Zellfunktion. Andere Organellen liefern Energie und Bausteine ​​für Zellen. Die Zellmembran ist eine selektiv durchlässige Struktur, die die Zelle umhüllt und die innere Umgebung der Zelle schützt. Die Zellmembran besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden und Proteinen, die mit anderen Zellen oder der Umgebung kommunizieren können.

  • Concept Maps zur Erläuterung der behandelten Themen.
  • Flussdiagrammtyp der Erklärung zu jeder Funktion einer Zelle.
  • Elegante Strukturdetails einer Zelle und jeder Organelle.
  • Ausführliche Erklärung zu Synthese, Transport und Funktion von Proteinen
  • Was ist eine Zelle?
  • Art der Zellen
  • Voraussetzung fürs Leben
  • Eine Zelle erhält das Leben, indem sie jede Verantwortung Organellen zuweist
  • Was sind Organellen?
  • Kern
  • Ribosomen
  • Endoplasmatisches Retikulum
  • Golgi-Apparat
  • Proteinsynthese und -abgabe
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  • Lysosomen
  • Zusammenfassung
  • Was ist eine Zellmembran?
  • Zusammensetzung der Zellmembran
  • Zellmembransynthese
  • Funktion der Zellmembran

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B6. Eukaroytische Zellmembranen - Biologie

Die erste wichtige Unterscheidung zwischen lebenden Organismen besteht darin, ob sie aus prokaryontischen oder eukaryontischen Zellen bestehen. Eukaryontische Organismen können einzellig oder vielzellig sein. Wohingegen eukaryotische Zellen einen echten Kern enthalten, der in einer Membran eingeschlossen ist, Prokaryotische Zellen keinen Kern enthalten. Die Hauptorganellen sind in der eukaryontischen Zelle in Abbildung 1.1 identifiziert.

Abbildung 1.1. Eukaryotische Zelle Im Zytoplasma einer eukaryontischen Zelle finden sich zahlreiche membrangebundene Organellen.

Jede Zelle besitzt eine Zellmembran, die ein halbflüssiges Zytosol umschließt, in dem die Organellen ausgesetzt sind. In eukaryontischen Zellen sind die meisten Organellen membrangebunden, was eine Kompartimentierung von Funktionen ermöglicht. Membranen eukaryontischer Zellen bestehen aus einer Phospholipid-Doppelschicht. Diese Membran ist insofern einzigartig, als ihre Oberflächen hydrophil sind und elektrostatisch mit der wässrigen Umgebung innerhalb und außerhalb der Zelle wechselwirken, während ihr innerer Teil hydrophob ist, was dazu beiträgt, eine hochselektive Barriere zwischen dem Inneren der Zelle und der äußeren Umgebung bereitzustellen. Die Zellmembran ist ein so wichtiges Thema auf dem MCAT, dass ein ganzes Kapitel&ndashKapitel 8 von MCAT Biochemie Review&mdashi widmet sich ausschließlich der Erörterung der Struktur und Physiologie biologischer Membranen. Die Zytosol ermöglicht die Diffusion von Molekülen durch die Zelle. Innerhalb desKern, genetisches Material ist kodiert in Desoxyribonukleinsäure (DNA), die organisiert ist in Chromosomen. Eukaryontische Zellen vermehren sich durch Mitose, was die Bildung von zwei identischen Tochterzellen ermöglicht.

Der Kern

Als Schaltzentrale der Zelle ist die Kern ist die am stärksten getestete Organelle auf dem MCAT. Es enthält das gesamte genetische Material, das für die Replikation der Zelle erforderlich ist. Der Kern ist umgeben von der Kernmembran oder Umschlag, eine Doppelmembran, die eine vom Zytoplasma getrennte und getrennte Kernumgebung aufrechterhält. Kernporen in der Kernmembran ermöglichen einen selektiven bidirektionalen Materialaustausch zwischen dem Zytoplasma und dem Kern.

Die Kernhülle schafft zwei unterschiedliche Umgebungen innerhalb der Zelle, da sie den Kern vom Zytoplasma trennt. Dies ermöglicht die Kompartimentierung der Transkription (Bildung von hnRNA aus DNA, die anschließend zu mRNA prozessiert wird) und Translation (Bildung eines Peptids aus mRNA). Diese Prozesse werden in Kapitel 7 von MCAT Biochemie Review.

Das genetische Material (DNA) enthält kodierende Regionen namens Gene. Lineare DNA ist um organisierende Proteine ​​gewunden, die als bekannt sind Histone, und wird dann weiter in lineare Stränge gewickelt, genannt Chromosomen. Die Lage der DNA im Zellkern ermöglicht die Kompartimentierung der DNA-Transkription getrennt von der RNA-Translation. Schließlich gibt es einen Unterabschnitt des Kerns, der als bekannt ist Nukleolus, bei dem die ribosomale RNA (rRNA) synthetisiert. Der Nukleolus nimmt tatsächlich etwa 25 Prozent des Volumens des gesamten Kerns ein und ist oft als dunklerer Fleck im Kern zu erkennen.

Mitochondrien

Mitochondrien, in Abbildung 1.2 gezeigt, werden oft als die Kraftwerke der Zelle, in Bezug auf ihre wichtigen Stoffwechselfunktionen. Das Mitochondrium enthält zwei Schichten: die äußere und die innere Membran. Die äußere Membran dient als Barriere zwischen dem Zytosol und der inneren Umgebung des Mitochondriums. Die innere Membran, die in zahlreiche Einfaltungen geworfen wird, genannt Cristae, enthält die für die Elektronentransportkette notwendigen Moleküle und Enzyme. Die Cristae sind stark gefaltete Strukturen, die die für Elektronentransportkettenenzyme verfügbare Oberfläche vergrößern. Der Raum zwischen der inneren und äußeren Membran wird als bezeichnet Zwischenmembranraum der Raum innerhalb der inneren Membran wird Mitochondrien genannt Matrix. Wie in Kapitel 10 von beschrieben MCAT Biochemie Review, das Pumpen von Protonen aus der mitochondrialen Matrix in den Intermembranraum stellt letztendlich die protonenmotorische Kraft her, diese Protonen fließen durch ATP-Synthase ATP während der oxidativen Phosphorylierung zu erzeugen.

Die Theorie der seriellen Endosymbiose versucht, die Bildung einiger der membrangebundenen Organellen zu erklären, postuliert sie, dass diese Organellen durch das Verschlingen eines Prokaryoten durch einen anderen und die Etablierung einer symbiotischen Beziehung zwischen den beiden entstanden sind. Neben den Mitochondrien sollen sich Chloroplasten in Pflanzenzellen und Motilitätsorganellen (wie Geißeln) durch diesen Prozess entwickelt haben.

Mitochondrien unterscheiden sich von anderen Teilen der Zelle dadurch, dass sie halbautonom sind. Sie enthalten teilweise eigene Gene und vermehren sich unabhängig vom Zellkern durch binäre Spaltung. Es wird angenommen, dass sich Mitochondrien aus einem anaeroben Prokaryonten entwickelt haben, der einen aeroben Prokaryonten verschlingt und eine symbiotische Beziehung begründet.

Abbildung 1.2. Mitochondriale Struktur

Die Mitochondrien halten die Zelle nicht nur durch Energieversorgung am Leben, sondern sind auch in der Lage, die Zelle durch die Freisetzung von Enzymen aus der Elektronentransportkette abzutöten. Diese Version startet einen Prozess, der als . bekannt ist Apoptoseoder programmierter Zelltod.

Lysosomen sind membrangebundene Strukturen, die hydrolytische Enzyme enthalten, die in der Lage sind, viele verschiedene Substrate abzubauen, darunter durch Endozytose aufgenommene Substanzen und zelluläre Abfallprodukte. Die lysosomale Membran bindet diese Enzyme, um eine Schädigung der Zelle zu verhindern. Die Freisetzung dieser Enzyme kann jedoch in einem Prozess erfolgen, der als . bekannt ist Autolyse. Wie bei den Mitochondrien führt dies zur Apoptose, wenn Lysosomen ihre hydrolytischen Enzyme freisetzen. Dabei führen die freigesetzten Enzyme direkt zum Abbau von Zellbestandteilen.

Endoplasmatisches Retikulum

Die endoplasmatisches Retikulum (ER) ist eine Reihe von miteinander verbundenen Membranen, die tatsächlich an die Kernhülle angrenzen. Die einzelne Membran des endoplasmatischen Retikulums ist in zahlreiche Einstülpungen gefaltet, wodurch komplexe Strukturen mit einem zentralen Lumen entstehen. Es gibt zwei Arten von ER: glatt und rau. Die grobe ER (RER) ist gespickt mit Ribosomen, die die Translation von Proteinen, die zur Sekretion bestimmt sind, direkt in ihr Lumen ermöglichen. Auf der anderen Seite ist die glatt ER (SER) hat keine Ribosomen und wird hauptsächlich für die Lipidsynthese und die Entgiftung bestimmter Medikamente und Gifte verwendet. Der SER transportiert auch Proteine ​​vom RER zum Golgi-Apparat.

Golgi-Apparat

Die Golgi-Apparat besteht aus gestapelten membrangebundenen Säcken. Materialien aus dem ER werden in Vesikel an den Golgi-Apparat übertragen. Sobald sie sich im Golgi-Apparat befinden, können diese zellulären Produkte durch die Zugabe verschiedener Gruppen, einschließlich Kohlenhydrate, Phosphate und Sulfate, modifiziert werden. Der Golgi-Apparat kann auch zelluläre Produkte durch die Einführung von Signalsequenzen modifizieren, die die Abgabe des Produkts an einen spezifischen zellulären Ort lenken. Nach der Modifikation und Sortierung im Golgi-Apparat werden Zellprodukte in Vesikeln umgepackt, die anschließend an den richtigen Zellort übertragen werden. Ist das Produkt zur Sekretion bestimmt, dann verschmilzt das Sekretvesikel mit der Zellmembran und sein Inhalt wird über Exozytose. Die Beziehungen zwischen Lysosomen, dem ER und dem Golgi-Apparat sind in Abbildung 1.3 dargestellt.

Abbildung 1.3. Lysosomen, das endoplasmatische Retikulum und der Golgi-Apparat

SCHLÜSSELKONZEPT

Nicht alle Zellen haben die gleiche relative Verteilung der Organellen. Form folgt Funktion. Zellen, die viel Energie für die Fortbewegung benötigen (wie Spermien), haben hohe Konzentrationen an Mitochondrien. An der Sekretion beteiligte Zellen (wie Inselzellen der Bauchspeicheldrüse und andere endokrine Gewebe) weisen hohe Konzentrationen von RER- und Golgi-Apparaten auf. Andere Zellen, wie zum Beispiel rote Blutkörperchen, die in erster Linie eine Transportfunktion erfüllen, haben überhaupt keine Organellen.

Peroxisomen

Peroxisomen enthalten Wasserstoffperoxid. Eine der Hauptfunktionen von Peroxisomen ist der Abbau sehr langkettiger Fettsäuren über &Beta-Oxidation. Peroxisomen sind an der Synthese von Phospholipiden beteiligt und enthalten einige der Enzyme, die am Pentosephosphatweg beteiligt sind, die in Kapitel 9 von . diskutiert werden MCAT Biochemie Review.

Die Zytoskelett, in Abbildung 1.4 gezeigt, gibt der Zelle Struktur und hilft ihr, ihre Form beizubehalten. Darüber hinaus bietet das Zytoskelett eine Leitung für den Transport von Materialien durch die Zelle. Das Zytoskelett besteht aus drei Komponenten: Mikrofilamente, Mikrotubuli und Zwischenfilamente.

Abbildung 1.4. Zytoskelettale Elemente Die abgerundete Form in der Nähe der Mitte jeder dieser Fotografien ist der Kern.

Mikrofilamente

Mikrofilamente bestehen aus massiven polymerisierten Stäben aus handelnd. Die Aktinfilamente sind in Bündeln und Netzwerken organisiert und sind sowohl kompressions- als auch bruchfest und bieten Schutz für die Zelle. Aktinfilamente können auch ATP verwenden, um Kraft für die Bewegung zu erzeugen, indem sie mit myosin, etwa bei der Muskelkontraktion.

Auch Mikrofilamente spielen eine Rolle Zytokinese, oder die Aufteilung von Materialien zwischen Tochterzellen. Während der Mitose wird die Spaltfurche wird aus Mikrofilamenten gebildet, die sich an der Teilungsstelle zwischen den beiden neuen Tochterzellen als Ring organisieren. Wenn sich die Aktinfilamente innerhalb dieses Rings zusammenziehen, wird der Ring kleiner und unterbricht schließlich die Verbindung zwischen den beiden Tochterzellen.

Mikrotubuli

Im Gegensatz zu Mikrofilamenten Mikrotubuli sind hohle Polymere von Tubulin Proteine. Mikrotubuli strahlen durch die gesamte Zelle und stellen die primären Wege bereit, entlang derer Motorproteine ​​wie Kinesin und dynein Bläschen tragen.

Motorproteine ​​wie Kinesin und Dynein sind klassische Beispiele für nichtenzymatische Proteine, zusammen mit Bindungsproteinen, Zelladhäsionsmolekülen, Immunglobulinen und Ionenkanälen. Motorproteine ​​wandern oft entlang von Zytoskelettstrukturen, um ihre Funktionen zu erfüllen. Nichtenzymatische Proteine ​​werden in Kapitel 3 von MCAT Biochemie Review.

Zilien und Geißeln sind bewegliche Strukturen, die aus Mikrotubuli bestehen. Zilien sind Projektionen von einer Zelle, die hauptsächlich an der Bewegung von Materialien entlang der Oberfläche der Zelle beteiligt sind, z. B. Zilien, die die Atemwege auskleiden und an der Bewegung von Schleim beteiligt sind. Geißeln sind Strukturen, die an der Bewegung der Zelle selbst beteiligt sind, wie zum Beispiel die Bewegung von Samenzellen durch den Fortpflanzungstrakt. Zilien und Geißeln teilen die gleiche Struktur, bestehend aus neun Paaren von Mikrotubuli, die einen äußeren Ring bilden, mit zwei Mikrotubuli in der Mitte, wie in Abbildung 1.5 gezeigt. Dies ist bekannt als a 9 + 2 Struktur und wird nur in eukaryotischen Motilitätsorganellen beobachtet. Bakterielle Flagellen haben eine andere Struktur mit einer anderen chemischen Zusammensetzung.

Abbildung 1.5. Cilium- und Flagellum-Struktur Mikrotubuli sind in einem Ring von 9 Dubletts mit 2 zentralen Mikrotubuli organisiert.

Centriolen befinden sich in einer Region der Zelle namens Zentrosom. Sie sind die organisierenden Zentren für Mikrotubuli und sind als neun Tripletts von Mikrotubuli mit einem hohlen Zentrum strukturiert. Während der Mitose wandern die Zentriolen zu entgegengesetzten Polen der sich teilenden Zelle und organisieren die Mitosespindel. Die Mikrotubuli, die von den Zentriolen ausgehen, heften sich über Komplexe, die als bezeichnet werden, an die Chromosomen kinetochore und kann Kraft auf die Schwesterchromatiden ausüben und sie auseinanderziehen.

Zwischenfilamente

Zwischenfilamente sind eine vielfältige Gruppe von filamentösen Proteinen, einschließlich Keratin und Desmin. Viele Zwischenfilamente sind an der Zell-Zell-Adhäsion oder der Aufrechterhaltung der Gesamtintegrität des Zytoskeletts beteiligt. Zwischenfilamente können enormen Spannungen standhalten, wodurch die Zellstruktur steifer wird. Darüber hinaus helfen Zwischenfilamente, andere Organellen, einschließlich des Zellkerns, zu verankern. Die Identität der intermediären Filamentproteine ​​innerhalb einer Zelle ist spezifisch für den Zell- und Gewebetyp.

Eine der einzigartigen Eigenschaften eukaryontischer Zellen ist die arbeitsteilige Gewebebildung, da unterschiedliche Zellen in einem Gewebe unterschiedliche Funktionen erfüllen können. Im Herzen beispielsweise sind einige Zellen an den Leitungswegen beteiligt, während andere eine Kontraktion verursachen und wieder andere eine unterstützende Rolle spielen, indem sie die strukturelle Integrität des Organs erhalten. Es gibt vier Gewebetypen: Epithelgewebe, Bindegewebe, Muskel- und Nervengewebe. Während Muskel- und Nervengewebe in den folgenden Kapiteln ausführlicher betrachtet werden, untersuchen wir im Folgenden Epithel- und Bindegewebe.

Epithelgewebe

Epithelgewebe bedecken den Körper und kleiden seine Hohlräume aus, um ein Mittel zum Schutz vor dem Eindringen von Krankheitserregern und der Austrocknung zu bieten. In bestimmten Organen sind Epithelzellen an der Absorption, Sekretion und Empfindung beteiligt. Um eine zusammenhängende Einheit zu bleiben, sind Epithelzellen fest miteinander und mit einer darunter liegenden Bindegewebsschicht verbunden, die als bekannt ist Basalmembran. Epithelzellen sind sehr vielfältig und erfüllen je nach Art des Organs, in dem sie in den meisten Organen vorkommen, zahlreiche Funktionen Parenchym, oder die funktionellen Teile der Orgel. Nephrone in der Niere, Hepatozyten in der Leber und säureproduzierende Zellen des Magens bestehen alle aus Epithelzellen.

Epithelzellen sind oft polarisiert, was bedeutet, dass eine Seite einem Lumen (der hohlen Innenseite eines Organs oder einer Röhre) oder der Außenwelt zugewandt ist, während die andere Seite mit Blutgefäßen und Strukturzellen interagiert. Im Dünndarm ist beispielsweise eine Seite der Zelle an der Absorption von Nährstoffen aus dem Lumen beteiligt, während die andere Seite an der Freisetzung dieser Nährstoffe in den Kreislauf zur Verwendung im Rest des Körpers beteiligt ist.

Wir können verschiedene Epithelien nach der Anzahl ihrer Schichten und der Form ihrer Zellen klassifizieren. Einfache Epithelien eine Zellschicht haben geschichtete Epithelien haben mehrere Schichten und pseudostratifizierte Epithelien scheinen aufgrund von Unterschieden in der Zellenhöhe mehrere Schichten zu haben, sind aber in Wirklichkeit nur eine Schicht. Wenn man sich der Form zuwendet, können Zellen als quaderförmig, säulenförmig oder schuppenförmig klassifiziert werden. Wie ihre Namen andeuten, quaderförmig Zellen sind würfelförmig und säulenförmig Zellen sind lang und dünn. Plattenepithel Zellen sind flach und schuppenartig.

Bindegewebe

Bindegewebe unterstützt den Körper und bietet den Epithelzellen einen Rahmen, um ihre Funktionen zu erfüllen. Während Epithelzellen zum Parenchym eines Organs beitragen, ist das Bindegewebe der Hauptbeitrag zur stroma oder Stützstruktur. Knochen, Knorpel, Sehnen, Bänder, Fettgewebe und Blut sind Beispiele für Bindegewebe. Die meisten Zellen im Bindegewebe produzieren und sezernieren Materialien wie Kollagen und Elastin, um die extrazelluläre Matrix.

MCAT-Konzept-Check 1.2:

Bevor Sie fortfahren, bewerten Sie Ihr Verständnis des Materials mit diesen Fragen.

1. Beschreiben Sie kurz die Funktionen jeder der unten aufgeführten Organellen:

·&emspRaues endoplasmatisches Retikulum:

·&emspGlattes endoplasmatisches Retikulum:

2. Bei einem Kind wird ein Enzymmangel diagnostiziert, der die Produktion von Wasserstoffperoxid verhindert. Was wäre das wahrscheinliche Ergebnis eines solchen Mangels?

3. Welches sind die vorherrschenden Proteine ​​in jedem Element des Zytoskeletts?

4. Wie unterscheiden sich die Zytoskelettstrukturen von Zentriolen und Flagellen?

5. Klassifizieren Sie jede der folgenden Zellen als Epithelzellen oder Bindegewebe:

·&emspFibroblasten, die in einer Reihe von Organen Kollagen produzieren:

·&emspEndothelzellen, die Blutgefäße auskleiden:

·&emsp&Alpha-Zellen, die in der Bauchspeicheldrüse Glucagon produzieren:

·&emspOsteoblasten, die Osteoid produzieren, das Material, das zu Knochen aushärtet:

·&emspChondroblasten, die Knorpel produzieren:

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Kern

Meisterliche Kontrolle der Zellfunktionen über sein genetisches Material (DNA)

  1. Kernmembran: Doppelmembran, die die Bewegung von Materialien zwischen Kern und Zytoplasma steuert, enthält Poren, die mit dem ER . kommunizieren
  2. Chromatin: Nudcoprotcin-Komponente der Chromosomen (deutlich nur während der Kernteilung sichtbar, wenn das Chromatin hochkondensiert ist) nur die DNA-Komponente ist erbliches Material.
  3. Nacktheit: Stelle(n) auf Chromatin, wo ribosomale RNA (rRNA) synthetisiert wird, verschwinden
    vom Lichtmikroskop während der Zellreplikation.
  4. Nukleoplasma: Nichtchromatin-Komponenten des Kerns, die Materialien zum Aufbau von DNA und Boten-RNA enthalten (mRNA-Moleküle dienen als Zwischenstufen zwischen Kern und Zytoplasma).

Funktionen der Zellmembran eukaryotischer Zellen

Einige der Hauptfunktionen der Zellmembran von eukaryotischen Zellen sind wie folgt:

1. Kompartimentierung 2. Selektive Permeabilität 3. Zellerkennung und Adhäsion 4. Zellbewegungen 5. Vitalfunktionen 6. Rezeptoren 7. Enzyme 8. Krankheit.

1. Unterteilung:

Die Zellmembran umschließt das Protoplasma und erhält die Individualität der Zelle. Die prokaryontische Zelle ist ein Einkompartiment-System, während die eukaryontische Zelle ein Mehrkompartiment-System hat, in dem die internen membrangebundenen Kompartimente Organellen sind, die verschiedene Chemikalien enthalten.

2. Gezielte Durchlässigkeit:

Die Zellmembran dient als selektive Permeabilitätsbarriere, die den Eintritt einiger Ionen und Moleküle durch sie ermöglicht oder existiert. Die Membranproteine ​​(Träger und Kanäle) stellen Stellen bereit, an denen Moleküle die Membran entweder aktiv oder passiv passieren.

3. Zellerkennung und Adhäsion:

Glykoproteine ​​und Glykolipide der Zellmembran fungieren als Zelloberflächenmarker und helfen dabei, Selbst von Nicht-Selbst zu unterscheiden. Die Erythrozyten besitzen Oberflächenantigene, die die verschiedenen Blutgruppensysteme bestimmen. Die HLA-Antigene (Human Leucocyte Antigens) auf der Zellmembran werden vom Immunsystem erkannt.

4. Zelluläre Bewegungen:

Die Zellmembran aus Pseudopodien, Zilien und Geißeln, die bei Zellbewegungen helfen.

5. Lebensfunktionen:

(i) Die Membranen sind der Ort lebenswichtiger Prozesse wie Atmung, Photosynthese, Synthese von Zellwandbestandteilen, Lipiden, Übertragung von Nervenimpulsen usw.

(ii) Die flüssige Natur der Zellmembran ist hilfreich für verschiedene Funktionen wie Zellteilung, Zellwachstum, Sekretin, Endozytose und Bildung von interzellulären Verbindungen.

Zellmembranen haben Rezeptoren für bestimmte Hormone.

Zellmembranen besitzen Enzyme zur Durchführung bestimmter Reaktionen an ihrer Oberfläche, z. B. ATPase (zur ATP-Synthese und Energiefreisetzung aus ATP), Phosphatasen, Esterasen etc.

Defekte in der Organisation der Zellmembran können bestimmte Krankheiten verursachen, z. B. das Bernard-Soulier-Syndrom, eine Art von Blutungsstörung beim Menschen. Der Begriff Membrantransport bezieht sich auf die Sammlung von Mechanismen, die den Durchgang von gelösten Stoffen wie Ionen und Molekülen durch biologische Membranen regulieren. Da nur wenige Moleküle durch eine Lipiddoppelschicht diffundieren können, sind die meisten Transportprozesse an Transportproteinen beteiligt.

Eine andere Frage

Der selektive Stofftransport durch die Zellmembran erfolgt nach drei Methoden:

(I) Passiver Transport. (Bergabtransport):

Bei dieser Art des Transports passieren Stoffe die Membran ohne Energieaufwand. Die treibende Kraft für den passiven Transport erfordert das Konzentrationsgefälle. Es gibt zwei Arten von passivem Transport: einfache Diffusion und erleichterte Diffusion.

(ein) Einfache Diffusion:

Es tritt durch Phospholipid-Doppelschichten der Membranen auf, an denen keine Membranproteine ​​beteiligt sind. Diffusion ist ein langsamer passiver Transport von Molekülen, der aufgrund ihrer eigenen kinetischen Energie von einer höheren Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration erfolgt, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Substanzen durch eine Membran hängt vom Konzentrationsgradienten, der Temperatur, dem Druck und der Größe und der Lipidlöslichkeit der Substanzen ab.

Die fettlöslichen Stoffe (O2, N2, H2, CH4, NH3, Benzol) und kleine ungeladene polare Moleküle (CO2, Harnstoff und Glycerin) diffundieren durch die Membranen, indem sie sich in der Lipidmatrix auflösen. Die Diffusion von gelösten Stoffen anstelle von Lösungsmitteln durch die semipermeable Membran wird als Dialyse bezeichnet.

(B) Erleichterte Diffusion:

Es beinhaltet die Verwendung von Membranproteinen (Kanälen und Trägern), um die Bewegung von Molekülen in beide Richtungen durch eine Membran zu erleichtern. In einigen Fällen passieren Moleküle Kanäle innerhalb des Proteins. In anderen Fällen ändert das Protein seine Form und lässt Moleküle durch.

Kanalproteine ​​bilden durch die Membranen offene Poren, die den Transport beliebiger Moleküle der entsprechenden Größe ermöglichen. Ionenkanäle ermöglichen beispielsweise, dass eine bestimmte Art von Ionen (Kationen und Anionen) durch die Membran diffundiert. Aquaporine sind Wasserkanäle in biologischen Membranen für den passiven Wassertransport.

Im Gegensatz zu Kanalproteinen transportieren Carrier-Proteine ​​Ionen sowie gelöste Stoffe wie Zucker und Aminosäuren durch die Membranen, indem sie sich physikalisch an sie binden und dann eine Konformationsänderung durchlaufen, um dieselben an die andere Seite der Membran freizugeben.

Einige Trägerproteine ​​ermöglichen den Transport nur, wenn zwei Arten von Molekülen zusammen transportieren. Dies wird als Cotransport bezeichnet, der von zwei Arten ist, d. h. Symport und Antiport. Im Symport bewegen sich zwei Moleküle zusammen in die gleiche Richtung. Im Antiport bewegen sich zwei Moleküle in entgegengesetzter Richtung. Wenn ein Trägerprotein ein einzelnes Molekül in eine Richtung durch eine Membran transportiert, wird der Vorgang als Uniport bezeichnet. Der Transport durch Trägerproteine ​​kann entweder aktiv oder passiv sein, während der Transport durch Kanalproteine ​​immer passiv ist.

(II) Aktiver Transport (Bergauftransport):

Dabei werden die Stoffe gegen ihren Konzentrationsgradienten transportiert, d. h. von niedriger zu höherer Konzentration. This form of transport requires energy and carriers. In primary active transport, the energy obtained by ATP hydrolysis used directly for transport, e.g. Na + -K + pump, Cat+pump. In secondary active transport, indirect energy source is required, e.g. transport of glucose and amino acids is coupled to active transport of Na+.

(III) Bulk transport or vesicular transport:

Active transport of materials in large quantity (bulk) through vesicles is called bulk or vesicular transport. It is very common in secretory and excretory cells. Bulk transport occurs by two processes i.e. endocytosis and exocytosis.

It is the bulk import of materials into the cells by vesicles. Vesicle (bleb) formation or blobbing occurs by in-folding of the cell membrane. It does not occur in plant cells due to rigid cell wall and internal turgor.

Endocytosis is of three types:

(iii) Recep-tormediated endocytosis.

(i) Phagocytosis [“Cell eating”):

It involves the ingestion of relatively large, solid particles, such as bacteria or cellular debris, via large vesicles pinched off from plasma membrane. These vesicles are called phagosomes. The phagosome fuses with lysosome to form a digestive vacuole. The solid food is digested. The digested food diffuses into the cytoplasm. The vacuole containing the indigestible vacuole is called residual vacuole. The undigested food particles are thrown out by the process of exocytosis (Fig. 3.12).

Many one-celled organisms, such as amoebas, feed in this way, as do plasmodial slime molds and cellular slime molds. In mammals, macrophages & neutrophils are phagocytic.

(ii) Pinocytosis (“Cell drinking”):

It involves taking in of bulk amount of fluid and substances dissolved in it by cells across the cell membrane by forming small detachable vesicles called pinosome. The pinosome migrates towards the interior where it liberates the fluid either in the cytoplasm or a vacuole. Lysosomes are required if digestion of solutes is involved (Fig. 3.13).

Unlike phagocytosis, which is carried out only by certain specialized cells, pinocytosis is believed to occur in all eukaryotic cells, as the cells continuously and indiscriminately “sip” small amounts of fluid from the surrounding medium.

(iii) Receptor-mediated endocytosis (RME):

The cells that undergo RME have coated pits, where specific receptors are localized. These coated pits are depressions of the plasma membrane coated with protein clathrin. The substance being transported attaches to the receptors in the coated pit. Shortly thereafter the coated pit invaginates and pinches off to form a coated vesicle. Within the cell, the coated vesicles shed their coats and then fuse with some other membrane-bound structure (e.g., Golgi bodies or small vacuoles), releasing their contents in the process. For exam pie, transport of iron & cholesterol into the cells by RME.

It is the reverse of endocytosis by which bulk materials exit the cells with the help of vesicles. The vesicles are formed internally from Golgi apparatus and moved by cytoskeleton to the cell surface where they fuse to expel their contents. This is called ephagy, cell vomiting or emeiocytosis. It occurs during cell secretion, excretion, removal of undigested remains from food vacuoles, release of neurotransmitters from nerve cells etc.


Biology 171

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Describe the structure of eukaryotic cells
  • Compare animal cells with plant cells
  • State the role of the plasma membrane
  • Summarize the functions of the major cell organelles

Have you ever heard the phrase “form follows function?” It’s a philosophy that many industries follow. In architecture, this means that buildings should be constructed to support the activities that will be carried out inside them. For example, a skyscraper should include several elevator banks. A hospital should have its emergency room easily accessible.

Our natural world also utilizes the principle of form following function, especially in cell biology, and this will become clear as we explore eukaryotic cells ( (Figure)). Unlike prokaryotic cells, eukaryotic cells have: 1) a membrane-bound nucleus 2) numerous membrane-bound organelles such as the endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, chloroplasts, mitochondria, and others and 3) several, rod-shaped chromosomes. Because a membrane surrounds eukaryotic cell’s nucleus, it has a “true nucleus.” The word “organelle” means “little organ,” and, as we already mentioned, organelles have specialized cellular functions, just as your body’s organs have specialized functions.

At this point, it should be clear to you that eukaryotic cells have a more complex structure than prokaryotic cells. Organelles allow different functions to be compartmentalized in different areas of the cell. Before turning to organelles, let’s first examine two important components of the cell: the plasma membrane and the cytoplasm.



If the nucleolus were not able to carry out its function, what other cellular organelles would be affected?

The Plasma Membrane

Like prokaryotes, eukaryotic cells have a plasma membrane ((Figure)), a phospholipid bilayer with embedded proteins that separates the internal contents of the cell from its surrounding environment. A phospholipid is a lipid molecule with two fatty acid chains and a phosphate-containing group. The plasma membrane controls the passage of organic molecules, ions, water, and oxygen into and out of the cell. Wastes (such as carbon dioxide and ammonia) also leave the cell by passing through the plasma membrane.


The plasma membranes of cells that specialize in absorption fold into fingerlike projections that we call microvilli (singular = microvillus) ((Figure)). Such cells typically line the small intestine, the organ that absorbs nutrients from digested food. This is an excellent example of form following function.
People with celiac disease have an immune response to gluten, which is a protein in wheat, barley, and rye. The immune response damages microvilli, and thus, afflicted individuals cannot absorb nutrients. This leads to malnutrition, cramping, and diarrhea. Patients suffering from celiac disease must follow a gluten-free diet.


The Cytoplasm

The cytoplasm is the cell’s entire region between the plasma membrane and the nuclear envelope (a structure we will discuss shortly). It is comprised of organelles suspended in the gel-like cytosol , the cytoskeleton, and various chemicals ((Figure)). Even though the cytoplasm consists of 70 to 80 percent water, it has a semi-solid consistency, which comes from the proteins within it. However, proteins are not the only organic molecules in the cytoplasm. Glucose and other simple sugars, polysaccharides, amino acids, nucleic acids, fatty acids, and derivatives of glycerol are also there. Ions of sodium, potassium, calcium, and many other elements also dissolve in the cytoplasm. Many metabolic reactions, including protein synthesis, take place in the cytoplasm.

The Nucleus

Typically, the nucleus is the most prominent organelle in a cell ((Figure)). The nucleus (plural = nuclei) houses the cell’s DNA and directs the synthesis of ribosomes and proteins. Let’s look at it in more detail ((Figure)).


The Nuclear Envelope

The nuclear envelope is a double-membrane structure that constitutes the nucleus’ outermost portion ((Figure)). Both the nuclear envelope’s inner and outer membranes are phospholipid bilayers.

The nuclear envelope is punctuated with pores that control the passage of ions, molecules, and RNA between the nucleoplasm and cytoplasm. The nucleoplasm is the semi-solid fluid inside the nucleus, where we find the chromatin and the nucleolus.

Chromatin and Chromosomes

To understand chromatin, it is helpful to first explore chromosomes , structures within the nucleus that are made up of DNA, the hereditary material. You may remember that in prokaryotes, DNA is organized into a single circular chromosome. In eukaryotes, chromosomes are linear structures. Every eukaryotic species has a specific number of chromosomes in the nucleus of each cell. For example, in humans, the chromosome number is 46, while in fruit flies, it is eight.
Chromosomes are only visible and distinguishable from one another when the cell is getting ready to divide. When the cell is in the growth and maintenance phases of its life cycle, proteins attach to chromosomes, and they resemble an unwound, jumbled bunch of threads. We call these unwound protein-chromosome complexes chromatin ((Figure)). Chromatin describes the material that makes up the chromosomes both when condensed and decondensed.



The Nucleolus

We already know that the nucleus directs the synthesis of ribosomes, but how does it do this? Some chromosomes have sections of DNA that encode ribosomal RNA. A darkly staining area within the nucleus called the nucleolus (plural = nucleoli) aggregates the ribosomal RNA with associated proteins to assemble the ribosomal subunits that are then transported out through the pores in the nuclear envelope to the cytoplasm.

Ribosomes

Ribosomes are the cellular structures responsible for protein synthesis. When we view them through an electron microscope, ribosomes appear either as clusters (polyribosomes) or single, tiny dots that float freely in the cytoplasm. They may be attached to the plasma membrane’s cytoplasmic side or the endoplasmic reticulum’s cytoplasmic side and the nuclear envelope’s outer membrane ((Figure)). Electron microscopy shows us that ribosomes, which are large protein and RNA complexes, consist of two subunits, large and small ((Figure)). Ribosomes receive their “orders” for protein synthesis from the nucleus where the DNA transcribes into messenger RNA (mRNA). The mRNA travels to the ribosomes, which translate the code provided by the sequence of the nitrogenous bases in the mRNA into a specific order of amino acids in a protein. Amino acids are the building blocks of proteins.


Because protein synthesis is an essential function of all cells (including enzymes, hormones, antibodies, pigments, structural components, and surface receptors), there are ribosomes in practically every cell. Ribosomes are particularly abundant in cells that synthesize large amounts of protein. For example, the pancreas is responsible for creating several digestive enzymes and the cells that produce these enzymes contain many ribosomes. Thus, we see another example of form following function.

Mitochondrien

Scientists often call mitochondria (singular = mitochondrion) the cell’s “powerhouses” or “energy factories” because they are responsible for making adenosine triphosphate (ATP), the cell’s main energy-carrying molecule. ATP represents the cell’s short-term stored energy. Cellular respiration is the process of making ATP using the chemical energy in glucose and other nutrients. In mitochondria, this process uses oxygen and produces carbon dioxide as a waste product. In fact, the carbon dioxide that you exhale with every breath comes from the cellular reactions that produce carbon dioxide as a byproduct.

In keeping with our theme of form following function, it is important to point out that muscle cells have a very high concentration of mitochondria that produce ATP. Your muscle cells need considerable energy to keep your body moving. When your cells don’t get enough oxygen, they do not make much ATP. Instead, producing lactic acid accompanies the small amount of ATP they make in the absence of oxygen.

Mitochondria are oval-shaped, double membrane organelles ((Figure)) that have their own ribosomes and DNA. Each membrane is a phospholipid bilayer embedded with proteins. The inner layer has folds called cristae. We call the area surrounded by the folds the mitochondrial matrix. The cristae and the matrix have different roles in cellular respiration.


Peroxisomen

Peroxisomes are small, round organelles enclosed by single membranes. They carry out oxidation reactions that break down fatty acids and amino acids. They also detoxify many poisons that may enter the body. (Many of these oxidation reactions release hydrogen peroxide, H2Ö2, which would be damaging to cells however, when these reactions are confined to peroxisomes, enzymes safely break down the H2Ö2 into oxygen and water.) For example, peroxisomes in liver cells detoxify alcohol. Glyoxysomes, which are specialized peroxisomes in plants, are responsible for converting stored fats into sugars. Plant cells contain many different types of peroxisomes that play a role in metabolism, pathogene defense, and stress response, to mention a few.

Vesicles and Vacuoles

Vesicles and vacuoles are membrane-bound sacs that function in storage and transport. Other than the fact that vacuoles are somewhat larger than vesicles, there is a very subtle distinction between them. Vesicle membranes can fuse with either the plasma membrane or other membrane systems within the cell. Additionally, some agents such as enzymes within plant vacuoles break down macromolecules. The vacuole’s membrane does not fuse with the membranes of other cellular components.

Animal Cells versus Plant Cells

At this point, you know that each eukaryotic cell has a plasma membrane, cytoplasm, a nucleus, ribosomes, mitochondria, peroxisomes, and in some, vacuoles, but there are some striking differences between animal and plant cells. While both animal and plant cells have microtubule organizing centers (MTOCs), animal cells also have centrioles associated with the MTOC: a complex we call the centrosome. Animal cells each have a centrosome and lysosomes whereas, most plant cells do not. Plant cells have a cell wall, chloroplasts and other specialized plastids, and a large central vacuole whereas, animal cells do not.

The Centrosome

The centrosome is a microtubule-organizing center found near the nuclei of animal cells. It contains a pair of centrioles, two structures that lie perpendicular to each other ((Figure)). Each centriole is a cylinder of nine triplets of microtubules.


The centrosome (the organelle where all microtubules originate) replicates itself before a cell divides, and the centrioles appear to have some role in pulling the duplicated chromosomes to opposite ends of the dividing cell. However, the centriole’s exact function in cell division isn’t clear, because cells that have had the centrosome removed can still divide, and plant cells, which lack centrosomes, are capable of cell division.

Lysosomen

Animal cells have another set of organelles that most plant cells do not: lysosomes. The lysosomes are the cell’s “garbage disposal.” In plant cells, the digestive processes take place in vacuoles. Enzymes within the lysosomes aid in breaking down proteins, polysaccharides, lipids, nucleic acids, and even worn-out organelles. These enzymes are active at a much lower pH than the cytoplasm’s. Therefore, the pH within lysosomes is more acidic than the cytoplasm’s pH. Many reactions that take place in the cytoplasm could not occur at a low pH, so again, the advantage of compartmentalizing the eukaryotic cell into organelles is apparent.

The Cell Wall

If you examine (Figure), the plant cell diagram, you will see a structure external to the plasma membrane. This is the cell wall , a rigid covering that protects the cell, provides structural support, and gives shape to the cell. Fungal and some protistan cells also have cell walls. While the prokaryotic cell walls’ chief component is peptidoglycan, the major organic molecule in the plant (and some protists’) cell wall is cellulose ((Figure)), a polysaccharide comprised of glucose units. Have you ever noticed that when you bite into a raw vegetable, like celery, it crunches? That’s because you are tearing the celery cells’ rigid cell walls with your teeth.


Chloroplasten

Like the mitochondria, chloroplasts have their own DNA and ribosomes, but chloroplasts have an entirely different function. Chloroplasts are plant cell organelles that carry out photosynthesis. Photosynthesis is the series of reactions that use carbon dioxide, water, and light energy to make glucose and oxygen. This is a major difference between plants and animals. Plants (autotrophs) are able to make their own food, like sugars, while animals (heterotrophs) must ingest their food.

Like mitochondria, chloroplasts have outer and inner membranes, but within the space enclosed by a chloroplast’s inner membrane is a set of interconnected and stacked fluid-filled membrane sacs we call thylakoids ((Figure)). Each thylakoid stack is a granum (plural = grana). We call the fluid enclosed by the inner membrane that surrounds the grana the stroma.


The chloroplasts contain a green pigment, chlorophyll , which captures the light energy that drives the reactions of photosynthesis. Like plant cells, photosynthetic protists also have chloroplasts. Some bacteria perform photosynthesis, but their chlorophyll is not relegated to an organelle.

Endosymbiosis We have mentioned that both mitochondria and chloroplasts contain DNA and ribosomes. Have you wondered why? Strong evidence points to endosymbiosis as the explanation.

Symbiosis is a relationship in which organisms from two separate species depend on each other for their survival. Endosymbiosis (endo- = “within”) is a mutually beneficial relationship in which one organism lives inside the other. Endosymbiotic relationships abound in nature. We have already mentioned that microbes that produce vitamin K live inside the human gut. This relationship is beneficial for us because we are unable to synthesize vitamin K. It is also beneficial for the microbes because they are protected from other organisms and from drying out, and they receive abundant food from the environment of the large intestine.

Scientists have long noticed that bacteria, mitochondria, and chloroplasts are similar in size. We also know that bacteria have DNA and ribosomes, just like mitochondria and chloroplasts. Scientists believe that host cells and bacteria formed an endosymbiotic relationship when the host cells ingested both aerobic and autotrophic bacteria (cyanobacteria) but did not destroy them. Through many millions of years of evolution, these ingested bacteria became more specialized in their functions, with the aerobic bacteria becoming mitochondria and the autotrophic bacteria becoming chloroplasts.

The Central Vacuole

Previously, we mentioned vacuoles as essential components of plant cells. If you look at (Figure)B, you will see that plant cells each have a large central vacuole that occupies most of the cell’s area. The central vacuole plays a key role in regulating the cell’s concentration of water in changing environmental conditions. Have you ever noticed that if you forget to water a plant for a few days, it wilts? That’s because as the water concentration in the soil becomes lower than the water concentration in the plant, water moves out of the central vacuoles and cytoplasm. As the central vacuole shrinks, it leaves the cell wall unsupported. This loss of support to the plant’s cell walls results in the wilted appearance.

The central vacuole also supports the cell’s expansion. When the central vacuole holds more water, the cell becomes larger without having to invest considerable energy in synthesizing new cytoplasm.

Abschnittszusammenfassung

Like a prokaryotic cell, a eukaryotic cell has a plasma membrane, cytoplasm, and ribosomes, but a eukaryotic cell is typically larger than a prokaryotic cell, has a true nucleus (meaning a membrane surrounds its DNA), and has other membrane-bound organelles that allow for compartmentalizing functions. The plasma membrane is a phospholipid bilayer embedded with proteins. The nucleus’s nucleolus is the site of ribosome assembly. We find ribosomes either in the cytoplasm or attached to the cytoplasmic side of the plasma membrane or endoplasmic reticulum. They perform protein synthesis. Mitochondria participate in cellular respiration. They are responsible for the majority of ATP produced in the cell. Peroxisomes hydrolyze fatty acids, amino acids, and some toxins. Vesicles and vacuoles are storage and transport compartments. In plant cells, vacuoles also help break down macromolecules.

Animal cells also have a centrosome and lysosomes. The centrosome has two bodies perpendicular to each other, the centrioles, and has an unknown purpose in cell division. Lysosomes are the digestive organelles of animal cells.

Plant cells and plant-like cells each have a cell wall, chloroplasts, and a central vacuole. The plant cell wall, whose primary component is cellulose, protects the cell, provides structural support, and gives the cell shape. Photosynthesis takes place in chloroplasts. The central vacuole can expand without having to produce more cytoplasm.

Art Connections

(Figure) If the nucleolus were not able to carry out its function, what other cellular organelles would be affected?

(Figure) Free ribosomes and rough endoplasmic reticulum (which contains ribosomes) would not be able to form.

Free Response

You already know that ribosomes are abundant in red blood cells. In what other cells of the body would you find them in great abundance? Wieso den?

Ribosomes are abundant in muscle cells as well because muscle cells are constructed of the proteins made by the ribosomes.

What are the structural and functional similarities and differences between mitochondria and chloroplasts?

Both are similar in that they are enveloped in a double membrane, both have an intermembrane space, and both make ATP. Both mitochondria and chloroplasts have DNA, and mitochondria have inner folds called cristae and a matrix, while chloroplasts have chlorophyll and accessory pigments in the thylakoids that form stacks (grana) and a stroma.

Why are plasma membranes arranged as a bilayer rather than a monolayer?

The plasma membrane is a bilayer because the phospholipids that create it are amphiphilic (hydrophilic head, hydrophobic tail). If the plasma membrane was a monolayer, the hydrophobic tails of the phospholipids would be in direct contact with the inside of the cell. Since the cytoplasm is largely made of water, this interaction would not be stable, and would disrupt the plasma membrane of the cell as the tails were repulsed by the cytoplasm (in water, phospholipids spontaneously form spherical droplets with the hydrophilic heads facing outward to isolate the hydrophobic tails from the water). By having a bilayer, the hydrophilic heads are exposed to the aqueous cytoplasm and extracellular space, while the hydrophobic tails interact with each other in the middle of the membrane.

Glossar


Schau das Video: Biomembran - Aufbau und Funktion Biologie, Oberstufe (Juli 2022).


Bemerkungen:

  1. Jedadiah

    Es tut mir leid, nicht ganz, was für mich notwendig ist. Wer kann noch was sagen?

  2. Mansfield

    Ich bin Ihnen sehr dankbar für die Informationen. Es war sehr nützlich für mich.

  3. Maxfield

    Ich kann mich jetzt nicht an der Diskussion beteiligen - es gibt keine Freizeit. Ich werde frei sein - ich werde unbedingt die Meinung äußern.

  4. Arik

    Meiner Meinung nach werden Fehler gemacht. Wir müssen diskutieren. Schreiben Sie mir in PM, sprechen Sie.

  5. Tazil

    Ich liebe Menschen, die alle möglichen Details, kleine Dinge bemerken und die für die Mehrheit in alltäglichen Dingen etwas Attraktives und Unsichtbares finden können. Super!

  6. Kendrix

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  7. Quint

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  8. Milabar

    sowie alle und die Varianten?



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