Zellwand, Zytoplasma und Zellorganellen: Aufbau und Funktion

Aufbau und Funktion der Zellwand

Die Zellwand ist dick und steif und umgibt pflanzliche Zellen. Ein wesentliches Bauelement ist die vielfältige Cellulose. Das Geheimnis liegt in der Zellstruktur, die aufeinanderfolgende Schichten bildet: die mittlere Lamelle, die Primärwand und die Sekundärwand. Sie besteht aus einem starken Netzwerk von Cellulosefasern und Matrix. Die Matrix kann imprägniert sein mit:

• Lignin: Verleiht der Zellwand Steifigkeit (wie Knochengewebe).
• Cutin und Suberin: Dichten die Zellwände ab und bilden Schutzgewebe (wie bei der Rinde von Bäumen und der Epidermis von Blättern und Stängeln).
• Calciumcarbonat und Kieselsäure: Sorgen für Steifigkeit in der Epidermis vieler Blätter.

Funktion: Sie gibt der Zelle Form und Steifigkeit, verhindert Brüche, ein zu starkes Anschwellen und das Platzen.

Das Zytoplasma und das Cytosol

Der Raum zwischen der Zellmembran (Zytoplasma) und der Kernhülle besteht aus dem Cytosol (dem inneren, wässrigen Medium des Zytoplasmas, in dem viele Moleküle gelöst sind: Proteide, Aminosäuren, Enzyme, Strukturproteine, Lipide und Kohlenhydrate, die eine kolloidale Dispersion bilden).

Das Cytoskelett

Im Cytosol organisiert sich ein hoch entwickeltes Netzwerk aus Proteinfilamenten und Tubuli, das Cytoskelett (in eukaryotischen Zellen), welches eine Skelettfunktion erfüllt. Es werden 3 Typen von Filamenten unterschieden:

• Mikrofilamente: Dünne Actinfilamente und weitere.
• Intermediäre Filamente: Haben eine Zwischendurchmesser-Größe; die wichtigsten sind Neurofilamente und Keratinfilamente (in Epithelgewebe, Haut, Nägeln).
• Mikrotubuli: Röhrenförmige Stränge aus Proteinmolekülen namens Tubulin. Sie können stabile Strukturen wie Zentriolen und deren Derivate sowie Strukturen wie Wimpern und Geißeln, den kurzen achromatischen Spindelapparat und Pseudopodien bilden.

Hinzu kommen die Zellorganellen.

Zellorganellen

Ribosomen

Kugelförmige Strukturen ohne Membran, bestehend aus verschiedenen Arten von Proteinen, die mit ribosomaler RNA assoziiert sind. Sie befinden sich verstreut im Cytosol oder sind an das raue endoplasmatische reticulum (RER) angeschlossen. Sie sind sehr klein, im Lichtmikroskop nicht sichtbar und stellen keine membrangebundenen Organellen dar.

Membranöse Organellen

Endoplasmatisches Retikulum (ER), Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen, Peroxisomen, Mitochondrien und Chloroplasten.

Chloroplasten

Organellen, die das Pigment Chlorophyll für die Photosynthese enthalten (grün). Sie können Photosynthese betreiben – ein Prozess, bei dem Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt und in ATP gespeichert wird. Dies wird anschließend genutzt, um aus anorganischen Verbindungen organisches Material zu synthetisieren. Sie sind polymorph und besitzen eine doppelte Membran:

• Eine äußere Plastidenmembran
• Eine innere Membran
• Eine innere Kammer, das Stroma, welches die Thylakoide enthält

Phasen der Photosynthese:

• Lichtreaktion (in den Thylakoiden): ATP-Gewinnung und Umwandlung von Lichtenergie unter Verwendung von Wasser.
• Dunkelreaktion (im Stroma): Synthese anorganischer Verbindungen.

Endosymbiontentheorie

Die Endosymbiontentheorie besagt, dass Mitochondrien und Chloroplasten ursprünglich primitive, phagocytierte Bakterien waren, die nicht verdaut wurden. Stattdessen gingen sie eine vorteilhafte symbiotische Beziehung (Mutualismus) ein. Dafür sprechen folgende Indizien: Sie sind semi-autonome Organellen, können ihre eigenen Proteine synthetisieren, teilen sich unabhängig, wenn sich die Zelle teilt, und besitzen eine DNA-Doppelhelix in Ringform sowie eigene Ribosomen.