Die Zelle: Struktur, Funktion und Organisation des Lebens

Die Zelle: Strukturelle und Funktionelle Einheit des Lebens

Die Zelle ist die strukturelle Einheit aller lebenden Organismen (sers vivos). Sie ist die funktionelle Einheit des Lebens, da alle Stoffwechselvorgänge, die das Leben ermöglichen, in ihr stattfinden. Jede Zelle kann sich vermehren. Die Zelle ist auch die genetische Einheit aller lebenden Organismen.

Organisationsebenen

Das Thema umfasst verschiedene Organisationsebenen, die jeweils komplexer sind als die vorhergehende:

• Subatomare Partikel
• Atome
• Moleküle
• Makromoleküle und supramolekulare Komplexe
• Organellen
• Zellen
• Gewebe
• Organe
• Organsysteme
• Individuum

Zelltypen

Prokaryoten

Sie besitzen keinen Zellkern; ihr genetisches Material ist frei im Zytoplasma verteilt (z.B. Bakterien). Sie haben keine Organellen außer Ribosomen und Bläschen. Sie besitzen eine Zellwand.

Eukaryoten

Sie besitzen einen Zellkern, der das genetische Material enthält, und zahlreiche Zellorganellen (z.B. Protozoen, Algen, Pilze, Pflanzen, Tiere). Das Zytoplasma beherbergt eine große Anzahl von Organellen.

Strukturmerkmale von Prokaryoten

• Zellwand: Starre Hülle, die die Form der Bakterien bestimmt.
• Plasmamembran: Steuert den Ein- und Austritt von Stoffen. Wenn sie nach innen gefaltet ist, bildet sie Mesosomen, wo bakterielle Stoffwechselprozesse stattfinden.
• Chromosom: Eine ringförmige DNA-Molekül, das alle genetischen Informationen der Zelle enthält.
• Ribosomen: Kleine Organellen, in denen die Proteinsynthese stattfindet; ihre Größe variiert je nach Zelltyp.
• Flagellen: Zytoplasmatische Verlängerungen, die der Fortbewegung dienen.
• Pili: Zahlreiche, kurze, feste Strukturen, mit denen sich Bakterien am Substrat anheften.

Strukturmerkmale von Eukaryoten

• Plasmamembran
• Nukleus (Zellkern): Enthält das genetische Material und ist vom Rest der Zelle durch eine Kernhülle getrennt. Kernporen ermöglichen den Austausch von Stoffen mit dem Rest der Zelle.
• Zytoplasma: Wässriges Medium, das ein Netzwerk von Protein-Fasern bildet, die an Bewegungen und der Zellteilung beteiligt sind (Endoskelett).
• Zentrosom: Kontrolliert die Bewegung der Fasern des Endoskeletts und greift in die Zellteilung ein.
• Endoplasmatisches Retikulum (ER): Satz abgeflachter Säcke und röhrenförmiger Leitungen. Wenn es Ribosomen besitzt, ist es rau und synthetisiert Proteine; wenn nicht, ist es glatt und synthetisiert Lipide.
• Golgi-Apparat: Satz abgeflachter, gestapelter Zisternen. Er reichert Stoffe an, die aus dem ER stammen, und bildet an seiner Peripherie kleine Bläschen.
• Ribosomen: Bestehen aus RNA und Protein. Sie werden im Zellkern gebildet und führen die Synthese und den Transport von Proteinen durch.
• Mitochondrien: Hier findet die Zellatmung statt, die der Zelle Energie liefert.
• Lysosomen: Membranöse Vesikel, die aus dem Golgi-Apparat stammen. Sie enthalten Verdauungsenzyme, die komplexe Moleküle durch Hydrolyse in einfachere umwandeln.
• Vakuolen: Membranöse Vesikel, die Wasser sammeln und erhebliche Reserven sowie Pigmente enthalten.

Spezifische Unterschiede

• Tierische Zellen (C. animal): Besitzen ein Zentrosom, das Zentriolen bildet (bestehend aus Proteintubuli). Sie haben keine Zellwand und keine Plastiden. Die Vakuolen sind klein.
• Pflanzliche Zellen (C. vegetals): Besitzen eine Zellwand mit Kanälen, genannt Plasmodesmen, die die Verbindung zu anderen Zellen herstellen. Sie haben große Vakuolen und Chloroplasten.

Der Zellkern (Nukleus)

Bei tierischen Zellen befindet er sich meist zentral, bei pflanzlichen Zellen eher an den Rand gedrängt.

Bestandteile des Zellkerns

• Kernhülle (Nuclear envelope): Eine Doppelmembran, getrennt durch einen Intermembranraum. Die äußere Membran ist mit dem ER verbunden. Kernporen ermöglichen den Austausch von Substanzen.
• Nukleoplasma: Wässrige Umgebung, in der sich die inneren Kernkomponenten befinden. Hier findet die DNA-Replikation statt.
• Nukleolus (Kernkörperchen): Bildet Ribosomen und besitzt keine Membran.
• Chromatin: Besteht aus DNA-Fäden, die mit Proteinen verbunden sind und im Kernplasma verteilt sind. Es gibt so viele Chromatinfäden, wie der Zellkern hat.

Chromatin und Chromosomen

• Chromatin: DNA, wenn sie im Kernplasma zerstreut ist.
• Chromatide: DNA, wenn sie die Struktur der Chromosomen bildet.
• Chromosomen: Fadenförmige Gebilde, die während der Zellteilung erscheinen. Sie verteilen die genetische Information auf die Tochterzellen. Jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden, die durch ein Zentromer verbunden sind.
• Schwesterchromatiden: Haben den gleichen Bericht (gleiche DNA-Information).
• Homologe Chromatiden: Haben den gleichen oder auch unterschiedliche Berichte (Informationen).
• Homologe Chromosomen: Gleicher Bericht für einen Charakter (Merkmal).

Ploidiestufen

• Haploide Organismen: Besitzen nur einen Satz Chromosomen (n) in ihren Zellen (z.B. Ei- und Spermienzellen sowie prokaryotische Zellen).
• Diploide Organismen: Besitzen zwei Chromosomensätze (2n) in ihren somatischen Zellen.