Zellorganellen: Struktur und Funktion

Organellen

Zentrosom

Das Zentrosom ist ein Zellorganell tierischer Zellen, das nicht von einer Membran umgeben ist. Es besteht aus zwei gekoppelten Zentriolen, eingebettet in eine Reihe von Proteinaggregaten, die als perizentriolares Material bezeichnet werden. Die Wände der Zentriolen bestehen aus 9 Gruppen von drei Mikrotubuli (9+0-Struktur). Seine primäre Funktion ist die Keimbildung und Verankerung der Mikrotubuli (MT). Generisch sind diese Strukturen (in Verbindung mit der polaren Spindel in Hefe) als MT-Organisationszentren bekannt. Rund um das Zentrosom bildet eine Reihe von Mikrotubuli radial einen Aster.

Die Zentrosomen spielen eine Schlüsselrolle bei der Bildung des MT-Netzwerks in der Interphase und der mitotischen Spindel. Während der Interphase des Zellzyklus bestimmen MTs die Zellform, Polarität und Motilität, wohingegen sie während der Mitose die mitotische Spindel bilden, die für die Chromosomensegregation zwischen zwei Tochterzellen verantwortlich ist. Seine Funktionen beziehen sich auf Organisation, Zellbewegung und Zytoskelett. Bei der Zellteilung werden die Zentrosomen zu den entgegengesetzten Polen der Zelle geleitet, um die Organisation der Spindel (oder Mitose) zu steuern. In der Anaphase strecken sich die Mikrotubuli des Asters der Zelle und tragen zur Trennung der Chromosomenchromatiden und der Teilung des Zytoplasmas bei. Reife Neuronen haben keine Zentrosomen und können sich daher nicht vermehren.

Zilien und Flagellen

Zilien und Flagellen sind von Zentriolen abgeleitete Zellstrukturen, die auf der freien Oberfläche einiger Zellen liegen. Zilien sind kurz und sehr zahlreich, während Flagellen lang und weniger zahlreich sind. Sie folgen dem gleichen strukturellen Muster und bestehen aus:

• Axonem: Im Inneren enthält es neun Paare peripherer Mikrotubuli und ein Paar zentraler Mikrotubuli, die alle parallel zur Achse der Zilie oder Geißel verlaufen und die 9+2-Struktur bilden. Alle Mikrotubuli sind Dimere, bestehend aus Protofilamenten von Tubulin.
• Übergangszone: Die Basis der Zilie oder Geißel. In diesem Bereich verschwinden die zentralen Tubuli, und die Basalplatte verbindet die Basis der Zilie oder Geißel mit der Plasmamembran.
• Basalkörper: Stellt eine Mikrotubuli-Struktur dar, die aus 9 peripheren Tripletts besteht. Am nächsten zum Kern befinden sich radiale Fibrillen, die Mikrotubuli durchziehen, die zum Zentrum führen.
• Zilienwurzel: Mikrofilamente, die sich von der Unterseite des Basalkörpers erstrecken, deren Aufgabe es ist, Reize im Zusammenhang mit der Koordination der Zilien zu verarbeiten.

Funktion: Sie sind mit Bewegung verbunden. Sie ermöglichen es einer Zelle, sich aktiv durch ein flüssiges Medium zu bewegen, können aber auch dazu führen, dass sich die Flüssigkeit selbst bewegt.

Ribosomen

Ribosomen: 1953 entdeckt, sind sie kompakte Partikel, die zu gleichen Teilen aus Protein und rRNA gebildet werden. Sie existieren in allen Zellen, erscheinen aber kaum in roten Blutkörperchen und nicht auf Spermien. Man findet sie frei im Zytoplasma, wo sie Polyribosomen bilden, oder an der Außenseite der Membran des rauen endoplasmatischen Retikulums (RER) oder der äußeren Kernmembran, oder frei in der mitochondrialen Matrix und in Chloroplasten. In Prokaryoten haben sie einen Sedimentationskoeffizienten von 70S und in Eukaryoten von 80S.

Ribosomen sind Organellen, die für die Proteinsynthese in einem Prozess, bekannt als Translation, verantwortlich sind. Die hierfür benötigte Information ist in der Messenger-RNA (mRNA) enthalten, deren Reihenfolge der Nukleotide die Aminosäuresequenz des Proteins bestimmt. Die mRNA-Sequenz wiederum stammt aus der Transkription des Gens auf der DNA. Transfer-RNA (tRNA) führt Aminosäuren zu den Ribosomen, wo sie in das wachsende Polypeptid eingebaut werden.

Mitochondrien

Mitochondrien: Sie sind zytoplasmatische Organellen, die in den meisten eukaryotischen Zellen mit einer Doppelmembran ausgestattet sind. Sie haben eine Größe von 0,5-10 Mikrometer im Durchmesser. Mitochondrien werden manchmal als „Energiekraftwerke“ der Zellen beschrieben, da sie den Großteil der Adenosintriphosphat (ATP)-Versorgung produzieren, die der Zelle als chemische Energiequelle dient. Neben der Energieversorgung sind Mitochondrien auch an anderen Prozessen wie Signaltransduktion, Zelldifferenzierung, Zellwachstum und der Kontrolle des Zellzyklus beteiligt. Einige Funktionen finden ausschließlich in den Mitochondrien statt. Ihre Zahl schwankt stark je nach Organismus oder Gewebeart. Einige Zellen haben keine Mitochondrien oder nur eines, während andere mehrere Tausend besitzen.

Dieses Organell ist aus spezialisierten Abteilungen zusammengesetzt, die verschiedene Funktionen ausführen. Dazu gehören die äußere Mitochondrienmembran, der Intermembranraum, die innere Mitochondrienmembran, die Cristae und die mitochondriale Matrix. Mitochondriale Proteine variieren je nach Gewebeart: Beim Menschen wurden 615 verschiedene Arten von Proteinen in Mitochondrien des Herzmuskels identifiziert. Obwohl der Großteil der Zell-DNA im Zellkern liegt, haben Mitochondrien ihr eigenes Genom, das viele Ähnlichkeiten mit bakteriellen Genomen aufweist.

Funktionen: Krebs-Zyklus in der mitochondrialen Matrix, oxidative Phosphorylierung in der inneren Mitochondrienmembran, Proteinsynthese, Decarboxylierung von Brenztraubensäure und die Konzentration von Stoffen im Innenraum.

Lysosomen

Lysosomen: Sie sind relativ große Organellen, die durch das raue endoplasmatische Retikulum (RER) gebildet und dann vom Golgi-Komplex verpackt werden. Sie enthalten hydrolytische und proteolytische Enzyme, die dazu dienen, Material externen oder internen Ursprungs zu verdauen. Das heißt, sie sind für die zelluläre Verdauung verantwortlich. Die aus dem Golgi gebildeten Lysosomen werden als primäre Lysosomen bezeichnet. Sekundäre Lysosomen entstehen aus der Fusion primärer Lysosomen mit Substraten und ihren Hydrolasen.

Peroxisomen

Peroxisomen: Sie sind zytoplasmatische Organellen, die sehr häufig in Form von Bläschen vorkommen und Oxidasen und Katalasen enthalten. Diese Enzyme erfüllen Funktionen der zellulären Entgiftung. Wie die meisten Organellen kommen Peroxisomen nur in eukaryotischen Zellen vor. Sie sind mit einer semipermeablen Membran ausgestattet, die mehrere verschiedene Enzyme enthält, die Wasserstoffperoxid produzieren oder verwenden. Es wurden mehr als 50 Enzyme in den Peroxisomen identifiziert. Sie werden durch Knospung vom endoplasmatischen Retikulum (ER) gebildet, können sich aber auch durch Teilung im Zytoplasma vermehren, ohne ihren Inhalt zu verschütten. Diese Membran schützt die Zellen vor den schädlichen Wirkungen der Substanzen innerhalb der Peroxisomen. Partikel neigen dazu, im Inneren zu kristallisieren.

Peroxisomen spielen eine wesentliche Rolle bei der Verkürzung von sehr langkettigen Fettsäuren für deren vollständige Oxidation in den Mitochondrien und bei der Oxidation der Cholesterin-Seitenkette, die für die Synthese von Gallensäuren wichtig ist. Sie sind auch an der Synthese von Glycerolipiden, Plasmalogenen und Isoprenoiden beteiligt und enthalten Enzyme, die Aminosäuren, Harnsäure und andere Substrate mit molekularem Sauerstoff unter Bildung von Wasserstoffperoxid oxidieren.

Vakuolen

Vakuolen: Sie sind Zellorganellen, die als membranumschlossene Zisternen nicht ausschließlich in Pflanzenzellen vorkommen. Sie bestehen aus einer Membran, dem Tonoplasten, die das Zytoplasma abgrenzt. Im Inneren befindet sich der vakuoläre Saft, der amorph ist und hauptsächlich aus Wasser besteht. Die wichtigsten Funktionen sind die Aufrechterhaltung des Turgors und des hohen osmotischen Drucks der Zelle, die Unterstützung bei der Verdauung und die Speicherung von Zellsubstanzen.