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Zellmembranen von Prokaryoten, Eukarioten und Archaen. Spezieller Zellaufbau von Tier und Menschenzellen.
- 1. Die Gerüststrukturen von Eukaryoten (Tiere) bilden Ausläufer die selber eigene umgebende Zellwände bilden, zudem besteht unter der Zellmembran noch eine dünne Einzel-Deckschicht, die im Gegensatz zu Pflanzenzellen keine dicke mehrschichtige Zellwand aus Zellulose bildet. Epithelgewebe besitzt zudem noch vorgeschaltete netzartige Wandfaserstrukturen. Zudem gibt es zusätzlich spiralige Gerüststrukturen Elmis: http://www.drjastrow.de/WAI/EM/EMVokabular/AZ.html
- 3. • Allerdings besitzen Eukaryoten zirkuläre Proteingerüst- strukturen und eine umgebende Glykoproteinmatrix • zudem umgibt sie innen ein mehrschichtiges Membransystem • zusätzlich Proteingerüststruktur der Zellmembran • außen wandartige Basalmembran ,gemeinsame Bindegewebsstruktur in selbst produzierte Glykoproteinmatrix eingebettet
- 6. Zellen werden von eienr extrazellulären Matrix umgeben , die von den Zellen selber aus Proteinen gebildet werden.
- 7. Ribosaomen produzieren die verschiedenatigsten Biomembranen, die auch für den inneren Zellaufbau wichtig sind
- 10. Teils zirkulär verlaufendes Membransystem um das Cytoskelett
- 19. Das einfachste vorherrschende Modell (ziemliches vereinfachtes Nacktmodell) bei Fehlen einiger stabilisierender Komponenten ist das Flüssigmosaikmodell zudem sind die Proteine durch einige Eiweißverbindungen querverbunden. Zwischen den Stützpfeilern liegt die Doppellipoproteinmembran. Eukaryoten bisitzen zwar keinen Zellwände, die Zellen sind zusätzlich von mehreren dünnen Membranen ausgekleidet.
- 22. Flüssig-Mosaik Modell (Singer-Nicholson Modell) Membrane sind asymmetrisch 45% Lipide: •Phospholipid Doppelschicht →amphiphil •Cholesterin (stabilisiert) •Glykolipiden 45% Proteine: →Spezifizität! •Integrale Membranprot. (1-4) •Periphere Membranprot. (7, 8) •Lipidankerproteine (GPI-Anker, 5,6) 10% Kohlenhydrate •Außen •Glykokalyx (Zuckerguss) Beispiel: Phosphatidylcholin Beispiel: Plasmamembran
- 23. 30% der proteinkodierenden Gene kodieren Membranproteine! Ionenkanäle: •Bilden einen hydrophilen Kanal durch die Membran •Sehr selektiv, sehr schnell •Steuerung: Ligand, Spannung, mechanisch •z. B. Na+-, Ca2+-Kanäle Aquaporine: Wasserkanäle Nicht spezifische Kanäle: z. B. Connexon in gap junction Transporter (Carrier): •Passiver Transport (fazilitierte Diffusion), sekundär aktive Transport •Uniport, Co-transport (Symport, Antiport) •z. B. Zucker-, Aminosäure-Carrier Membranpumpen: (Transport-ATPasen) •Aktiver Transport •z. B. Na+-K+-ATPase (3 Na+ hinaus, 2 K+ herein) Rezeptorproteine: → Signaltransduktion •Ligandbindung → intrazelluläre Reaktion Zelladhäsionsmoleküle: (CAMs) •Zell-Zellkontakt •Zell-Matrix Kontakt •z. B. Cadherine, Intergrine Acetylcholin Rezeptor (Na+-Kanal) Na+-K+ ATPase
- 24. Außen Zellinnere Diffusion: O2, CO2 N2 H2O Steroide Passiver Transport: Kanal Transporter H2O Ione Richtung Konzentrationsgefälle Glucose Erleichterte Diffusion Aktiver Transport •Gegen Konzentrationsgefälle •Energieverbrauch, meistens ATP (direkt, indirekt – sekundärer aktiver Transport) •Ione, Aminosäuren, Zucker, Nukleotide Konzentrations- gradient
- 25. Einige Grundkentnisse über die Proteinstruktur: Aminosäuren, Polypeptidkette, 20 Seitenketten, 3D Struktur (Faltung), Zusammenhang mit der Aminosäuresequenz, Tertiärstruktur und Funktion, Konformationsänderung und ihre Bedeutung. 25-75% der Membranmasse ist Protein, auf ein Protein fallen etwa 50 Lipide. Lage der Proteine in (an) der Lipiddoppelschicht Integrale und periphäre Membranproteine 1-6 integrale Membranproteine 7-8 periphäre Membranproteine integrales Membranprotein periphäres Membranprotein periphäres Glykoprotein
- 26. Die Lipiddoppelschicht mit den Membranproteinen ist äusserst dünn und zerbrechlich, deshalb braucht die Plasmamembran eine mechanische Verstärkung. An der cytosolischen Seite ist die Membran mit einem aus faserigen Proteinen bestehenden Gerüst verknüpft: Membran-Gerüst oder Membran-Skelett. Membranskelett der roten Blutzellen. Planares Netzwerk aus Spektrin und Aktin Proteinen, das an der zytoplasmatischen Oberfläche der Membran an integrale Membranproteine mit anderen Proteinen gebunden ist. Bestimmt die bikonkave Form der roten Bllutzellen und ihre Elastizität (seine Ablösung von der Membran führt zum Verlieren der Form und Zerstückelung der Zelle in kleinere kugelförmige Teile). Verankerung der Membran im Zellkortex: die Plasmamembran ist oft an die submembranale Verdickung des Cytoskeletts (kortikales Aktin-Gerüst oder Zellkortex) mit Adapterproteinen (Vinculin, Talin, Aktinin, usw.) verankert. Cytoplasmatische Oberfläche der Erythrozytenmembran mit dem Membranskelett. (von der inneren Seite gesehen) In anderen Zelltypen wurden ähnliche Membranskeletts nachgewiesen, wo neben kurzen Aktin-Filamenten Spektrin- ähnliche fibrőse Proteine (z.B. Fodrin) das subnembranöse Skelett bilden.
- 27. Makrodomäne: wichtig in der speziellen Funktion bestimmter Zellarten: Beispiele: • apikale und basolaterale Membrandomäne in Epithelzellen • Dendritische und axonale Membrandomäne in Neuronen Mikrodomäne sind kleine, inselartige Flecken in der Membran, mit abweichender molekularer Zusammensetzung, Beispiele: • lipid rafts: kleine Flecken reich an speziellen Lipiden und Proteinen. • Caveolae: lipid rafts mit dem integralen Protein Caveolin an der cytosolischen Seite der Membran. Bläschenartige Einstülpungen der Membran, mit verschiedenen Funktionen. Proteine bewegen sich in seitlicher Richtung und verteilen sich gleichmässig in der Lipiddoppelschicht. Ausnahmen: wenn Proteine an fixe Strukturen ausserhalb oder innerhalb der Membran, (oder aneinander) gebunden sind. So entstehen Membranflecken, die sich in ihrer molekularen Zusammensetzung (und Funktion) von anderen Membranteilen unterscheiden: Membrandomäne. apikales Domän basolaterales Domän axonales Domän dendritisches Domän Epithel Neuron caveola
- 32. Beide Schichten sind eher nur gering dicker zur Gesamtzelle gesehen, wie eine Schicht bei Tierzelle , hier auf dem Realbild Stachelzelle menschliche Haut auch mit zwei Schichten ? Sonnenblumenzelle
- 34. Zellen sind oft von dicken elastischen Fasern umgeben wie bei Arteriolen
- 35. Es gibt verschiedenartige spezialisierte Zellen mit verschiedenartigen Zellwänden, deren frei Zellmemranseite auch verstärkt ist. ~ Basalmembran bds (Sarkolemn)
- 40. Fibroblast: Die gebildeten Fasern sind um die Zelle gewickelt, schützen diese und bilden aber auch Gerüststrukturen für andere Zellen. Unter anderem mit den Retikulozyten zusammen bilden sie Basalmembranen. Einige normale Zellen selber bilden auch Fibrinausläufer die sich mit diesen dannvernetzen.
- 41. Kollagen und Kollagenfibrillen Zellen von kollagenm Bindegewebe umgeben.
- 42. Im Verbund haben Binde und Stützgewebestrukturen noch komplexere Aufbauformen, zudem besteht eine Speicherfunktion
- 43. Auf der Basalmembran sitzen dann eine Vielzahl weiterer einzelner Zellen aufgereiht
- 46. Fibroblastenarten, welche auch spezielle Bindegewebserkrankungen hiervon ableiten.
- 51. Alle Epithelgewebe ruhen auf einer Basalmembran welche sie vom darunterliegenden Bindegewebe trennt. Die Breite dieser Membran ist von Epithel zu Epithel verschieden, je nach Lokalisation beträgt sie zwischen 50nm bis 800nm. Sie dient den Epithelzellen als Haftstruktur, hat eine Filterfunktion in Bezug auf die Ernährung der Zellen und ist für das Überleben und die Genesung der Zellen unabdingbar. Die Basalmembran ist durchlässig und zudem eine physiologisch sehr wichtige Schranke (vor Allem bei Tumorpathologien). Die Basalmembran besteht aus der Vereinigung von zwei Blättern: Lamina basalis (Basallamina) Lamina fibroreticularis oder reticularis Die Basallamina ist ein feine Schicht, bestehend aus von Epithelzellen sezernierten Glykoproteinen, und die Lamina reticularis eine Schicht aus von den darunterliegenden Bindegewebezellen sezerniertem extrazellulärem Material. Die Basallamina besteht vor allem aus Proteoglykanen, Kollagen Typ IV, Fibronektinmolekülen, Laminin und Entaktin. Die Lamina reticularis besteht aus Kollagenfasern Typ III (auch retikuläre Fasern genannt) und ist 200-500nm breit.
- 52. Die meisten Zellen sitzen auf einem Layer meist einem von mehreren Zellen gebildeten Basalmembran
- 60. Biologische Membranen sind zum großen Teil möglicherweise noch gar nicht weiter hochauflösend und per Molekular - Strukturanalyse erforscht. Zum Teil werden elektronen- mikroskopische Techniken aus den 60 iger Jahren verwendet. Bei damaliger Technik auch Schwierigkeit von Lebendaufnahmen.
- 61. •Diffusionsbarriere •Kontrollierte Aufnahme-Abgabe von Stoffen •Zell-Zellerkennung (auch körpereigene-fremde) •Signalregistrierung, Signalweitergabe •Erkennung von pathogenen Keimen
- 62. Innenaufsicht z. B. Plasmamembran von roten Blutkörperchen: Aktin, Spektrin, (Tropomyosin) Netzwerk unter der Plasmamembran → Bestimmung der speziellen Zellform, Elastizität Bei Störung: Kugelzellanämie •Sorgt für mechanische Stabilität •Durch Adaptorproteine ist mit integralen Membranproteinen verbunden
- 63. Nach Kontrastierung mit Rutheniumrot Ohne Rutheniumrot •An der extrazellulären Seite der Plasmamembran •Mehrere 100 nm dick, Pelz, Negativ geladen (Sialinsäure) •Kovalent gebundene Zuckerketten •→ an Proteine= Glykoproteine •→ an Lipide= Glykolipide Proteine mit langen Zuckerketten= Proteoglykane •Glykosilierung erfolgt: ER (core Glykosilierung), Golgi (periphäre Glykosilierung) •Oberflächenspezifizität (Blutgruppe A, B, z. T. Gewebeverträglichkeit) •Andockstelle für Pathogene (Influenza)
- 70. Desmosomen bilden Schlußleisten Glanzstreifen Herzmuskelzellen Zum Teil erlauben aber, die auf zurückliegenden Elmi Aufnahmen (seit 50 Jahren gleich) bei beruhenden elektronenmikroskopischen Aufnahmen keine weiterentwickelten molekularen Strukturanalysen weiterer Bestandteile und Gerüststrukturen mit noch höheren Auflösungen oder gar echten dreidimensionalen Strukturen. Eher wie Röntgen.
- 71. Stäbchen im Auge Es gibt zudem verschiedene Desmosomen zwischen Zellen und diese setzen auch wo an.
- 112. Bisher nur ungenau detailiertes Eukaryotenzellmembranmodell. Funktionell bei Einzelzellvergrößerungen teils reduziert.
- 125. Diese haben , ähnlich wie die Archaer, keinen abgrenzbaren Zellkern.
- 128. Literatur • Plattner, Hentschel: Zellbiologie, Thieme, 2011 • Alberts: Lehrbuch der molekularen Zellbiologie, Wiley VCH, 2005 • Welsh: Lehrbuch Histologie, Urban & Fischer, 2010 • Folien von Prof. Pál Röhlich • Stryer, Biochemie • Betz,Mörike, Biologie des Menschen • Karoly,Altdorfer, Maya,Krause • Silbernagel W.Geiler Ende der Zusammenstellung tierischer Zellen und deren Zellwandstruktur.