Zelle - Biologie.

« ihre Struktur: Mitochondrien sind relativ große, meist bohnen- oder wurstförmige Gebilde, die von einer Doppelmembran umschlossen sind.

Die innere Membran ist starkgefaltet; an ihr finden wichtige biochemische Reaktionen wie die Atmungskette und der Citratzyklus statt.

Diese von Enzymen katalysierten Prozesse liefern der Zelle (unddem gesamten Organismus) Energie in Form des Moleküls Adenosintriphosphat (ATP).

Dabei wird Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid sowie Wasser erzeugt.

In denZellen anaerober Lebewesen gibt es keine Mitochondrien. Chloroplasten sind wie die Mitochondrien relativ groß und von zwei Membranhüllen umgeben, kommen jedoch nur in den Zellen von Pflanzen und anderen Organismen vor,die Photosynthese betreiben.

Die zahlreichen Membransäckchen (Thylakoide) im Inneren der Chloroplasten enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll.

Dort findet diePhotosynthese statt, bei der aus Kohlendioxid und Wasser mit Hilfe der Energie aus dem Sonnenlicht Kohlenhydrate aufgebaut werden; dabei wird Sauerstoff freigesetzt.Chloroplasten werden mit einigen sehr ähnlichen, aber chlorophyllfreien (oder chlorophyllarmen) Organellen auch als Plastiden zusammengefasst.

Auch in denchlorophyllfreien Plastiden werden Substanzen gebildet oder gespeichert, beispielsweise Stärke (in Amyloplasten), Carotinoide (in Chromoplasten) und Monoterpene (inLeukoplasten). 2.6 Innere Membranen, Endozytose und Sekretion Neben Zellkern, Mitochondrien und Plastiden enthält das Zytoplasma eine Fülle weiterer Körperchen, die jeweils von einer einzelnen Membran umschlossen sind undverschiedene Funktionen haben.

In einer typischen Tierzelle können die membranumhüllten Organellen bis zur Hälfte des gesamten Zellvolumens ausmachen.

InPflanzenzellen wird oft ein Großteil des Zellvolumens von einer membranumhüllten Vakuole eingenommen, die das Zytoplasma sowie die übrigen Organellen an den Randdrückt und den Innendruck (Turgor) der Zelle aufrechterhält. Das endoplasmatische Reticulum (ER) ist ein Netz membranumhüllter Hohlräume, das sich durch das Zytoplasma bis zur Plasmamembran zieht und mit der Kernhülleverbunden ist.

Man unterscheidet glattes ER und raues ER.

Auf dem rauen ER sitzen Ribosomen, dort werden also Proteine hergestellt.

In den ER-Membranen findenzahlreiche Stoffwechselprozesse statt, auch neue Bestandteile der Plasmamembran werden dort gebildet. Stapel aus abgeflachten Membransäckchen (Zisternen) bilden den Golgi-Apparat (auch Dictyosom).

Er nimmt die im endoplasmatischen Reticulum gebildeten Moleküle auf,verarbeitet sie weiter und transportiert sie in abgeschnürten Vesikeln zu verschiedenen Stellen in der Zelle oder zur Plasmamembran.

Lysosomen enthalten Enzyme für denAbbau zahlreicher Substanzen.

Peroxisomen dienen speziell dem Abbau der aggressiven Verbindung Wasserstoffperoxid. Zwischen endoplasmatischem Reticulum, Golgi-Apparat, Lysosomen und der Plasmamembran werden ständig Substanzen hin und her transportiert.

Der Austausch erfolgtüber kleinere Membranvesikel, die sich von einer Membran abschnüren und mit einer anderen verschmelzen.

Sehr große Teilchen oder sogar ganze Zellen können an derPlasmamembran durch Endozytose umschlossen und so ins Zellinnere befördert werden.

Auch den umgekehrten Vorgang, Sekretion oder Exozytose genannt, findet man beivielen Zellen: Dabei verschmelzen Vesikel aus dem Zellinneren mit der Plasmamembran und schütten ihren Inhalt in das die Zelle umgebende Medium aus. 3 ZELLTEILUNG UND DIFFERENZIERUNG Pflanzen und Tiere bestehen aus Tausenden bis mehreren Billionen Zellen (beim Menschen sind es rund 60 Billionen), die sich zu Geweben und Organen zusammengelagerthaben.

All diese Zellen gehen durch Zellteilung aus einer einzigen Zelle hervor, der befruchteten Eizelle (Zygote).

Die Zygote teilt sich in zwei Tochterzellen, die jeweils dasgesamte Genom der Ausgangszelle enthalten.

Während der Mitose (Kernteilung) verdoppelt sich das Genom jeder Zelle, so dass es anschließend zu gleichen Teilen auf diebeiden Tochterzellen verteilt werden kann.

Die ausgewachsenen Tochterzellen teilen sich dann erneut. Vor der eigentlichen Zellteilung verdoppelt sich die Substanz der Chromosomen, die sich in jeweils zwei identische Hälften, die Chromatiden, aufspalten.

Die Chromosomenordnen sich nun in einer Linie in der Mitte der Zelle (der Äquatorialebene) an, so dass je eine Chromatide auf einer Seite des Äquators liegt.

An den zwei Zellpolen bildetsich ein Apparat aus Mikrotubuli, der Spindelfaserapparat.

Mikrotubulifasern wachsen in Richtung Äquatorialebene und heften sich an die Chromatiden.

Anschließendverkürzen sich die Fasern und ziehen so die Chromatiden – in jeweils entgegengesetzter Richtung – zu den Polen.

Dann schnürt sich der Zellkörper in der Äquatorialebeneein, und um die Chromatiden bildet sich eine neue Kernmembran.

Nach vollendeter Einschnürung sind zwei Tochterzellen entstanden, und die Chromosomenstruktur löstsich auf.

Der ganze Vorgang dauert etwa zwei Stunden; im Verlauf von weiteren sechs bis zwölf Stunden verdoppelt sich die Substanz der Chromosomen erneut. Es gibt viele verschiedene Arten von Gewebezellen; Nervenzellen (oder Neuronen) beispielsweise haben einen sehr langen, dünnen Fortsatz (Axon) und an dessen EndeSynapsen.

Unterschiede ergeben sich, weil jede Zelle andere RNA- und Proteinmoleküle bildet, ohne dass sich dabei die DNA-Sequenz ändert.

Bei diesem Vorgang, den manDifferenzierung nennt, werden Gene gezielt an- oder abgeschaltet ( siehe Genregulation). Meist ist die Differenzierung einer Zelle irreversibel, d.

h.

nicht mehr rückgängig zu machen: Eine menschliche Nervenzelle kann nicht mehr zu einer Muskelzelle werden.Auch die Rückkehr in den Zustand unspezialisierter Zellen des frühen Embryos ist meist nicht mehr möglich.

Ausnahmen sind z.

B.

Zellen in den Meristemen eineswachsenden Baumstamms.

Hoch spezialisierte Zellen, die sich nicht durch einfache Zellteilungen regenerieren können, werden aus Stammzellen neu gebildet, imKnochenmark beispielsweise Erythrozyten („rote Blutzellen”), Thrombozyten („Blutplättchen”) und Leukozyten („weiße Blutzellen”).

Stammzellen im Gehirn können sichsowohl zu Nervenzellen als auch zu Gliazellen (vorwiegend mit Stütz- und Versorgungsfunktion) entwickeln. 4 ZELLVERBINDUNGEN Damit überhaupt ein vielzelliger Organismus entstehen kann, müssen die unterschiedlichen Zelltypen zu Geweben und Organen zusammengefasst werden.

BenachbarteZellen höherer Pflanzen sind durch Zytoplasmabrücken in den Zellwandlücken (Plasmodesmen) miteinander verknüpft; ihre Zellwände bilden eine wabenartige Struktur.

Beiden meisten Tieren sind die Zellen durch die extrazelluläre Matrix verbunden, ein relativ lockeres Fasergeflecht, das große organische Moleküle (Makromoleküle) wieGlykoproteine (Kohlenhydrat-Protein-Verbindungen) oder Kollagen enthält. In Epithelien haften die Plasmamembranen benachbarter Zellen eng aneinander, so dass Stoffe nicht vorbei-, sondern nur durch die Zellen hindurchfließen können.

DerStofffluss wird also durch die Plasmamembran und das Zytoplasma der Epithelzellen kontrolliert bzw.

eingeschränkt (siehe oben), die damit auch für die Abgrenzung der Organe sorgen.

Bei der Entstehung von Skelettmuskeln verschmelzen embryonale Muskelzellen (Myoblasten) miteinander und bilden eine einzige Muskelfaser mitzahlreichen Zellkernen. 5 SIGNALÜBERTRAGUNG Für das Funktionieren eines vielzelligen Organismus ist es notwendig, dass die Zellen miteinander in Verbindung treten und ihre Tätigkeit koordinieren.

Dies geschieht inerster Linie durch das Nervensystem und durch Hormone.

In beiden Fällen müssen Rezeptormoleküle in der Plasmamembran vorhanden sein.

Wenn ein passendes Molekülan einen solchen Membranrezeptor bindet, löst dieses Signal in der Zelle eine biochemische Reaktion aus.

Rezeptoren reagieren nur auf bestimmte Moleküle, so dass dieSignalübertragung eindeutig ist. Das Nervensystem besteht aus Nervenzellen, die über Synapsen miteinander verknüpft sind.

Nervenzellen empfangen von anderen Zellen Signale und leiten sie weiter(siehe Neurophysiologie); die signalübertragenden Moleküle heißen Neurotransmitter.

Mit ihren baumähnlich verzweigten Ausläufern (Dendriten) an ihrem Zellkörper stehen die Nervenzellen oft mit zahlreichen anderen Nerven- oder Sinneszellen in Verbindung und bilden so im Körper ein komplexes Netz. Hormone sind Botenstoffe, also Moleküle, die in den Zellen von Drüsen oder speziellen Geweben des endokrinen Systems produziert werden.

Sie werden im Blut oder im. »