Lernergebnisse
- Identifizieren Sie Schlüsselorganellen, die nur in Pflanzenzellen vorhanden sind, einschließlich Chloroplasten und Zentralvakuolen
- Identifizieren Sie Schlüsselorganellen, die nur in tierischen Zellen vorhanden sind, einschließlich Zentrosomen und Lysosomen
An dieser Stelle sollte klar sein, dass eukaryotische Zellen eine komplexere Struktur haben als prokaryotische Zellen. Organellen ermöglichen gleichzeitig das Auftreten verschiedener Funktionen in der Zelle., Trotz ihrer grundlegenden Ähnlichkeiten gibt es einige auffällige Unterschiede zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen (siehe Abbildung 1).
Tierische Zellen haben Zentrosomen (oder ein Paar Zentriolen) und Lysosomen, während Pflanzenzellen dies nicht tun. Pflanzenzellen haben eine Zellwand, Chloroplasten, Plasmodesmata und Plastiden, die zur Lagerung verwendet werden, und eine große zentrale Vakuole, während Tierzellen dies nicht tun.
Übungsfrage
Abbildung 1. (a) Eine typische Tierzelle und (b) eine typische Pflanzenzelle.,
Welche Strukturen hat eine Pflanzenzelle, die eine Tierzelle nicht hat? Welche Strukturen hat eine Tierzelle, die eine Pflanzenzelle nicht hat?
Pflanzenzellen
Die Zellwand
In Abbildung 1b, dem Diagramm einer Pflanzenzelle, sehen Sie eine Struktur außerhalb der Plasmamembran, die als Zellwand bezeichnet wird., Die Zellwand ist eine starre Abdeckung, die die Zelle schützt, strukturelle Unterstützung bietet und der Zelle Form verleiht. Pilzzellen und einige Protistenzellen haben auch Zellwände.
Während der Hauptbestandteil der prokaryotischen Zellwände Peptidoglycan ist, ist das wichtigste organische Molekül in der Pflanzenzellwand Cellulose (Abbildung 2), ein Polysaccharid, das aus langen, geraden Ketten von Glukoseeinheiten besteht. Wenn sich Ernährungsinformationen auf Ballaststoffe beziehen, bezieht es sich auf den Cellulosegehalt von Lebensmitteln.
Abbildung 2., Cellulose ist eine lange Kette von β-Glucosemolekülen, die durch eine zelluläre Verknüpfung verbunden sind. Die gestrichelten Linien an jedem Ende der Figur zeigen eine Reihe von viel mehr Glukoseeinheiten an. Die Größe der Seite macht es unmöglich, ein ganzes Zellulosemolekül darzustellen.
Chloroplasten
Abbildung 3. Dieses vereinfachte Diagramm eines Chloroplasten zeigt die äußere Membran, innere Membran, Thylakoide, Grana und Stroma.
Chloroplasten haben wie Mitochondrien auch ihre eigene DNA und Ribosomen., Chloroplasten funktionieren in der Photosynthese und können in photoautotrophen eukaryotischen Zellen wie Pflanzen und Algen gefunden werden. Bei der Photosynthese werden Kohlendioxid, Wasser und Lichtenergie zur Herstellung von Glukose und Sauerstoff verwendet. Dies ist der Hauptunterschied zwischen Pflanzen und Tieren: Pflanzen (Autotrophe) können ihre eigene Nahrung wie Glukose herstellen, während Tiere (Heterotrophe) sich auf andere Organismen für ihre organischen Verbindungen oder Nahrungsquelle verlassen müssen.,
Wie Mitochondrien haben Chloroplasten äußere und innere Membranen, aber innerhalb des Raums, der von der inneren Membran eines Chloroplasten umgeben ist, befindet sich ein Satz miteinander verbundener und gestapelter, mit Flüssigkeit gefüllter Membransäcke, die als Thylakoide bezeichnet werden (Abbildung 3). Jeder Stapel von Thylakoiden wird als Granum bezeichnet (Plural = Grana). Die von der inneren Membran umschlossene und die Grana umgebende Flüssigkeit wird Stroma genannt.
Die Chloroplasten enthalten ein grünes Pigment namens Chlorophyll, das die Energie des Sonnenlichts für die Photosynthese einfängt. Wie Pflanzenzellen haben auch photosynthetische Protisten Chloroplasten., Einige Bakterien führen auch Photosynthese durch, aber sie haben keine Chloroplasten. Ihre photosynthetischen Pigmente befinden sich in der Thylakoidmembran innerhalb der Zelle selbst.
Endosymbiose
Wir haben erwähnt, dass sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten DNA und Ribosomen enthalten. Haben Sie sich gefragt, warum? Starke Beweise deuten auf Endosymbiose als Erklärung hin.
Symbiose ist eine Beziehung, in der Organismen aus zwei verschiedenen Arten in enger Verbindung leben und typischerweise spezifische Anpassungen aneinander aufweisen., Endosymbiose (endo – = innerhalb) ist eine Beziehung, in der ein Organismus in dem anderen lebt. Endosymbiotische Beziehungen gibt es in der Natur zuhauf. Mikroben, die Vitamin K produzieren, leben im menschlichen Darm. Diese Beziehung ist vorteilhaft für uns, weil wir Vitamin K nicht synthetisieren können K. Es ist auch vorteilhaft für die Mikroben, weil sie vor anderen Organismen geschützt sind und einen stabilen Lebensraum und reichlich Nahrung erhalten, indem sie im Dickdarm leben.
Wissenschaftler haben lange bemerkt, dass Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten ähnlich groß sind., Wir wissen auch, dass Mitochondrien und Chloroplasten DNA und Ribosomen haben, genau wie Bakterien. Wissenschaftler glauben, dass Wirtszellen und Bakterien eine für beide Seiten vorteilhafte endosymbiotische Beziehung bildeten, als die Wirtszellen aerobe Bakterien und Cyanobakterien einnahmen, diese jedoch nicht zerstörten. Durch die Evolution wurden diese aufgenommenen Bakterien spezialisierter auf ihre Funktionen, wobei die aeroben Bakterien zu Mitochondrien und die photosynthetischen Bakterien zu Chloroplasten wurden.,
Probieren Sie es aus
Die zentrale Vakuole
Zuvor haben wir Vakuolen als wesentliche Bestandteile von Pflanzenzellen erwähnt. Wenn Sie sich Abbildung 1b ansehen, sehen Sie, dass Pflanzenzellen jeweils eine große, zentrale Vakuole haben, die den größten Teil der Zelle einnimmt. Die zentrale Vakuole spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Wasserkonzentration der Zelle unter sich ändernden Umgebungsbedingungen. In Pflanzenzellen liefert die Flüssigkeit in der zentralen Vakuole Turgordruck, der der durch die Flüssigkeit in der Zelle verursachte Nach außen Druck ist., Haben Sie jemals bemerkt, dass, wenn Sie vergessen, eine Pflanze für ein paar Tage zu gießen, es welkt? Das liegt daran, dass sich Wasser aus den zentralen Vakuolen und dem Zytoplasma in den Boden bewegt, wenn die Wasserkonzentration im Boden niedriger wird als die Wasserkonzentration in der Pflanze. Wenn die zentrale Vakuole schrumpft, lässt sie die Zellwand nicht unterstützt. Dieser Verlust der Unterstützung an den Zellwänden einer Pflanze führt zu dem verwelkten Aussehen. Wenn die zentrale Vakuole mit Wasser gefüllt ist, bietet sie ein Mittel mit niedriger Energie für die Ausdehnung der Pflanzenzelle (im Gegensatz zum Energieaufwand, um tatsächlich an Größe zuzunehmen)., Darüber hinaus kann diese Flüssigkeit Pflanzenfresser abschrecken, da der bittere Geschmack der darin enthaltenen Abfälle den Verzehr von Insekten und Tieren einschränkt. Die zentrale Vakuole dient auch dazu, Proteine in sich entwickelnden Samenzellen zu speichern.
Tierische Zellen
Lysosomen
Abbildung 4. Ein Makrophage hat ein potenziell pathogenes Bakterium in ein Vesikel phagozytiert, das dann mit einem Lysosom in der Zelle verschmilzt, so dass der Erreger zerstört werden kann. Andere Organellen sind in der Zelle vorhanden, werden aber der Einfachheit halber nicht gezeigt.,
In tierischen Zellen sind die Lysosomen die „Müllentsorgung“ der Zelle.“Verdauungsenzyme innerhalb der Lysosomen unterstützen den Abbau von Proteinen, Polysacchariden, Lipiden, Nukleinsäuren und sogar abgenutzten Organellen. Bei einzelligen Eukaryoten sind Lysosomen wichtig für die Verdauung der aufgenommenen Nahrung und das Recycling von Organellen. Diese Enzyme sind bei einem viel niedrigeren pH-Wert (saurer) aktiv als im Zytoplasma., Viele Reaktionen, die im Zytoplasma stattfinden, konnten bei einem niedrigen pH-Wert nicht auftreten, daher ist der Vorteil der Kompartimentierung der eukaryotischen Zelle in Organellen offensichtlich.
Lysosomen verwenden ihre hydrolytischen Enzyme auch, um krankheitserregende Organismen zu zerstören, die in die Zelle gelangen könnten. Ein gutes Beispiel dafür ist eine Gruppe weißer Blutkörperchen, sogenannte Makrophagen, die Teil des Immunsystems Ihres Körpers sind. In einem als Phagozytose bekannten Prozess dringt ein Abschnitt der Plasmamembran des Makrophagen ein (faltet sich ein) und verschlingt einen Erreger., Der invaginierte Abschnitt mit dem Erreger im Inneren kneift sich dann von der Plasmamembran ab und wird zu einem Vesikel. Das Vesikel verschmilzt mit einem Lysosom. Die hydrolytischen Enzyme des Lysosoms zerstören dann den Erreger (Abbildung 4).
Extrazelluläre Matrix tierischer Zellen
Abbildung 5. Die extrazelluläre Matrix besteht aus einem Netzwerk von Substanzen, die von Zellen abgesondert werden.
Die meisten tierischen Zellen setzen Materialien in den extrazellulären Raum frei. Die Hauptbestandteile dieser Materialien sind Glykoproteine und das Protein Kollagen., Zusammen werden diese Materialien als extrazelluläre Matrix bezeichnet (Abbildung 5). Die extrazelluläre Matrix hält die Zellen nicht nur zusammen, um ein Gewebe zu bilden, sondern ermöglicht es den Zellen innerhalb des Gewebes auch, miteinander zu kommunizieren.
Die Blutgerinnung liefert ein Beispiel für die Rolle der extrazellulären Matrix in der Zellkommunikation. Wenn die Zellen, die ein Blutgefäß auskleiden, beschädigt sind, zeigen sie einen Proteinrezeptor namens Tissue Factor., Wenn der Gewebefaktor an einen anderen Faktor in der extrazellulären Matrix bindet, haften Blutplättchen an der Wand des beschädigten Blutgefäßes, stimulieren benachbarte glatte Muskelzellen im Blutgefäß zur Kontraktion (wodurch das Blutgefäß verengt wird) und initiieren eine Reihe von Schritten, die die Blutplättchen stimulieren, um Gerinnungsfaktoren zu erzeugen.
Interzelluläre Verbindungen
Zellen können auch durch direkten Kontakt miteinander kommunizieren, was als interzelluläre Verbindungen bezeichnet wird. Es gibt einige Unterschiede in der Art und Weise, wie Pflanzen-und Tierzellen dies tun., Plasmodesmata (singular = Plasmodesma) sind Verbindungen zwischen Pflanzenzellen, während tierische Zellkontakte enge und Spaltverbindungen und Desmosomen umfassen.
Im Allgemeinen können sich lange Strecken der Plasmamembranen benachbarter Pflanzenzellen nicht berühren, da sie durch die jede Zelle umgebenden Zellwände getrennt sind. Plasmodesmata sind zahlreiche Kanäle, die zwischen den Zellwänden benachbarter Pflanzenzellen verlaufen, ihr Zytoplasma verbinden und den Transport von Signalmolekülen und Nährstoffen von Zelle zu Zelle ermöglichen (Abbildung 6a).,
Eine enge Verbindung ist eine wasserdichte Abdichtung zwischen zwei benachbarten Tierzellen (Abbildung 6b). Proteine halten die Zellen fest gegeneinander. Diese enge Haftung verhindert, dass Materialien zwischen den Zellen austreten. Enge Verbindungen finden sich typischerweise im Epithelgewebe, das innere Organe und Hohlräume auskleidet und den größten Teil der Haut zusammensetzt. Zum Beispiel verhindern die engen Verbindungen der Epithelzellen, die die Harnblase auskleiden, dass Urin in den extrazellulären Raum austritt.,
Auch nur in tierischen Zellen sind Desmosomen zu finden, die wie Punktschweißungen zwischen benachbarten Epithelzellen wirken (Abbildung 6c). Sie halten Zellen in einer blattartigen Formation in Organen und Geweben zusammen, die sich dehnen, wie Haut, Herz und Muskeln.
Gap junctions in tierischen Zellen sind wie plasmodesmata in pflanzlichen Zellen, dass Sie die Kanäle zwischen benachbarten Zellen, die für den transport von Ionen, Nährstoffe und andere Substanzen, die es ermöglichen, Zellen zu kommunizieren (Abbildung 6d). Strukturell unterscheiden sich jedoch Gap Junctions und Plasmodesmata.,
Abbildung 6. Es gibt vier Arten von Verbindungen zwischen Zellen. (a) Ein Plasmodesma ist ein Kanal zwischen den Zellwänden zweier benachbarter Pflanzenzellen. (b) Enge Übergänge verbinden benachbarte tierische Zellen. (c) Desmosomen verbinden zwei tierische Zellen miteinander. (d) Gap Junctions fungieren als Kanäle zwischen tierischen Zellen. (Kredit b, c, d: änderungen der arbeiten von Mariana Ruiz Villareal)
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