Aufbau und Funktion der Zelle: Ein umfassender Überblick

Die Zelle: Baustein des Lebens

Die Zelle ist die strukturelle und funktionelle Einheit aller Lebewesen. Alle Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen. Sie ist die kleinste Einheit der Materie, die grundlegende Lebensfunktionen ausführt. Jede Zelle leitet sich dabei von einer anderen Zelle ab.

Strukturelle Einteilung der Zellen

Zellen können in zwei Hauptgruppen unterteilt werden:

• Eukaryoten: Diese besitzen DNA, die in einem echten Zellkern durch eine Doppelmembran vom restlichen Zytoplasma getrennt ist (z. B. tierische und pflanzliche Zellen).
• Prokaryoten: Die DNA ist nicht durch eine Membran vom Zytoplasma getrennt, sondern liegt frei darin vor (z. B. Bakterien).

Bestandteile und Organellen der Zelle

Zellmembran und Zytoplasma

Zellmembran (Plasmamembran): Diese Membranhülle umschließt das Zytoplasma und fungiert als Barriere. Sie steuert den Austausch von Stoffen zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle. Sie besteht aus einer Lipid-Doppelschicht, die von Proteinen unterbrochen wird. In pflanzlichen Zellen ist sie zusätzlich mit einer starren Schicht aus Zellulose verstärkt.

Zytoplasma: Eine gelartige Substanz, die hauptsächlich aus Wasser und Mineralsalzen besteht. Hier sind die Organellen eingebettet. Die Lösung, in die sie eingetaucht sind, wird auch Hyaloplasma genannt.

Der Zellkern und seine Strukturen

Zellkern (Nucleus): Er enthält die genetische Information in Form von DNA (Desoxyribonukleinsäure). Die DNA ist an Proteine gebunden und bildet das Chromatin. Während der Zellteilung kondensiert dieses zu Chromosomen. Die Kernmembran ist perforiert, um den Stoffaustausch zu ermöglichen.

Nukleolus: Ein rundes oder ovales Gebilde im Zellkern, das für die Herstellung von RNA (ribosomale Ribonukleinsäure) zuständig ist.

Wichtige Zellorganellen

• Golgi-Apparat: Ein System aus Membransäcken, das für den Transport und die Ausschleusung synthetisierter Verbindungen verantwortlich ist.
• Mitochondrien: Die „Kraftwerke der Zelle“. Sie besitzen eine Doppelmembran und erzeugen durch Zellatmung (Krebs-Zyklus) Energie in Form von ATP.
• Ribosomen: Kugelförmige Strukturen, die für die Synthese von Proteinen und Enzymen verantwortlich sind. Sie befinden sich im Zytoplasma oder am endoplasmatischen Retikulum.
• Endoplasmatisches Retikulum (ER): Man unterscheidet das glatte ER (Synthese von Membranlipiden) und das raue ER (mit Ribosomen besetzt, beteiligt an der Proteinsynthese).
• Lysosomen: Membranvesikel, die Verdauungsenzyme enthalten.
• Zytoskelett: Ein Netz aus Filament-Proteinen, das der Zelle Form gibt und für Bewegungen verantwortlich ist.
• Zentrosom: Ein Bereich neben dem Kern, aus dem das Zytoskelett entspringt (in tierischen Zellen mit Zentriolen).

Besonderheiten der Pflanzenzelle

Pflanzenzellen besitzen im Gegensatz zu tierischen Zellen keine Zentriolen, dafür aber einzigartige Strukturen:

• Zellwand: Besteht aus Zellulose, schützt die Zelle und bewahrt ihre Form.
• Vakuolen: Große Organellen, die bis zu 90 % der Zelle einnehmen können. Sie speichern Chemikalien, regulieren den Turgordruck und dienen der Verdauung.
• Chloroplasten: Hier findet die Photosynthese statt. Sie enthalten Chlorophyll und besitzen eine Thylakoidmembran.

Stoffwechsel und Energiegewinnung

In den Zellen finden chemische Reaktionen statt, die als Stoffwechsel bezeichnet werden. Er unterteilt sich in:

• Anabolismus: Aufbau körpereigener Stoffe aus Nährstoffen unter Energieverbrauch (z. B. Photosynthese).
• Katabolismus: Abbau komplexer Verbindungen in einfache Bauteile zur Freisetzung von Energie.

Das ATP (Adenosintriphosphat): Es ist der wichtigste Vermittler zwischen energieerzeugenden und energieverbrauchenden Prozessen. Ein ATP-Molekül besteht aus Adenin, Ribose und drei Phosphatgruppen mit energiereichen Bindungen.

Stoffaustausch mit der Umwelt

Zellen nehmen Nährstoffe auf, wobei man zwischen autotropher Ernährung (Selbstversorgung durch anorganische Stoffe wie CO2) und heterotropher Ernährung (Aufnahme organischer Stoffe) unterscheidet.

Transportmechanismen durch die Membran

• Diffusion: Stoffe wandern entlang des Konzentrationsgefälles von der höheren zur niedrigeren Konzentration.
• Osmose: Wasser wandert durch eine semipermeable Membran zur Seite der höheren Konzentration, bis ein Gleichgewicht (isotonisch) erreicht ist.
• Aktiver Transport: Transport gegen das Konzentrationsgefälle unter Verbrauch von ATP-Energie.

Zusammenfassung der Merkmale

Prokaryoten:

• Kein echter Zellkern; DNA liegt frei vor.
• Mangel an membranumschlossenen Organellen.
• Besitzen Geißeln ohne komplexe kontraktile Kapazität.

Eukaryoten:

• Deutliche Trennung von Kern und Zytoplasma.
• Zellkern meist zentral gelegen, enthält genetisches Material und Nukleoli.
• Alle Organellen sind durch Membranen voneinander getrennt.
• Besitzen komplexe Geißelstrukturen.