Grundlagen der Zellbiologie: Proteine, Membranen und Stoffwechsel

Klassifizierung von Proteinen

Proteine werden in zwei Hauptgruppen unterteilt:

Faserproteine (Skleroproteine)

Diese sind unlöslich in Wasser, bestehen aus parallel angeordneten Polypeptidketten und dienen meist strukturellen Zwecken:

• Kollagen: Widerstandsfähig gegen Zugbelastung (Bindegewebe, Knorpel, Knochen).
• Keratin: Schutzfunktion in Epidermiszellen und Haaren.
• Elastin: Verleiht Sehnen und Blutgefäßen Elastizität.
• Myosine: Beteiligt an der Muskelkontraktion.

Globuläre Proteine

Diese haben eine komplexe Tertiärstruktur und sind meist in Wasser oder polaren Lösungen löslich:

• Protamine: Basische Proteine, die im Spermienkern an DNA gebunden sind.
• Histone: Niedermolekulare Proteine, die in den meisten Zellen an DNA gebunden sind.
• Prolamine & Glutenine: Pflanzliche Speicherproteine (z. B. in Samen).
• Albumine & Globuline: Transportproteine und große Moleküle mit Kugelform.

Heteroproteine

Proteine mit einer nicht-proteinogenen prosthetischen Gruppe:

• Chromoproteine: Enthalten Pigmente.
• Glykoproteine: Enthalten Kohlenhydrate.
• Lipoproteine: Enthalten Lipide (wichtig für Zellmembranen).
• Phosphoproteine: Enthalten Phosphatgruppen.
• Nukleoproteide: Komplexe aus Histonen/Protaminen und DNA (Chromatin).

Glykosidbindungen

• O-Glykosidbindung: Verbindung zwischen einer Hydroxylgruppe und einem anomeren Kohlenstoffatom.
• N-Glykosidbindung: Verbindung zwischen einer Aminogruppe und einem Kohlenhydrat (z. B. in Aminoglykosiden).

Die Zelltheorie

Nach Schleiden und Schwann gelten folgende Postulate:

• Die Zelle ist die morphologische Einheit aller Lebewesen.
• Die Zelle ist die physiologische Einheit.
• Jede Zelle stammt von einer anderen Zelle ab (Zellteilung).
• Die Zelle ist die autonome genetische Einheit des Lebewesens.

Struktur und Funktion des Cytosols

Das Cytosol ist eine wässrige Lösung (ca. 85 % Wasser) mit kolloidalen Dispersionen aus Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden und Nukleinsäuren. Es fungiert als Regulator des intrazellulären pH-Werts und Ort wichtiger Stoffwechselprozesse:

• Glykolyse & Glukoneogenese
• Glykogensynthese & Glykogenolyse
• Aminosäure-Biosynthese
• Lipogenese (Fettsäure-Biosynthese)
• Milchsäuregärung

Die Plasmamembran

Die Plasmamembran ist ca. 75 Å dick und folgt dem Fluid-Mosaik-Modell. Sie besteht aus einer Lipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen.

Eigenschaften

• Amphipathische Lipide: Phospholipide und Glykolipide bilden die Basis.
• Cholesterin: Moduliert die Fluidität der Membran.
• Membranproteine: Eingeteilt in integrale (durchdringende) und extrinsische (periphere) Proteine.
• Dynamik: Moleküle bewegen sich lateral; wichtig für Exozytose und Endozytose.
• Asymmetrie: Der Glykokalix (Oligosaccharid-Ketten) befindet sich nur auf der Außenseite und dient der Zellerkennung (z. B. bei der Befruchtung oder Immunabwehr).

Funktionen der Membran

• Abgrenzung des Zellinneren von der Umgebung.
• Regulation des Stofftransports (Endozytose/Exozytose).
• Kontrolle des Ionenaustauschs.
• Zell-Zell-Erkennung.