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Chloroplasten in einer tierischen Zelle

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Was würde passieren, wenn wir einer tierischen Zelle eine Chloroplasten-Organelle injizieren?

Wird die tierische Zelle sie zerstören? Oder ist es möglich, dass der Chloroplast irgendwie überlebt und sich sogar repliziert? Könnte es in einer solchen Zelle Photosynthese geben oder fehlen einige der notwendigen Mechanismen?


Um deine größere Frage zu beantworten:

Ja, das meiste davon ist möglich - unter bestimmten Bedingungen - und Tiere und Tierzellen können Chloroplasten erwerben und verwenden.

Bsp.: siehe Elysia chlorotica, deren Zellen Chloroplasten aktiv aufnehmen und verwenden und am Leben erhalten (aber nicht replizieren). - Obwohl einige Gene von Algen auch im Genom von Elysia chlorotica enthalten sind - was als Teilreplikation angesehen werden kann.

Es gibt auch Salamander, die replizierende Algen in sich haben (seit der Embryogenese) - sogar Algen (mit Chloroplasten) in tierischen Zellen - obwohl die Algen hier eher als Symbionten oder "Zelltypen" verstanden werden könnten und die tierischen Zellen nicht über diese verfügen Chloroplasten selbst.


Chloroplasten - Zeig mir das Grün

Chloroplasten sind die Nahrungsproduzenten der Zelle. Die Organellen kommen nur in Pflanzenzellen und einigen Protisten wie Algen vor. Tierzellen haben keine Chloroplasten. Chloroplasten wandeln die Lichtenergie der Sonne in Zucker um, der von den Zellen verwendet werden kann. Der gesamte Prozess wird Photosynthese genannt und hängt von den kleinen grünen Chlorophyllmolekülen in jedem Chloroplasten ab.

Pflanzen sind die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Sie gelten als die Produzenten der Welt. Bei der Photosynthese produzieren Pflanzen Zucker und setzen Sauerstoff (O2). Der von den Chloroplasten freigesetzte Sauerstoff ist derselbe Sauerstoff, den Sie jeden Tag einatmen. Mitochondrien arbeiten in die entgegengesetzte Richtung. Sie verwenden Sauerstoff bei der Freisetzung chemischer Energie aus Zuckern.


Pflanzenzelle vs. Ähnlichkeiten mit tierischen Zellen

Zelltyp

Sowohl pflanzliche als auch tierische Zellen sind von Natur aus eukaryontisch und haben einen gut definierten membrangebundenen Kern.

Kern

Es ist in beiden Zelltypen vorhanden. Der Kern trägt den größten Teil des genetischen Materials in den Chromosomen, die die Erbinformation in Form von DNA (Desoxyribonukleinsäure) tragen.

Zellmembran

Es handelt sich um eine semipermeable oder selektiv permeable Membran, die den Inhalt einer Zelle umschließt, so dass nur ausgewählte Moleküle in die Zelle eindringen und die anderen blockiert werden.

Mitochondrien

Sie fungieren als Kraftwerk der Zelle und wandeln Nahrung in Energie um. Tierzellen haben mehr Mitochondrien, da sie die einzige Energiequelle sind. Sie enthalten auch eine kleine Menge DNA.

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

Diese membrangebundenen Organellen bestehen aus einer Reihe von sackartigen Strukturen, die bei der Produktion von Proteinen und Lipiden und deren Transport zum Golgi-Apparat helfen. Raues ER hilft beim Transport von Proteinen und glattes ER hilft bei der Lipidproduktion.

Ribosomen

Sie fungieren als Stellen, an denen Proteine ​​aus Aminosäuren synthetisiert werden. Einige Ribosomen sind am endoplasmatischen Retikulum befestigt, während andere frei im Zytoplasma schweben.

Golgi Körper/Apparate

Es ist eine abgeflachte sackartige Struktur, die Proteine ​​aus dem endoplasmatischen Retikulum aufnimmt und verarbeitet und sie an verschiedene Stellen innerhalb der Zelle transportiert oder aus der Zelle schickt.


Zellmembranen

Sowohl prokaryontische als auch eukaryontische Zellen haben a Plasma Membran (Abbildung 6), eine Phospholipid-Doppelschicht mit eingebetteten Proteinen, die den inneren Inhalt der Zelle von ihrer Umgebung trennt. Ein Phospholipid ist ein Lipidmolekül mit zwei Fettsäureketten und einer phosphathaltigen Gruppe. Die Plasmamembran steuert den Durchgang von organischen Molekülen, Ionen, Wasser und Sauerstoff in und aus der Zelle. Auch Abfälle (wie Kohlendioxid und Ammoniak) verlassen die Zelle, indem sie die Plasmamembran passieren. Wir werden die Plasmamembran in einer späteren Einheit ausführlicher behandeln, aber hier ist ein Überblick über diese Zelloberflächenstruktur.

Abbildung 6. Die eukaryotische Plasmamembran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, in die Proteine ​​und Cholesterin eingebettet sind.

Die Plasmamembranen von Zellen, die auf Absorption spezialisiert sind, sind zu fingerartigen Vorsprüngen gefaltet, die als bezeichnet werden Mikrovilli (Singular = Mikrovillus) (Abbildung 7). Solche Zellen befinden sich typischerweise im Dünndarm, dem Organ, das Nährstoffe aus der verdauten Nahrung aufnimmt. Dies ist ein hervorragendes Beispiel für eine Formfolgefunktion. Menschen mit Zöliakie haben eine Immunantwort auf Gluten, ein Protein, das in Weizen, Gerste und Roggen vorkommt. Die Immunantwort schädigt die Mikrovilli und somit können die betroffenen Personen keine Nährstoffe aufnehmen. Dies führt zu Unterernährung, Krämpfen und Durchfall. Zöliakie-Patienten müssen sich glutenfrei ernähren.

Abbildung 7. Mikrovilli, hier gezeigt, wie sie auf Zellen erscheinen, die den Dünndarm auskleiden, vergrößern die für die Absorption verfügbare Oberfläche. Diese Mikrovilli befinden sich nur auf dem Bereich der Plasmamembran, der dem Hohlraum zugewandt ist, aus dem die Substanzen absorbiert werden. (Kredit “micrograph”: Änderung der Arbeit von Louisa Howard)


Wichtige Punkte der Chloroplast-Funktion

  • Chloroplasten sind chlorophyllhaltige Organellen, die in Pflanzen, Algen und Cyanobakterien vorkommen. Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt.
  • Chlorophyll ist ein grünes photosynthetisches Pigment im Chloroplasten grana, das Lichtenergie für die Photosynthese absorbiert.
  • Chloroplasten kommen in Pflanzenblättern vor, die von Schließzellen umgeben sind. Diese Zellen öffnen und schließen winzige Poren und ermöglichen so den Gasaustausch, der für die Photosynthese benötigt wird.
  • Die Photosynthese erfolgt in zwei Stufen: der hellen Reaktionsstufe und der dunklen Reaktionsstufe.
  • ATP und NADPH werden in der Lichtreaktionsphase produziert, die in Chloroplast grana auftritt.
  • In der dunklen Reaktionsstufe oder Calvin-Zyklus werden ATP und NADPH, die während der hellen Reaktionsstufe produziert werden, verwendet, um Zucker zu erzeugen. Dieses Stadium tritt im Pflanzenstroma auf.

Cooper, Geoffrey M. "Chloroplasten und andere Plastiden." Die Zelle: Ein molekularer Ansatz, 2. Aufl., Sunderland: Sinauer Associates, 2000,


Die Zellwand

Die Zellwand ist eine starre Abdeckung, die die Zelle schützt, strukturellen Halt bietet und der Zelle Form verleiht. Pilz- und Protistanzellen haben auch Zellwände. Während der Hauptbestandteil prokaryotischer Zellwände Peptidoglycan ist, ist das wichtigste organische Molekül in der Pflanzenzellwand Cellulose, ein Polysaccharid, das aus Glucoseeinheiten besteht. Wenn Sie in ein rohes Gemüse wie Sellerie beißen, knirscht es. Das liegt daran, dass Sie mit Ihren Zähnen die starren Zellwände der Selleriezellen zerreißen.

Abbildung (PageIndex<1>): Zellulose: Cellulose ist eine lange Kette von β-Glucose-Molekülen, die durch eine 1-4-Verknüpfung verbunden sind. Die gestrichelten Linien an jedem Ende der Figur zeigen eine Reihe von vielen weiteren Glucoseeinheiten an. Die Größe der Seite macht es unmöglich, ein ganzes Zellulosemolekül darzustellen.


Chloroplasten in einer Tierzelle - Biologie

Warum fehlt der Chloroplast in tierischen Zellen?

Chloroplasten sind in Pflanzenzellen vorhanden, weil Pflanzen autotroph sind, sie bereiten ihre eigene Nahrung durch Photosynthese zu, die in Chloroplasten stattfindet. Bei Tieren ist dies jedoch nicht erforderlich, da sie entweder von Pflanzen oder anderen Organismen als Nahrung abhängig sind.

Anush Manuel hat dies beantwortet

es liegt daran, dass die Pflanzen ihr Essen kochen müssen und Farbe haben wollen, aber in Tierzellen wird das Essen nicht gekocht und sie wollen keine grüne Farbe in sich haben

Devanshi D Dash hat dies beantwortet

Nein hat es nicht Chloroplast, wenn es Choloroplast hätte, wäre es grün, Pflanze Zellen sind grün wegen der choroplast, und tier Zellen sind nicht grün.

Sogar Pflanzen, die Wutotrophe sind, benötigen den Chloroplasten, um das Sonnenlicht für die Photosynthese einzufangen, während Tiere Heterotope sind, die keinen Chloroplasten benötigen.


Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Zellorganellen | Zoologie

In diesem Artikel werden wir diskutieren über:- 1. Die Elektronenmikroskopische Aufnahme von Mitochondrien 2. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Golgi Komplex 3. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des Endoplasmatischen Retikulums 4. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Lysosomen 5. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Plastiden 6. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des Kerns.

  1. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Mitochondrien
  2. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des Golgi-Komplexes
  3. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des endoplasmatischen Retikulums
  4. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Lysosomen
  5. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Plastiden
  6. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des Kerns

1. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Mitochondrien:

Es ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme des größten und wichtigsten Organells der Zelle – den Mitochondrien und zeichnet sich durch folgende Merkmale aus (Abb. 7 & 8):

(1) Der Name Mitochondrien wurde von Benda (1898) gegeben und ihre Funktion wurde von Kingsbury (1912) ans Licht gebracht.

(2) Jedes Mitochondrium im Schnitt erscheint als wurst- oder becher- oder schalenförmige Struktur, die von Doppelmembranen ausgekleidet ist. Theoretisch hat die Membran eine ähnliche Struktur und chemische Zusammensetzung wie eine Plasmamembran.

(3) Zwei Membranen sind durch einen 6-8 mm breiten flüssigkeitsgefüllten Raum getrennt, der als perimitochondrialer Raum bezeichnet wird.

(4) Die innere Membran wird als fingerartige Auswüchse - die Cristae - in die zentrale Höhle projiziert.

(5) Zahlreiche kleine, abgerundete & gestielte Partikel – Die Oxysome oder F1 oder ATPare sind an der inneren Oberfläche der inneren Membran befestigt.

(6) Der zentrale Hohlraum ist mit Matrix gefüllt, die theoretisch zirkuläre DNA 55 s Ribosomen und Atmungsenzyme besitzt.

(7) Die Hauptfunktion der Mitochondrien besteht darin, chemische Energie-ATP aus Glucose als Substrat zu synthetisieren.

(8) Aus einem Glukosemolekül werden 38 ATP-Moleküle (40%) synthetisiert und der Rest der Energie (60%) geht als Wärme verloren.

2. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Golgi Komplex:

Es ist die elektronenmikroskopische Aufnahme des Golgi-Komplexes zusammen mit seiner Strichzeichnung und zeichnet sich durch die folgenden Merkmale aus (Abb. 9 und 10):

(1) Es wurde von Camillio Golgi (1898) entdeckt und nach seinem Namen benannt.

(2) Der Golgi-Komplex ist, wie in der elektronenmikroskopischen Aufnahme sichtbar, ein Stapel (Bündel) von hohlen Röhrchen, die in Wirklichkeit hohle, abgeflachte Säcke sind, die übereinander angeordnet sind. Auf beiden Seiten sind auch gewisse große kugelige Bläschen und kleinere Vakuolen sichtbar.

(3) Jedes Röhrchen oder jede Lamelle ist mit einer Membran ausgekleidet, die theoretisch in Struktur und chemischer Zusammensetzung der Plasmamembran ähnelt.

(4) Der Golgi-Komplex ist in sekretorischen Zellen stärker ausgeprägt und gut entwickelt und fehlt in RBC von Säugetieren und prokaryotischen Zellen.

(5) Seine Hauptfunktion ist die Glykolisierung der Proteine, die von Ribosomen synthetisiert werden, d.h. Es wandelt diese inerten Proteine ​​in Glykoproteine ​​um, die als Hormone, Enzyme und Co-Enzyme wirken.

(6) Es hilft auch bei der Bildung von Lysosomen und Akrosomen von Spermien.

3. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des endoplasmatischen Retikulums:

Es ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme des endoplasmatischen Retikulums und zeichnet sich durch folgende Merkmale aus (Abb. 11 und 12):

(1) Es wurde von Porter (1948) entdeckt und benannt.

(2) Es besteht aus einer großen Anzahl von miteinander verbundenen und verzweigten Tubuli, langen, abgeflachten und sackartigen Zisternen und hohlen, ungefähr runden Bläschen, die überall im Zytoplasma vorhanden sind und ein kontinuierliches System bilden.

(3) Jeder Tubulus, jede Zisterne oder jedes Vesikel besteht aus einer Membran, die theoretisch in Struktur und chemischer Zusammensetzung der Plasmamembran ähnelt.

(4) Einige Zisternen und Tubuli tragen entlang ihrer Oberfläche kleine, dunkle, abgerundete und körnige Strukturen, Ribosomen. Dieses endoplasmatische Retikulum wird als raues oder granuläres ER bezeichnet. Das endoplasmatische Retikulum ohne Ribosomen wird als glattes oder agranuläres ER bezeichnet.

(5) Die Hauptfunktion des rauen endoplasmatischen Retikulums ist die Proteinsynthese.

(6) Die Hauptfunktionen des glatten endoplasmatischen Retikulums sind:

(b) Synthese von Lipiden und Cholesterin

(c) Um Ca+++- und Mg++-Ionen zu mobilisieren und (1) Glykogenolyse.

(7) Es fehlt in R.B.C. von Säugetieren und prokaryontischen Zellen.

(8) Beide Arten von Retikulum sorgen für mechanische Unterstützung, Transport innerhalb der Zelle, Weiterleitung von Nerven- und elektrischen Impulsen und Bildung der Kernmembran zum Zeitpunkt der Zellteilung.

4. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Lysosomen:

Dies ist die elektronenmikroskopische Aufnahme von Lysosom und ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet.

Diese werden auch Suicide Bags oder Death Bags der Zelle genannt (Abb. 13 &14):

(1) Sie wurden von de Duve (1954) entdeckt.

(2) Sie sind kugelförmige oder unregelmäßige membrangebundene Vesikel, die mit Verdauungsenzymen gefüllt sind.

(3) Die Lysosomen in einer Zelle treten in drei Formen auf, nämlich primäres Lysosom, sekundäres Lysosom und Restkörper.

(4) Die primären Lysosomen sind naszierende Lysosomen, die sich in einem ruhenden Stadium befinden, die sekundären Lysosomen sind solche, die mit phagozytischen Vesikel fusioniert sind und ihren Enzyminhalt in das Vesikel abgegeben haben. Dies wird auch Phagosom genannt. Der Restkörper ist einer, der seine Verdauungsfunktion abgeschlossen hat und bereit ist, aus der Zelle geworfen zu werden.

(5) Sie entwickeln sich aus dem Golgi-Komplex.

(6) Neben der Verdauung ist ihre weitere Funktion die autophagische Verdauung bei extremem Hunger oder extremen Toxizitäten.

Sie fördern auch:

(d) Abwehr von Krankheiten, Bakterien und Viren und

(7) Diese fehlen in Säugetier-RBC, prokaryotischen Zellen und den meisten Pflanzenzellen.

5. Die elektronenmikroskopische Aufnahme von Plastiden:

Dies ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme von Plastiden oder Chloroplasten, die ein integraler Bestandteil aller grünen Pflanzenblätter sind und sich durch folgende Merkmale auszeichnen (Abb. 15 & 16):

(1) Sie können kugelförmig, eiförmig, sternförmig oder kragenförmig sein und sich in Größe und Anzahl in verschiedenen Zellen unterscheiden.

(2) Jeder Chloroplast ist eine sackartige Struktur, die aus Doppelmembranen besteht, die durch einen periplastidialen Raum voneinander getrennt sind.

(3) Zwei Arten von Doppelmembranlamellen sind in den mit Stroma oder Matrix gefüllten Hohlraum eingebettet:

(a) Kleinere abgeflachte scheibenförmige Lamellen – Die Thylakoide, übereinander in einem Stapel angeordnet – die Grana.

(b) Größere röhrenförmige Lamellen zwischen Grana genannt Lamellen oder Bünde, die benachbarte Granna verbinden.

(4) Die innere Oberfläche zwischen den beiden Membranen eines Thylakoids trägt unzählige körnige Chlorophyllpartikel, die Ouantasomen.

(5) Die Plastiden haben auch ihre eigene zirkuläre DNA 55 s – Ribosomen und RNA

(6) Die Hauptfunktion von Chloroplasten oder Plastiden besteht darin, Kohlenhydratmoleküle aus CO . zu synthetisieren2 + H2O mit Lichtenergie.

6. Die elektronenmikroskopische Aufnahme des Kerns:

Dies ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme des Kerns. (Abb. 17 & 18):

(1) Nucleus wurde von Brown (1831) entdeckt.

(2) Es ist eine charakteristische Einheit für fast alle eukaryontischen Zellen außer den Erythrozyten von Säugern.

(3) Der Kern ist im Allgemeinen eins, kann aber auch zwei, vier oder viele sein.

(4) Jeder Kern ist von Doppelkernmembranen umgeben, die von zahlreichen Kernporen perforiert sind. Jede Kernmembran ist wie eine Einheitsmembran. Im Inneren befindet sich ein großer, dunkel gefärbter Nukleolus und ein Netzwerk aus Chromatinfäden.

(5) Der Nukleolus ist für die gesamte ribosomale RNA-Synthese verantwortlich und Chromatin (DNA) ist für die Kontrolle aller Stoffwechselaktivitäten der Zelle sowie für alle erblichen Aktivitäten verantwortlich.

(6) Die Chromatinfäden bestehen aus doppelhelikalen DNA-Molekülen, die Träger von Erbeinheiten sind – den Genen.


BIO 140 - Humanbiologie I - Lehrbuch

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Kapitel 7

Eukaryontische Zellen

Am Ende dieses Abschnitts können Sie:

  • Beschreiben Sie die Struktur eukaryontischer Zellen
  • Vergleiche tierische Zellen mit Pflanzenzellen
  • Nennen Sie die Rolle der Plasmamembran
  • Fassen Sie die Funktionen der wichtigsten Zellorganellen zusammen

Haben Sie schon einmal den Satz &ldquoform follows function&rdquo gehört? Dies ist eine Philosophie, die in vielen Branchen praktiziert wird. In der Architektur bedeutet dies, dass Gebäude so gebaut werden sollten, dass sie die Aktivitäten unterstützen, die in ihnen ausgeführt werden. So soll beispielsweise ein Hochhaus mit mehreren Aufzugsbänken gebaut werden, ein Krankenhaus soll so gebaut werden, dass seine Notaufnahme gut erreichbar ist.

Auch unsere Natur nutzt das Prinzip der Form-following-Funktion, insbesondere in der Zellbiologie, und dies wird bei der Erforschung eukaryotischer Zellen deutlich (Abbildung 1). Im Gegensatz zu prokaryontischen Zellen haben eukaryontische Zellen: 1) einen membrangebundenen Kern 2) zahlreiche membrangebundene Organellen wie das endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat, Chloroplasten, Mitochondrien und andere und 3) mehrere stäbchenförmige Chromosomen. Da der Kern einer eukaryotischen Zelle von einer Membran umgeben ist, wird ihr oft gesagt, dass sie einen „Kern“ besitzt. Das Wort „organelle“ bedeutet „kleines Organ“. spezialisierte Funktionen.

An dieser Stelle sollte Ihnen klar sein, dass eukaryontische Zellen einen komplexeren Aufbau haben als prokaryontische Zellen. Organellen ermöglichen die Unterteilung verschiedener Funktionen in verschiedene Bereiche der Zelle. Bevor wir uns den Organellen zuwenden, untersuchen wir zunächst zwei wichtige Bestandteile der Zelle: die Plasmamembran und das Zytoplasma .

Abbildung 1: Diese Abbildungen zeigen die Hauptorganellen und andere Zellkomponenten von (a) einer typischen Tierzelle und (b) einer typischen eukaryotischen Pflanzenzelle. Die Pflanzenzelle hat eine Zellwand, Chloroplasten, Plastiden und eine zentrale Vakuole und Strukturen, die in tierischen Zellen nicht zu finden sind. Pflanzenzellen haben keine Lysosomen oder Zentrosomen.

Die Plasmamembran

Wie Prokaryonten besitzen eukaryotische Zellen eine Plasmamembran (Abbildung 2), eine Phospholipid-Doppelschicht mit eingebetteten Proteinen, die den inneren Inhalt der Zelle von ihrer Umgebung trennt. Ein Phospholipid ist ein Lipidmolekül mit zwei Fettsäureketten und einer phosphathaltigen Gruppe. Die Plasmamembran steuert den Durchgang von organischen Molekülen, Ionen, Wasser und Sauerstoff in und aus der Zelle. Auch Abfälle (wie Kohlendioxid und Ammoniak) verlassen die Zelle, indem sie die Plasmamembran passieren.

Abbildung 2: Die eukaryotische Plasmamembran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, in die Proteine ​​und Cholesterin eingebettet sind.

Die Plasmamembranen von auf Absorption spezialisierten Zellen sind zu fingerartigen Fortsätzen gefaltet, die als Mikrovilli (Singular = Mikrovillus) bezeichnet werden (Abbildung 3). Solche Zellen befinden sich typischerweise im Dünndarm, dem Organ, das Nährstoffe aus der verdauten Nahrung aufnimmt. Dies ist ein hervorragendes Beispiel für eine Formfolgefunktion. Menschen mit Zöliakie haben eine Immunantwort auf Gluten, ein Protein, das in Weizen, Gerste und Roggen vorkommt. Die Immunantwort schädigt die Mikrovilli und somit können die betroffenen Personen keine Nährstoffe aufnehmen. Dies führt zu Unterernährung, Krämpfen und Durchfall. Zöliakie-Patienten müssen sich glutenfrei ernähren.

Abbildung 3: Mikrovilli, hier gezeigt, wie sie auf Zellen erscheinen, die den Dünndarm auskleiden, vergrößern die für die Absorption verfügbare Oberfläche. Diese Mikrovilli befinden sich nur auf dem Bereich der Plasmamembran, der dem Hohlraum zugewandt ist, aus dem die Substanzen absorbiert werden. (Gutschrift "micrograph": Änderung der Arbeit von Louisa Howard)

Das Zytoplasma

Das Zytoplasma ist die gesamte Region einer Zelle zwischen der Plasmamembran und der Kernhülle (eine Struktur, die in Kürze erörtert wird). Es besteht aus Organellen, die im gelartigen Zytosol suspendiert sind, dem Zytoskelett und verschiedenen Chemikalien (Abbildung 1). Obwohl das Zytoplasma zu 70 bis 80 Prozent aus Wasser besteht, hat es eine halbfeste Konsistenz, die von den darin enthaltenen Proteinen herrührt. Proteine ​​sind jedoch nicht die einzigen organischen Moleküle, die im Zytoplasma vorkommen. Auch Glukose und andere Einfachzucker, Polysaccharide, Aminosäuren, Nukleinsäuren, Fettsäuren und Glycerinderivate finden sich dort. Im Zytoplasma werden auch Ionen von Natrium, Kalium, Calcium und vielen anderen Elementen gelöst. Viele Stoffwechselreaktionen, einschließlich der Proteinsynthese, finden im Zytoplasma statt.

Der Kern

Typischerweise ist der Zellkern die prominenteste Organelle in einer Zelle (Abbildung 1). Der Kern (Plural = Kerne) beherbergt die DNA der Zelle und steuert die Synthese von Ribosomen und Proteinen. Schauen wir uns das genauer an (Abbildung 4).

Abbildung 4: Der Zellkern speichert Chromatin (DNA plus Proteine) in einer gelartigen Substanz namens Nukleoplasma. Der Nukleolus ist eine kondensierte Chromatinregion, in der die Ribosomensynthese stattfindet. Die Grenze des Kerns wird Kernhülle genannt. Es besteht aus zwei Phospholipid-Doppelschichten: einer äußeren und einer inneren Membran. Die Kernmembran ist kontinuierlich mit dem endoplasmatischen Retikulum. Kernporen ermöglichen den Eintritt und Austritt von Substanzen in den Kern.

Die nukleare Hülle

Die Kernhülle ist eine Doppelmembranstruktur, die den äußersten Teil des Kerns bildet (Abbildung 4). Sowohl die innere als auch die äußere Membran der Kernhülle sind Phospholipid-Doppelschichten.

Die Kernhülle ist mit Poren durchzogen, die den Durchgang von Ionen, Molekülen und RNA zwischen Nukleoplasma und Zytoplasma kontrollieren. Das Nukleoplasma ist die halbfeste Flüssigkeit im Kern, in der wir das Chromatin und den Nukleolus finden.

Chromatin und Chromosomen

Um Chromatin zu verstehen, ist es hilfreich, zuerst die Chromosomen zu betrachten. Chromosomen sind Strukturen innerhalb des Zellkerns, die aus DNA, dem Erbmaterial, bestehen. Sie erinnern sich vielleicht, dass die DNA in Prokaryoten in einem einzigen kreisförmigen Chromosom organisiert ist. Bei Eukaryoten sind Chromosomen lineare Strukturen. Jede eukaryontische Spezies hat eine bestimmte Anzahl von Chromosomen in den Kernen ihrer Körperzellen. Beim Menschen zum Beispiel beträgt die Chromosomenzahl 46, während sie bei Fruchtfliegen acht beträgt. Chromosomen sind nur sichtbar und voneinander unterscheidbar, wenn sich die Zelle auf die Teilung vorbereitet. Wenn sich die Zelle in der Wachstums- und Erhaltungsphase ihres Lebenszyklus befindet, sind Proteine ​​an Chromosomen gebunden und ähneln einem abgewickelten, durcheinandergebrachten Bündel von Fäden. Diese abgewickelten Protein-Chromosom-Komplexe werden Chromatin genannt (Abbildung 5). Chromatin beschreibt das Material, aus dem die Chromosomen sowohl im kondensierten als auch im dekondensierten Zustand bestehen.

Abbildung 5: (a) Dieses Bild zeigt verschiedene Ebenen der Organisation von Chromatin (DNA und Protein). (b) Dieses Bild zeigt gepaarte Chromosomen. (Kredit b: Änderung der Arbeit durch NIH-Skalenbalkendaten von Matt Russell)

Der Nukleolus

Wir wissen bereits, dass der Kern die Synthese von Ribosomen steuert, aber wie macht er das? Einige Chromosomen enthalten DNA-Abschnitte, die ribosomale RNA kodieren. Ein dunkel gefärbter Bereich innerhalb des Kerns, der als Nukleolus (Plural = Nukleolen) bezeichnet wird, aggregiert die ribosomale RNA mit assoziierten Proteinen, um die ribosomalen Untereinheiten zusammenzusetzen, die dann durch die Poren in der Kernhülle in das Zytoplasma transportiert werden.

Ribosomen

Ribosomen sind die zellulären Strukturen, die für die Proteinsynthese verantwortlich sind. Bei der Betrachtung durch ein Elektronenmikroskop erscheinen Ribosomen entweder als Cluster (Polyribosomen) oder einzelne, winzige Punkte, die frei im Zytoplasma schweben. Sie können an der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran oder an der zytoplasmatischen Seite des endoplasmatischen Retikulums und der äußeren Membran der Kernhülle angebracht sein (Abbildung 1). Die Elektronenmikroskopie hat uns gezeigt, dass Ribosomen, bei denen es sich um große Komplexe aus Protein und RNA handelt, aus zwei Untereinheiten bestehen, die treffend groß und klein genannt werden (Abbildung 6). Ribosomen erhalten ihre „Orders&rdquo für die Proteinsynthese aus dem Zellkern, wo die DNA in Boten-RNA (mRNA) transkribiert wird. Die mRNA wandert zu den Ribosomen, die den durch die Sequenz der stickstoffhaltigen Basen in der mRNA bereitgestellten Code in eine bestimmte Reihenfolge von Aminosäuren in einem Protein übersetzen. Aminosäuren sind die Bausteine ​​von Proteinen.

Abbildung 6 Ribosomen bestehen aus einer großen Untereinheit (oben) und einer kleinen Untereinheit (unten). Während der Proteinsynthese bauen Ribosomen Aminosäuren zu Proteinen zusammen.

Da die Proteinsynthese eine wesentliche Funktion aller Zellen ist (einschließlich Enzymen, Hormonen, Antikörpern, Pigmenten, Strukturkomponenten und Oberflächenrezeptoren), kommen Ribosomen in praktisch jeder Zelle vor. Ribosomen kommen besonders häufig in Zellen vor, die große Mengen an Protein synthetisieren. Zum Beispiel ist die Bauchspeicheldrüse für die Bildung mehrerer Verdauungsenzyme verantwortlich, und die Zellen, die diese Enzyme produzieren, enthalten viele Ribosomen. Somit sehen wir ein weiteres Beispiel für eine Formfolgefunktion.

Mitochondrien

Mitochondrien (Singular = Mitochondrium) werden oft als "Kraftwerke" oder "Energiefabriken" einer Zelle bezeichnet, weil sie für die Herstellung von Adenosintriphosphat (ATP) verantwortlich sind, dem wichtigsten energietragenden Molekül der Zelle. ATP steht für die kurzfristig gespeicherte Energie der Zelle. Zellatmung ist der Prozess zur Herstellung von ATP unter Verwendung der chemischen Energie, die in Glukose und anderen Nährstoffen enthalten ist. In Mitochondrien verbraucht dieser Prozess Sauerstoff und produziert Kohlendioxid als Abfallprodukt. Tatsächlich stammt das Kohlendioxid, das Sie bei jedem Atemzug ausatmen, aus den zellulären Reaktionen, die als Nebenprodukt Kohlendioxid produzieren.

Passend zu unserem Thema Form follows Function ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass Muskelzellen eine sehr hohe Konzentration an Mitochondrien aufweisen, die ATP produzieren. Deine Muskelzellen brauchen viel Energie, um deinen Körper in Bewegung zu halten. Wenn Ihre Zellen nicht genug Sauerstoff bekommen, produzieren sie nicht viel ATP. Stattdessen wird die geringe Menge ATP, die sie in Abwesenheit von Sauerstoff produzieren, von der Produktion von Milchsäure begleitet.

Mitochondrien sind ovale Doppelmembranorganellen (Abbildung 7), die ihre eigenen Ribosomen und ihre eigene DNA haben. Jede Membran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, die mit Proteinen eingebettet ist. Die innere Schicht hat Falten, die Cristae genannt werden. Der von den Falten umgebene Bereich wird als mitochondriale Matrix bezeichnet. Die Cristae und die Matrix haben unterschiedliche Rollen bei der Zellatmung.

Abbildung 7. Diese elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt ein Mitochondrium, wie es mit einem Transmissionselektronenmikroskop betrachtet wird. Diese Organelle hat eine äußere Membran und eine innere Membran. Die innere Membran enthält Falten, Cristae genannt, die ihre Oberfläche vergrößern. Der Raum zwischen den beiden Membranen wird als Intermembranraum bezeichnet, und der Raum innerhalb der inneren Membran wird als mitochondriale Matrix bezeichnet. Die ATP-Synthese findet an der inneren Membran statt. (Kredit: Änderung der Arbeit von Matthew Britton Maßstabsbalkendaten von Matt Russel

Peroxisomen

Peroxisomen sind kleine, runde Organellen, die von einzelnen Membranen umgeben sind. Sie führen Oxidationsreaktionen durch, die Fettsäuren und Aminosäuren abbauen. Sie entgiften auch viele Gifte, die in den Körper gelangen können. (Viele dieser Oxidationsreaktionen setzen Wasserstoffperoxid, H2Ö2, was jedoch zellschädigend wäre, wenn diese Reaktionen jedoch auf Peroxisomen beschränkt sind, spalten Enzyme das H . sicher ab2Ö2 in Sauerstoff und Wasser.) Alkohol wird beispielsweise durch Peroxisomen in Leberzellen entgiftet. Glyoxysomen, die in Pflanzen spezialisierte Peroxisomen sind, sind dafür verantwortlich, gespeicherte Fette in Zucker umzuwandeln.

Vesikel und Vakuolen

Vesikel und Vakuolen sind membrangebundene Säcke, die bei der Lagerung und beim Transport dienen. Abgesehen von der Tatsache, dass Vakuolen etwas größer sind als Vesikel, gibt es einen sehr feinen Unterschied zwischen ihnen: Die Membranen von Vesikeln können entweder mit der Plasmamembran oder anderen Membransystemen innerhalb der Zelle verschmelzen. Darüber hinaus bauen einige Wirkstoffe wie Enzyme in Pflanzenvakuolen Makromoleküle ab. Die Membran einer Vakuole verschmilzt nicht mit den Membranen anderer Zellbestandteile.

Tierische Zellen versus Pflanzenzellen

An dieser Stelle wissen Sie, dass jede eukaryotische Zelle eine Plasmamembran, ein Zytoplasma, einen Zellkern, Ribosomen, Mitochondrien, Peroxisomen und in einigen Fällen Vakuolen hat, aber es gibt einige bemerkenswerte Unterschiede zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen. Während sowohl tierische als auch pflanzliche Zellen über Mikrotubuli-Organisierungszentren (MTOCs) verfügen, haben tierische Zellen auch Zentriolen, die mit dem MTOC verbunden sind: einem Komplex namens Zentrosom. Tierische Zellen haben jeweils ein Zentrosom und Lysosomen, Pflanzenzellen hingegen nicht. Pflanzenzellen haben eine Zellwand, Chloroplasten und andere spezialisierte Plastiden und eine große zentrale Vakuole, während tierische Zellen dies nicht tun.

Das Zentrosom

Das Zentrosom ist ein Mikrotubuli-organisierendes Zentrum, das sich in der Nähe des Zellkerns tierischer Zellen befindet. Es enthält ein Paar Zentriolen, zwei Strukturen, die senkrecht zueinander stehen (Abbildung 8). Jedes Zentriol ist ein Zylinder aus neun Mikrotubuli-Tripletts.

Abbildung 8. Das Zentrosom besteht aus zwei Zentriolen, die im rechten Winkel zueinander stehen. Jedes Zentriol ist ein Zylinder, der aus neun Tripletts von Mikrotubuli besteht. Nichttubulin-Proteine ​​(angezeigt durch die grünen Linien) halten die Mikrotubuli-Tripletts zusammen.

Das Zentrosom (die Organelle, aus der alle Mikrotubuli stammen) repliziert sich selbst, bevor sich eine Zelle teilt, und die Zentriolen scheinen eine gewisse Rolle dabei zu spielen, die duplizierten Chromosomen an die gegenüberliegenden Enden der sich teilenden Zelle zu ziehen. Die genaue Funktion der Zentriolen bei der Zellteilung ist jedoch nicht klar, da Zellen, bei denen das Zentrosom entfernt wurde, sich noch teilen können und Pflanzenzellen, denen Zentrosomen fehlen, zur Zellteilung fähig sind.

Lysosomen

Tierische Zellen haben einen weiteren Satz von Organellen, der in Pflanzenzellen nicht zu finden ist: Lysosomen. Die Lysosomen sind die Zell- und Abfallentsorgung. In Pflanzenzellen finden die Verdauungsprozesse in Vakuolen statt. Enzyme in den Lysosomen helfen beim Abbau von Proteinen, Polysacchariden, Lipiden, Nukleinsäuren und sogar abgenutzten Organellen. Diese Enzyme sind bei einem viel niedrigeren pH als dem des Zytoplasmas aktiv. Daher ist der pH-Wert innerhalb von Lysosomen saurer als der pH-Wert des Zytoplasmas. Viele Reaktionen, die im Zytoplasma stattfinden, könnten bei einem niedrigen pH-Wert nicht ablaufen, so dass wiederum der Vorteil der Kompartimentierung der eukaryotischen Zelle in Organellen offensichtlich ist.

Die Zellwand

Wenn Sie Abbildung 1b betrachten, das 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, strukturellen Halt bietet und der Zelle Form verleiht. Pilz- und Protistanzellen haben auch Zellwände. Während der Hauptbestandteil prokaryotischer Zellwände Peptidoglycan ist, ist das wichtigste organische Molekül in der pflanzlichen Zellwand Cellulose (Abbildung 9), ein Polysaccharid aus Glucoseeinheiten. Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass ein rohes Gemüse wie Sellerie beim Beißen knirscht? Das liegt daran, dass Sie mit Ihren Zähnen die starren Zellwände der Selleriezellen zerreißen.

Abbildung 9. Cellulose ist eine lange Kette von β-Glucose-Molekülen, die durch eine 1-4-Verknüpfung verbunden sind. Die gestrichelten Linien an jedem Ende der Figur zeigen eine Reihe von vielen weiteren Glucoseeinheiten an. Die Größe der Seite macht es unmöglich, ein ganzes Zellulosemolekül darzustellen.

Chloroplasten

Chloroplasten haben wie die Mitochondrien ihre eigene DNA und Ribosomen, aber Chloroplasten haben eine ganz andere Funktion. Chloroplasten sind pflanzliche Zellorganellen, die Photosynthese betreiben. Photosynthese ist eine Reihe von Reaktionen, die Kohlendioxid, Wasser und Lichtenergie verwenden, um Glukose und Sauerstoff herzustellen. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zwischen Pflanzen und Tieren. Pflanzen (Autotrophe) können ihre Nahrung wie Zucker selbst herstellen, während Tiere (Heterotrophe) ihre Nahrung aufnehmen müssen.

Wie Mitochondrien haben Chloroplasten eine äußere und eine innere Membran, aber innerhalb des von der inneren Membran eines Chloroplasten eingeschlossenen Raums befindet sich ein Satz miteinander verbundener und gestapelter flüssigkeitsgefüllter Membransäcke, die Thylakoide genannt werden (Abbildung 10). Jeder Stapel von Thylakoiden wird Granum (Plural = Grana) genannt. Die Flüssigkeit, die von der inneren Membran eingeschlossen ist, die das Grana umgibt, wird als Stroma bezeichnet.

Abbildung 10. Der Chloroplast hat eine äußere Membran, eine innere Membran und Membranstrukturen, die als Thylakoide bezeichnet werden und zu Grana gestapelt sind. Der Raum innerhalb der Thylakoidmembran wird als Thylakoidraum bezeichnet. Die Lichtsammelreaktionen finden in den Thylakoidmembranen statt, und die Zuckersynthese findet in der Flüssigkeit innerhalb der inneren Membran statt, die als Stroma bezeichnet wird. Chloroplasten haben auch ein eigenes Genom, das auf einem einzigen kreisförmigen Chromosom enthalten ist.

Die Chloroplasten enthalten ein grünes Pigment namens Chlorophyll, das die Lichtenergie einfängt, die die Reaktionen der Photosynthese antreibt. Wie Pflanzenzellen haben auch photosynthetische Protisten Chloroplasten. Einige Bakterien betreiben Photosynthese, aber ihr Chlorophyll wird nicht zu einer Organelle degradiert.

Evolution-Verbindung

Endosymbiose

Wir haben erwähnt, dass sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten DNA und Ribosomen enthalten. Haben Sie sich gefragt, warum? Starke Beweise weisen auf eine Endosymbiose als Erklärung hin.

Symbiose ist eine Beziehung, in der Organismen zweier verschiedener Arten für ihr Überleben voneinander abhängig sind. Endosymbiose (endo- = &ldquowithin&rdquo) ist eine für beide Seiten vorteilhafte Beziehung, in der ein Organismus im anderen lebt. Endosymbiotische Beziehungen gibt es in der Natur im Überfluss. Wir haben bereits erwähnt, dass im menschlichen Darm Mikroben leben, die Vitamin K produzieren. Diese Beziehung ist für uns von Vorteil, da wir Vitamin K nicht synthetisieren können. Es ist auch für die Mikroben von Vorteil, da sie vor anderen Organismen und vor dem Austrocknen geschützt sind und sie reichlich Nahrung aus der Umgebung des Dickdarms erhalten.

Wissenschaftler haben seit langem festgestellt, dass Bakterien, Mitochondrien und Chloroplasten ähnlich groß sind. Wir wissen auch, dass Bakterien DNA und Ribosomen haben, genau wie Mitochondrien und Chloroplasten. Wissenschaftler glauben, dass Wirtszellen und Bakterien eine endosymbiotische Beziehung eingehen, wenn die Wirtszellen sowohl aerobe als auch autotrophe Bakterien (Cyanobakterien) aufgenommen, aber nicht zerstört haben. Durch viele Millionen Jahre der Evolution haben sich diese aufgenommenen Bakterien in ihren Funktionen spezialisiert, wobei die aeroben Bakterien zu Mitochondrien und die autotrophen Bakterien zu Chloroplasten wurden.

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 Zellfläche einnimmt. Die zentrale Vakuole spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Zellkonzentration von Wasser bei wechselnden Umweltbedingungen. Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass eine Pflanze verwelkt, wenn Sie einige Tage lang vergessen, zu gießen? Denn wenn die Wasserkonzentration im Boden niedriger wird als die Wasserkonzentration in der Pflanze, wandert Wasser aus den zentralen Vakuolen und dem Zytoplasma. Wenn die zentrale Vakuole schrumpft, verlässt sie die Zellwand nicht. Dieser Verlust der Unterstützung der Zellwände von Pflanzenzellen führt zu einem welken Aussehen der Pflanze.

Die zentrale Vakuole unterstützt auch die Expansion der Zelle. Wenn die zentrale Vakuole mehr Wasser enthält, wird die Zelle größer, ohne viel Energie in die Synthese von neuem Zytoplasma investieren zu müssen.

Abschnittszusammenfassung

Wie eine prokaryontische Zelle hat eine eukaryontische Zelle eine Plasmamembran, Zytoplasma und Ribosomen, aber eine eukaryontische Zelle ist typischerweise größer als eine prokaryontische Zelle, hat einen echten Kern (d.h. ihre DNA ist von einer Membran umgeben) und hat andere Membran- gebundene Organellen, die eine Kompartimentierung von Funktionen ermöglichen. Die Plasmamembran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, die mit Proteinen eingebettet ist. Der Kern&rsquos nucleolus ist der Ort der Ribosomenanordnung. Ribosomen werden entweder im Zytoplasma gefunden oder an der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran oder des endoplasmatischen Retikulums befestigt. Sie führen die Proteinsynthese durch. Mitochondrien sind an der Zellatmung beteiligt und für den Großteil des in der Zelle produzierten ATP verantwortlich. Peroxisomen hydrolysieren Fettsäuren, Aminosäuren und einige Toxine. Vesikel und Vakuolen sind Lager- und Transportfächer. In Pflanzenzellen helfen Vakuolen auch beim Abbau von Makromolekülen.

Tierzellen haben auch ein Zentrosom und Lysosomen. Das Zentrosom hat zwei senkrecht zueinander stehende Körper, die Zentriolen, und hat einen unbekannten Zweck bei der Zellteilung. Lysosomen sind die Verdauungsorganellen tierischer Zellen.

Pflanzenzellen und pflanzenähnliche Zellen haben jeweils eine Zellwand, Chloroplasten und eine zentrale Vakuole. Die pflanzliche Zellwand, deren Hauptbestandteil Cellulose ist, schützt die Zelle, bietet strukturellen Halt und formt die Zelle. Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt. Die zentrale Vakuole kann sich ausdehnen, ohne mehr Zytoplasma produzieren zu müssen.


Abschnittszusammenfassung

Wie eine prokaryontische Zelle hat eine eukaryontische Zelle eine Plasmamembran, Zytoplasma und Ribosomen, aber eine eukaryontische Zelle ist typischerweise größer als eine prokaryontische Zelle, hat einen echten Kern (d.h. ihre DNA ist von einer Membran umgeben) und hat andere Membran- gebundene Organellen, die eine Kompartimentierung von Funktionen ermöglichen. Die Plasmamembran ist eine Phospholipid-Doppelschicht, die mit Proteinen eingebettet ist. Der Nukleolus innerhalb des Nukleus ist die Stelle für die Ribosomenanordnung. Ribosomen befinden sich im Zytoplasma oder sind an der zytoplasmatischen Seite der Plasmamembran oder des endoplasmatischen Retikulums befestigt. Sie führen die Proteinsynthese durch. Mitochondrien führen die Zellatmung durch und produzieren ATP. Peroxisomen bauen Fettsäuren, Aminosäuren und einige Toxine ab. Vesikel und Vakuolen sind Lager- und Transportfächer. In Pflanzenzellen helfen Vakuolen auch beim Abbau von Makromolekülen.

Tierzellen haben auch ein Zentrosom und Lysosomen. Das Zentrosom hat zwei Körper, die Zentriolen, mit einer unbekannten Rolle bei der Zellteilung. Lysosomen sind die Verdauungsorganellen tierischer Zellen.

Pflanzenzellen haben eine Zellwand, Chloroplasten und eine zentrale Vakuole. Die pflanzliche Zellwand, deren Hauptbestandteil Cellulose ist, schützt die Zelle, bietet strukturellen Halt und formt die Zelle. Die Photosynthese findet in Chloroplasten statt. Die zentrale Vakuole dehnt sich aus und vergrößert die Zelle, ohne dass mehr Zytoplasma produziert werden muss.

Das Endomembransystem umfasst die Kernhülle, das endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat, Lysosomen, Vesikel sowie die Plasmamembran. Diese zellulären Komponenten arbeiten zusammen, um Membranlipide und Proteine ​​zu modifizieren, zu verpacken, zu markieren und zu transportieren.

Das Zytoskelett hat drei verschiedene Arten von Proteinelementen. Mikrofilamente verleihen der Zelle Steifigkeit und Form und erleichtern die Zellbewegungen. Zwischenfilamente tragen Spannung und verankern den Kern und andere Organellen an Ort und Stelle. Mikrotubuli helfen der Zelle, der Kompression zu widerstehen, dienen als Spuren für Motorproteine, die Vesikel durch die Zelle bewegen, und ziehen replizierte Chromosomen zu den gegenüberliegenden Enden einer sich teilenden Zelle. Sie sind auch die strukturellen Elemente von Zentriolen, Flagellen und Zilien.

Tierische Zellen kommunizieren über ihre extrazellulären Matrizen und sind durch Tight Junctions, Desmosomen und Gap Junctions miteinander verbunden. Pflanzenzellen sind durch Plasmodesmen verbunden und kommunizieren miteinander.


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Bemerkungen:

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