Zellorganellen: Struktur, Funktion und Bedeutung in der Zelle

Centrosom: Mikrotubuli-Organisationszentrum

Das Centrosom ist nur in tierischen Zellen vorhanden und gilt als das Mikrotubuli-organisierende Zentrum (MTOC). Ein Diplosom wird durch ein Paar senkrecht zueinander angeordneter Centriolen gebildet. Diese Centriolen sind in einem dichten Material, dem perizentriolären Material, eingebettet. Von diesem Material aus wachsen Mikrotubuli und bilden den Aster.

Jedes Centriol besteht aus neun Mikrotubuli-Tripletts, die zylindrisch angeordnet sind. Proteine zwischen den Tripletts erhalten diese Struktur.

Funktion des Centrosoms:

• Bildung von Cilien und Flagellen.
• Bildung der Spindel während der Zellteilung.
• Strukturierung des Zytoskeletts.

Cilien und Flagellen: Zelluläre Bewegung

Cilien und Flagellen sind bewegliche zytoplasmatische Ausstülpungen, die sich auf der Zelloberfläche befinden. Die Bewegung der Zilien erzeugt Strömungen, beispielsweise um Schleim zu bewegen. Nikotin kann die Bewegung der Zilien lähmen.

Sie enthalten Proteine wie Dynein, das die Energie für die Bewegung der Mikrotubuli bereitstellt.

Ribosomen: Proteinfabriken der Zelle

Ribosomen sind membrantlose Strukturen, die aus Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA) bestehen. Sie befinden sich entweder frei im Zytosol oder sind durch Proteine namens Ribophorine an die Membran des rauen Endoplasmatischen Retikulums (RER) gebunden.

Sie haben einen Durchmesser von etwa 200 Å (Angström) und eine Sedimentationskonstante von 80S. Die größere Untereinheit ist 60S, die kleinere 40S. Ribosomen bestehen aus etwa 50% Protein und 50% rRNA.

Funktion der Ribosomen:

• Proteinsynthese: Sie lesen die mRNA ab und übersetzen die genetische Information in Proteine.
• Mehrere Ribosomen können gleichzeitig eine mRNA ablesen; diese Struktur wird als Polysom bezeichnet.

Endoplasmatisches Retikulum (ER): Synthese & Transport

Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein System aus membranumschlossenen Hohlräumen, das ein Netzwerk aus abgeflachten Zisternen, kugelförmigen Säcken und Tubuli bildet. Es erstreckt sich durch das gesamte Zytoplasma und kommuniziert auch mit der äußeren Kernmembran. Es gibt zwei Haupttypen:

Raues Endoplasmatisches Retikulum (RER)

Das RER besteht aus abgeflachten Zisternen, die miteinander kommunizieren, durch Vesikel verbunden sind und an das glatte ER sowie die Kernhülle angeschlossen sind. An seiner Membran befinden sich Ribosomen, wo die Proteinsynthese stattfindet. Diese Proteine werden durch Transportvesikel, die sich von der Membran abschnüren, weitergeleitet.

Glattes Endoplasmatisches Retikulum (REL)

Das REL wird durch ein Netzwerk von Tubuli gebildet, das an das RER angeschlossen ist und sich durch das Zytoplasma erstreckt.

Funktionen des REL:

• Synthese, Speicherung und Transport von Lipiden: Hier werden alle Membranlipide synthetisiert, mit Ausnahme der Fettsäuren, die im Zytosol synthetisiert werden. Lipide werden zu anderen Organellen transportiert.
• Beteiligung an Entgiftungsprozessen.
• Beteiligung an der Leitung von Nervenimpulsen für die Muskelkontraktion (spezialisiertes sarkoplasmatisches Retikulum).

Golgi-Apparat (1898 von Camillo Golgi entdeckt)

Der Golgi-Apparat besteht aus einem oder mehreren Dictyosomen. Jedes Dictyosom setzt sich aus einem Stapel von 4-8 scheibenförmigen Zisternen und einer Reihe flankierender Vesikel zusammen. Sie befinden sich meist in der Nähe des Zellkerns.

Funktionen des Golgi-Apparats:

• Transport, Reifung, Akkumulation und Sekretion von Proteinen aus dem RER.
• Proteine werden im Golgi-Apparat modifiziert und aktiviert. Sie gelangen über Vesikel zur cis-Seite des Golgi-Apparats. Der Inhalt bewegt sich von Zisterne zu Zisterne, möglicherweise durch interzisternale Vesikel, bis zur trans-Seite.
• Proteine verlassen den Golgi-Apparat in Sekretionsvesikeln. Diese Vesikel können zu Lysosomen werden oder zur Plasmamembran wandern und ihren Inhalt durch Exozytose freisetzen.
• Glykosylierung von Lipiden und Proteinen: Glucide werden an Lipide gebunden, um Glykolipide zu bilden, und an Proteine, um Glykoproteine zu bilden.
• Beteiligung an der Synthese von Proteoglykanen und anderen Gluciden, die Bestandteile der Zellwand sind.

Lysosomen: Zelluläre Verdauungsenzyme

Lysosomen entstehen aus dem Golgi-Apparat und enthalten hydrolytische (verdauungsfördernde) Enzyme, sogenannte Hydrolasen.

Funktion der Lysosomen:

• Verdauung organischer Substanzen. Ein wichtiges Enzym ist die saure Phosphatase, die Phosphoester spaltet und Phosphatgruppen freisetzt.
• Die Verdauung kann extrazellulär erfolgen, wenn lysosomale Enzyme außerhalb der Zelle freigesetzt werden, oder intrazellulär, wenn Lysosomen an eine Vakuole gebunden sind, die das zu verdauende Material enthält.

Arten von Lysosomen:

• Primäre Lysosomen: Enthalten nur Enzyme.
• Sekundäre Lysosomen: Sind an Verdauungsprozessen beteiligt. Diese sekundären Lysosomen können Verdauungsvakuolen (heterophagische Vakuolen) oder autophagische Vakuolen sein.

Vakuolen: Speicher- und Transportorganellen

Vakuolen sind membranumschlossene Bläschen, deren Inneres aus einem wässrigen Medium besteht. Wenn im Inneren mehr Substanzen als Wasser überwiegen, spricht man von Einschlüssen. Vakuolen entstehen aus dem ER, dem Golgi-Apparat oder durch Einstülpungen der Plasmamembran.

Vakuolen in Tierzellen

In tierischen Zellen sind sie klein und oft nur als Vesikel bezeichnet. Es gibt zwei Haupttypen:

• Solche mit Nährstofffunktion (phagozytische und pinozytische Vakuolen).
• Die kontraktilen Vakuolen der Wimperntierchen (Protozoen).

Vakuolen in Pflanzenzellen

In pflanzlichen Zellen sind sie in der Regel sehr groß. Gewöhnlich gibt es eine oder zwei große Vakuolen, die aus der Vereinigung von Vesikeln des ER und des Golgi-Apparats entstehen. Die Vakuolenmembran wird Tonoplast genannt, und die Gesamtheit der Vakuolen in einer Pflanzenzelle wird als Vakuom bezeichnet.

Funktionen der Vakuolen (insbesondere in Pflanzenzellen):

• Ansammlung von Wasser und anderen Substanzen.
• Dienen auch als Transportmittel zwischen den Organellen des Endomembransystems und zwischen diesen Organellen und der Außenseite der Zelle.