Die Zelle
Ob Bakterium, Buche oder Blauwal – alle Lebewesen bestehen aus Zellen. Dein Körper enthält rund 30 Billionen davon, in mehreren Hundert verschiedenen Zelltypen. So unterschiedlich Nervenzelle, Muskelzelle und Blattzelle aussehen: Sie alle folgen einem gemeinsamen Grundbauplan.
Einfach erklärt
Alle Lebewesen bestehen aus Zellen. Eine Zelle ist die kleinste lebende Einheit. Sie hat einen Stoffwechsel, wächst und vermehrt sich. Neue Zellen entstehen nur durch Teilung. Dein Körper hat rund 30 Billionen Zellen.
Tierzellen und Pflanzenzellen haben vieles gemeinsam. Beide haben eine Zellmembran – das ist eine dünne Hülle um die Zelle. Beide haben einen Zellkern und viele kleine Bauteile. Pflanzenzellen haben zusätzlich eine feste Wand. In grünen Teilen haben sie auch Chloroplasten – darin findet die Fotosynthese statt.
Bakterien sind anders gebaut. Sie haben keinen Zellkern. Ihre Erbinformation liegt frei in der Zelle. Solche Lebewesen heißen Prokaryoten. Lebewesen mit echtem Zellkern heißen Eukaryoten. Dazu gehören Tiere, Pflanzen und Pilze.
- Alle Lebewesen bestehen aus Zellen.
- Jede Zelle entsteht aus einer Zelle.
- Zellen bleiben klein. So versorgen sie sich gut über ihre Oberfläche.
Merke: Die Zelle ist die kleinste lebende Einheit, und alle Lebewesen bestehen aus Zellen.
Das lernst du hier
- Du beschreibst die Zelle als kleinste Einheit des Lebens und nennst die Aussagen der Zelltheorie.
- Du benennst die Bestandteile von Tier- und Pflanzenzelle und vergleichst beide.
- Du unterscheidest Prokaryoten und Eukaryoten anhand ihres Aufbaus.
- Du erklärst mit dem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, warum Zellen so klein sind.
Die kleinste Einheit des Lebens
Eine Zelle ist die kleinste Einheit, die alle Kennzeichen des Lebens zeigt: Sie hat einen Stoffwechsel, wächst, reagiert auf Reize und kann sich vermehren. Diese Erkenntnis fasst die Zelltheorie zusammen, die im 19. Jahrhundert mithilfe des Mikroskops entstand:
- Alle Lebewesen bestehen aus ZellenEinzeller wie Bakterien, Hefen oder das Pantoffeltierchen bestehen aus einer einzigen Zelle, Mehrzeller wie du aus sehr vielen.
- Die Zelle ist die Grundeinheit des LebensAlle Lebensvorgänge laufen in Zellen ab. Bei Mehrzellern bilden spezialisierte Zellen Gewebe, Gewebe bilden Organe.
- Jede Zelle entsteht aus einer ZelleNeue Zellen entstehen nur durch Zellteilung, nie aus unbelebtem Material.
Viren gehören übrigens nicht dazu: Sie sind keine Zellen, haben keinen eigenen Stoffwechsel und können sich nur in fremden Zellen vermehren.
Tierzelle und Pflanzenzelle
Tiere, Pflanzen und Pilze haben Zellen mit einem Zellkern. Ihr Inneres ist durch Membranen in viele Reaktionsräume gegliedert, die Organellen (Zellorganellen). Sie liegen im Zytoplasma, der Zellflüssigkeit mit gelösten Stoffen und einem Gerüst aus Proteinfasern, dem Zytoskelett. Nach außen grenzt die Zellmembran die Zelle ab und kontrolliert, welche Stoffe hinein- und hinausgelangen. Alle Unterschiede mit Tipps fürs Mikroskopieren zeigt der Vergleich Pflanzenzelle und Tierzelle: Unterschied.
| Bestandteil | Tierzelle | Pflanzenzelle |
|---|---|---|
| Zellmembran, Zellkern, Zytoplasma | ja | ja |
| Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat, Ribosomen | ja | ja |
| Zellwand aus Cellulose | nein | ja |
| Chloroplasten | nein | ja, in grünen Pflanzenteilen |
| große Zentralvakuole | nein | ja |
| Zentriolen | ja | bei Blütenpflanzen nicht |
| Lysosomen | ja | Aufgabe übernimmt vor allem die Vakuole |
| Speicherstoff | Glykogen | Stärke |
| Form | veränderlich, oft rundlich | fest, meist eckig |
Die Zellwand liegt außen auf der Zellmembran. Sie ist für Wasser und gelöste Stoffe durchlässig und gibt der Pflanzenzelle Form und Festigkeit. Die Vakuole ist mit Zellsaft gefüllt; sie speichert Stoffe und drückt die Zelle von innen gegen die Wand – so bleiben Pflanzen straff. In den Chloroplasten findet die Fotosynthese statt. Was die einzelnen Organellen genau leisten, erfährst du unter Aufgaben der Zellbausteine.
Merke
Tier- und Pflanzenzellen besitzen beide Zellmembran, Zellkern, Zytoplasma, Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat und Ribosomen. Nur Pflanzenzellen haben zusätzlich eine Zellwand, eine große Vakuole und (in grünen Teilen) Chloroplasten.
Was ist das Zellplasma (Zytoplasma)?
Das Zellplasma, auch Zytoplasma genannt, ist alles, was innerhalb der Zellmembran liegt – außer dem Zellkern. Es besteht aus einer wässrigen Grundsubstanz, dem Zytosol, in der Salze, Zucker, Aminosäuren und viele Proteine gelöst sind, sowie aus den darin liegenden Organellen und dem Zytoskelett. Manche Lehrbücher meinen mit „Zellplasma“ allerdings nur die Flüssigkeit ohne Organellen. Woraus das Zellplasma besteht und was darin passiert, erklärt die Seite Zellplasma genauer.
Funktion des Zellplasmas: Hier laufen viele Stoffwechselreaktionen ab, zum Beispiel der erste Schritt des Zuckerabbaus (Glykolyse) und die Herstellung von Proteinen an freien Ribosomen. Das Zellplasma verteilt Stoffe in der Zelle, und das Zytoskelett gibt der Zelle Form und bewegt Organellen. Was die einzelnen Bestandteile leisten, erfährst du bei den Aufgaben der Zellbausteine im Zellplasma.
Prokaryoten und Eukaryoten
Bakterien sind ganz anders gebaut. Sie haben keinen Zellkern: Ihre DNA liegt als ringförmiges Bakterienchromosom frei im Zytoplasma, in einem Bereich namens Nucleoid. Deshalb heißen sie Prokaryoten (griechisch: „vor dem Kern“). Zu ihnen gehören die Bakterien und die Archaeen. Alle Lebewesen mit echtem Zellkern sind Eukaryoten („echter Kern“): Tiere, Pflanzen, Pilze und viele Einzeller wie Amöben.
| Merkmal | Prokaryoten | Eukaryoten |
|---|---|---|
| Zellkern | keiner, DNA im Nucleoid | ja, mit Kernhülle |
| Erbinformation | meist ein ringförmiges Chromosom, oft Plasmide | mehrere lineare Chromosomen |
| Organellen mit Membran | keine | ja (Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat …) |
| Ribosomen | kleiner (70S) | größer (80S) |
| typische Größe | meist 1–5 µm | meist 10–100 µm |
| Beispiele | Darmbakterium E. coli, Milchsäurebakterien | Hefe, Amöbe, Mensch, Eiche |
Wusstest du?
Lange hieß es, in uns lebten zehnmal so viele Bakterien, wie wir Körperzellen haben. Eine Neuberechnung von 2016 kam auf ein Verhältnis von etwa 1 : 1 – rund 38 Billionen Bakterien, vor allem im Darm, stehen rund 30 Billionen menschlichen Zellen gegenüber. Weil Bakterien so klein sind, wiegen sie zusammen nur etwa 0,2 Kilogramm.
Warum sind Zellen so klein?
Eine Zelle nimmt alle Stoffe über ihre Oberfläche auf und gibt Abfallstoffe darüber ab. Ihr Bedarf hängt aber vom Volumen ab. Wächst eine Zelle, steigt das Volumen schneller als die Oberfläche: Verdoppelt sich die Kantenlänge eines Würfels, vervierfacht sich die Oberfläche, das Volumen verachtfacht sich. Das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen wird also immer ungünstiger.
| Kantenlänge des Würfels | Oberfläche | Volumen | Oberfläche : Volumen |
|---|---|---|---|
| 1 µm | 6 µm² | 1 µm³ | 6 : 1 |
| 10 µm | 600 µm² | 1000 µm³ | 0,6 : 1 |
| 100 µm | 60 000 µm² | 1 000 000 µm³ | 0,06 : 1 |
Eine sehr große Zelle könnte sich nicht schnell genug versorgen, außerdem würden die Wege im Inneren zu lang. Viele Zellen vergrößern deshalb ihre Oberfläche, zum Beispiel durch Ausstülpungen wie die Mikrovilli der Darmzellen.
Typische Fehler
- „Pflanzenzellen brauchen keine Mitochondrien, weil sie Chloroplasten haben.“ Falsch – auch Pflanzen betreiben Zellatmung, nachts und in allen nicht grünen Teilen ausschließlich.
- „Zellwand und Zellmembran sind dasselbe.“ Falsch – Pflanzenzellen haben beides. Die Wand gibt Halt und ist durchlässig, die Membran kontrolliert den Stoffaustausch.
- „Bakterien haben keine DNA, weil ihnen der Zellkern fehlt.“ Falsch – die DNA liegt frei im Zytoplasma.
- „Die Zellmembran besteht aus drei Schichten: Eiweiß – Fett – Eiweiß.“ Veraltet – heute gilt das Flüssig-Mosaik-Modell (siehe Vertiefung).
Die Biomembran: das Flüssig-Mosaik-Modell
Alle Membranen der Zelle – die Zellmembran ebenso wie die Membranen der Organellen – sind nach demselben Prinzip gebaut. Grundgerüst ist eine Lipiddoppelschicht aus Phospholipiden. Jedes Phospholipid hat einen wasserliebenden (hydrophilen) Kopf und zwei wassermeidende (hydrophobe) Fettsäureschwänze. In wässriger Umgebung lagern sie sich von selbst so zusammen, dass die Köpfe nach außen zum Wasser und die Schwänze nach innen zeigen. Die Doppelschicht ist nur einige Nanometer dick.
In diese Schicht sind Proteine eingelagert, die die Membran ganz durchspannen oder ihr aufliegen. Die Lipide und viele Proteine sind seitlich beweglich – die Membran ist eher flüssig als starr. S. Jonathan Singer und Garth Nicolson beschrieben 1972 dieses Bild als Flüssig-Mosaik-Modell (fluid mosaic model). Es ersetzte ältere Vorstellungen einer starren „Sandwich“-Membran aus Eiweiß, Fett und Eiweiß. Auf der Außenseite tragen viele Proteine und Lipide Zuckerketten; sie dienen als Erkennungsmerkmale, etwa für das Immunsystem oder die Blutgruppen.
Für den Stoffaustausch gilt:
- Diffusion: Kleine, unpolare Moleküle wie Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid gelangen direkt durch die Lipidschicht.
- Kanäle und Carrier: Ionen, Zucker oder Wasser passieren über spezielle Transportproteine, Wasser zum Beispiel durch Aquaporine.
- Aktiver Transport: Pumpen wie die Natrium-Kalium-Pumpe befördern Stoffe unter ATP-Verbrauch gegen ein Konzentrationsgefälle.
- Endo- und Exocytose: Große Partikel werden in Membranbläschen aufgenommen oder ausgeschleust.
Weil Membranen nur bestimmte Stoffe durchlassen, nennt man sie selektiv permeabel. Diese Eigenschaft ermöglicht die Kompartimentierung der Eukaryotenzelle: Unverträgliche Reaktionen laufen in getrennten Räumen ab, etwa der Abbau von Stoffen in Lysosomen und der Aufbau von Proteinen am ER.
Vertiefen: zwei Kapitel zur Zelle
Fachbegriffe
- Zelle
- Kleinste Einheit des Lebens mit Stoffwechsel, Wachstum und Vermehrung.
- Zelltheorie
- Alle Lebewesen bestehen aus Zellen; jede Zelle entsteht aus einer Zelle.
- Organell
- Abgegrenzter Reaktionsraum in der Zelle mit eigener Aufgabe, z. B. Mitochondrium.
- Zytoplasma
- Inhalt der Zelle zwischen Zellmembran und Zellkern, mit Organellen und Zytoskelett.
- Zellmembran
- Lipiddoppelschicht mit Proteinen; grenzt die Zelle ab, steuert den Stoffaustausch.
- Zellwand
- Feste, durchlässige Hülle außerhalb der Membran, bei Pflanzen aus Cellulose.
- Prokaryot
- Lebewesen ohne Zellkern und ohne membranumhüllte Organellen, z. B. Bakterium.
- Eukaryot
- Lebewesen, dessen Zellen einen echten Zellkern besitzen.
Aufgaben
- AFB INenne drei Bestandteile, die nur Pflanzenzellen besitzen, und jeweils ihre Aufgabe.
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Zellwand: gibt Form und Festigkeit. Chloroplasten: Fotosynthese. Große Zentralvakuole: speichert Wasser und Stoffe, erzeugt den Innendruck, der die Zelle straff hält. - AFB IBeschreibe vier Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten.
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Prokaryoten haben keinen Zellkern (DNA im Nucleoid), keine membranumhüllten Organellen, meist ein ringförmiges Chromosom plus Plasmide und kleinere 70S-Ribosomen. Sie sind meist deutlich kleiner (meist 1–5 µm) als Eukaryotenzellen (meist 10–100 µm). - AFB IIIn der Zwiebelhaut findest du im Mikroskop Zellwand, Zellkern und Vakuole, aber keine Chloroplasten. Erkläre diesen Befund.
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Die Zwiebelschuppen sind Speicherblätter im Inneren der Zwiebel, die kein Licht bekommen. Ihre Zellen betreiben keine Fotosynthese und bilden deshalb keine Chloroplasten. Chloroplasten findet man nur in grünen, belichteten Pflanzenteilen, z. B. in Blättern der Wasserpest. - AFB IIBerechne Oberfläche, Volumen und deren Verhältnis für Würfel mit 2 µm und 4 µm Kantenlänge und erläutere, was das Ergebnis für das Wachstum von Zellen bedeutet.
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2 µm: Oberfläche 6 · 4 = 24 µm², Volumen 8 µm³, Verhältnis 3 : 1. 4 µm: Oberfläche 96 µm², Volumen 64 µm³, Verhältnis 1,5 : 1. Mit wachsender Größe sinkt das Verhältnis. Eine große Zelle hätte im Verhältnis zu ihrem Bedarf zu wenig Oberfläche für den Stoffaustausch – deshalb teilen sich Zellen, statt immer weiter zu wachsen. - AFB IIEine unbekannte Zelle besitzt eine Zellwand, Ribosomen und eine ringförmige DNA, aber weder Zellkern noch Mitochondrien. Ordne sie begründet einer Organismengruppe zu.
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Es handelt sich um einen Prokaryoten, z. B. ein Bakterium: kein Zellkern, keine membranumhüllten Organellen wie Mitochondrien, ringförmiges Chromosom. Die Zellwand allein spricht nicht für eine Pflanzenzelle, denn auch die meisten Bakterien haben eine (allerdings nicht aus Cellulose). - AFB IIIBeurteile die Aussage: „Viren sind die einfachsten Lebewesen.“ Nutze dazu die Kennzeichen des Lebens und die Zelltheorie.
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Gegen die Aussage: Viren sind keine Zellen, haben keinen eigenen Stoffwechsel, wachsen nicht und können sich nur mithilfe einer Wirtszelle vermehren. Nach der Zelltheorie gelten sie daher nicht als Lebewesen. Für eine Nähe zum Leben spricht: Sie besitzen Erbinformation (DNA oder RNA), verändern sich durch Mutation und unterliegen der Evolution. Fazit: Viren stehen an der Grenze zum Leben; als „einfachste Lebewesen“ werden sie nach gängiger Definition nicht bezeichnet – die einfachsten Lebewesen sind Prokaryoten.
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Quellen & Stand
- Campbell Biologie, 11. Auflage, Pearson 2019, Kapitel 6 (Die Zelle) und 7 (Membranen).
- Alberts, B. u. a.: Molecular Biology of the Cell, 7. Auflage, W. W. Norton 2022, Kapitel 1 und 10.
- Sender, R.; Fuchs, S.; Milo, R.: Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biology 14(8), 2016, doi:10.1371/journal.pbio.1002533.
- NHGRI Talking Glossary: Cell.
Stand: Oktober 2026. Fachlich überarbeitet für Klasse 9–13.