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6.4: Warum es wichtig ist - Zellmembranen - Biologie

6.4: Warum es wichtig ist - Zellmembranen - Biologie



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Warum etwas über Zellmembranen lernen?

Mukoviszidose (CF) ist eine genetische Erkrankung, die hauptsächlich die Lunge sowie die Bauchspeicheldrüse, die Leber und den Darm betrifft. Die Symptome treten häufig im Säuglings- und Kindesalter auf, wie zum Beispiel Darmverschluss bei Neugeborenen.

Die schwerwiegendsten Symptome von CF sind Atembeschwerden und häufige Lungeninfektionen. Oft ist schließlich eine Lungentransplantation notwendig, wenn sich CF verschlimmert. Andere Symptome, einschließlich Infektionen der Nasennebenhöhlen, schlechtes Wachstum und Unfruchtbarkeit, wirken sich auf andere Teile des Körpers aus.

Mukoviszidose entsteht durch die Fehlfunktion eines einzelnen Membrantransporters. Wie konnte dieser Fehler im Membrantransport zu einer solchen Krankheit führen?


6.4: Warum es wichtig ist - Zellmembranen - Biologie

Eines der großen Wunder der Zellmembran ist ihre Fähigkeit, die Konzentration von Stoffen in der Zelle zu regulieren. Zu diesen Substanzen gehören Ionen wie Ca ++ , Na + , K + und Cl – Nährstoffe wie Zucker, Fettsäuren und Aminosäuren sowie Abfallprodukte, insbesondere Kohlendioxid (CO2), die die Zelle verlassen muss. Die Lipid-Doppelschichtstruktur der Membran bietet die erste Kontrollebene. Die Phospholipide sind dicht gepackt und die Membran hat ein hydrophobes Inneres. Diese Struktur bewirkt, dass die Membran selektiv permeabel ist. Eine Membran, die gezielte Durchlässigkeit lässt nur Stoffe, die bestimmte Kriterien erfüllen, ohne Hilfe durch. Im Fall der Zellmembran können sich nur relativ kleine, unpolare Materialien durch die Lipiddoppelschicht bewegen (denken Sie daran, dass die Lipidschwänze der Membran unpolar sind). Einige Beispiele hierfür sind andere Lipide, Sauerstoff- und Kohlendioxidgase und Alkohol. Wasserlösliche Materialien – wie Glukose, Aminosäuren und Elektrolyte – benötigen jedoch eine gewisse Unterstützung, um die Membran zu passieren, da sie von den hydrophoben Schwänzen der Phospholipid-Doppelschicht abgestoßen werden.

Alle Stoffe, die sich durch die Membran bewegen, tun dies nach einer von zwei allgemeinen Methoden, die danach kategorisiert werden, ob Energie benötigt wird oder nicht. Passiver Transport ist die Bewegung von Stoffen durch die Membran ohne den Verbrauch von Zellenergie. Im Gegensatz, aktiven Transport ist die Bewegung von Substanzen durch die Membran unter Verwendung von Energie aus Adenosintriphosphat (ATP).

Passiver Transport

Um zu verstehen wie Da sich Stoffe passiv durch eine Zellmembran bewegen, ist es notwendig, Konzentrationsgradienten und Diffusion zu verstehen. EIN Konzentrationsgradient ist der Konzentrationsunterschied eines Stoffes in einem Raum. Moleküle (oder Ionen) werden sich ausbreiten/diffundieren von Orten, an denen sie stärker konzentriert sind, zu Orten, an denen sie weniger konzentriert sind, bis sie gleichmäßig in diesem Raum verteilt sind. (Wenn sich Moleküle auf diese Weise bewegen, sollen sie sich bewegen Nieder ihres Konzentrationsgradienten.) Drei gängige Arten des passiven Transports umfassen einfache Diffusion, Osmose und erleichterte Diffusion.

Einfache Diffusion ist die Bewegung von Partikeln von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration. Ein paar allgemeine Beispiele werden helfen, dieses Konzept zu veranschaulichen. Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem geschlossenen Badezimmer. Würde man eine Parfümflasche versprühen, würden die Duftmoleküle natürlich von der Stelle, an der sie die Flasche verlassen haben, in alle Ecken des Badezimmers diffundieren, und diese Diffusion würde so lange weitergehen, bis kein Konzentrationsgradient mehr übrigbleibt. Ein weiteres Beispiel ist ein Löffel Zucker in einer Tasse Tee. Schließlich diffundiert der Zucker durch den Tee, bis kein Konzentrationsgradient mehr vorhanden ist. In beiden Fällen, wenn der Raum wärmer oder der Tee heißer ist, erfolgt die Diffusion noch schneller, da die Moleküle aneinander stoßen und sich schneller ausbreiten als bei kühleren Temperaturen. Eine innere Körpertemperatur von etwa 98,6 ° F hilft somit auch bei der Diffusion von Partikeln innerhalb des Körpers.

Besuchen Sie diesen Link, um die Diffusion zu sehen und zu sehen, wie sie durch die kinetische Energie von Molekülen in Lösung vorangetrieben wird. Wie beeinflusst die Temperatur die Diffusionsrate und warum?

Immer wenn eine Substanz in größerer Konzentration auf einer Seite einer semipermeablen Membran, wie der Plasmamembran, vorhanden ist, tut dies jede Substanz, die ihren Konzentrationsgradienten über die Membran hinab wandern kann. Betrachten Sie Substanzen, die leicht durch die Lipiddoppelschicht der Zellmembran diffundieren können, wie zum Beispiel die Gase Sauerstoff (O2) und CO2. Ö2 diffundiert im Allgemeinen in die Zellen, weil es außerhalb von ihnen konzentrierter ist, und CO2 diffundiert typischerweise aus den Zellen heraus, weil es in ihnen konzentrierter ist. Keines dieser Beispiele erfordert von der Zelle Energie, und daher verwenden sie passiven Transport, um sich durch die Membran zu bewegen. Bevor Sie fortfahren, müssen Sie die Gase überprüfen, die durch eine Zellmembran diffundieren können. Da Zellen während des Stoffwechsels schnell Sauerstoff verbrauchen, gibt es normalerweise eine niedrigere O .-Konzentration2 innerhalb der Zelle als außerhalb. Als Ergebnis diffundiert Sauerstoff aus der interstitiellen Flüssigkeit direkt durch die Lipiddoppelschicht der Membran und in das Zytoplasma innerhalb der Zelle. Andererseits, weil Zellen CO . produzieren2 als Nebenprodukt des Stoffwechsels CO2 Konzentrationen im Zytoplasma steigen daher, CO2 wird von der Zelle durch die Lipiddoppelschicht und in die interstitielle Flüssigkeit wandern, wo ihre Konzentration niedriger ist. Dieser Mechanismus, bei dem sich Moleküle von einer stärker konzentrierten zu einer geringeren Konzentration ausbreiten, ist eine Form des passiven Transports, die als einfache Diffusion bezeichnet wird (Abbildung 3.15).

Osmose ist die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membran (Abbildung 3.16). Wasser kann sich frei über die Zellmembran aller Zellen bewegen, entweder durch Proteinkanäle oder indem es zwischen den Lipidschwänzen der Membran selbst rutscht. Es ist jedoch die Konzentration der gelösten Stoffe im Wasser, die bestimmt, ob Wasser in die Zelle hinein, aus der Zelle heraus oder beides bewegt wird oder nicht.

Gelöste Stoffe in einer Lösung erzeugen osmotischen Druck, einen Druck, der Wasser anzieht. Osmose tritt auf, wenn ein Ungleichgewicht zwischen gelösten Stoffen außerhalb einer Zelle und innerhalb der Zelle besteht. Je mehr gelöste Stoffe eine Lösung enthält, desto höher ist der osmotische Druck dieser Lösung. Eine Lösung mit einer höheren Konzentration an gelösten Stoffen als eine andere Lösung heißt hypertonisch. Wassermoleküle neigen dazu, in eine hypertone Lösung zu diffundieren, weil der höhere osmotische Druck Wasser anzieht (Abbildung 3.17). Wenn eine Zelle in eine hypertonische Lösung gelegt wird, schrumpfen die Zellen oder krenate Wasser verlässt die Zelle durch Osmose. Im Gegensatz dazu heißt eine Lösung mit einer geringeren Konzentration an gelösten Stoffen als eine andere Lösung hypoton. Zellen in einer hypotonischen Lösung nehmen zu viel Wasser auf und schwellen an, mit der Gefahr, dass sie schließlich platzen, ein Prozess namens Lyse. Ein kritischer Aspekt der Homöostase in Lebewesen besteht darin, eine innere Umgebung zu schaffen, in der sich alle Körperzellen in einer isotonischen Lösung befinden, eine Umgebung, in der zwei Lösungen die gleiche Konzentration an gelösten Stoffen (gleicher osmotischer Druck) aufweisen. Wenn Zellen und ihre extrazelluläre Umgebung isotonisch sind, ist die Konzentration der Wassermoleküle außerhalb und innerhalb der Zellen gleich, sodass Wasser sowohl ein- als auch ausströmt und die Zellen ihre normale Form (und Funktion) beibehalten. Verschiedene Organsysteme, insbesondere die Nieren, arbeiten daran, diese Homöostase aufrechtzuerhalten.

Erleichterte Diffusion ist der Diffusionsprozess für solche Substanzen, die aufgrund ihrer Größe und/oder Polarität die Lipiddoppelschicht nicht durchqueren können (Abbildung 3.18). Ein gängiges Beispiel für erleichterte Diffusion ist der Transport von Glukose in die Zelle, wo sie zur Herstellung von ATP verwendet wird. Obwohl Glukose außerhalb einer Zelle konzentrierter sein kann, kann sie die Lipiddoppelschicht nicht durch einfache Diffusion passieren, da sie sowohl groß als auch polar ist. Um dies zu beheben, überträgt ein spezialisiertes Trägerprotein namens Glukosetransporter Glukosemoleküle in die Zelle, um deren Diffusion nach innen zu erleichtern. Es gibt viele andere gelöste Stoffe, die einer erleichterten Diffusion unterzogen werden müssen, um in eine Zelle zu gelangen, wie beispielsweise Aminosäuren, oder um sich aus einer Zelle zu bewegen, wie beispielsweise Abfallstoffe. Da die erleichterte Diffusion ein passiver Prozess ist, erfordert sie keinen Energieverbrauch der Zelle.

Aktiven Transport

Bei allen oben beschriebenen Transportmethoden verbraucht die Zelle keine Energie. Membranproteine, die den passiven Stofftransport unterstützen, tun dies ohne den Einsatz von ATP. Während des aktiven Transports wird ATP benötigt, um eine Substanz durch eine Membran zu transportieren, oft mit Hilfe von Proteinträgern, und normalerweise gegen seinen Konzentrationsgradienten. Eine der häufigsten Arten des aktiven Transports sind Proteine, die als Pumpen dienen. Das Wort „Pumpen“ beschwört wahrscheinlich den Gedanken herauf, Energie zu verwenden, um den Reifen eines Fahrrads oder eines Basketballs aufzupumpen. In ähnlicher Weise ist für diese Membranproteine ​​Energie von ATP erforderlich, um Substanzen – Moleküle oder Ionen – durch die Membran zu transportieren, normalerweise gegen ihren Konzentrationsgradienten (von einem Bereich mit niedriger Konzentration zu einem Bereich mit hoher Konzentration). Die Natrium-Kalium-Pumpe , die auch als N + /K + ATPase bezeichnet wird, transportiert Natrium aus einer Zelle, während es Kalium in die Zelle transportiert. Die Na + /K + -Pumpe ist eine wichtige Ionenpumpe, die in den Membranen vieler Zelltypen vorkommt. Diese Pumpen sind besonders häufig in Nervenzellen vorhanden, die ständig Natriumionen auspumpen und Kaliumionen anziehen, um einen elektrischen Gradienten über ihre Zellmembranen aufrechtzuerhalten. Ein elektrischer Gradient ist ein Unterschied in der elektrischen Ladung in einem Raum. Bei Nervenzellen beispielsweise besteht der elektrische Gradient zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle, wobei das Innere gegenüber dem Äußeren negativ geladen ist (ca. -70 mV). Der negative elektrische Gradient wird aufrechterhalten, da jede Na + /K + -Pumpe für jedes verwendete ATP-Molekül drei Na + -Ionen aus der Zelle und zwei K + -Ionen in die Zelle befördert (Abbildung 3.19). Dieser Prozess ist für Nervenzellen so wichtig, dass er den Großteil ihres ATP-Verbrauchs ausmacht.

Andere Formen des aktiven Transports beinhalten keine Membranträger. Endozytose (in die Zelle zu bringen) ist der Vorgang, bei dem eine Zelle Material aufnimmt, indem sie es in einen Teil ihrer Zellmembran einhüllt und dann diesen Teil der Membran abschnürt (Abbildung 3.20). Einmal abgeschnürt, wird der Teil der Membran und sein Inhalt zu einem unabhängigen, intrazellulären Vesikel. EIN Vesikel ist ein membranöser Sack – eine kugelförmige und hohle Organelle, die von einer Lipiddoppelschichtmembran begrenzt wird. Endozytose bringt oft Materialien in die Zelle, die abgebaut oder verdaut werden müssen. Phagozytose („Zellfresser“) ist die Endozytose großer Partikel. Viele Immunzellen beteiligen sich an der Phagozytose von eindringenden Krankheitserregern. Wie kleine Pac-Männer besteht ihre Aufgabe darin, Körpergewebe nach unerwünschten Stoffen wie eindringenden Bakterienzellen zu durchsuchen, sie zu phagozytieren und zu verdauen. Im Gegensatz zur Phagozytose, Pinozytose („Zelltrinken“) bringt Flüssigkeit, die gelöste Stoffe enthält, durch Membranvesikel in eine Zelle. Phagozytose und Pinozytose nehmen große Anteile an extrazellulärem Material auf und sind typischerweise nicht hochselektiv in den von ihnen eingebrachten Stoffen. Zellen regulieren die Endozytose bestimmter Stoffe über die rezeptorvermittelte Endozytose.Rezeptor-vermittelte Endozytose ist Endozytose durch einen Teil der Zellmembran, der viele Rezeptoren enthält, die für eine bestimmte Substanz spezifisch sind. Sobald die Oberflächenrezeptoren ausreichende Mengen der spezifischen Substanz (des Liganden des Rezeptors) gebunden haben, endozytiert die Zelle den Teil der Zellmembran, der die Rezeptor-Liganden-Komplexe enthält. Eisen, ein notwendiger Bestandteil des Hämoglobins, wird auf diese Weise von roten Blutkörperchen endozytiert.

Im Gegensatz zur Endozytose Exozytose (Herausnehmen aus der Zelle) ist der Prozess, bei dem eine Zelle Material durch vesikulären Transport exportiert (Abbildung 3.21). Viele Zellen stellen Substanzen her, die sezerniert werden müssen, wie eine Fabrik, die ein Produkt für den Export herstellt. Diese Substanzen werden typischerweise innerhalb der Zelle in membrangebundene Vesikel verpackt. Wenn die Vesikelmembran mit der Zellmembran verschmilzt, gibt das Vesikel ihren Inhalt in die interstitielle Flüssigkeit ab. Die Vesikelmembran wird dann Teil der Zellmembran. Zellen des Magens und der Bauchspeicheldrüse produzieren und sezernieren Verdauungsenzyme durch Exozytose (Abb. 3.22). Endokrine Zellen produzieren und sezernieren Hormone, die durch den Körper geschickt werden, und bestimmte Immunzellen produzieren und sezernieren große Mengen Histamin, eine Chemikalie, die für Immunreaktionen wichtig ist.


Methanogenese (mit Diagramm)| Mikroorganismus

Der unten genannte Artikel enthält einen Hinweis zur Methanogenese.

Methan produzierende Prokaryoten sind eine Gruppe von Archaeen, die in der Lage sind, Kohlendioxid oder Fettsäuren mit niedrigem Molekulargewicht zu reduzieren, um Methan zu produzieren. Die Methanogene sind streng anaerob aktiv bei einem Redoxpotential zwischen – 350 und – 450 mv. Sie können CO . verwenden2 als Elektronenakzeptor. Sie reduzieren CO2 mit H2 im Fermentationsprozess hergestellt. Sie verwenden Kohlendioxid als einzige Kohlenstoffquelle und gelten als chemolithotrop.

Wenn Kohlendioxid in Form von Carbonat als verfügbar angesehen wird, ergibt sich die Reaktion:

In der obigen Gleichung mit der Nummer (i) G’Ö (genannt Gibbs freie Energie) gibt die Energieausbeute der Reaktion in Kilokalorien pro Mol an. G’Ö bei exothermen (energieliefernden) Reaktionen ist negativ. Das Kohlendioxid wird über einen Weg mit ungewöhnlichen Coenzymen in Methan umgewandelt.

Zunächst CO2 an Methanofuran auf Formyl-Reduktionsniveau gebunden wird, und es folgt eine Reduktion auf Methenyl-, Methylen-, Methyl- und schließlich Methanniveau, an der eine Reihe von Enzymen beteiligt sind. Umwandlung von CO2 zu Zellmaterial erfolgt nicht nach dem Ribulosediphosphat-Weg, der üblicherweise in anderen Chemolithotrophen gefunden wird, sondern nach dem Acetyl-CoA-Synthase-Weg.

Es ist bemerkenswert, dass die Methylgruppe von Acetat durch schrittweise Reduktion von CO . gebildet wird2 zu Methyl über den Tetrahydromethanopterin-Weg, der ansonsten zur Methanentwicklung führt. Die Methylgruppe wird mit der Carbonylgruppe des Acetats verbunden, die durch die Reduktion eines anderen CO . entsteht2 zu CO durch Kohlenmonoxid-Dehydrogenase, wodurch die Synthese der Methylgruppe, CO und HS – CoA zu Acetyl-CoA katalysiert wird, weshalb es als Acetyl-CoA-Synthase bezeichnet wird.

Das Acetat wiederum wird durch einen umgekehrten Tricarbonsäurezyklus zu Pyruvat und Triosen verarbeitet. Es gibt die Methanogene wie Methanosarcina barken, die Methanol, Acetat und Methylamine zu Methan und Kohlendioxid metabolisieren können. Der Syntrophismus, der auch als Kreuzfütterung zwischen Methanogenen und anderen Anaerobiern wie Syntrophobacter in Verbindung mit Methanogenen bekannt ist, erweitert die Palette der für Methanogene geeigneten Substrate.

Es ist sehr besorgniserregend, dass ein Teil des Methans in die Atmosphäre entweicht und an photochemischen Prozessen teilnimmt. Derzeit wird die Methankonzentration in der Atmosphäre auf 1,7 ppm geschätzt und nimmt jedes Jahr um ein Prozent zu. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass verschiedene Methanogene mehrere Stoffwechselreaktionen zur Erzeugung von zellulärer Energie entwickelt haben. Alle basieren auf anaerober Atmung und alle produzieren Methan. Die Stoffwechselwege der Methanogene produzieren Methan.

Der Stoffwechselweg von Methanogenen lässt sich in drei Kategorien einteilen:

(ii) methyltrophischer Weg und essiglastischer Weg.

Alle drei Pfade sind in Abb.6.3 dargestellt.

Eine begrenzte Anzahl von Methanogenen ist in der Lage, sekundäre Alkohole zu CO . zu oxidieren2 Reduktion zu Methan. Die Methanogene, die CO . transportieren2 zur Reduzierung der Methanogenese einen speziellen anaeroben Atmungsweg verwenden (Abb. 6.4). Die Reduktion von Kohlendioxid zu Methan (CH4) erfolgt über eine Reihe von reduktiven Schritten, die eine Methylgruppe erzeugen. Dieser Weg verwendet mehrere reduzierende Enzyme und Coenzyme F420 und nickelhaltiges Coenzym F430, Methanofuran, Mathanoprotein und Coenzym M.


Um zwei Tochterzellen herzustellen, müssen der Inhalt des Zellkerns und des Zytoplasmas geteilt werden. Die mitotische Phase ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem die duplizierten Chromosomen ausgerichtet, getrennt und an entgegengesetzte Pole der Zelle verschoben werden, und dann wird die Zelle unterteilt in zwei neue identische Tochterzellen. Der erste Teil der mitotischen Phase, die Mitose, besteht aus fünf Stadien, die die Kernteilung bewerkstelligen. Der zweite Teil der mitotischen Phase, Zytokinese genannt, ist die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen.

Die Mitose wird in eine Reihe von Phasen unterteilt – Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase – die zur Teilung des Zellkerns führen (Abbildung 6.4).

Abbildung 6.4 Die Mitose tierischer Zellen ist in fünf Stadien unterteilt – Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase – hier durch Lichtmikroskopie mit Fluoreszenz sichtbar gemacht. Die Mitose wird normalerweise von einer Zytokinese begleitet, hier durch ein Transmissionselektronenmikroskop. (Credit “diagrams”: Modifikation der Arbeit von Mariana Ruiz Villareal Credit “mitosis micrographs”: Modifikation der Arbeit von Roy van Heesbeen Credit “cytokinesis micrograph”: Modifikation der Arbeit durch das Wadsworth Center, NY State Department of Gesundheit gespendet an die Wikimedia Foundation Maßstabsbalkendaten von Matt Russell)

Welche der folgenden Ereignisse ist bei der Mitose richtig?

  1. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich. Die Schwesterchromatiden trennen sich.
  2. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Die Schwesterchromatiden trennen sich. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.
  3. Das Kinetochor wird an der Metaphasenplatte befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor zerfällt und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.
  4. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor bricht auseinander und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.

Während der Prophase, der „ersten Phase“, müssen mehrere Ereignisse eintreten, um den Zugang zu den Chromosomen im Zellkern zu ermöglichen. Die Kernhülle beginnt in kleine Vesikel aufzubrechen, und der Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum fragmentieren und verteilen sich in die Peripherie der Zelle. Der Nukleolus verschwindet. Die Zentrosomen beginnen, sich zu den entgegengesetzten Polen der Zelle zu bewegen. Die Mikrotubuli, die die Basis der mitotischen Spindel bilden, erstrecken sich zwischen den Zentrosomen und drücken sie weiter auseinander, wenn sich die Mikrotubulusfasern verlängern. Die Schwesterchromatiden beginnen sich enger zu winden und werden unter einem Lichtmikroskop sichtbar.

Während der Prometaphase schreiten viele Prozesse, die in der Prophase begonnen wurden, weiter fort und gipfeln in der Bildung einer Verbindung zwischen den Chromosomen und dem Zytoskelett. Die Reste der Kernhülle verschwinden. Die mitotische Spindel entwickelt sich weiter, da sich mehr Mikrotubuli ansammeln und sich über die Länge des ehemaligen Kernbereichs erstrecken. Chromosomen werden kondensierter und optisch diskreter. Jedes Schwesterchromatid bindet über einen Proteinkomplex namens Kinetochor an Spindelmikrotubuli am Zentromer.

Während der Metaphase sind alle Chromosomen in einer Ebene ausgerichtet, die als Metaphasenplatte oder Äquatorialebene bezeichnet wird, auf halbem Weg zwischen den beiden Polen der Zelle. Die Schwesterchromatiden sind immer noch fest miteinander verbunden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Chromosomen maximal kondensiert.

Während der Anaphase werden die Schwesterchromatiden in der Äquatorebene am Zentromer gespalten. Jedes Chromatid, jetzt Chromosom genannt, wird schnell zum Zentrosom gezogen, an dem sein Mikrotubulus befestigt war. Die Zelle wird sichtbar verlängert, wenn die nicht-kinetochoren Mikrotubuli an der Metaphaseplatte, wo sie sich überlappen, gegeneinander gleiten.

Während der Telophase werden alle Ereignisse, die die duplizierten Chromosomen für die Mitose während der ersten drei Phasen eingerichtet haben, umgekehrt. Die Chromosomen erreichen die entgegengesetzten Pole und beginnen sich zu dekondensieren (entwirren). Die mitotischen Spindeln werden in Monomere zerlegt, die verwendet werden, um Zytoskelettkomponenten für jede Tochterzelle zusammenzusetzen. Kernhüllen bilden sich um Chromosomen herum.


6.4: Warum es wichtig ist - Zellmembranen - Biologie

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Eine Population besteht aus vielen Individuen derselben Art, die in einem Lebensraum wie diesen Hasen in der Wüste leben.

Viele Populationen verschiedener Arten, die miteinander interagieren und denselben Lebensraum teilen, bilden eine Gemeinschaft. Zum Beispiel ernähren sich die Kojoten von den Hasen und die Eidechse teilen sich an heißen Tagen den Hasenbau.

Die Untersuchung, wie diese Organismen mit ihrer Umwelt und untereinander interagieren, wird als Ökologie bezeichnet.

28.1: Was sind Bevölkerungen und Gemeinschaften?

Überblick

Populationen sind Gruppen von Individuen derselben Art, die eine gemeinsame Umgebung bewohnen. Gemeinschaften umfassen mehrere koexistierende, interagierende Populationen verschiedener Arten. Metapopulationen umfassen mehrere Populationen derselben Art, die verschiedene Gebiete besetzen. Metapopulationen interagieren durch Ein- und Auswanderung und bieten genetische Vielfalt, die Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Umgebungen verleiht. Populationsgröße und -dichte können mit Quadrat- und Mark- und Recapture-Methoden geschätzt werden.

Populationen sind dynamisch und interaktiv

Eine Population oder Gruppe von Individuen, die derselben Art angehören und dasselbe allgemeine Gebiet bewohnen, ändert sich kontinuierlich als Reaktion auf sowohl biotische (lebende) als auch abiotische (nicht lebende) Faktoren. Zu den einflussreichen abiotischen Faktoren gehören unter anderem Wetter, Höhenlage, Breitengrad, Boden- und Wasserzusammensetzung und Umweltverschmutzung. Die biologische Untersuchung, wie Organismen miteinander und mit ihrer Umwelt interagieren, wird als Ökologie bezeichnet.

Metapopulationen umfassen mehrere Populationen derselben Art, die verschiedene Gebiete bewohnen. Metapopulationen tauschen kontinuierlich Mitglieder durch Einwanderung, Einwanderung in ein Gebiet und Auswanderung, Auswanderung aus einem Gebiet aus. Dieser Austausch stellt die genetische Vielfalt sicher und hilft Populationen, unvorhersehbaren und ungünstigen Umweltbedingungen standzuhalten, indem die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass adaptive (d. h. hilfreiche) Merkmale auf natürliche Weise ausgewählt werden (d. h. in der Population auftauchen).

Gemeinschaften sind Kombinationen koexistierender, interagierender Bevölkerungen

Eine ökologische Gemeinschaft besteht aus mehreren koexistierenden und interagierenden Populationen im selben Lebensraum, und der Artenreichtum einer Gemeinschaft ist lediglich die Anzahl der Arten. Die Kombination der Art und Weise, wie eine Art Umweltressourcen nutzt und mit anderen Mitgliedern der Gemeinschaft interagiert, spiegelt die besondere Nische wider, die die Art besetzt. Mit anderen Worten, eine Nische ist wie der „Job&rdquo, den eine Art in ihrer Gemeinschaft verrichtet.

Konkurrenz entsteht, wenn sich Nischen der Arten überschneiden. Drosseln und Spechte bevorzugen beide eine insektenfressende Ernährung und offene Gebiete mit spärlich verteilten Bäumen. In einem Beispiel von ichnterspezifischer Konkurrenz wetteifern diese beiden Arten um begrenzte Nahrungs- und Wohnressourcen. Bluebirds konkurrieren auch mit anderen Bluebirds um diese Ressourcen (intraspezifische Konkurrenz). Konkurrenz kann vermieden werden, indem Ressourcen aufgeteilt oder verschiedene Bereiche einer gemeinsamen Umgebung besetzt werden.

Raubtier-Beute-Beziehungen, eine weitere wichtige Gemeinschaftsinteraktion, ähneln einem evolutionären „Waffenrennen“. Bei Beutetieren begünstigt die natürliche Selektion stark Merkmale, die dazu beitragen, Raubtiere zu verhindern. Caligo-Schmetterlinge (oder &ldquoOwl&rdquo) haben beispielsweise große Augenflecken auf ihren Flügeln, die Eulenaugen ähneln, die bedrohliche Raubtiere abschrecken. Raubtiere passen sich auch an Beuteanpassungen an, sowohl Raubtierarten (z. B. Leopard) als auch Beutetiere (z. B. Hirsche) verwenden Tarnung, um eine Entdeckung zu vermeiden.

Populationen können mit Quadrat- und Mark- und Recapture-Methoden gemessen werden

Populationen zeichnen sich durch Größe und Dichte aus. Einwohnerzahl (n) ist einfach die Anzahl der Personen. Die Bevölkerungsdichte bezieht sich auf die Anzahl der Individuen in einem bestimmten Gebiet. Obwohl das Zählen von Individuen die genaueste Methode zur Messung von Populationen ist, kann es in großen Lebensräumen oder bei Organismen, die sich häufig bewegen, nicht durchführbar sein. Daher verwenden Forscher häufig Stichprobenverfahren, um die Gesamtbevölkerungsgröße abzuleiten.

Quadratische Proben sind ausreichend, um die Populationsgröße und -dichte von Pflanzen oder sehr kleinen oder langsamen Organismen abzuschätzen. Bei dieser Methode werden mehrere zufällig verteilte Habitatabschnitte mit Markern, wie z. B. Schnüren oder Pfählen, unterteilt und die Individuen in jedem Quadrat gezählt. Die Anzahl und Größe der Quadrate, die für genaue Schätzungen benötigt werden, variiert je nach Art. Kleinere Organismen wie Bakterien benötigen beispielsweise viel kleinere Probenahmeflächen als große Organismen wie Bäume.

Markierungs- und Wiederfangmethoden eignen sich besser zum Bewegen von Tieren wie Säugetieren, Fischen und Vögeln. Zunächst wird eine Zufallsstichprobe von Individuen aus einem Habitat erfasst, markiert (z. B. mit Tags, Farben oder Bändern) und wieder freigegeben. Zu einem späteren Zeitpunkt wird eine zweite Stichprobe erfasst, die einen Teil der markierten Tiere aus der ersten Stichprobe enthält. Das Verhältnis von markierten zu nicht markierten Tieren wird dann verwendet, um die Populationsgröße abzuschätzen. Einschränkungen dieser Methode beinhalten Annahmen, dass zuvor gefangene und nicht gefangene Tiere in der zweiten Stichprobe mit gleicher Wahrscheinlichkeit gefangen werden und keine Tiere starben, geboren wurden oder zwischen den Zeitpunkten bewegt wurden.

Pyron, Markus. &ldquoCharakterisieren von Communities.&rdquo Naturbildungswissen 3 Nr. 10 (2010): 39. [Quelle]

Griffin, John N. "Ressourcenpartitionierung und warum es wichtig ist" Naturbildungswissen 3, nein. 10 (2011): 49. [Quelle]

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Die Zellatmung ist eine Sammlung von drei einzigartigen Stoffwechselwegen: Glykolyse, Zitronensäurezyklus und Elektronentransportkette. Die Glykolyse ist ein anaerober Prozess, während die anderen beiden Wege aerob sind. Um von der Glykolyse zum Zitronensäurezyklus zu gelangen, müssen Pyruvatmoleküle (das Ergebnis der Glykolyse) in einem Prozess namens Pyruvatoxidation oxidiert werden.

Glykolyse

Die Glykolyse ist der erste Weg der Zellatmung. Dieser Weg ist anaerob und findet im Zytoplasma der Zelle statt. Dieser Weg baut 1 Glucosemolekül ab und produziert 2 Pyruvatmoleküle. Es gibt zwei Hälften der Glykolyse mit fünf Schritten in jeder Hälfte. Die erste Hälfte ist als die “Energie erfordernden” Schritte bekannt. Diese Hälfte spaltet Glukose und verbraucht 2 ATP. Wenn die Konzentration der Pyruvatkinase hoch genug ist, kann die zweite Hälfte der Glykolyse ablaufen. In der zweiten Hälfte, der “Energiefreisetzung: Schritte werden 4 Moleküle ATP und 2 NADH freigesetzt. Die Glykolyse hat eine Nettogewinn von 2 ATP-Molekülen und 2 NADH.

Einige Zellen (z. B. reife rote Blutkörperchen von Säugetieren) können nicht aerob atmen, daher ist die Glykolyse ihre nur Quelle von ATP. Die meisten Zellen durchlaufen jedoch eine Pyruvatoxidation und gehen zu den anderen Wegen der Zellatmung weiter.

Pyruvatoxidation

Bei Eukaryoten findet die Pyruvatoxidation in den Mitochondrien statt. Pyruvatoxidation kann nur stattfinden, wenn Sauerstoff verfügbar ist. Dabei wird das durch die Glykolyse entstandene Pyruvat oxidiert. Bei diesem Oxidationsprozess wird eine Carboxylgruppe aus Pyruvat entfernt, wodurch Acetylgruppen entstehen, die sich mit Coenzym A (CoA) verbinden, um Acetyl-CoA zu bilden. Bei diesem Vorgang wird auch CO . freigesetzt2.

Zitronensäurezyklus

Der Zitronensäure-Zyklus (auch bekannt als Krebs-Zyklus) ist der zweite Weg der Zellatmung und findet ebenfalls in den Mitochondrien statt. Die Geschwindigkeit des Zyklus wird durch die ATP-Konzentration gesteuert. Wenn mehr ATP verfügbar ist, verlangsamt sich die Rate, wenn weniger ATP vorhanden ist, steigt die Rate. Dieser Weg ist ein geschlossener Kreislauf: Der letzte Schritt produziert die Verbindung, die für den ersten Schritt benötigt wird.

Der Zitronensäurezyklus gilt als aerober Stoffwechselweg, da NADH und FADH2 Es produziert als temporäre Elektronenspeicherverbindungen, die ihre Elektronen auf den nächsten Weg (Elektronentransportkette) übertragen, der Luftsauerstoff verwendet. Jede Umdrehung des Zitronensäurezyklus liefert eine Nettogewinn von CO2, 1 GTP oder ATP und 3 NADH und 1 FADH2.

Elektronentransportkette

Das meiste ATP aus Glucose wird in der Elektronentransportkette erzeugt. Es ist der einzige Teil der Zellatmung, der direkt Sauerstoff verbraucht, jedoch ist dies bei einigen Prokaryonten ein anaerober Weg. Bei Eukaryoten findet dieser Weg in der inneren Mitochondrienmembran statt. Bei Prokaryonten kommt es in der Plasmamembran vor.

Die Elektronentransportkette besteht aus 4 Proteinen entlang der Membran und einer Protonenpumpe. Ein Cofaktor transportiert Elektronen zwischen den Proteinen I–III. Wenn NAD aufgebraucht ist, überspringen Sie I: FADH2 beginnt am II. Bei der Chemiosmose bringt eine Protonenpumpe Wasserstoff aus dem Inneren der Mitochondrien nach außen, wodurch der „Motor“ gedreht wird und die Phosphatgruppen daran haften. Die Bewegung ändert sich von ADP zu ATP, wodurch 90% des ATP aus dem aeroben Glukosekatabolismus gewonnen werden.


Nanomedizin

Rebecca J. Watters,. Xin Liu, in Methoden der Enzymologie, 2012

4.3 Bestimmung von in vitro Zellapoptose

Analyse der Wirkung von nanoliposomalem C6-Ceramid auf Apoptose kann ebenfalls untersucht werden. Zweifarben-Durchflusszytometrie mit Annexin-V (5 μl/Probe BD Pharmingen) und 7-Amino-Actinomycin D (7-AAD 10 μl/Probe BD Pharmingen) wird verwendet, um den Grad der zellulären Apoptose in mit C . behandelten Zellen zu bestimmen6-Ceramid allein oder in Kombinationstherapie. Für jede Probe werden 5 × 10 5 Zellen dreifach in 24-Well-Platten in 0,5 ml Volumen ausplattiert und der Prozentsatz der spezifischen Apoptose wird nach folgender Formel berechnet: Apoptose (%) = (% Annexin-V-Allophycocyanin-Konjugat (APC ) positiv im Assay-Well – % Annexin-V-APC-positiv in der Kontroll-Well) × 100/(100 – % Annexin-V-APC-positiv in der Kontroll-Well).

Neben dem AnnexinV/7-AAD-Assay können auch Caspase-Assays zur Bestimmung der Apoptose verwendet werden. Die enzymatischen Aktivitätsniveaus von Caspase-3/7 werden unter Verwendung des homogenen Caspase-3/7-Assays Apo-ONE (Promega) gemessen und gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt. Das Kit enthält ein Caspase-3/7-Substrat und Rhodamin 110, Bis-(n-CBZ-l-Aspartyl-l-Glutamyl-l-Valyl-l-Asparaginsäureamid), das durch enzymatisch aktive Caspase-3/7 gespalten wird, was zu einem fluorogenen Spaltprodukt führt. MDA-MB-231-Zellen werden bis zu einer Dichte von 6,0 × 10 3 Zellen/Well in 96-Well-Platten ausgesät und für 48 h in Kulturmedium mit 10 % FBS gezüchtet. Die Zellen werden dann mit liposomalem oder nicht-liposomalem C . behandelt6 für 24 h in Medien mit 1% FBS.


Astrobiologie: Das Leben im Universum verstehen, 2. Auflage

Die überarbeitete und aktualisierte zweite Auflage von Astrobiologie bietet einen einführenden Text, der die Struktur der Lebewesen, die Bildung der für das Leben im Universum erforderlichen Elemente, die biologische und geologische Geschichte der Erde und die Bewohnbarkeit anderer Planeten untersucht. Das Buch wurde von einem anerkannten Experten zu diesem Thema geschrieben und untersucht viele der wichtigsten konzeptionellen Grundlagen der Astrobiologie, die eine Vielzahl traditioneller Gebiete wie Chemie, Biologie, Geowissenschaften, Physik und Astronomie abdecken.

Das Buch untersucht viele tiefgreifende Fragen wie: Wie ist das Leben auf der Erde entstanden? Wie hat das Leben auf der Erde über drei Milliarden Jahre bestanden? Gibt es anderswo im Universum Leben? Wie sieht die Zukunft des Lebens auf der Erde aus? Astrobiologie konzentriert sich auf die Untersuchung der Vergangenheit und Zukunft des Lebens auf der Erde, indem man über die Erde hinausschaut, um Antworten zu erhalten. Die Astrobiologie verknüpft die verschiedenen wissenschaftlichen Bereiche, die erforderlich sind, um das Leben auf unserem eigenen Planeten und möglicherweise auch das Leben darüber hinaus zu verstehen. Diese neue zweite Auflage:

  • Erweitert Informationen über die Natur der Astrobiologie und warum sie nützlich ist
  • Enthält ein neues Kapitel &ldquoWas ist das Leben?&rdquo, das die Geschichte der Versuche untersucht, das Leben zu verstehen
  • Enthält 20 % mehr Material über die Astrobiologie des Mars, Eismonde, die Struktur des Lebens und die Bewohnbarkeit von Planeten
  • Neue &lsquoDiskussionsboxen&rsquo zur Anregung von Diskussionen und zum Nachdenken über Schlüsselfragen der Astrobiologie
  • Neue Überprüfungs- und Reflexionsfragen für jedes Kapitel, um das Lernen zu erleichtern
  • Neue Boxen, die die Karrieren von Astrobiologen beschreiben und wie sie zum Thema kamen
  • Bietet durchgehend überarbeitete und aktualisierte Informationen, um die neuesten Fortschritte auf diesem Gebiet widerzuspiegeln

Geschrieben für Studenten der Lebenswissenschaften, Physik, Astronomie und verwandter Disziplinen, die aktualisierte Ausgabe von Astrobiologie ist ein wesentlicher einführender Text, der die jüngsten Fortschritte in diesem dynamischen Feld enthält.


Was Ihr Lehrbuch über die Herkunft von Mikroorganismen sagt

Evolutionäres Konzept Glencoe PH-Campbell PH-Miller Holt Artikel
Prokaryoten sind „primitiver“ als Eukaryoten und kommen früher im Fossilienbestand vor. 173 114 427 58, 259, T259 6:1
Prokaryoten traten vor 3,5 Milliarden Jahren als fossile Stromatolithen auf. Eukaryoten erscheinen später im Fossilienbestand. 377, 456 300, 356 173 57, 258 6:1, 6:2
Mehrzellige Organismen entwickelten sich vor mehr als 700 Millionen Jahren um ein Vielfaches. 498 261, 416, 461, 618 6:3
Pilze entwickelten sich vor 400 Millionen Jahren aus Eukaryoten. 458 482 3:7
Eubakterien und Archaebakterien haben sich aufgrund von Interpretationen molekularer Beweise aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt. 484 361 472 258, 413– 414 5:5, 6:4
Organismen haben sich entwickelt, um in einer Umgebung mit zunehmendem Sauerstoff aufgrund der Photosynthese zu leben. 490–491 366 426 5:5, 6:5
Protisten werden im Allgemeinen nach Merkmalen gruppiert, da ihre evolutionären Beziehungen sehr komplex sind und auf DNA-Beweisen basieren. T378, 380–381, 396–397 498 461 3:6, 3:7
Protisten entwickelten sich vor über einer Milliarde Jahren aus Eukaryoten. 520–521 395–397 498, 506 460 3:7
Pilze, Pflanzen und Tiere haben sich alle vor Hunderten von Millionen Jahren aus Protisten entwickelt. 543 395 536 261, 460 3:6, 3:7
Pilze entwickelten sich mit Pflanzen in einer symbiotischen Beziehung. 411 537, T537, 541 3:6
Mitochondrien und Chloroplasten entwickelten sich als primitive Prokaryoten und wurden von anderen Zellen absorbiert – bekannt als die Endosymbionten-Hypothese. 384–385 T128, 395–397 171, 180, T180, 427, T427 65–66, 259–260, T260 6:6
Die sexuelle Fortpflanzung entwickelte sich zuerst bei Protisten. 318 193 428 461 3:6, 6:7

Hinweis: Seitenzahlen mit vorangestelltem „T“ weisen auf Elemente aus den Lehrernotizen am Rand der Lehrerausgabe hin.


Gerade als du dachtest es macht alles Sinn…

Ein Wort zur Warnung, da die OD einer Probe von der Größe und Form der darin enthaltenen Partikel abhängt, können verschiedene Zelllinien völlig unterschiedliche Beziehungen zwischen OD und Zellen/ml aufweisen. Dies bedeutet, dass für jeden verwendeten Zelltyp eine separate Kalibrierung erforderlich ist, was mühsam, aber besser ist, als bedeutungslose und willkürliche Zahlen in Ihrem Laborbuch aufzuzeichnen.

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17 Kommentare

Ich bin ein Neuling in der Mikrobiologie, bitte lassen Sie mich die Beziehung zwischen od und Zellzahl klarstellen, da ich mit Hefe arbeite ,Meine zweite Frage ist, was von der Kultur sein sollte, wenn wir eine Transformation machen sollen, bitte erläutern Sie dies

Gut gemacht, das ist für mich sehr informativ und klar.

Oh toll!
Die Herstellung kompetenter Zellen, die in mehreren Protokollen erwähnt werden, sollte also nicht über OD600 = 0,4 gezüchtet werden, ist also eine ziemlich knifflige Aufgabe.

Sehr beeindruckender Artikel. Ich bin Neuling in der Mikrobiologie und möchte die Kalibrierung für die OD600-Messung anfragen. Werden die Ergebnisse der Kalibrierung zwischen den verschiedenen Wachstumsstadien variieren? (zB. Wird der Wert von CFU/ml in der Lag- oder Log-Phase unterschiedlich sein, wenn der OD600-Wert auf den gleichen Wert eingestellt wird?) Vielen Dank.

ja, es wird anders sein, denn in der stationären Phase werden einige der Zellen bereits tot sein, wie im Artikel geschrieben steht. Somit ist die OD600 höher, aber die CFU niedriger.

Dies bedeutet, dass ähnliche Proben in unterschiedlichen Spezifikationen völlig unterschiedliche OD-Werte ergeben, da die Spezifikationen unterschiedliche Glühbirnen aufweisen, oder sogar in derselben Spezifikation im Laufe der Zeit, da die Strahlintensität mit dem Alter der Glühbirne abnimmt.

OD600 ist sicherlich ein Mistwert, der nicht so verwendet / veröffentlicht werden sollte, wie er ist, aber Ihre Erklärung, warum dies so ist, ist völlig falsch. Es hat nichts mit der Glühbirne/Monochromator/etc zu tun – dafür gibt es einen Blindwert, der genommen werden sollte und eine interne Kalibrierung, die eine lineare Reaktion in Bezug auf das einfallende Licht gewährleistet. Sobald diese beiden Schritte erledigt sind, liefern alle Spektralphotometer die gleichen Werte für *absorbierende* Proben. Aber was wir mit OD600 messen, ist keine Absorption, sondern Streuung!

Hier ist also eine korrekte Erklärung: OD600 als Maß für die Zellkonzentration beruht auf der Streuung des Lichts – etwas Licht geht “verloren”, weil gestreutes Licht jetzt in alle Richtungen wandert. Was also zum Photomultiplier gelangt, hat zwei Komponenten: A1+A2 wobei A1 die Lichtmenge ist, die nicht gestreut wurde (Funktion der Zellkonzentration) und A2 ein Teil des gestreuten Lichts ist, das noch hineingekommen ist (gestreutes Licht, das von einem Spalt kommt) im Küvettenhalter ist ungefähr ein Lichtkegel). A2 ist von Spezifikation zu Spezifikation variabel, da es von der Geometrie der Spezifikation abhängt: Größe des Schlitzes im Küvettenhalter und Photomultiplier sowie Abstand von der Küvette zum Photomultiplier (je näher es ist, desto mehr Streulicht wird fälschlicherweise als nicht gestreut aufgezeichnet werden, wodurch der OD600-Wert gesenkt wird).

Aber ja, wenn es darauf ankommt, sollte man natürlich die Kalibrierkurve nehmen – nicht nur OD600 ist keine lineare Funktion der Zellkonzentration, sondern verschiedene Zellen streuen unterschiedlich. (Zum Beispiel scheinen Zellen mit Einschlusskörperchen wesentlich mehr zu streuen, verschiedene Stämme/Spezies können unterschiedlich streuen usw.).


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