Aufbau und Funktion eukaryotischer Zellorganellen

Eukaryotische Zellen und ihre Organellen

Mitochondrien: Die Kraftwerke der Zelle

Mitochondrien sind Organellen, die von zwei Membranen umgeben sind und in allen eukaryotischen Zellen vorkommen. Sie werden als Kraftwerke der Zelle betrachtet, da in ihnen die Oxidation von Fettsäuren sowie die aerobe Phase der Zellatmung stattfinden.

• Äußere Membran: Sie ist glatt und durchlässig.
• Intermembranraum (externe Kammer): Dieser liegt zwischen den zwei Membranen und weist aufgrund der Durchlässigkeit der äußeren Membran eine dem Cytosol sehr ähnliche Zusammensetzung auf.
• Innere Membran: Sie präsentiert eine Reihe von nach innen gerichteten Falten, die mitochondrialen Cristae. Diese Membran regelt durch ihre Durchlässigkeit den Austausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Mitochondrien. Auf den Cristae erscheinen F1-Teilchen (ein Komplex der ATP-Synthase). Ihre Funktion ist die Kopplung von Redox-Reaktionen. Sie bestehen aus einem Kopf, der zur Matrix gerichtet ist, einem Stiel und einer kleinen Basis, die in den Enzymkomplex der Membran eingebettet ist, welcher die Atmungskette darstellt. Die Funktion ist der Transport von Elektronen von Atomen oder Wasserstoff.
• Innenraum: Dieser ist durch ein proteinreiches Material besetzt, die Matrix. Hier lassen sich kleine, ringförmige DNA-Stränge und Ribosomen beobachten, die denen von Bakterien ähneln.

Das Zytoskelett: Stütze und Bewegung

Das Zytoskelett besteht aus einem Netzwerk von Proteinfasern, die sich im Zytoplasma ausdehnen und als interne Unterstützung dienen. Es bestimmt die Form der Zelle, ihre interne Organisation und ihre Bewegung.

Zusammensetzung des Zytoskeletts

• Mikrofilamente: Diese dünnen Filamente bestehen aus Aktin (in Form von kugeligem G-Aktin). Mikrofilamente sind an verschiedenen Prozessen beteiligt:
  • Muskelkontraktion: In Verbindung mit dem Protein Myosin sind sie für die Kontraktion der Muskelzellen verantwortlich.
  • Übertragung durch Pseudopodien: Sie ermöglichen im Zytoplasma die Amöbenbewegung und Phagozytose.
  • Bildung des kontraktilen Rings: Dieser Ring aus Aktin und Myosin bildet sich am Ende der Zellteilung und bewirkt die Einschnürung, die zur Trennung der zwei Tochterzellen führt.
• Intermediärfilamente: Sie haben einen mittleren Durchmesser zwischen Mikrotubuli und Mikrofilamenten. Ihre Zusammensetzung und Funktion hängen von der Struktur und dem Zelltyp ab (z. B. Keratinfilamente und Neurofilamente).
• Mikrotubuli: Hohlzylinder, deren Wand aus verstreuten Tubulin-Untereinheiten besteht. Sie befinden sich im Zytoplasma und sind Teil des Zytoskeletts.

Funktionen der Mikrotubuli

• Mechanik: Sie bilden eine Art Rahmen, der für die Aufrechterhaltung der Zellform verantwortlich ist.
• Transport intrazellulärer Organellen: Sie bilden eine Art Fahrbahn, auf der sich Organellen und Vesikel bewegen können.
• Bewegung der Chromosomen: Sie bilden den Mitosespindelapparat, der die Bewegung der Chromosomen leitet.
• Organisation des Zytoskeletts: Sie wirken bei der Verteilung der restlichen Filamente mit.

Lysosomen: Die Verdauungseinheiten

Lysosomen sind von einer Membran umgebene Vesikel, deren Innenraum eine große Menge an hydrolytischen Enzymen oder Hydrolasen enthält, die in der Lage sind, die meisten biologischen Makromoleküle zu verdauen.

Einteilung der Lysosomen

• Primäre Lysosomen: Diese sind noch an keinem Verdauungsprozess beteiligt. Sie entstehen im RER (Raues Endoplasmatisches Retikulum) und im Golgi-Apparat.
• Sekundäre Lysosomen: Diese stammen von den primären Lysosomen ab, sobald sie an einem intrazellulären Verdauungsprozess beteiligt sind.

Funktionen der Lysosomen

• Extrazelluläre Verdauung: Die Membran des primären Lysosoms verschmilzt mit der Plasmamembran, und Enzyme werden durch Exozytose freigesetzt, um extrazelluläres Material zu verdauen.
• Intrazelluläre Verdauung exogener Materialien: Feste Partikel und Makromoleküle können von der Zelle durch Endozytose aufgenommen werden. Dies hilft bei der Verdauung, Ernährung und Verteidigung gegen pathogene Mikroorganismen.
• Intrazelluläre Verdauung endogener Materialien: Durch den Prozess der Autophagie werden zelluläre Komponenten erneuert. Die Autophagie sorgt für den Ersatz verbrauchter Zellteile sowie für die Ernährung der Zelle im Hungerzustand.

Der Golgi-Apparat (AG)

Ein häutiger Komplex, der aus einem Set von Einheiten, den Dictyosomen, besteht. Er umfasst:

• Zisternen: Gruppierte, abgeflachte und gestapelte Bläschen.
• Übergangsvesikel: Kleine Bläschen, die eng mit den Zisternen verbunden sind und als Transportmittel dienen.
• Sekretvesikel: Größere Vesikel, die an den Rändern der Dictyosomen platziert sind.

Aufgaben und Prozesse

Funktionen: Bildung von primären Lysosomen und die Sekretion.

Prozess: Proteine aus dem RER werden in Übergangsvesikel gekapselt und zum Golgi-Apparat transportiert. Sie treten in das Dictyosom über die Zisterne ein, die dem RER am nächsten liegt (Cis-Seite), und erhalten dort spezielle Stoffe. Anschließend transportieren andere Vesikel die Proteine durch die mittleren Zisternen. Je nach ihrer Position im Dictyosom werden die Proteine entsprechend ihrer Bestimmung modifiziert. Im letzten Abteil (Trans-Zisterne) werden die Proteine sortiert und für ihren endgültigen Bestimmungsort verpackt: Einige werden zu primären Lysosomen, andere verbinden sich mit der Plasmamembran, und wieder andere bilden Sekretionskörner, die für die Ausscheidung von Stoffen aus der Zelle zuständig sind.