Tierzellen: Nützliche Hinweise zur Struktur von Tierzellen

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Struktur von Tierzellen!

Tierzellen aus den grundlegenden Struktureinheiten aller Gewebe und Organe des Körpers. Unser Körper beginnt mit der Befruchtung aus einer einzigen Zelle, der diploiden Zygote. Letztere wird durch eine Reihe von Prozessen im prä- und postnatalen Leben - Zellteilung, Wachstum, Differenzierung, programmierter Zelltod (Apoptose) und Reifung - letztendlich in einen erwachsenen Menschen umgewandelt. Daher ist es zunächst wichtig, die mikroskopische Zellanatomie zu berücksichtigen.

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Im Allgemeinen ist eine Zelle eine Protoplasmamasse, die einen Kern enthält. Im Gegensatz dazu sind rote Blutkörperchen von Säugetieren nicht kernhaltig und haben eine Lebensdauer von etwa 120 Tagen. Einige Zellen im roten Knochenmark sind vielkernig. Das Protoplasma der Zelle ist ein heterogenes Emulsoid in wässriger Phase, das komplexe chemische Substanzen für Stoffwechselprozesse und zur Lagerung von Erbmaterial enthält.

In niedrigeren Lebensformen, wie Bakterien und einigen Algen, ist die Zelle kernfrei und erblich, und Stoffwechselmaterialien werden nicht voneinander getrennt. Diese Gruppen von Organismen mit nicht kernhaltigen Zellen sind als Prokaryoten bekannt.

In komplexen Lebensformen (von Amöben bis zum Menschen) enthalten die Zellen einen membrangebundenen Kern, in dem Erbinformationen in der DNA der Chromosomen gespeichert werden und der Rest der Zellkomponenten außerhalb des Kerns als Cytoplasma bekannt ist. Solche Organismen, die kernhaltige Zellen enthalten, werden Eukaryoten genannt. Daher wird das Protoplasma in einem weiteren Sinn verwendet und umfasst den Kern und das Zytoplasma.

Bei einem Tier von großer Größe wird die Größe der Zellen nicht erhöht, sondern die Anzahl nimmt zu. Denn wenn das Zytoplasma in ausreichender Menge zunimmt, kann die Kern-DNA (Gene) die Stoffwechselprozesse der Zelle nicht regulieren, und gleichzeitig leidet die Ernährung der Zelle durch Diffusion von der Peripherie ins Zentrum. Daher ist die Zellteilung die beste Wahl der Natur, um eine optimale Beziehung zwischen dem Zellkern und dem Zytoplasma wiederherzustellen. In normalen Zellen beträgt das Kern-Zytoplasma-Verhältnis etwa 1: 4 bis 1: 6. In malignen Zellen sind die Kerne jedoch für die Zelle unverhältnismäßig groß, und das Kern-Zytoplasma-Verhältnis kann sich 1: 1 nähern

Struktur der Tierzelle:

Jede Zelle besteht aus einer Zellmembran, einem Zellkern und einem Zytoplasma. Die Zelle variiert in Form und Größe. Die Form kann abgeflacht sein, kubisch, säulenförmig, fusiform, sternförmig, pyramidenförmig, kolbenförmig und so weiter. Die Größe der Zelle variiert zwischen etwa 5 um und 50 um. Eine reife menschliche Eizelle ist mit etwa 130 pm eine der größten Zellen.

Die Zellmembran:

Die äußere Grenze der Zelle ist als Zellmembran oder Plasmamembran bekannt. Es ist semipermeabel und die Elektronenmikroskopie zeigt, dass es aus drei übereinanderliegenden Schichten besteht: Die äußere Schicht besteht aus Proteinen, die Zwischenschicht aus bimolekularen Phospholipiden und die innere Schicht aus Proteinen. Die Gesamtdicke der Membran beträgt etwa 75 Å.

Die Proteinschicht verleiht der Zelle Elastizität und relativen mechanischen Widerstand, und die Phospholipidschicht verleiht denjenigen Materialien Permeabilität, die in Lipid löslich sind. Die äußere Proteinschicht ist etwa 25 Å dick und mit einer als Glycocalyx bekannten Zellschicht bedeckt, die aus einem Glycoprotein-Rückgrat besteht, das negativ geladene Sialinsäure als endständige Seitenketten trägt. In der Zellhülle befinden sich viele Gewebeantigene, darunter auch große Histokompatibilitätsantigene (MHC).

Der Plasmamembran-Zellmantelkomplex übt eine elektrostatische Kraft aus, um die identischen Zellen zu spezifischen Geweben zu binden, und unterstützt den aktiven Transport von Na + - und K + -Ionen durch die Membran. Die Lipidzwischenschicht mit einer Dicke von etwa 25A bis 35A besteht aus zwei Reihen von Phospholipidmolekülen, das Kopfende jedes Moleküls ist in Wasser löslich (hydrophil) und zeigt in Richtung der Proteinschicht, und das andere Ende des Moleküls ist in Wasser unlöslich (hydrophob) ) und trifft sich in der Mitte der Membran.

Die innere Proteinschicht ist etwa 25 Å dick und unterscheidet sich etwas von der äußeren Proteinschicht, da sie keine Zellschicht aufweist. Dieses Modell der Trilaminarzellmembran ist als Einheitsmembran bekannt, da es in den meisten intrazellulären Membran-gebundenen Organellen vorkommt. Jüngste Beweise deuten auf ein fließendes Mosaikmodell der Plasmamembran hin, bei dem Proteine ​​in variabler Tiefe in die Lipiddoppelschicht eingebettet sind oder darin schweben (Abb. 2.1). Einige Proteine ​​durchqueren die gesamte Zelle innerhalb der Zelle. Dies hilft zu erklären, dass verschiedene Rezeptoroberflächenproteine ​​durch die inneren Zytoskelettelemente aktiv auf der Zelloberfläche bewegt werden.

Die Proteinschichten der Plasmamembran sind relativ reich an Aminosäuren, Glutaminsäure. Einige der Proteinmoleküle der äußeren Schicht sind mit den verzweigten Polysacchariden verbunden, deren terminale Reste negativ geladene Sialinsäure sind. Die Plasmamembranen benachbarter Zellen eines kompakten Gewebes (z. B. Epithel) sind üblicherweise durch einen Spalt von etwa 20 nm getrennt; Ein solcher Abstand ist möglicherweise auf elektrostatische Umleitung zurückzuführen, aber die Adhäsionskräfte zum Binden der Zellen werden durch die Zellhülle und das Vorhandensein von zweiwertigem Ca ++ unterstützt . Die Proteine ​​in den hydrophoben Zonen der molekularen Lipide sind relativ reich an Aminosäure, Leucin.

Einige der Proteinmoleküle der inneren Dicke der Membran sind Transmembranproteine, die die Diffusionskanäle enthalten, während andere nur teilweise durchdringen. Die Phospholipid-Doppelschicht befindet sich in einem flüssigen Zustand und ermöglicht die Bewegung von Proteinen entlang der Ebene der Membran, sofern diese nicht aus einer Plasmamembran besteht, die die Mikrofilamente und Mikrotubuli verankern, die als Cytoskelett die Zellform verändern oder Bewegung bewirken der Zelle.

Die Freeze-Fraktur-Ätztechnik (FFE) zeigt neue Details der Membranstruktur. (Abb. 2.2)

1. Die Bruchfläche verläuft zwischen den inneren und äußeren Blättchen der Plasmamembran durch die hydrophobe Zone von bimolekularen Phospholipiden. Die Lipidkomponenten bestehen überwiegend aus Phosphatidylcholin und Cholesterin.

2. Das Flugblatt, das der äußeren Umgebung gegenübersteht, wird E-Gesicht genannt.

3. Das Flugblatt, das dem Protoplasma zugewandt ist, wird als P-Gesicht bezeichnet.

Manchmal verschwinden die Zellmembranen zwischen den benachbarten Zellen während der Zellteilung, und es bildet sich die mehrkernige Masse, die Syncytium genannt wird. Alternative Protein- und Lipidschichten der Zellmembran werden durch die Myelinhülle der peripheren Nerven dargestellt, die sich aus der Spiralbildung von Mesaxon (abgeleitet von der Zellmembran) der Schwann-Zellen um die einzelne Nervenfaser ergibt.

Funktionen der Plasmamembran:

1. Es behält die Form der Zelle bei und bietet eine Mikroumgebung für die Zellfunktion.

2. Membranpermeabilität

ich. Es ermöglicht den freien Durchtritt von Wasser und Gasen wie O 2 und C0 2, da sie in der Lipiddoppelschicht sehr gut löslich sind.

ii. Lipidlösliche Substanzen wie Steroidhormone können durch die bimolekulare Lipidschicht in das Zytoplasma gelangen, ohne die Proteinkanäle zu passieren.

iii. Zellmembranen sind praktisch für intrazelluläre Proteine ​​und andere organische Anionen undurchlässig.

iv. Zahlreiche Transmembran-Proteinkanäle ermöglichen eine selektive Permeabilität für Ionen wie Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid und Bicarbonat. Der Durchgang kleinerer Moleküle wie Glukose, Aminosäuren und Nukleinsäurevorläufer findet ebenfalls auf solchen Wegen statt. Jeder Kanal ist spezifisch für eine Vielzahl von Ionen oder Molekülen.

Einige Kanäle sind ständig offen (Leckkanäle), während andere sich öffnen oder schließen können (Gate-Kanäle) [Abb. 2.3 (a)]. Die Gate-Kanäle können sich aufgrund einer Änderung der Membranspannung (Spannung) oder nach Bindung an Chemikalien (Liganden-Gate) öffnen. Einige Kanäle öffnen sich, wenn die Membran gedehnt wird. Leckkanäle werden oft von K + genutzt . Na + durchläuft spannungsabhängige Kanäle, wenn die Membranspannung abgesenkt wird. Ein typischer ligandengesteuerter Kanal ist der nicotinische Rezeptor von Acetylcholin.

Einige Membranproteine ​​fungieren als Träger, da sie Materialien durch die Plasmamembran transportieren, indem sie Ionen und andere Moleküle binden und ihre Konfiguration für den Transport ändern. Moleküle bewegen sich von Bereichen mit hoher Konzentration zu Bereichen mit niedriger Konzentration, die chemischen Gradienten hinab und Kationen in negativ geladene Bereiche, wohingegen Anionen sich in positiv geladene Bereiche bewegen und ihre elektrischen Gradienten nach unten bewegen.

Wenn Trägerproteine ​​Substanzen ihren chemischen oder elektrischen Gradienten nach unten bewegen, spricht man von erleichterter Diffusion, bei der kein Energieeintrag erforderlich ist. Der Glukosetransport hinunter seinen Konzentrationsgradienten von der extrazellulären Flüssigkeit (EcF) zum Zytoplasma der Zellen ist ein typisches Beispiel für eine erleichterte Diffusion.

Andere Träger transportieren Substanzen gegen ihre chemischen und elektrischen Gradienten. Diese Form des Transports erfordert Energie und wird als aktiver Transport bezeichnet, und die Träger werden als Pumpen bezeichnet. In diesem Fall wird die Energie durch Hydrolyse von ATP bereitgestellt und die Trägermoleküle transportieren die Enzyme ATPase. Eines der klassischen Beispiele ist die Na + K + - ATPase (Natrium-Kalium-aktivierte Adenosintriphosphatase), die auch als Na + -K + -Pumpen bezeichnet wird (siehe später).

v. Trägerproteine ​​wirken auf drei verschiedene Arten: Uniports Symports und Antiports [Abb. 2, 3 (b)].

Uniports transportieren nur eine Substanz entlang der Konzentrationsgradienten; Glukosetransporter fungieren als uniport.

Symports tragen zwei Substanzen gleichzeitig in dieselbe Richtung, den Konzentrationsgradienten von einer herunter, z. B. Na + und Glucose. Dies ist ein Beispiel für eine erleichterte Diffusion, bei der Na + und Glukose zusammen aus dem Darmlumen in Schleimhautzellen transportiert werden.

Antiports ermöglichen die Bewegung zweier Substanzen in entgegengesetzter Richtung.

Die Aktivität der Na + -K + ATPase ist ein klassisches Beispiel für Antiport; es bewegt sich 3Na + aus der Zelle heraus und wird für jede 2K +, die sich in die Zelle bewegt, ausgetauscht.

Na + -K + -ATPase-It ist ein Enzym in Form eines Trägerproteins, das in die Plasmamembran eingebettet ist. Es besteht aus zwei Untereinheiten, α und β, die in ihrer Aminosäurezusammensetzung variieren. Beide Untereinheiten besitzen intrazelluläre und extrazelluläre Anteile.

Der intrazelluläre Teil einer Untereinheit bindet an 3 Na + und das letztere bindet an ATP. Dies führt zur Hydrolyse von ATP zu ADP und die resultierende Phosphorylierung der α-Untereinheit führt zu einer Konformationsänderung der letzteren; Dies erlaubt 3Na +, aus der Zelle auszutreten. Nun bindet 2K + an den extrazellulären Teil einer Untereinheit, die dann dephosphoryliert wird und in ihre ursprüngliche Position zurückkehrt, wodurch gleichzeitig 2K + in die Zellen gebracht wird [Abb. 2.3 ©]

Membranpotential - Zwischen den inneren und äußeren Seiten der Zellmembran besteht ein Unterschied des elektrischen Potentials, da die Ionen elektrisch geladen sind. Die Membran ist an der Innenseite negativ und an der Außenseite positiv. Konventionell wird ein Minuszeichen geschrieben, um die Polarität auf der Innenseite der Membran anzuzeigen. In fast allen lebenden Zellen reicht das Ruhemembranpotential (RMP) von -10 mV bis -90 mV. Sie können gemessen werden, indem Sie zwei Mikroelektroden (eine innerhalb und eine andere außerhalb der Zellmembran) anbringen und diese dann an ein Kathodenstrahl-Oszilloskop anschließen.

Wenn die Plasmamembran von Nervenzellen oder Muskelzellen (mit -70 mV RMP) geeignet stimuliert wird, fällt das Ruhepotential auf etwa -40 mV bis -50 mV (depolarisiert) mit positiver Ladung im Inneren aufgrund der Umkehrung der Permeabilität für Na + und K + .

Entstehung des Membranpotenzials - Zwei Transportproteine ​​sind hauptsächlich für das Ruhemembranpotential verantwortlich.

a) Der Konzentrationsgradient für K + erleichtert die Diffusion aus der Zelle durch den Leckkanal für K +, der elektrische Gradient wirkt jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Es wird jedoch ein Gleichgewicht erreicht, bei dem die Tendenz von K +, sich aus der Zelle zu bewegen, durch seine Tendenz ausgeglichen wird, sich in die Zelle zu bewegen. Um ein solches Gleichgewicht zu erreichen, gibt es einen leichten Überschuss an Kationen an der Außenseite und Anionen an der Innenseite.

b) Dieser Zustand wird durch die Na + -K + - ATPase aufrechterhalten, die 3Na + für jede 2K +, die in die Zelle gepumpt wird, aus der Zelle pumpt. Der Na + -Zustrom kompensiert den K + -Ausfluss nicht, da der K + -Leckkanal die Membran für K + durchlässig macht als für Na + .

4. Die Plasmamembran fungiert als sensorische Oberfläche und trägt verschiedene Rezeptormoleküle, die sich mit spezifischen Molekülen der Gewebeflüssigkeit verbinden und die metabolische Aktivität der Zelle durch Stimulation oder Inhibierung verändern.

5. Von vielen Enzymen, die von der Zellmembran getragen werden, beeinflusst die Anwesenheit von Adenylatcyclase den Zellmetabolismus stark. Die Stimulation von Oberflächenrezeptoren aktiviert die Adenylcyclase, die als Second Messenger fungiert und zu einer erhöhten Konzentration von cyclischem AMP (Adenosinmonophosphat) in der Zelle führt. Letzteres führt zu einer Veränderung der DNA-Synthese, der Genexpression, der Proteinsynthese und anderer intrazellulärer Ereignisse. Ähnliches Enzym
System kontrolliert zyklisches GMP (Guanidinmonophosphat), das antagonistische Wirkungen von zyklischem AMP ausübt. Einige Hormone und Neurotransmitter wirken durch den Second Messenger.

Ein Teil der Phospholipidkomponente der Zellmembran (Phosphoinositol) unterstützt den Prozess der Kalziumregulierung innerhalb der Zelle durch Aktivierung der Phosphokinasen und der Phosphorylierung verschiedener Zellkomponenten.

6. Die Erkennung identischer Zellen und ihre Anordnung zu spezifischen Geweben wird durch den Plasmamembran-Zell-Hüllkomplex unterstützt, der zellspezifisch ist und die Zellen durch Adhäsionskräfte bindet.

7. Die Plasmamembran ist mit zwei wichtigen Prozessen ausgestattet - Endozytose und Extozytose.

Unter Endozytose versteht man die Aufnahme von Substanzen von außen in das Innere der Zelle durch lokalisierte Invagination der Zellmembran in Form endozytischer Vesikel. Die Aufnahme von Flüssigkeit nach dieser Methode ist als Pinozytose bekannt, und Feststoffe wie Mikroorganismen sind als Phagozytose bekannt. In endozytischen Vesikeln wird die innere Schicht der Zellmembran zur äußeren Schicht des Vesikels.

Exozytose ist ein Prozess der Freisetzung des Inhalts über membrangebundene sekretorische Vesikel aus der Zelle nach außen durch Fusion mit der Plasmamembran

Der Kern:

Es ist mehr oder weniger eine kugelförmige Masse, die von einer Hülle bedeckt ist und sich im Zytoplasma nahe dem Zentrum der Zelle befindet. In einigen Zellen sind die Kerne offen und zeigen ein halbtransparentes Aussehen, durch das der Kerninhalt sichtbar gemacht wird, während in anderen Zellen die Kerne aufgrund der Kondensation von Chromatinmaterialien geschlossen sind.

Wenn eine Zelle stirbt, wird der Kern mit Schrumpfung pyknotisch und präsentiert eine homogene Hyperchromatinmasse. Der Kern wird mit basischen Farbstoffen angefärbt, da er reichlich DNA und eine kleine Menge RNA enthält. Der Kern besteht aus: (a) Kernhülle; (b) Chromatinfäden in einer ruhenden Zelle oder Chromosomen in einer sich teilenden Zelle; (c) Nucleolus; (d) Kernsaft; (e) Sex-Chromatin oder Barr-Körper.

Kernhülle [Abb. 2.4 (a), (b)]:

Es bedeckt den Kern und besteht aus zwei Membranen (Doppelmembranen), die durch eine enge perinukleäre Zisterne voneinander getrennt sind. Die äußere Membran ist mit Ribosomen besetzt und stammt eigentlich aus dem rauen endoplasmatischen Retikulum des Zytoplasmas.

Die innere Membran ist eine separate Entität und frei von Ribosomen. Es verbindet sich an den Enden der Chromosomen und dichtet während der Zwischenphase eine dichte Chromatinschicht ab. Zahlreiche Kernporen mit achteckiger Form sind in der Kernhülle vorhanden und werden durch die Verschmelzung der äußeren und inneren Kernmembran gebildet.

Jede Pore mit einem Durchmesser von etwa 80 nm ist trichterförmig, deren äußeres Ende schmaler als das innere Ende ist und als Zwerchfell für den Kern-Cytoplasma-Austausch dient. Durch diese Poren werden mRNA, rRNA und tRNA vom Zellkern in das Zytoplasma übertragen, aber destruktive zytoplasmatische Organellen wie Lysosomen werden nicht in den Zellkern eindringen können. Ein typischer Kern weist etwa 3000 bis 4000 Poren auf.

Chromatinfäden und Chromosomen:

In der Ruhephase oder Interphase der tierischen Zelle [Abb. 2.5 (a) und (b)] enthält der Kern ein Netzwerk aus Chromatinfäden oder Granula, die mit basischen Farbstoffen angefärbt werden. Ein einzelnes Chromosom kann nicht identifiziert werden, da es sich während der Interphase abwickelt und verdünnt. An einigen Stellen bleibt das Chromosom noch aufgerollt und diese Bereiche werden als Chromatinkörnchen oder -punkte dargestellt. Daher sind die Chromatinkörnchen oder -fäden keine gebrochenen Segmente von Chromosomen. Die abgewickelten Segmente der Chromosomen werden als Euchromatin bezeichnet, das genetisch aktiv ist. Die aufgewickelten Segmente der Chromosomen werden als Heterochromatin bezeichnet, das genetisch inert ist [Abb. 2, 5 (c)].

Während der Zellteilung wird jedes Chromosom auf seiner gesamten Länge dicker, kürzer und eng zusammengerollt. Somit wird das individuelle Chromosom visualisiert und identifiziert. Chromosomen sind tief gefärbte Fäden und ihre Anzahl ist in einer Spezies konstant. Beim Menschen beträgt die Zahl 46 (diploide) in allen Körperzellen, aber 23 (haploide) in reifen Keimzellen.

Die 46 Chromosomen sind in 23 Paaren angeordnet; 22 Paare sind als Autosomen bekannt, die den Körpercharakter regulieren. Das verbleibende eine Paar ist als Geschlechtschromosomen oder Gonosomen bekannt, die hauptsächlich die Geschlechtszeichen regulieren. Ein Mitglied jedes Paares ist väterlicherseits und das andere Mitglied mütterlicherseits. Die Paarung findet zwischen identischen Chromosomen statt, die in Länge, Position des Zentromers und Verteilung der Gene identisch sind.

Die gepaarten Chromosomen sind als homologe Chromosomen bekannt. Bei Frauen sind die Geschlechtschromosomen gleich lang und werden durch XX symbolisiert [Abb. 2-6 (a)]. Bei Männern sind die Geschlechtschromosomen ungleich lang und werden durch XY symbolisiert [Abb. 2-6 (b)]. Das längere wird durch X und das kürzere durch Y dargestellt. Während der Paarung weisen sowohl homologe als auch nicht-homologe Anteile auf.

Jedes Chromosom weist eine als Zentromer oder Kinetochor bekannte Verengung auf, die während der Zellteilung an die achromatische Spindel gebunden wird [Abb. 2-7 (a)]. In der Prophase der Zellteilung spaltet sich jedes Chromosom mit Ausnahme des Zentromers längs in zwei Chromatiden auf [Abb. 2-7 (b)].

Die Gene befinden sich in linearen Reihen in den Chromosomen. Die Gene sind Teile bestimmter DNA-Moleküle und übertragen vererbte Charaktere von Generation zu Generation. Die Gene sind auch für die Proteinsynthese der Zelle über Boten-RNA, ribosomale RNA und Transfer-RNA verantwortlich.

Nucleolus:

Es ist ein hochbrechbarer kugelförmiger Körper ohne Abdeckmembran und befindet sich in der Nähe der Kernmembran [siehe Abb. 2- 4 (a)]. Es ist eine komprimierte Masse einer Mischung aus RNA-Granulat (Ribosomen) und Proteinen. Die Synthese der nukleolaren RNA wird durch die Gene reguliert, die sich in den sekundären Einschnürungen derjenigen Chromosomen befinden, die in ihren kurzen Armen Satellitenkörper besitzen (Mitglieder der Chromosomenpaare 13 bis 15, 21 und 22).

Die RNA wird aus dem Nucleolus freigesetzt und erscheint durch die Kernporen im Zytoplasma. Der Nucleolus verschwindet während der Prophase und erscheint während der Telophase der Zellteilung wieder.

Kernsaft:

Es ist eine Flüssigkeit, die Proteine ​​enthält, die die Zwischenräume zwischen den Chromatinfäden und der Kernmembran ausfüllen. Es dient als Medium für den Transport von ribosomaler RNA und Boten-RNA zu den Kernporen.

Sex-Chromatin oder Barr-Körper:

Während der Interphase wird bei normalen Frauen ein Heterochromatin-Planokonvex-Körper unter der Kernmembran gefunden [Abb. 2-8 (b)]. Dies wird als Sex-Chromatin oder Barr-Körper bezeichnet. Während der Zellteilung verschwinden Barr-Körper. Von den 2X-Chromosomen einer normalen Frau ist einer von ihnen stark aufgewickelt und der andere Teil ist stark abgewickelt [Abb. 2-8 (a)].

Das hochgerollte genetisch inaktive X-Chromosom bildet den Barr-Körper. Diese Körper helfen bei der sexuellen Geschlechtsbestimmung der Gewebe. Die Anzahl der Barr-Körper in einer Zelle entspricht der Gesamtzahl der X-Chromosomen minus eins. So ist bei einer normalen Frau mit 2X-Chromosomen die Anzahl der Barr-Körper eins; Beim Triple-X-Syndrom (XXX) wird die Anzahl auf zwei erhöht.

Während der Interphase weist das Y-Chromosom des Mannes im Kern eine intensiv fluoreszierende Masse auf, die als F-Körper bezeichnet wird, wenn er mit Flurochrom-Farbstoff angefärbt wird und unter Fluoreszenzmikroskopie gesehen wird.

Das Zytoplasma:

Es ist der Teil des Protoplasmas, der zwischen der Zellmembran und der Kernhülle eingreift. Das Zytoplasma oder Zytosol besteht aus zwei Teilen - Organellen oder aktiven Elementen, Paraplasmen oder Einschlüssen wie Glykogen, Fettkügelchen und Pigmenten. Organellen sind wie folgt [Fig. 2-9].

1. Mitochondrien;

2. Ribosomengranulat;

3. Endoplasmatisch

4. Golgi-Apparat; Retikulum;

5. Lysosomen;

6. Phagosomen;

7. Peroxisomen;

8. Centriolen und Mikrotubuli;

9. Filamente und Fibrillen;

Mitochondrien:

Jede aktive Zelle weist zahlreiche Mitochondrien auf, bei denen es sich um stabförmige oder vesikuläre membrangebundene Körper handelt. Diese Körper können unter dem Lichtmikroskop nach dem Anfärben mit saurem Fuchsin oder durch supra-vitales Anfärben von Janusgrün gesehen werden. Die Elektronenmikroskopie zeigt, dass jedes Mitochondrion aus zwei äußeren und inneren Membranwänden besteht, die durch einen intermembranen Raum voneinander getrennt sind [Abb. 2-9, 2-10]. Jede Membranwand repräsentiert eine Einheitsmembran.

Die innere Membran ist gefaltet, um unvollständige Trennwände zu bilden, die als Cristae Mitochondrialis bezeichnet werden und die Enzyme für die Phosphorylierung von ADP an ATP durch zylindrische Stiele bilden. Das Innere jedes Mitochondrions ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, der Mitochondrienmatrix, die eine zirkuläre Form von DNA, RNA und wichtige respiratorische Enzyme wie Bakterien enthält. Es wird daher postuliert, dass die inneren Wände der Mitochondrien mit fortschreitender Evolution von abgeschwächten Bakterien stammen, die in das Zytoplasma der Tierzellen gezogen werden und ein symbiotisches Leben durchlaufen, um die aerobe Atmung der eingedrungenen Tierzelle zu vervollständigen. Darüber hinaus teilen sich die Mitochondrien ähnlich wie Bakterien eine Spaltung.

Drei wichtige Enzyme sind in den Mitochondrien zu finden:

(a) Krebsche Zitronensäurezyklen;

(b) Flavoprotein, Dehydrogenase und Cytochrom, die respiratorische Enzyme sind;

(c) Oxidaitive Phosphorylase.

Funktionen:

1. Mitochondrien vervollständigen die Zellatmung auf aerobem Weg und erzeugen durch die Bildung von ATP hohe Energie.

Der Zucker in der zytoplasmatischen Matrix wird ohne Sauerstoff (anaerob) durch einen Glycolyseprozess abgebaut und in ein Acetyl-Coenzym A umgewandelt, das dann in die Mitochondrien gelangt, wobei sich Acetyl-CoA mit Zitronensäure verbindet. Die Enzyme der Zitronensäure durchlaufen mehrere Decarboxylierungsreaktionen, produzieren Co 2 und setzen mit Hilfe spezifischer Dehydrogenasen vier Paare von H + -Ionen frei. Die Atmungsenzyme, Flavoproteine ​​und Cytochrom übertragen dann die Wasserstoffionen aus den Mitochondrien, bis diese sich mit Sauerstoff verbinden und Wasser bilden.

2. Die während des Wasserstoffionen-Transports freiwerdende Energie wird von der oxidativen Phosphorylase zur Regenerierung von ATP aus ADP und anorganischem Phosphat genutzt. Das so in den Mitochondrien gebildete energiereiche ATP wird unter aeroben Bedingungen vom Cytoplasma aufgenommen, so dass pro Molekül Glukose 36 Moleküle ATP gebildet werden. Dies ist das 18-fache der unter anaeroben Bedingungen des glykolytischen Wegs erzielbaren Energie. So wirken Mitochondrien als Kraftwerk der Zelle.

3. Die zirkuläre Form der DNA kann ein Faktor der zytoplasmatischen Vererbung sein. Alle Mitochondrien sind mütterlichen Ursprungs. Abnormale mitochondriale DNA kann aufgrund eines Versagens des oxidativen Stoffwechsels zu Muskelschwäche und degenerativer Erkrankung des ZNS führen. Dies ist als mitochondriales Zytopathie-Syndrom bekannt.

Ribosomen-Granulat:

Das Ribosomen-Granulat besteht aus ribosomaler RNA und Proteinen. Die Ribosomen werden zunächst im Nucleolus gesammelt und von den Nucleolarorganisatoren der Sat-Chromosomen (Chromosomen 13, 14, 15, 21, 22, die Satellitenkörper besitzen) synthetisiert. Vom Nukleolus aus erscheinen die Ribosomen im Zytoplasma
durch die Kernporen (Abb. 2-9, 2-11).

Innerhalb des Zytoplasmas bleiben einige der Ribosomen frei, während andere an das endoplasmatische Retikulum gebunden werden, wodurch ihre Oberfläche rau wird. Die freien Ribosomen machen das Zytoplasma basophil. In embryonalen Zellen und in malignen Zellen sind die freien Ribosomen reichlich vorhanden.

In Eukaryoten besteht jedes Ribosomen-Granulat aus zwei Untereinheiten, 40S und 60S. S steht für Svedberg-Einheit der Sedimentationsrate. Die Polynukleotidkette der Messenger-RNA durchläuft die 40S-Untereinheit des Ribosoms, wodurch Triplett-Codons freigelegt werden.

Die 60S-Untereinheit ist die Stelle, an der die Proteinsynthese durch lineare Verknüpfung von Aminosäuren mit Hilfe von Anticodons der Transfer-RNA stattfindet (Abb. 2.12). Daher synthetisieren die freien Ribosomen Proteine, die für den Metabolismus der Zelle und für ihr eigenes Wachstum verwendet werden.

Manchmal sind mehrere Ribosomen an eine einzelne Kette von Messenger-RNA gebunden. Ein solches Phänomen ist als Polyribosomen oder Polysomen bekannt.

Es ist ein System zur Verbindung von Membranbläschen oder Tubuli, die sich von der Kernmembran bis zur Zellmembran erstrecken können. Das endoplasmatische Retikulum oder ER weist zwei Varianten auf - grob und glatt (Abb. 2-9).

Das rauhe ER, kurz rER genannt, sorgt für Anhaftungen von Ribosomen-Granulat an der äußeren Oberfläche der Membranbläschen und erzeugt eine Rauheit des Retikulums. Die größeren Untereinheiten der Ribosomen (60S) sind an die Oberfläche von ER gebunden und die kleineren Untereinheiten (40S) liegen in Richtung der cytoplasmatischen Matrix.

Die Polypeptidketten von Proteinen, die in den größeren Untereinheiten synthetisiert werden, werden in das Retikulum geschoben, wo die Proteinmakromoleküle gelagert und anschließend als Sekretionsprodukt außerhalb der Zelle abgegeben werden (Abb. 2-12). Daher hilft der rER bei der Proteinsynthese und deren Lagerung. Das rER ist in allen sekretorischen Zellen vorhanden, wie z. B. in den Ackerzellen des Pankreas.

Das glattflächige ER oder sER ist in einem plexiformen Netz von Tubuli angeordnet, und seine Außenflächen sind ohne Ribosomengranulat. Einige Zellen, wie z. B. Leberzellen, besitzen sowohl rER als auch sER. Das sER hilft bei der Synthese von Lipiden und Steroiden. Die synthetisierten Proteine ​​aus dem rER werden in das sER übertragen, wo der Lipoproteinkomplex gebildet wird.

Solche Lipoproteinmaterialien aus den Leberzellen werden durch den Golgi-Apparat und die Zelloberfläche an das Blut abgegeben. Die Leberzellen helfen bei der Entgiftung bestimmter lipidlöslicher Wirkstoffe mittels hydroxylierender Enzyme von sER. Es wird angenommen, dass anfänglich rER gebildet wird, das anschließend in sER umgewandelt wird, indem das Ribosomen-Granulat verloren geht. Das sarkoplasmatische Retikulum der gestreiften Muskelzellen ist ein Beispiel für sER.

Golgi-Apparat:

Golgi-Apparat (Abb. 2.9, 2.13) - Er besteht aus glatten Oberflächen und dicht gepackten, abgeflachten häutigen Zisternen, die in einem Stapel von vier bis sechs Stapeln angeordnet sind, zusammen mit Blöcken von kleinen Vesikeln um seine Oberflächen. Der Apparat ist in den meisten Zellen vorhanden, aber in sekretorischen Zellen, wo er zwischen der rER und der Zellmembran eingreift, ist er prominent.

In HE-Fleck weist der Apparat einen klaren Bereich auf; daher das negative Golgi-Bild. Unter Elektronenmikroskopie besitzt ein klassischer Golgi-Apparat zwei Flächen - eine unreife oder cis-Fläche mit einer zur rER gerichteten konvexen Oberfläche und eine reife oder trans-Fläche mit einer konkaven Oberfläche, die auf die Zellmembran gerichtet ist. Neben den abgeflachten Zisternen bilden kleine Vesikel aus Cis-Golgi- und Trans-Golgi-Netzwerken den wesentlichen Bestandteil des Golgi-Komplexes.

Das Cis-Gesicht von Golgi erhält kleine Transportvesikel mit speziellen Hüllproteinen, die von der rER abspringen. Die Transportvesikel transportieren synthetisierte Proteine ​​aus der rER und liefern ihren Inhalt durch Membranfusion an die erste Zisterne. Während dieses Prozesses werden die Transportvesikel von den kommunizierenden Vesikeln des cis-Golgi-Netzwerks abgefangen, die auswählen, ob die Proteine ​​für die Abgabe an den Golgi-Stack geeignet sind; Unangemessene Proteine ​​werden jedoch zu rER zurückversetzt.

Innerhalb des Golgi-Apparats wird die Kohlenhydratgruppe mit Hilfe von Transferasen zu den Proteinmaterialien gegeben und das Glycoprotein gebildet. Von den Rändern der ersten Zisterne aus werden die modifizierten Proteine ​​durch vesikuläre Sprossung und anschließende Fusion an die Ränder der nächsten Zisternen transportiert, bis die endgültige Zisterne an der trans-Seite erreicht ist. Nach einer Reihe von Aufbereitungs- und Kondensationsprozessen sprudeln die Glycoproteine ​​als ausgedehnte Vesikel aus der Trans-Fläche des Golgi-Apparats.

Die endgültige Sortierung modifizierter Proteine ​​und deren Verpackung in Form von Vesikeln mit ausgewählter Aminosäuresequenz erfolgt im trans-Golgi-Netzwerk. Letztere entscheidet über das Ziel der verpackten Vesikel; Einige werden als Lysosomen im Zytoplasma zurückgehalten, während andere als sekretorische Vesikel aus der Zelle austreten und ihren Inhalt durch Exozytose durch die Zellmembran abgeben. Neben den sekretorischen Zellen setzt der Golgi-Apparat in nicht sekretorischen Zellen den Zellmantel (Glykokalyx) außerhalb der Plasmamembran frei. Der Zellmantel-Plasma-Membrankomplex übt elektrostatische Kräfte aus, die die identischen Zellen zu spezifischen Geweben verbinden.

Lysosomen:

Die Lysosomen sind dickwandige membranartige Vesikel, die hydrolytische Enzyme enthalten, nämlich Proteasen, Lipasen und saure Phosphatasen. Wenn diese Enzyme von den Lysosomen freigesetzt werden, können sie bestimmte Substanzen verdauen, die aus dem Zytoplasma stammen oder von außen in die Zelle eingeführt werden. Bevor eine Zelle aufgrund von Sauerstoffmangel stirbt oder aus anderen Gründen, wirken die Lysosomen als autophagische Vesikel und zerstören alle Organellen des Zytoplasmas. Daher sind sie als "Selbstmordbeutel" der Zelle bekannt.

Nach dem Tod reißen die Lysosomen, wenn das Tier nicht durch Fixiermittel fixiert wird, und es findet eine Autolyse statt. In gesunden Zellen haben die Lysosomen eine schützende Funktion und zerstören bestimmte bakterielle Eindringlinge (Abb. 2-8, 2-3), die als heterophages Vesikel wirken. Die lysosomalen Enzyme bauen eine Vielzahl schädlicher Substanzen in der Zelle ab. Das angeborene Fehlen bestimmter lysosomaler Enzyme führt zu einer Ansammlung ihrer Substrate in den Zellen, wodurch Speicherkrankheiten hervorgerufen werden, z. B. die Tay-sachs-Krankheit oder die Gaucher-Krankheit. Solche Lysosomen kommen in Makrophagenzellen und in granulären Leukozyten häufig vor.

Die Lysosomen sind reich an Glycoproteinen und stammen von der reifen Seite des Golgi-Apparats als primäre Lysosomen. Während des Abnutzungsprozesses der Zelle verschmelzen funktionslose Mitochondrienstücke und endoplasmatisches Retikulum mit den Lysosomen und werden der Verdauung unterzogen. Solche verschmolzenen Körper bilden sekundäre Lysosomen und sind als Cytolysosomen bekannt. Somit haben die Lysosomen die Funktion, die Abbaureste der zytoplasmatischen Organellen zu entfernen.

Einige der unlöslichen Überreste von Lysosomen nach Autophagie und Heterophagie bilden Restkörper, die als Senilitätspigmente aus lipidreichem Lipofuscin dauerhaft erhalten bleiben (Abb. 2- 14). Diese Pigmente befinden sich im Alter im Nervensystem.

Die Genese von Lysosomen erfordert eine spezielle Modifikation von Proteinen innerhalb des Golgi-Apparats (Abb. 2-15). Es beinhaltet die Anlagerung von Mannose-6-phosphat an einige der Oligosaccharidseitenketten. Die lysosomalen Enzyme binden die phosphorylierten Mannosereste an ihre spezifischen Rezeptoren, die sich auf der inneren Oberfläche der Golgi-Membran befinden.

Danach werden die rezeptorgebundenen Enzyme vom Golgi abgeklemmt und verschmelzen mit den Lysosomen. Nachdem die sekretorischen Proteine ​​mit anhaftendem Mannose-6- phosphat an die Lysosomen abgegeben worden sind, werden die Vesikel, die enzymvermittelte spezifische Rezeptoren enthalten, zur erneuten Verwendung zum Golgi zurückgeschickt. Die Säure des lysosomalen Gehalts (etwa pH 5) wird aufrechterhalten, indem Protonen durch aktiven Transport aus dem Zytoplasma gepumpt werden.

Phagosomen:

Manchmal dringt ein Partikel oder ein lebender Mikroorganismus von außen in das Zytoplasma der Zelle ein und wird durch die Entfaltung der Zellmembran bedeckt. Ein solches Membranbläschen ist als Phagosom bekannt. Wenn das Phagosom mit dem Lysosom in Kontakt kommt, verschwindet die gemeinsame Wand zwischen ihnen und die hydrolytischen Enzyme des Lysosoms erzeugen eine Lyse der enthaltenen Materialien. Dieser Vorgang wird als Phagozytose bezeichnet, die der Pinozytose etwas ähnelt. Bei der Pinozytose gelangt die Flüssigkeit in das Zytoplasma, wohingegen bei der Phagozytose die festen Partikel an dem Prozess teilnehmen.

Peroxisomen:

Dies sind kleine membrangebundene Vesikel mit einem Durchmesser von etwa 0, 5 bis 1, 5 um; daher Mikrokörper genannt. Peroxisomen sind in den meisten kernhaltigen Zellen vorhanden und in Hepatozyten und Nierentubuluszellen zahlreicher. Sie enthalten oxidative Enzyme, die zur Entgiftung verschiedener Substanzen beitragen und Wasserstoffperoxid erzeugen; Sie sind auch an der (3-Oxidation der Fettsäurekette) beteiligt. Überschüssige Menge an Wasserstoffperoxid wird durch das Enzym Katalase abgebaut.

Die Entstehung von Peroxisomen ist eigenartig. Die Zellmembranen stammen aus der Vermehrung der bereits vorhandenen Peroxisomen, und ihre internen Proteine ​​stammen direkt vom Cytosol durch die Porenkanäle ihrer Plasmamembran und umgehen die üblichen Packungsvesikel des rER- und Golgi-Apparats.

Centriolen und Mikrotubuli:

Centrioles:

Jede Tierzelle, die sich teilen kann, besitzt zwei Zentriolen im Zytoplasma und in der Nähe der Kernmembran. Die dichte Region des Zytoplasmas, die die Zentriolen enthält, wird als das Zentroom bezeichnet. Jeder Zentriole weist zwei zylindrische Körper auf, die im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Die Zylinderwand weist neun Längsbündel auf, und jedes Bündel besteht aus drei in fibrillären Materialien eingebetteten Mikrotubuli (Abb. 2-16).

Die Zentriolen unterstützen die Synthese von Mikrotubuli der achromatischen Spindel während der Zellteilung durch die Verknüpfung von löslichem cytoplasmatischem Protein, das als Tubulin bekannt ist. Während der Zellteilung sind die beiden Zentiolen (jeweils mit zwei zylindrischen Körpern) durch die wachsenden Mikrotubuli der achromatischen Spindel voneinander getrennt und besetzen den gegenüberliegenden Kern des Kerns (siehe Abb. 3-2). Diese Mikrotubuli, die sich zwischen den gegenüberliegenden Zentriolen erstrecken, bilden die kontinuierlichen Mikrotubuli der Spindel. In der Metaphase verschwindet die Kernmembran, und durch die Kinetochoren werden chromosomale Mikrotubuli aus dem Tubulinprotein organisiert, von denen zwei an der Seite des Zentromers jedes Chromosoms vorhanden sind.

Die chromosomalen Mikrotubuli drücken das gegenüberliegende Zentriol weiter, bis die Chromosomen mit ihren gepaarten Chromatiden den Äquator der Spindel besetzen. So besteht die achromatische Spindel einer mitotischen Zelle aus kontinuierlichen Mikrotubuli, die von den Zentriolen und chromosomalen Mikrotubuli organisiert werden, die von den Kinetochoren organisiert werden. Jede der zwei neuen Zellen, die aus der Zellteilung stammen, enthält eine Zentriole mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten zylindrischen Körpern.

Danach wird in der Nähe jedes alten Zentrolums ein Zentriol gebildet, wodurch die normalen Komplemente der Zentriolen wiederhergestellt werden.

Neben der Bildung der Spindel helfen die Zentriolen beim Keimen von Flimmerhärchen und Mikrotubuli zusammen mit den Prozessen der sich entwickelnden Neuronen.

Mikrotubuli:

Zilien, Flagellen und Zentriolen bestehen aus Mikrotubuli. Tatsächlich besitzen alle Tierzellen Mikrotubuli, die organisiert oder dispergiert sein können. Sie sind filamentöse Strukturen aus löslichem Tubulinprotein. Die dispergierten Mikrotubuli wirken als Gerüst der Zelle und helfen beim Transport verschiedener Substanzen, einschließlich der Makromoleküle, im gesamten Zytoplasma. Da sich die Mikrotubuli aus kontraktilen Proteinen zusammensetzen, handelt es sich um Bewegungen mit Hilfe von Zilien, Flagellen und der achromatischen Spindel, die die Zentriolen während der Zellteilung auseinander drückt.

Im Cytoplasma stehen mindestens drei Stellen zur Verfügung, die als Zentren für die Mikrotubuli (MTOC) fungieren.

(a) Zentriolen für die kontinuierlichen Mikrotubuli der Spindel;

(b) Kinetochore des Chromosoms für chromosomale Mikrotubuli;

(c) Grundkörper der Zilien für das Wachstum von Ziliarmikrotubuli. Colchicin, eine chemische Substanz, bremst die Zellteilung in der Metaphase ab, indem sie sich mit Tubulin-Protein kombiniert und die Bildung der achromatischen Spindel verhindert.

Filamente und Fibrillen:

Hierbei handelt es sich um ein ultramikroskopisches Netzwerk von filamentösen Strukturen, die sich von Mikrotubuli unterscheiden. Einige Filamente sind dichter unter der Zellmembran und bilden das Zellnetz. Die Filamente und ihre dickeren Komponenten, die Fibrillen, dienen als innere Stütze der Zelle. Einige Filamente dringen in den zentralen Kern der Mikrovilli ein, während andere Aktin- und Myosinfilamente der kontraktilen Muskeln bilden.