Grundlagen der Zelle, Genetik und Pflanzengewebe

Die Zelle: Grundeinheit des Lebens

Alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Zellen sind die Grundeinheiten des Lebens, die in der Lage sind, anatomische (strukturelle), physiologische (funktionelle) und genetische (Vererbungs-) Prozesse auszuführen, sich zu ernähren, zu interagieren und sich zu reproduzieren.

Zelltypen

• Prokaryoten: Besitzen keinen Zellkern. Die DNA ist frei im Zytoplasma verteilt. (z. B. Bakterien)
• Eukaryonten: Besitzen einen Zellkern, in dem die DNA enthalten ist. (z. B. Tiere, Pflanzen)

Zellorganellen und ihre Funktionen

Plasmamembran

Begrenzt die Zelle, isoliert sie aber nicht vollständig und steuert den Ein- und Austritt von Materialien. Pflanzen, Bakterien und Pilze besitzen zusätzlich eine Zellwand (oft aus Zellulose).

Zytoplasma

Das Medium der Zelle, in dem sich die Organellen befinden. Organellen sind Strukturen, die bestimmte Funktionen ausführen.

Ribosomen

Sehr kleine Strukturen, die für die Proteinsynthese (Herstellung) verantwortlich sind.

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

Ein System flacher Membransäcke, das mit der Plasmamembran kommuniziert. Es dient dem Transport und der Speicherung von Substanzen. Es ist rau, wenn es Ribosomen trägt.

Golgi-Apparat

Ein Stapel von Säcken (Zisternen) mit Verdickungen an den Enden, umgeben von Bläschen. Er dient der Herstellung von Stoffen, die außerhalb der Zelle ausgeschieden werden.

Lysosomen

Bläschen, die Verdauungsfunktionen innerhalb der Zelle übernehmen.

Vakuolen

Hohlräume, die zur Speicherung von Reservestoffen dienen. Besonders entwickelt in Pflanzenzellen.

Mitochondrien

Längliche Organellen (nur mit dem Lichtmikroskop sichtbar). Funktion: Energiegewinnung (Zellatmung).

Plastiden (Chloroplasten)

Zellorganellen, die exklusiv in Pflanzenzellen vorkommen. Sie sind grün, da sie Chlorophyll enthalten. Funktion: Photosynthese.

Zentriolen

Zellorganellen, die exklusiv in Tierzellen vorkommen. Funktion: Beteiligt an der Zellteilung (sie ziehen die Chromosomen zu den Enden) sowie an der Entstehung und Bewegung von Zilien und Flagellen.

Zilien (Wimpern) und Flagellen (Geißeln)

Organellen der Bewegung. Zilien sind zahlreich und kurz. Flagellen sind wenige und lang (z. B. der Schwanz von Spermien).

Kern und genetisches Material

Zellkern

Enthält das genetische Material (DNA und RNA). Funktion: Steuert und leitet alle Prozesse der Zelle. Kann einen oder zwei Nukleoli (Kernkörperchen) enthalten, die durch die Ansammlung von DNA gebildet werden.

Genexpression

Der Prozess beginnt mit der Transkription, bei der ein DNA-Abschnitt auf mRNA (Messenger-RNA) kopiert wird. Das spiralisierte Fragment (Chromosom) bewegt sich außerhalb des Zellkerns. Anschließend lesen die Ribosomen die mRNA und bilden Proteine gemäß der genetischen Information.

Aminosäuren

Die Bausteine der Proteine. Jeweils drei Nukleotide kodieren für eine Aminosäure.

Chromosom

Jedes Stück DNA, das einen Satz von Merkmalen kodiert. Vor der Zellteilung spiralisiert und kondensiert es sich. Am Ende der Teilung verbinden sich die Fragmente wieder. Jede Art hat eine charakteristische Anzahl von DNA-Molekülen. Die Chromosomen bilden Paare (homologe Chromosomen).

Chromosomensätze und Zellteilung

• Diploider Chromosomensatz (2n): Die Gesamtzahl der Chromosomen.
• Haploider Chromosomensatz (n): Die Anzahl der Chromosomen in reifen Keimzellen.
• Homologe Chromosomen: Die Chromosomenpaare.
• Geschlechtschromosomen: Die letzten beiden Chromosomen bestimmen das Geschlecht (XY = männlich, XX = weiblich).

Mitose (Zellkernteilung)

Die Mitose dient der Bildung von zwei Tochterzellen mit der gleichen Anzahl von Chromosomen wie die Mutterzelle (betrifft alle Zellen außer Spermien und Eizellen). Vor der Zellteilung wird die DNA verdoppelt.

1. Prophase: Die Chromosomen werden gebildet.
2. Metaphase: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an.
3. Anaphase: Jedes Molekül wandert zu einem entgegengesetzten Ende der Zelle.
4. Telophase: Es bilden sich zwei neue Zellkerne, da sich die Zelle teilt.

Meiose (Reduktionsteilung)

Aus einer Mutterzelle entstehen vier Tochterzellen mit der Hälfte der Chromosomenzahl der Mutterzelle (betrifft nur Keimzellen: Spermien und Eizellen). Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen:

Meiose I

1. Prophase I: Homologe Chromosomenpaare werden sichtbar.
2. Metaphase I: Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an.
3. Anaphase I: Jeweils ein Chromosom wandert zu einem Ende der Zelle.
4. Telophase I: Die Zelle teilt sich und endet.

Meiose II

Prophase II, Metaphase II, Anaphase II, Telophase II: Diese Phasen sind identisch mit den entsprechenden Phasen der Mitose.

Gefäßgewebe in Pflanzen

Das Gefäßgewebe in Pflanzen besteht aus Leitbündeln (Röhren).

1. Xylem (Holzteil)

   Besteht aus verholzten Gefäßen. Transportiert den Rohsaft (Wasser + Mineralsalze) von der Wurzel zu den Blättern. In den Blättern findet die Photosynthese statt, welche den Rohsaft in den fertigen Saft (Wasser + organische Stoffe) umwandelt.

2. Phloem (Siebteil)

   Besteht aus Siebröhren. Transportiert den fertigen Saft (die in den Blättern gewonnenen Nährstoffe) in die gesamte Pflanze.