Die Zelle: Aufbau, Funktion und die Prozesse der Zellteilung
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Die Zelle: Definition und grundlegende Einheiten
Die Zelle ist die grundlegende Einheit aller Organismen in physiologischer, morphologischer, entwicklungsbiologischer, reproduktiver und genetischer Hinsicht.
Sie ist die kleinste Einheit des Lebens.
Zelltypen: Prokaryoten und Eukaryoten
Es werden zwei Haupttypen unterschieden: prokaryotische und eukaryotische Zellen.
Prokaryoten
Prokaryoten besitzen Zellwände, aber keinen Zellkern (Nukleus).
Eukaryoten
Eukaryoten werden weiter in pflanzliche oder tierische Zellen unterteilt.
Unterschiede zwischen Tier- und Pflanzenzellen
Im Gegensatz zu Pflanzenzellen besitzen Tierzellen Lysosomen, die Lipide abbauen. Pflanzenzellen hingegen besitzen eine Zellwand aus Zellulose, die Tierzellen fehlt.
Zellorganellen und ihre Funktionen
Die zytoplasmatischen Organellen übernehmen spezifische Aufgaben:
- Photosynthese (in Pflanzen).
- Synthese und Verpackung von Lipiden und Proteinen.
- Energiegewinnung.
- Enthalten die genetische Struktur.
Die Zellmembran (Zytoplasmamembran)
Die Zellmembran ist eine dünne, durchlässige Schicht, die den Stoffaustausch (Aufnahme von Stoffen und Ausscheidung von Abfällen) ermöglicht.
Der Zellkern (Nukleus)
Der Zellkern enthält die genetische Information, die an die Nachfolgerzellen übertragen wird.
Zellteilung I: Die Mitose (Asexuelle Fortpflanzung)
Die Mitose ist eine Form der asexuellen Fortpflanzung, an der somatische (Körper-) Zellen beteiligt sind. Aus einer Zelle entstehen am Ende zwei Tochterzellen mit der gleichen Menge an DNA und Zytoplasma.
Phasen der Mitose
- Interphase: Die Zelle bereitet sich auf die Mitose vor.
- Prophase: Die DNA kondensiert und bildet Chromosomen.
- Metaphase: Die Chromosomen ordnen sich in der Mitte der Zelle an.
- Anaphase: Die Schwesterchromatiden trennen sich und werden zu den entgegengesetzten Polen gezogen. Das Zytoplasma beginnt sich einzuschnüren.
- Telophase: Die DNA der Chromosomen entrollt sich, der Nucleolus und die Kernmembran erscheinen wieder.
- Zytokinese: Die Zelle teilt sich vollständig in zwei kleinere Tochterzellen.
Zellteilung II: Die Meiose (Geschlechtliche Fortpflanzung)
Die Meiose ist die Art der Zellteilung, die zur Bildung von Gameten (Geschlechtszellen) dient, wie Eizellen und Spermien bei Tieren oder Pollen bei Pflanzen.
Die geschlechtliche Fortpflanzung tritt nur bei Eukaryoten auf. Während der Entstehung der Keimzellen wird die Chromosomenzahl halbiert. Die volle Chromosomenzahl wird wiederhergestellt, wenn die beiden Gameten während der Befruchtung verschmelzen. Dadurch wird genetische Information von Mutter und Vater kombiniert, was zur Bildung eines neuen Individuums derselben Art führt.
Meiose I (Reduktionsteilung)
Prophase I
Während der Prophase I findet ein wichtiges Ereignis statt: das Crossing-over zwischen homologen Chromosomen.
Metaphase I
Die Spindelfasern heften sich am Zentromer jedes homologen Chromosomenpaares an.
Telophase I
Jede neue Zelle hat nur einen replizierten Satz von Chromosomen. Je nach Art kann sich die neue Kernmembran bilden (oder auch nicht).
Meiose II (Äquationsteilung)
Prophase II
Die Kernmembran löst sich auf und Spindelfasern erscheinen, wie in der Prophase der Mitose.
Metaphase II
Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an. Die Spindelfasern heften sich an den gegenüberliegenden Seiten des Zentromers in der Kinetochor-Region an.
Anaphase II
Das Zentromer teilt sich. Die Chromatiden (jetzt einzelne Chromosomen) werden zu den entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen.
Telophase II
Die DNA der Chromosomen entrollt sich, der Nucleolus und die Kernmembran erscheinen wieder. Die Zytokinese trennt die Zellen.
Weitere Form der asexuellen Fortpflanzung
Binäre Spaltung (Zweiteilung)
Die binäre Spaltung ist eine Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung, die bei Bakterien, Hefen, Algen und einzelligen Protozoen auftritt. Die Mutterzelle teilt sich in zwei Tochterzellen von gleicher Größe.