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Enzymregulation - Einführung

Kompartimentierung einer Zelle

Der Entwicklungsschritt von der prokaryontischen zur eukaryontischen Zelle war die Voraussetzung für die Entstehung höherer Organismen. Durch Membranen innerhalb der Zelle werden einzelne Reaktionsräume, wie auch das Erbgut, vom Cytoplasma getrennt. Diese Kompartimentierung erlaubt den gleichzeitigen Ablauf von Reaktionen mit unterschiedlichen Anforderungen an den pH-Wert, die Ionenstärke und die Elektrolyt-Zusammensetzung.

Zellkompartimente bzw. Zellorganellen zeichnen sich durch charakteristische Merkmale aus, und ihre Strukturen können im Elektronenmikroskop leicht identifiziert werden. Die wichtigsten Organellen einer eukaryontischen Zelle sind:

  • Zellkern
  • Mitochondrien
  • Peroxisomen
  • Endoplasmatisches Retikulum
  • Golgi-Apparat
  • Endosomen
  • Lysosomen
Abb.1
3D-animierter Flug in eine Zelle
© Wiley-VCH

Die Identität eines Zellkompartiments beruht im wesentlichen auf spezifischen Protein-Bestandteilen seiner Membran. Einige Membran-Proteine sind jeweils für ein bestimmtes Kompartiment kennzeichnend und kommen in anderen kaum bzw. gar nicht vor: Bei der technischen Auftrennung und Reinigung von Zellkompartimenten macht man sich beispielsweise das Vorhandensein bestimmter Markerenzyme (Enzyme, die in dem jeweiligen Kompartiment besonders häufig vorkommen) zu Nutze, durch welche die Kompartimente identifiziert werden können.

Kompartimentierung als Möglichkeit der Stoffwechselregulation

Über die Membranzusammensetzung: Aufgrund der spezifischen funktionellen Membran-Proteine können von jedem Zellkompartiment, wie auch von den Plasmamembran-Domänen, spezialisierte Funktionen wahrgenommen werden. Auch der prozentuale Anteil bestimmter Lipide am Aufbau der Membranen, durch den die Protein- bzw. Enzymfunktion stark beeinflusst werden kann, variiert zwischen den einzelnen Zellorganellen recht erheblich.

Über die Enzymausstattung: Unterschiedliche Zellkompartimente sind auf jeweils unterschiedliche Stoffwechselreaktionen spezialisiert. Es können auch ähnliche Reaktionen mit den jeweils gleichen Substraten stattfinden, die jedoch den individuellen Einflüssen des jeweiligen Kompartiments oder Zelltyps unterworden sind. Es ist daher möglich, dass unterschiedliche Formen des gleichen Enzyms in unterschiedlichen Teilen der Zelle vorhanden sind. Diese Enzyme nennt man Isozyme (s. unter Isoenzyme).

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