Grundlagen der Zellbiologie: Struktur und Funktionen

Die Zelle

Eine Zelle besteht aus drei Hauptelementen: Membran, Zytoplasma und genetischem Material. Sie erfüllt drei wesentliche Funktionen: Ernährung, Beziehung und Fortpflanzung.

Die Plasmamembran

Die Plasmamembran fungiert als Schutzhülle, die die Zelle nach außen abgrenzt, ohne sie jedoch vollständig zu isolieren, da sie den Austausch von Materie und Energie ermöglicht. Sie besteht aus Lipiden, Proteinen und einem geringen Anteil an Kohlenhydraten. Da die Lipid-Protein-Struktur beweglich ist, wird sie als Fluid-Mosaik-Modell bezeichnet. Ihre Hauptfunktion ist die Aufrechterhaltung einer stabilen intrazellulären Umgebung durch die Regulierung des Durchtritts von Wassermolekülen und anderen Elementen.

Sekretorische Membranen

Einige Zellen besitzen eine zusätzliche Schutzschicht über der Plasmamembran:

• Pflanzliche Zellen: Die Zellwand, deren Hauptbestandteil Zellulose ist.
• Tierische Zellen: Der Glykokalix, der hauptsächlich aus Glykoproteinen besteht.

Endozytose

Bei der Endozytose werden große Moleküle aus der Umgebung in die Zelle aufgenommen, indem sich die Membran einstülpt. Dieser Prozess erfordert Energie in Form von ATP. Es gibt zwei Arten:

• Pinozytose: Aufnahme von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen durch Pinozytose-Vesikel.
• Phagozytose: Aufnahme fester und großer Partikel (z. B. Mikroorganismen oder Zelltrümmer) zur Nahrungsaufnahme.

Exozytose

Dies ist der Mechanismus, bei dem Makromoleküle in zytoplasmatischen Vesikeln aus dem Zellinneren zur Plasmamembran transportiert und nach außen abgegeben werden. Dabei verschmelzen die Vesikel- und Plasmamembran, um eine Pore für den Inhalt zu bilden.

Aktiver Transport durch die Membran

Beim aktiven Transport werden Moleküle unter Energieverbrauch (ATP) durch Membranproteine gegen einen elektrochemischen Gradienten befördert. Beispiele sind:

• Na+/K+-Pumpe: Transport von Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle.
• Ca2+-Pumpe: Transport von Calcium aus der Zelle.

Wimpern und Geißeln

Dies sind mobile Zytoplasmafortsätze auf der Zelloberfläche. Sie ermöglichen die Bewegung der Zelle und erzeugen bei Zilien Strömungen, um Nahrung heranzuführen.

Unterschiede zwischen Mitose und Meiose

Mitose

Die Mitose ist eine Karyokinese, die zu zwei Tochterzellen mit der gleichen Chromosomenanzahl wie die Mutterzelle führt. Während der Prophase finden keine Synapsen oder Crossovers statt. In der Anaphase trennen sich die Schwesterchromatiden. Sie findet vor allem in somatischen Zellen statt.

Meiose

Die Meiose besteht aus zwei Karyokinesen und zwei Zytokinesen. Sie führt zu vier Tochterzellen mit dem halben Chromosomensatz der Mutterzelle. Während der Prophase finden Synapsen und Chiasmenbildung statt. In der Anaphase I wandern die homologen Chromosomen zu den Polen. Sie tritt bei der Bildung von Gameten und Meiosporen auf.

Dunkelreaktion (Calvin-Benson-Zyklus)

Dieser Prozess findet im Stroma der Chloroplasten statt und ist lichtunabhängig. Er umfasst drei Phasen:

1. Fixierung: CO2 wird an eine 5C-Verbindung gebunden.
2. Reduktion: Unter Verwendung von ATP und NADPH aus der Lichtreaktion wird der fixierte Kohlenstoff reduziert.
3. Regeneration: Eine Reihe von Reaktionen regeneriert die 5C-Verbindung, um den Zyklus fortzusetzen.

Der Zyklus dient der Synthese organischer Biomoleküle.