Physiologie
Physiologie
Gliederung:
- Allgemeine Informationen
- Entwicklung der Membranmodelle und Aufbau einer Membran
- Kompartimente
- Transportvorgänge:
- Membranfluss
- alle Zellbestandteile haben innerhalb der Zelle bestimmte Funktionen zu erfüllen
- sie werden als Zellorganellen bezeichnet und sind in das Cytoplasma eingebettet
- es ist durch ein vielfältiges System von Membranen in zahlreiche abgeschlossene Räume aufgeteilt, die man als Kompartimente bezeichnet
- auf diese Weise können verschiedene Stoffwechselvorgänge unabhängig voneinander ablaufen
- Lebewesen die aus nur einer einzigen Zelle bestehen nennt man Einzeller
- Lebewesen die aus mehr als nur einer Zelle bestehen nennt man Mehrzeller
- der Mensch besteht aus geschätzten 10-100 Billionen Zellen
- es wird nochmal zwischen eurkaryotischen und prokaryotischen Zellen unterteilt
- Einzeller können prokaryoten oder eukaryoten sein
- Mehrzeller sind dagegen ausschließlich Eukaryoten
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| (Tier- und Pflanzenzelle) |
Entwicklung der Membranmodelle und Aufbau einer Membran
- Ein Lipid besitzt einen Hydrophilen (Wasserliebenden) und einen Hydrophoben (Wasserabweisenden) Teil
1925-Gorter und Grendel
- fanden heraus, dass es eine Lipiddoppelschicht, statt einer Monomolekulare Schicht ist
- Doppelschicht sorgt für eine stabile Abgrenzung zwischen zwei wässrigen Kompartimenten
- die hydrophoben Schwänze schwimmen gegen das Wasser, während die Hydrophilen Körper freilegen
- erkannten, dass die hydrophile Oberfläche einer künstlichen Membran, aus einer Doppelschicht von Phospholipiden, nicht stark an das Wasser heftet
- beide Seiten sind von Proteinen mit hydrophilen Eigenschaften bedeckt
- Sie liegen als durchgehende Schicht vor
1972- Singer und Nicolson (Flüssig-Mosaik-Modell)
- schlugen die Veränderung der Anordnung von Proteinen vor
- Sie liegen unregelmäßig, statt durchgehend
- Proteine lassen sich in periphere und integrale unterscheiden
- periphere Proteine sind nur lose an die Membranoberfläche gebunden
- integralen Proteine dringen unterschiedlich tief in die Lipidschicht ein
- Sie können sich auch komplett durchziehen und dabei temporäre oder permanente Membranporen bilden
- In einer flüssigen Lipidschicht "schwimmen" die Proteine
- Lipide und Proteine sind frei beweglich in der Membran
allgemeiner Aufbau:
Kompartimente
Definition:
- Kompartimente sind von Membranen abgegrenzte Reaktionsräume innerhalb einer Zelle, dadurch können Stoffwechselprozesse zum Auf- und Abbau von Stoffen gleichzeitig stattfinden.
Sinn der Kompartimentierung
- Durch die Kompartimentierung können mehrere Vorgänge im Körper bzw. in der Zelle gleichzeitig ablaufen, wie z.B. der Stoffwechselaustausch
- sorgt für das Minimieren von Energieverlusten
- außerdem dient es als Schutz vor Schädlingen.
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| (Zellorganellen, die ein eigenes Kompartiment bilden) |
Transportvorgänge
man unterscheidet zwischen passiven und aktiven Transportvorgängen
man unterscheidet zwischen passiven und aktiven Transportvorgängen
passive Transportvorgänge:
- Moleküle und Ionen diffundieren ohne Energieaufwand mithilfe des Konzentrationsgefälles von der hohen zur niedrigen Konzentration durch die Zellmembran
- unterteilt in einfache Diffusion und erleichterte Diffusion
einfache Diffusion:
- kleine Moleküle diffundieren durch die Membran
erleichterte Diffusion:
- große Moleküle und Ionen werden mithilfe von Tunnelproteinen und Carriern durch die Membran geschleust
- Osmose nennt man die Diffusion von Wasser durch eine Membran
Experiment zur Diffusion:
- zwischen Tee und Wasser besteht ein Konzentrationsgefälle
- die Teilchen (Farbstoffe des Tees) streben einen Konzentrationsausgleich an und diffundieren entlang des Konzentrationsgefälles (von der hohen zur niedrigen Konzentration) in das Wasser
- da im Behälter mit dem warmen Wasser mehr Energie vorhanden ist bewegen sich die Teilchen schneller (Brownsche Molekularbewegung) und verteilen sich somit schneller im Behälter
Brown`sche Molekularbewegung:
- alle Atome bewegen sich frei in einem Raum
- je mehr Energie (Wärme) vorhanden ist, desto schneller bewegen sich diese Atome
aktive Transportvorgänge:
- Tausch von Molekülen und Ionen entgegen des Konzentrationsgefälles mithilfe von Carrier-Proteinen unter Aufwand von Energie
- unterteilt in primär und sekundär aktiven Transport
primär aktiver Transport:
- verschiedene Ionen werden gleichzeitig in die und aus der Zelle gepumpt
- z.B. die Natrium-Kalium-Pumpe (ein besonderer Carrier) pumpt in fast allen tierischen Zellen Na+-Ionen nach außen und K+-Ionen nach innen
sekundär aktiver Transport
- Ionen werden gegen das Konzentrationsgefälle aus der Zelle gepumpt, wandern anschließend mit dem Konzentrationsgefälle durch einen Carrier zurück wobei andere Moleküle mittransportiert werden
- z.B. Na+-Ionen werden (primär) aus der Zelle transportiert, es entsteht ein Konzentrationsgefälle, die Na+-Ionen werden durch einen Carrier zurück in die Zelle transportiert, dabei nehmen sie gleichzeitig ein Glukosemolekül mit durch die Zellmembran in die Zelle
Membranfluss
- den Membranfluss nennt man das ständige Ineinander übergehen der Zellembranen
- Diese Vorgänge finden auch innerhalb der Zelle statt zwischen den verschiedenen Organellen mit Ausnahme von den Membranen der Mitochondrien, Plastiden und Peroxisomen (Zellorganellen in eukaryotischen Zellen mit einer Biomembran).
- Man unterscheidet in Endozytose und Exozytose
Endozytose:
- Wasser und andere kleine Moleküle diffundieren durch die Membran
- große Moleküle schließen sich in Vesikeln (Bläschen) ein um durch die Membran zu gelangen
- es gelangen Substanzen von außerhalb der Zelle nach innen
- ein kleiner Abschnitt der Membran bildet eine Grube, die immer tiefer wird und sich um die zu transportierende Substanz stülpt und sich abschnürt
- das so entstandene Vesikel enthält nun Substanzen, die vorher außerhalb der Zelle waren
Pinozytose & Phagozytose:
- Pinozytose: Aufnahme von Flüssigkeiten
- Phagozytose: Aufnahme von festen Partikeln
- wichtige Rolle bei der Nahrungsaufnahme der Amöben und Paramecien
- ebenfalls wichtig bei der Immunabwehr des Menschen: durch spezielle Leukozyten werden Bakterien phagozytiert und so unschädlich gemacht
Exozytose:
- Golgi-Apparat "verpackt" Enzyme in Vesikel
- Inhalt des Vesikels gelangt von innerhalb der Zelle nach außen
- Vesikel muss die Plasmamembran berühren
Golgi-Apparat:
- Produziert Verdauungsenzyme die in Transportvesikeln "verpackt" werden und über das Cytoskelett zur Membran weitergeleitet werden
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