Grundlagen der Zellbiologie: Stoffwechsel und Transport
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Photosynthese: Energiegewinnung aus Sonnenlicht
Die Photosynthese ist ein Prozess, bei dem Pflanzen, Algen und einige Bakterien Energie aus dem Sonnenlicht nutzen.
Zellulärer Transport und Membranphänomene
Aktiver Transport
Der aktive Transport ist ein Prozess, bei dem Substanzen unter Energieverbrauch in die Zelle aufgenommen werden.
Passiver Transport
Der passive Transport ist die Bewegung von Substanzen entlang eines Konzentrationsgefälles, wobei keine Energie verbraucht werden muss.
Turgor
Der Turgor ist ein physikalisches Phänomen, bei dem Zellen Flüssigkeiten aufnehmen, anschwellen und prall werden.
Plasmolyse
Die Plasmolyse ist ein physikalisches Phänomen, bei dem Zellen Flüssigkeit verlieren und schrumpfen.
Phagozytose
Bei der Phagozytose umschließt die Zelle Nahrungspartikel, um sie zu verdauen.
Diffusion
Die Diffusion ist die Bewegung eines Stoffes durch eine semipermeable Membran von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich geringerer Konzentration.
Osmose
Die Osmose ist der Übergang eines Lösungsmittels (meist Wasser) durch eine semipermeable Membran von einem Gebiet geringerer Konzentration gelöster Stoffe zu einem Gebiet stärkerer Konzentration gelöster Stoffe.
Zellulärer Transport
Der zelluläre Transport beschreibt den Austausch von Stoffen zwischen der Zelle und ihrer Umgebung sowie umgekehrt.
Formen der Atmung und Energiegewinnung
Aerobe Atmung
Die aerobe Atmung ist der Prozess, der für die meisten Lebewesen, sogenannte Aerobier, charakteristisch ist und Sauerstoff benötigt. Sie ist typisch für eukaryotische Organismen im Allgemeinen und bestimmte Arten von Bakterien.
Anaerobe Atmung
Die anaerobe Atmung ist ein biologischer Oxidations-Reduktions-Prozess von Zuckern und anderen Verbindungen, bei dem das terminale Elektronenakzeptor-Molekül in der Regel anorganisch und nicht Sauerstoff ist. Dieser Prozess wird hauptsächlich von Bakterien durchgeführt.
Fermentation (Gärung)
Die Fermentation (Gärung) ist ein kataboler Prozess der unvollständigen Oxidation, der vollständig anaerob abläuft. Das Endprodukt ist dabei eine organische Verbindung.
Physiologische Atmung und Zellatmung
Die Atmung ist der physiologische Prozess, bei dem lebende Organismen Sauerstoff aus der Umgebung aufnehmen und Kohlendioxid abgeben. Der Begriff „Atmung“ wird auch für den Prozess der Energiefreisetzung durch die Zellen verwendet, der durch die Verbrennung von Molekülen wie Kohlenhydraten und Fetten erfolgt.
Kohlendioxid und Wasser sind die Endprodukte dieses Vorgangs, der als Zellatmung bezeichnet wird, im Gegensatz zum globalen physiologischen Prozess der Atmung. Die Zellatmung ist in den meisten Organismen ähnlich, von Einzellern wie Amöben und Pantoffeltierchen bis hin zu höheren Organismen.
Zellkern (Nukleus)
Der Zellkern dirigiert die Kernfunktionen der zellulären Aktivität, da er das genetische Programm enthält, welches die Entwicklung und das Funktionieren der Zelle steuert.
Wichtige Funktionen des Zellkerns:
- Er ist der Sitz der Replikation (Verdoppelung der DNA) und der Transkription (RNA-Synthese), wohingegen die Translation im Zytoplasma stattfindet.
- Bei Prokaryoten finden diese Prozesse zusammen in derselben Zellkompartiment statt.
Mitochondrien und Energieproduktion
Die wichtigste Funktion der Mitochondrien ist die Generierung von Energie zur Aufrechterhaltung der Zellaktivität durch Prozesse der aeroben Atmung.
Der Weg zur Energie:
Nährstoffe werden im Zytoplasma der Zelle zu Brenztraubensäure gespalten, die dann in die Mitochondrien gelangt. In einer Reihe von Reaktionen, zu denen auch der sogenannte Krebs-Zyklus (oder Zitronensäurezyklus) gehört, reagiert Brenztraubensäure mit Wasser, um Kohlendioxid und Wasserstoffatome zu erzeugen.
Diese Wasserstoffatome werden entlang einer Kette spezieller Moleküle, den sogenannten Coenzymen, zum Kamm der inneren Membran transportiert. Dort angekommen, spenden die Coenzyme den Wasserstoff an eine Reihe von membrangebundenen Proteinen, die die Elektronentransportkette bilden.
Funktionen der Plasmamembran
Empfang von Informationen:
Die intrinsischen Proteine der Plasmamembran können die Fähigkeit besitzen, bestimmte Stoffe anzuziehen und Informationen von diesen Stoffen an die Zelle zu übermitteln. Intrinsische Proteine mit solchen Eigenschaften werden als Rezeptoren bezeichnet.