Zellorganellen: Aufbau, Funktion und Bedeutung im Überblick

Ribosomen: Aufbau und Funktion

Ribosomen befinden sich im Zytosol, auf dem rauen Endoplasmatischen Retikulum (RER), an der äußeren Kernmembran sowie frei in Chloroplasten und Mitochondrien. Sie bestehen aus zwei Untereinheiten: einer kleinen und einer großen. Ribosomen besitzen zwei aktive Zentren: die P-Stelle (Peptidyl-Stelle), an der die erste Aminoacyl-tRNA mit dem ersten Methionin-Codon bindet, und die A-Stelle (Aminoacyl-Stelle), an der das zweite Codon bindet. Ribosomen synthetisieren Proteine.

Peroxisomen: Funktion und Vorkommen

Peroxisomen liegen oft in der Nähe des Endoplasmatischen Retikulums (ER). Kleinere Peroxisomen werden als Mikroperoxisomen bezeichnet. Sie enthalten oxidative Enzyme und arbeiten eng mit Mitochondrien zusammen, insbesondere bei Prozessen, die Sauerstoff nutzen. Im Gegensatz zu Mitochondrien und Chloroplasten besitzen Peroxisomen keine eigene DNA. Ihre Funktion ist besonders wichtig in Leber- und Nierenzellen. In Pflanzen sind Peroxisomen an der Photorespiration beteiligt. In Samen werden sie als Glyoxysomen bezeichnet und sind für die Umwandlung von Fettsäuren in Zucker verantwortlich.

Vakuole: Speicher und Turgor

Vakuolen sind typische Pflanzenzellorganellen, die einzeln oder mehrfach vorkommen können. Sie dienen als Speicherorganellen für verschiedene Stoffe und regulieren den Turgor (Zellinnendruck). Sie können auch lysosomale Funktionen übernehmen. Andere Vakuolentypen sind die kontraktile Vakuole, die Wasser aus dem Zytoplasma pumpt, und die Nahrungsvakuole (Verdauungsvakuole), die Phagosomen enthalten kann und für die Verdauung von Nährstoffen zuständig ist.

Zellkern: Aufbau und Funktion

Der Zellkern enthält die genetische Information (DNA). Er kann einzeln oder mehrfach vorkommen, ist meist rund oder oval, kann aber auch kubisch oder gelappt sein. Er befindet sich typischerweise in der Mitte oder seitlich in der Zelle. Man unterscheidet den Interphase-Kern und den Mitose-Kern. Der Kern besteht aus folgenden Teilen:

1. Die Kernhülle, bestehend aus einer äußeren und einer inneren Membran.
2. Kernporen, die den Porenkomplex bilden. Dieser ist achteckig aufgebaut, enthält zentrale kugelförmige Proteine und ermöglicht den bidirektionalen Austausch von Molekülen.
3. Die Kernmatrix und das Chromatin (genetisches Material).

Das Chromatin liegt in der Interphase als nicht-kondensiertes Euchromatin (oder 'Lockerchromatin') vor. In der Mitosephase kondensiert es zu Heterochromatin oder Chromosomen. Im Kern befindet sich auch der Nukleolus (Kernkörperchen), in dem rRNA synthetisiert und mit Proteinen zu Ribosomen-Untereinheiten zusammengebaut wird. Der Nukleolus verschwindet während der Mitose und entsteht aus der Nukleolus-Organisator-Region (NOR) der Chromosomen.

Mitosechromosomen und Karyotyp

Mitosechromosomen erreichen ihren maximalen Kondensationsgrad im Metaphase-Stadium. Sie bestehen aus zwei Schwesterchromatiden, die durch eine zentrale Einschnürung, das Zentromer, verbunden sind. An den Enden der Chromosomen befinden sich die Telomere. Einige Chromosomen können auch einen Satelliten aufweisen, der an der Nukleolus-Organisator-Region (NOR) angeheftet ist. In der Anaphase besteht ein Chromosom nur noch aus einem Chromatid.

Karyotyp und Chromosomentypen

Der Karyotyp beschreibt die Gesamtheit der Chromosomen einer Zelle. Das fotografische Bild eines geordneten Satzes homologer Chromosomenpaare wird als Karyogramm oder Ideogramm bezeichnet. Die Chromosomen in Körperzellen liegen als homologe Paare vor, wobei ein Chromosom von der Mutter und das andere vom Vater stammt. Obwohl sie Informationen für die gleichen Merkmale tragen, sind diese Informationen nicht identisch. Eine Körperzelle ist diploid (2n), während Gameten (Keimzellen) haploid (n) sind.

Man unterscheidet verschiedene Chromosomentypen basierend auf der Position des Zentromers:

• Metazentrisch: Zentromer in der Mitte.
• Submetazentrisch: Ein Arm ist deutlich länger als der andere.
• Akrozentrisch: Ein Arm ist sehr kurz, das Zentromer liegt fast am Ende.
• Telozentrisch: Das Zentromer liegt am Ende, es gibt nur einen Arm (beim Menschen nicht vorkommend).

Die Nicht-Geschlechts-Chromosomen werden als Autosomen bezeichnet.

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein Netzwerk aus Membransäcken und -röhren, das sich durch das Zytoplasma erstreckt. Es besitzt ein Lumen (innerer Hohlraum), das mit der Kernhülle und dem Golgi-Apparat in Verbindung steht. Es gibt zwei Haupttypen: das glatte ER und das raue ER (benannt nach den Ribosomen, die an seiner Außenseite angeheftet sind).

Funktionen des rauen ER:

• Synthese und Speicherung von Proteinen.
• Glykosylierung von Proteinen.
• Beteiligung an der Bildung der Zellwand bei Pflanzenzellen (Zellplattenbildung).

Funktionen des glatten ER:

• Synthese von Membranlipiden und Steroiden.
• Speicherung von Kalziumionen (Ca²⁺).
• Beteiligung an Entgiftungsprozessen (z. B. Metabolismus von Alkohol und Drogen in der Leber).

Golgi-Apparat: Verarbeitung und Transport

Der Golgi-Apparat befindet sich in der Nähe des Zentrosoms und besteht aus einer Reihe abgeflachter, gestapelter Membransäcke, den Zisternen, die zusammen Dictyosomen bilden. Er besitzt zwei Seiten: die cis-Seite, die dem Endoplasmatischen Retikulum zugewandt ist und Vesikel empfängt, und die trans-Seite, von der Vesikel zu anderen Organellen, wie Lysosomen, abgeschnürt werden. Seine Hauptfunktionen sind der Transport und die Modifikation (z. B. Glykosylierung) von Proteinen und Lipiden.