Krug-Markus.de

Die Zelle

Die Biologie (von griech.: bios = Leben) untersucht, beschreibt und analysiert die Strukturen und Funktionen der lebenden Organismen. Die einfachste existenzfähige Oraganisationsform eines lebenden Systems ist die Zelle. Der Teil der Biologie, der sich mit dem Aufbau und Eigenschaften der Zelle beschäftigt, heißt Zytologie (Zellenlehre oder Zellbiologie). Die Histologie (Gewebelehre) befasst sich mit der Spezialisierung und dem Zusammenschluss der Zellen zu Funktionseinheiten, den Geweben.

Welche Aufhaben hat die Zelle?

Die Zelle ist die strukturelle und funktionelle Organisationseinheit lebender Systeme. Die für die Erscheinungsform „Leben“ notwendige Regelung biochemischer Prozesse ist an die Strukturform „Zelle“ gebunden. Zellen können einzeln oder in Verbänden vorkommen.Alle Lebewesen (Organismen) sind aus Zellen aufgebaut. Die Größe von Zellen liegt zwischen 0.001 mm (Bakterien) und 1000 mm (Nervenzellen). Alle Zellen haben aber bestimmte Grundzüge gemeinsam.

  • Die Zelle besitzt einen eigenen Stoff- und Energiewechsel (Stoffaufnahme, -verarbeitung, -abgabe)
  • Die Zelle verwendet aufgenommene Nährstoffe zum Aufbau zelleigener Substanzen (Wachstum) und zur „Gewinnung“ von Energie (Erhaltung der Lebensvorgänge).
  • Die Zelle kann von außen kommende Reize (z.B. Schmerzreize) aufnehmen, verarbeiten und beantworten. Die Beantwortung von Reizen erfolgt durch Veränderung des Stoffwechsels oder durch Bewegung der ganzen Zelle bzw. innerhalb der Zelle.
  • Zellen können nur aus Zellen hervorgehen. Die Reproduktion und Vermehrung von Zellen geschieht durch Teilung in zwei Tochterzellen.
Wie sieht eine Zelle aus?
Die Zelle enthält eine Vielzahl besonderer Strukturen (Zellorganellen).
Die Zelle ist in Funktionsräume (Kompatimente) aufgeteilt, die durch Zellorganellen organisiert werden.
Chemische Zusammensetzung:
  • Wasser – Hauptbestandteil aller Lebewesen
  • Proteine (Eiweiße), Lipide (Fette), Kohlenhydrate (Zucker) und Nukleinstoffe (Nukleinsäuren) als charakteristische Bestandteile lebensfähiger Materie
  • Anorganische Stoffe (Salze)
Grundbauplan der Zele:
  • Zellmembran
  • Zytoplasma mit Zellorganellen:
  • Zellorganellen:
  • endoplasmatisches Retikulum
  • Ribosomen
  • Mitochondrien
  • GOLGI-Apparat

Was sind die Aufgaben des Zytoplasmas?

Die zytoplasmatische Grundsubstanz umgibt den Zellkern und die Zellorganellen. Das Zytoplasma ist zähflüssig. Der Wassergehalt liegt meist zwischen 60 und 90%. Der Rest besteht aus Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten und Salzen. Die einzelnen Ionen, wie Na+, K+ Ca2+, Mg2+ stehen in einem fein abgestimmten Verhältnis zueinander.
Im Zytoplasma vieler Zellen sind Ablagerungen von Reserstoffen (z.B. Glykogen, Fetttropfen, Farbstoffe) sichtbar.
Aufgaben des Zytoplasmas:
  1. Das Zytoplasma ist das Milieu, indem die verschiedenen Zellorganellen schwimmend verteilt sind.
  2. Das Zytoplasma ist der Ort vieler biochemischer Reaktionen (Stoffwechsel).
  3. Das Zytoplasma ist der Ort für die Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie, die zellulären Bewegungen bewirkt.
Beispiele:
  • Zirkulationsbewegung (Plasmaströmung);
  • Amöboide Bewegung (Ortsveränderung weißer Blutkörperchen);
  • Kontraktionsbewegungen (Muskulatur).

Welche Aufgaben erfüllt die Zellmembran?

Alle Zellen haben eine Zellmembran (Plasmamembran), die als äußere Grenzfläche das Zytoplasma umgibt. Auch die Zellorganellen sind zu wesentlichen Teilen aus der Membran aufgebaut.
Die Zelle ist ein System verschiedener Funktionsräume, die durch biologische Membranen voneinander abgegrenzt sind. Biologische Membranen („Biomembranen“) sind aus Proteinen und Phospholipiden zusammengesetzt.
Elektronenmikroskopisch zeigt die Zellmembran einen dreischichtigen Aufbau. Nach der Modellvorstellung wird eine mittlere bio-molekulare Phospholipidschicht von einer inneren und äußeren Proteinschicht bedeckt. Man spricht auch von Elementarmembran (unit membrane).
  • Membranen müssen relativ stabil sein, denn sie sind Grenzflächen.
  • Membranen müssen einen gesteuerten Stoffdurchtritt ermöglichen.
  • Die stofflichen Komponenten der Biomembranen müssen schnell auswechselbar sein (Membranumwandlung).

Wie gelangen Stoffe durch die Zellmembran?

Jede Zelle steht in einem ständigen Stoffaustausch mit ihrer Umgebung. Jeder Stoff, den die Zelle aufnimmt oder abgibt, muss die Zellmembran passieren. Die Eigenschaften der Zelmembran bestimmen die für das leben des Organismus ausschlaggebende Spezifität des Stofftransports.
Physiologisch wirkt die Zellmembran als Barriere, die den Stoffeintritt und -austritt kontrolliert.
Die Zellmembran besitzt eine selektive Permeabilität., d.h. es werden nur bestimmte Stoffe – oft einem Konzentrationsgefälle entgegen – durch die Membran transportiert.

Passiver Transport – was ist das?

Der passive Transport von Stoffen und Flüssigkeiten durch Membranen beruht auf einer Konzentrationsdifferenz und geht ohne Energieaufwand seitens der Zelle vor sich.
Diffusion ist ein passiver Stofftransport:
Die Teilchen wandern in den Bereich mit der niedrigen Konzentration, bis ein Konzentrationsausgleich erreicht ist.
Osmose ist definiert als Lösungsmitteltransport durch eine semipermeable Membran, die die Diffusion von gelösten Teilchen verhindert.
Die erleichterte Diffusion einiger Stoffe (z.B. Glucose) steht mit der Annahme in Einklang, dass das Stoffmolekül in der Membran an einen spezifischen Träger (Carrier-Molekül) „gebunden“ und dadurch schneller transportiert wird (siehe „aktiver Transport“).

Wie funktioniert der aktive Transport?

Der aktive Transport ist an die Zellmembran gebunden und erfolgt nur in eine Richtung. Beim aktiven Transport wird Energie aus dem Stoffwechsel benötigt (Adenosintriphosphat ATP wird umgewandelt zu Adenosindiphospat ADP). Dadurch ist es möglich, Stoffe entgegen dem Konzentrationsgradienten zu transportieren, auch größere und geladene Teilchen, die sonst nicht die Membran passieren können.

Beispiel „Ionenpumpe“

Dass die Na+-Konzentration extrazellulär viermal höher ist als in der Zelle, erklärt sich daraus, dass Natrium-Ionen ständig aktiv aus der Zelle „herausgepumpt“ werden. Über das gleiche Transportsystem werden im Gegenzug Kalium-Ionen in das Zellinnere transportiert. Es besteht also eine Koppelung ziwschen K+– und Na+-Transport (=Natrium-Kalium-Pumpe).
Später werden wir sehen, das auch Zellen und Schmerz sehr eng miteinander verbunden sind und dieser Ionenaustausch eine wichtige Rolle bei der Reizinformationsübermittlung spielt.

.

Was bedeutet Phagozytose und Pinozytose?

Größere Teilchen und Flüssigkeitströpfchen, die nicht durch die Zellmembran transportiert werden können, werden durch die Zellmembran umschlosse und als eingehüllte Zellmembran-Bläschen (Vesikel) ins Zellinnere transportiert (Endozytose, endo = hinein):
  • Phagozytose (griech.: fressen): Einschleusen fester Teilchen.
  • Pinozytose (griech.: trinken): Einschleusen von Flüssigkeitströpfchen.
Umgekehrt geht die Ausschleusung (Exozytose, exo = hinaus) von makromolekularen Syntheseprodukten vor ich.

.

Sehen alle Zellen gleich aus?

Die Vielzelligkeit erlaubt den Lebewesen, den Grundbauplan der einzelnen Zelle abzubändern mit dem Ziel, spezielle Aufgaben zu erfüllen. z.B.: Sekretbildung und -abgabe bei Drüsenzellen,  Hämoglobin-Synthese bei roten Blutkörperchen. Durch die strukturelle Differenzierung der Zellen wird eine funktionelle Spezialisierung ermöglicht. Der differenzierte Zustand einer Zelle wird anhand der folgenden Kriterien erkennbar:

  • Gestalt der Zelle (Morphologie),
  • Funktion der Zelle (Physiologie) und
  • Molekulare Zusammensetzung der Zelle (Biochemie)
Die Spezialisierung auf bestimmte Aufgaben ermöglicht rationelle Leistungen. Sie gefährdet allerdings das gesamte Individuum, sobald wichtige Spezialisten, insbesondere die teilungsunfähigen Zellen (z.B. Nervenzellen) durch Verletzung oder Krankheit ausfallen.
Reizbarkeit ist ein Merkmal des Lebendigen, das in den Nerven- und Sinneszellen am weitesten  fortgeschritten. Rezeptoren sind spezialisierte Nervenzellen, die bestimmte Veränderungen im Organismus oder in der Umwelt aufnehmen und dem Nervensystem mitteilen. So gibt es z.B. spezielle Schmerzrezeptoren, sogenannte Nozizeptoren, welche die „Veränderung Schmerz“ aufnehmen.

Sehen alle Zellen gleich aus?

Werden viele gleichartige Zellen zu Funktionseinheiten zusammengefasst, so spricht man von Geweben.
Die Vielfalt der Zellen im menschlichen Organismus lässt sich zu nur vier verschiedenen Gewebegrundformen zusammenfassen:
  • Epithel– und Drüsengewebe
  • Binde– und Stützgewebe
  • Muskelgewebe
  • Nervengewebe
Das Nervengewebe des Menschen ist das am höchsten differenzierte Gewebe im Organismus. Es dient der Reizaufnahme, Erregungsleitung und Erregungsverarbeitung.

Was passiert an den Ribosomen?

Die Ribosomen sind der Ort der Protein-Biosynthese ( d.h. der Bildung von Eiweißen). In Zellen mit umfangreicher Proteinsynthese ist das endoplasmatische Reticulum fast vollständig mit Ribosomen besetzt.

Endoplasmatische Reticulum (ER) – was ist seine Aufgabe?

Das endoplasmatische Reticulum (ER), das mit der Zellmembran und mit der Kernmembran verbunden ist, unterteilt das Zytoplasma in eine innere Zone, die im Membransystem eingeschlossen ist, und eine äußere Zone.
Die Funktionen des ER sind vielfältig:
  • Das ER führt zu einer erheblichen Oberflächenvergrößerung innerhalb der Zelle. Dadurch werden viele Stoffwechselvorgänge begünstigt, die an Grenzflächen ablaufen. Die Anlagerung der Ribosomen, an denen die Proteinbiosynthese erfolgt, macht diese Bedeutung deutlich.
  • Die Membranen des ER unterteilen als Diffusionsbarrieren das Zytoplasma in getrennte Stoffwechselräume (z.B. unterschiedliche Ionenkonzentration innerhalb und außerhalb des ER).
  • Anreicherung von Stoffen in den Zisternen des ER.
  • Das Kanälchensystem des ER dient dem Transport von Stoffen innerhalb der Zelle.

Warum sind die Mitochondrien die „Kraftwerke der Zelle“?

Funktionell gesehen sind die Mitochondrien die „Kraftwerke“ der Zelle. Als Träger wichtiger Enzyme (Zitronensäurezyklus, Atmungskette) haben die Mitochondrien die Aufgabe, die beim oxidativen Abbau der Nährstoffe freiwerdende Energie im „energiereichen“ Adenosintriphosphat (ATP) zu speichern.
Mit Hilfe der Schlüsselsubstanz Adenosintriphosphat (ATP) kann die Energie, die mit den Nährstoffen zugeführt wird, im Zellinneren kontrolliert gespeichert und bei Bedarf abgerufen und übertragen werden.
Mitochondrien sind besonders dort zahlreich vorhanden, wo ein hoher Energieumsatz stattfindet, z.B. über 1000 Mitochondrien in der Leberzelle. Sie vermehren sich durch eigenständige Teilung.

Der GOLGI-Apparat*, warum – wieso – weshalb?

Der GOLGI-Apparat ist ein Sekretion- und Ausscheidungsorganell der Zelle. Stoffe, die in der Zelle produziert werden, aber in einer gewissen Konzentration schädlich sein können, werden vom übrigen Zytoplasma abgetrennt, indem sie im Innern der Hohlräume abgelagert und an den Verbrauchsort (oft außerhalb der Zelle) transportiert werden.
*) Benannt nach dem italienischen Zytologen GOLGI

Welche Aufgaben haben Centriolen?

Die Centriolen (Zentralkörperchen) liegen im Zytoplasma nahe bei der Kernmembran. Ihr Querschnitt zeigt Bündel von kleinen Stäbchen, die zu neun Dreiergruppen angeordnet sind. Die Centriolen sind für den geordneten Ablauf der Kernteilung im Rahmen der Zellteilung unerlässlich.

Was spielt sich im Zellkern ab?

Der Zellkern ist vom Zytoplasma durch eine Doppelmembran (Kernmembran) abgegrenzt. Die Kernmembran ist stellenweise mit dem Membransystem des endoplasmatischen Reticulum verbunden und an vielen Stellen von Kernporen durchbrochen, die dem Stoffaustausch dienen.
Im Kernbereich befinden sich die Kerngrundsubstanz (Kernplasma) und ein oder mehrere Kernkörperchen (Nucleoli).
Der Zellkern ist Steuerungszentrale für den gesamten Zellstoffwechsel. Außerdem ist er Träger der Erbanlagen (=Gene), die bei der Teilung von Zelle zu Zelle weitergegeben werden. Er bestimmt auch die differenzierte Ausbildung der Zellen und damit die artspezifische Gestalt des Organismus.
Stoffliche Grundlage der gespeicherten Informationen sind die Riesenmoleküle der Desoxyribonucleinsäure (DNS, DNA). Die DNA ist an Proteinstrukturen gebunden. Beide Komponenten bilden die stäbchenförmigen Chromosomen. Die Chromosomen werden erst bei Zellteilung sichtbar(„Teilungskern“). In Zellen, die sich nicht teilen, findet man ein fadenförmiges Chromatingerüst („Arbeitskern“).


.

One thought on “Die Zelle

Schreibe einen Kommentar