Die Zelle

Die Zelle (Cellula) ist die kleinste Lebensfähige Einheit. Ihre Lebensdauer ist unterschiedlich. Es gibt zum Beispiel Zellen, die nur einen Tag überleben, jedoch auch jene, die dem Menschen ein ganzes Leben lang erhalten bleiben. Eine menschliche Zelle besteht aus der Zellmembran, dem Zellkern (Nucleus) und dem Zellleib (Zytoplasma). Im Zytoplasma befinden sich Organellen, die jeder eine bestimmte Funktion haben und der Zellkern ist seinerseits mit einer Kernmembran umgeben. 

a) Der Zellkern

Der Zellkern wurde 1828 von Robert Brown entdeckt. Er ist von einer dünnen Kernmembran umgeben, und er besteht aus einem Kerngerüst, das als Chromatin, ein zartes Gerüst- und Fadenwerk bezeichnet wird. Das Chromatin ist der Träger der Vererbung und er enthält die Informationen aller Stoffwechselvorgänge. Das Chromatingerüst liegt in einer Grundsubstanz, die als Kernsaft bezeichnet wird. In ihm ist dann auch das Kernkörperchen zu finden. Außen umschließt den Kern eine Doppelmembran, die Kernhülle. Sie Enthält Poren für den Stoffaustausch zwischen Kern und Zytoplasma. 

Bei der Zellteilung entstehen aus dem Chromatin die Chromosomen.. Ein großer Teil des Zellkerns entsteht aus diesen Chromosomen; diese enthalten ein komplettes Baumuster aller erblichen und individuellen Charakteristika eines Lebewesens. 

b) Zytoplasma

Das Zytoplasma besteht zu 90% aus Wasser, sowie Eiweißstoffe, Fette, Kohlenhydrate und Mineralsalze. Sowohl nach außen als auch nach innen, gegen die Vacuolen ist es durch ein Plasmahäutchen getrennt. Im Zytoplasma befinden sich verschiedene Organellen, die alle eine bestimmte Funktion haben. 

In den meisten Zellen befinden sich zwei kurze Zylinder, die sogenannten Zentriolen. Sie liegen meist in der Nähe des Kernes, sodass sie zueinander einen rechten Winkel bilden, und bilden mit ihm das Mikrozentrum. Zentriolen sind für die Bewegung der Chromosomen während der Zellteilung bedeutsam. 

Mitochondrien sind längliche Fäden, die sich schlängelnd oder kreiselnd bewegen. Zahl und Größe sind abhängig von der Zellart. Sie bestehen aus einer äußeren und einer inneren Membran, die zu Leisten gefaltet ist. Die Mitochondrien sind die „Kraftwerke“ der Zelle. Sie sind die stärkst entwickelten und zahlreichsten Strukturen in der Zelle, in denen energiefordernde Prozesse ablaufen. 

Der Golgi – Komplex ist eine Ansammlung von Schläuchen und Bläschen aus Plasma – Membran; er liegt meist in Kernnähe. Er verpackt sozusagen Proteine (Sekret – Granula) und ist auch der Bildungsort von Lysosomen. 

Lysosomen findet man im Zytoplasma. Sie sind unregelmäßig geformte Organellen, die von Plasma – Membran umgeben sind und in denen man Bruchstücke von anderen Zellenstrukturen finden kann. Die Lysosomen sind eine Art Verdauungssystem der Zelle. Bei Aufnahme von Fremdstoffen (z.B.: Bakterien) bilden sich um diese Membran – umschlossene Vacuolen, die sich dann schließlich mit den Lysosomen vereinigen. So werden die Inhalte beider Strukturen von einer gemeinsamen Membran umschlossen und können durchgemischt werden. 

Das endoplasmatische Rediculum ist eine komplexe Anordnung schlauchartiger Gebilde im Zellplasma. Im granulären endoplasmatischen Retikulum haften der cytoplasmatischen Seite der Membran Ribosomen an, die in agranulären endoplasmatischen Reticulum fehlen. Im agranulären endoplasmischen Rediculum gewöhnlicher Zellen finden Entgiftungsprozesse statt. 

d) Das Zytoskelett:

Das Zytoplasma ist nicht, wie es lange angenommen wurde, eine unstrukturierte Flüssigkeit, in denen die Organellen „schwimmen“, sondern ist organisiert. Es wird von einem Netzwerk von Fasern durchzogen, die Zytoskelett genannt werden. Es ist dafür da, die Organellen an ihrem Platz zu halten und als eine Art Gerüst die Zellform zu bewahren.

Aufbau einer Zelle

Die dreischichtige poröse Zellmembran umhüllt das Zellplasma [Zytoplasma] mit dem Zellkern [Nucleus]. 

Im Zellplasma [Zytoplasma], das zu fast 80% aus Wasser besteht, läuft eine Fülle von chemischen Reaktionen ab. Mikroskopisch kleine Strukturen im Zytoplasma, die als Organellen be-zeichnet werden, erfüllen alle notwendigen Aufgaben. 

Die Zellmembran 

Die Zellmembran besteht aus drei Schichten, Eiweiß – Fett – Eiweiß, und ist porös. 

Sämtliche Stoffe, die von der Zelle gebraucht werden, passieren, wenn sie fettlöslich sind die Fettmembran direkt. Sie kommen über die Poren in das Zellinnere oder benützen eigene Überträgersubstanzen. An bestimmten Zellen finden sich haarähnliche Fortsätze, Flimmerhärchen genannt. Sie fangen z.B. in den Atemwegen Staub ab und transportieren ihn durch wellenförmige Bewegungen ab. 

Organellen

Mitochondrien – kleine bahnförmige Organellen – wandeln mit Hilfe von Sauerstoff Nährstoffe in Energie um. 

Lysosomen – kleine mit Enzymen gefüllte Säckchen – ermöglichen die Verarbeitung von Nährstoffen. Sie sind besonders zahlreich in der Leber. 

Endoplasmisches Retikulum – ein Netzwerk feinster Röhren in der Zelle. 

Ribosomen – kugelförmige Organellen – bauen für den Körper lebenswichtige Eiweiße auf. 

Zellkern

Im Zellkern [Nucleus] finden sich die Erbinformationen, die in der Desoxyribonukleinsäure (DNS) gespeichert sind. 

Diese Erbinformationen ergeben jeweils zusammengefasst zu einer Gruppe die Gene. Tausende von Genen, die fadenförmig aneinandergereiht sind, bilden ein Chromosom. Jede Körperzelle enthält jeweils 46 Chromosomen, die in 23 Paaren angeordnet sind. Ein Chromosom in einem Paar stammt jeweils von der Mutter, eines vom Vater. Ausnahmen von dieser Regel machen nur die roten Blutkörperchen, die im Stadium der Reife die Chromosomen verlieren und die Ei- und Samenzellen, die nur über einen halben Chromosomensatz verfügen. Nach der Befruchtung verschmelzen sie wieder zu einer Zelle mit 46 Chromosomen. 

Das Geschlecht eines Menschen wird bestimmt durch die Geschlechtschromosomen. Entsprechend ihrer Form heißen sie X- und Y-Chromosomen. Frauen haben zwei X-Chromosome, Männer ein X- und ein Y-Chromosom. Wenn eine Samenzelle, die ein X-Chromosom enthält, mit eine Eizelle verschmilzt, entsteht ein Mädchen, wenn eine Samenzelle, die ein Y-Chromosom enthält auf eine Eizelle trifft, entsteht ein Junge.

Der Zellkern Molekulargenetik

Jede Zelle besitzt einen Zellkern (lateinisch Nukleus, griechisch Caryos). Er ist die Steuerzentrale jeder Zelle und somit lebenswichtig. Teilt man eine Zelle, so stirbt der Teil ohne Kern ab und der Teil mit Kern bildet wieder seine ursprüngliche Form. Der Kern ist im Cytoplasma der Zelle eingeschlossen. Das Innere des Kerns wird durch eine Kernhülle (Membran) geschützt. Diese besitzt Poren, die den Austausch wichtiger Stoffe zwischen dem Inneren des Kerns und dem Zellinhalt kontrollieren. Der Inhalt des Kerns ist das Kernplasma. Auf den ersten Blick ist es eine durchsichtige, flüssige Substanz, doch durch eine spezielle Färbung wird ein fädiges Netzwerk erkennbar: das Chromatin. Das Chromatin ist die Grundsubstanz der Chromosomen. Auf diesen sind alle Erbinformationen gespeichert: Stoffwechsel, Wachstum, Entwicklung… Diese Informationen sind die DNA (Desoxyribonucleinsäure). Weiter enthält der Kern ein oder mehrere Kernkörperchen (Nukleolus), die aus Proteinen und der RNA (Ribonukleinsäure) bestehen. Außerdem besitzt der Kern das sogenannte rauhe, endoplasmatische Reticulum (ER). Das ER ist ein weitverzweigtes Kanal- und Röhrensystem, das auch mit der Kernhülle verbunden ist. Es heißt „rauh“, weil es in vielen Bereichen kleine Körperchen aufweist. Sie heißen Ribosomen. Es konnte nachgewiesen werden, dass an den Ribosomen die Proteinbiosynthese der Zellen stattfindet. Die Eiweißketten werden in den Kanälen weitergeleitet und transportiert. Das ER hat also Transportfunktion. Weiter läuft hier auch die Stoffumwandlung ab, bei der z.B. die Entgiftung von Stoffen stattfindet.

Wie bereits erwähnt enthalten die Chromosomen der Zellen die DNA. Die DNA enthält die Erbinformation jeder Zelle. Sie ist aufgebaut aus einem Zuckermolekül, einem Phosphorsäuremolekül und einer organischen Base. Bei den Basen handelt es sich um Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin. Phosphorsäuremoleküle und Zuckermoleküle bilden abwechselnd eine Kette. Daran angeschlossen ist jeweils eine Base. Eine solche Dreierverbindung nennt man Nukleotid. Ein Nukleotid besteht also immer aus einem Phosphormolekül, einem Zuckermolekül und einer Base. Die DNA ist aber nicht einfach eine Kette, sondern sie ist in einer spiraligen Doppelhelix aufgebaut. Bei beiden Spiralen sind die Basen nach innen gerichtet und stehen sich gegenüber. Es verbinden sich immer eine A- mit einer T-Base und eine G- mit einer C-Base. Die Basen werden durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Bei A- und T-Basen sind es zwei Brücken und bei G- und C-Basen sind es drei Brücken. So entsteht die Doppelhelix. Die DNA kann leicht verdoppelt werden. Es geschieht mit dem sogenannten Reißverschlussverfahren. Hier werden die Wasserstoffbrücken getrennt und die Basen hängen offen an ihren Strängen. Nach dem Basenverfahren hängen sich jetzt die richtigen Basen an und so entsteht der identische Abschnitt wieder. Hier spricht man von Reduplikation.

Außer der DNA gibt es noch eine andere Nukleinsäure, die RNA. Sie unterscheidet sich von der DNA in nur wenigen Punkten. Statt des Zuckermoleküls Desoxyribose verwendet die RNA die einfache Ribose. Außerdem hat sie in ihrem Aufbau statt der Base Thymin die Base Uracil. Es gibt drei verschiedene Arten der RNA: die Boten-RNA (messenger RNA), die Transfer-RNA und die ribosomale RNA. 

Inhaltsstoffe der Zelle

Inhaltsstoffe der Zelle
· Wasser (organisch)

als Transportmittel, als Kühlmittel, als Lösungsmittel:

– löst Salze, da Wasser Dipolcharakter hat 
– bilden Wasserstoffbrücken aus 
– löst geladen Teilchen durch Hydration (umschlissen einzelner Ionen) 
– dadurch werden die Ionen frei beweglich und passen durch das Zellplasma

als Quellmittel:

– als Base: gibt Protonen ab H2O ® OH- 
– als Säure: nimmt Protonen auf H2O ® H3O+

als Reaktionspartner:

– Photosynthese (Wasser als Edukt/ Ausgangsstoff) 
– Atmung (Wasser als Produkt) 
– Verdauung – hydrolytische Spaltung der Makromoleküle (Fette, Kohlenhydrate, Eiweiße) in dem Wasser eingelagert wird 
– Fette + Wasser = Fettsäure + Glycerin 
– Eiweiß + Wasser = Aminosäure 
– Kohlenhydrate (Polysacharide) + Wasser = Einfachzucker (Monosacharide) 
– Umkehrung von Hydrolyse ist Kondensation 
– Wasser wird ausgelagert 
– Substitution bei der Wasser entsteht

· Eiweiße (organisch):

-… sind natürlich und makromolekulare Stoffe deren Moleküle aus verschiedenen Grundbausteinen aufgebaut. Die Grundbausteine sind Molekülreste von 2 Aminosäuren 
– Vereinigung kleiner Moleküle unter Wasserabspaltung – Entstehung von Makromolekülen (Riesenmoleküle) ® Kondensation 
– Eiweißbindung – Peptidbindung

· Fette (organisch):

– OH- Gruppen 
– es entstehen Glycerin und Fettsäuren 
– Kondensation

Makromoleküle und Wasser werden zerlegt in kleine Bausteine (Hydrolytische Spaltung) – Umkehrfunktion ist Kondensation.

· Salze (anorganisch) 
· Kohlenhydrate (organisch) 
· Vitamine (organisch) 
· Enzyme (organisch)