Aufbau der Zelle

Alle Lebewesen bestehen aus Zellen, sie sind die kleinsten lebensfähige Bausteine aller Organismen.

Aufbau der Zelle, Biotechnologie

Die Zelle hat alles, was für Wachstum und Vermehrung nötig ist. Dabei gibt es zwei unterschiedliche Zelltypen auf der Erde: die "Prokaryonten" und die "Eukaryonten". Prokaryonten sind meist einzellige Lebewesen, die keinen Zellkern besitzen, aber dennoch alle lebensnotwendigen Stoffwechselleistungen wie Glykolyse, Atmungskette oder Photosynthese betreiben können. Zu den Prokaryonten gehören die Bakterien. Die Zellen der Eukaryonten verfügen über einen Zellkern und Organellen mit spezialisierten Aufgaben, vergleichbar den Organen unseres Körpers. Eukaryonten sind alle höheren Lebewesen wie Pflanzen und Tiere, aber sie können auch einzellig sein, wie z.B. viele Hefen und Pilze. Auch der Mensch ist selbstverständlich aus Zellen aufgebaut (man nimmt etwa 10 Billionen Körperzellen an und geht davon aus, dass etwa zehnmal soviel Bakterien den menschlichen Körper besiedeln), die sich zu unterschiedlichen Geweben wie etwa der Leber, dem Herzen oder der Haut zusammengeschlossen haben und streng einem Bauplan gehorchend, der in unserem Erbmaterial festgelegt ist.

Die Zellen von Bakterien und Pflanzen sind von einer Zellwand umgeben. Sie verleiht diesen Zellen eine besondere Stabilität und einen sicheren Schutz gegen die "Außenwelt". Pflanzenzellwände bestehen vor allem aus Cellulose, der mengenmäßig häufigsten Substanz der Biosphäre, dem "lebenden Teil" unserer Erde. Nur aufgrund ihrer stabilen Zellwand können aus unzähligen Pflanzenzellen so phantastische Gebilde wie die Urwaldriesen entstehen. Bakterienzellwände sind aus einem engmaschigen Netzwerk von Kohlenhydrat- und Aminosäureketten aufgebaut, dem sogenannten Murein.

Der Zellwand bei Bakterien- und Pflanzenzellen liegt nach innen eine Membran an, eine Doppelschicht aus fettähnlichen Substanzen, den Lipiden, die bei allen Organismen sehr ähnlich aussieht. In diese Schicht sind zahlreiche Proteine eingebettet. Sie dienen der Kommunikation mit anderen Zellen, aber auch als Kanäle z.B. für den Transport von Nährstoffen. Durch die Proteine erhält diese Membran - und damit auch die ganze Zelle - einen spezifischen Charakter. Die Membran umgrenzt die Grundsubstanz der Zelle, das Cytoplasma, und wird deshalb auch oft Zell- oder Plasmamembran genannt. Das Cytoplasma besteht zu mindestens 70% aus Wasser, 15-20% Proteinen und zahlreichen anderen Substanzen wie Fetten und Kohlenhydraten. Bei Bakterien stellt das Cytoplasma den alleinigen Raum für den Ablauf aller Stoffwechselvorgänge dar. Die Pflanzenzelle und alle anderen eukaryontischen Zellen besitzen demgegenüber zahlreiche wiederum membranumschlossene intrazelluläre "Reaktionsräume" wie den bereits erwähnten Zellkern und die Organellen.

Jeder Organismus besteht aus einzelnen Zellen, auch der Körper des Menschen setzt sich aus etwa 10 Billionen Zellen zusammen. Bakterien sind einzellige Lebewesen, aber auch bei Pilzen, niederen Pflanzen und Tieren kommen einzellige Lebensformen vor. Alle Zellen besitzen eine Zellmembran, einige, wie Pflanzenzellen und auch Bakterien, werden zusätzlich von einer Zellwand geschützt. Entsprechend den Organen eines höheren Lebewesens bezeichnet man Zellkomponenten mit einer bestimmten Aufgabe als "Organellen". Dazu gehören z.B. die in allen Zellen vorkommenden Ribosomen: sie sind die Produktionsfabriken für die Eiweißmoleküle. Pflanzen gewinnen ihre Energie in der Photosynthese, durch "Einfangen des Sonnenlichts", Tiere und Bakterien in der Regel durch Abbau von Nahrungsquellen. Es gibt aber auch Bakterien, die Photosynthese betreiben können. Die Chloroplasten sind die Organellen, in denen die Photosynthese stattfindet.

Das Cytoplasma der Bakterienzelle enthält das genetische Material, die DNA. Alle DNA-Moleküle, d.h. die gesamte Erbsubstanz, bezeichnet man als das Genom dieser Zelle. Das Genom liegt in der Bakterienzelle in freier Form vor. Zusätzlich zu dieser Erbinformation besitzen Bakterien häufig sogenannte Plasmide, kleine Nucleinsäuremoleküle, die zu einem Ring geschlossen sind. Auch sie tragen zum Teil lebenswichtige Erbinformationen, z.B. die für Antibiotika-Resistenzen. Plasmide werden genauso wie das Genom vor jeder Zellteilung verdoppelt und an die beiden neu entstehenden Tochterzellen weitergegeben. Bakterien können in bestimmten Fällen Plasmide auf andere Bakterien übertragen, auf diesem Weg können sie erworbene Resistenzen untereinander austauschen. Eukaryontische Zellen wie Pflanzenzellen besitzen in der Regel keine Plasmide.

Pro- und Eukaryonten im Vergleich

ProkaryontenEukaryonten
Bakterien, BlaualgenAlle übrigen Organismen
Kein KernKern mit Kernhülle (Membran mit Poren)
DNA frei im CytoplasmaDNA im Zellkern
Innenstruktur wenig differenziertInnenstruktur stark differenziert
Keine OrganellenOrganellen
Zellwand aus Murein (Peptidoglycangerüst)Zellwand der Pflanzen aus Cellulose

Dagegen enthält das Cytoplasma der Pflanzenzelle neben dem Zellkern zahlreiche Organellen wie Chloroplasten, Ribosomen, Mitochondrien, und die Vakuole. Der Zellkern, die "Kommandozentrale" der Zelle, enthält die DNA. Die DNA ist vielfach aufgewunden und verdrillt und liegt bei der Zellteilung in ihrer "Transportform", den stäbchenförmigen Chromosomen, vor. Der Zellkern ist, wie alle anderen Organellen auch, durch eine Membran vom Cytoplasma getrennt. Diese Kernhülle ist von zahlreichen Poren durchsetzt, durch die Botenstoffe aus dem Zellkern heraus- und Bausteine der DNA sowie Proteine in den Zellkern hineingelangen.

Die Kernhülle kann dicht mit Ribosomen besetzt sein. Ribosomen sind die zellulären Fabriken für die Proteinherstellung: sie lesen die genetische Information ab und bauen die Proteine dieser Information entsprechend zusammen. Auch die Mitochondrien sind wichtige Organellen aller eukaryontischen und damit auch der Pflanzenzellen. Sie sind die "Kraftwerke" der Zelle, hier wird die Energie produziert, ohne welche die Lebensfunktionen nicht aufrechterhalten werden können. Die Chloroplasten kommen nur bei Pflanzenzellen vor. In den grüngefärbten Chloroplasten findet die Photosynthese statt, sie dienen also auch der Energiegewinnung. Während tierische Organismen Nahrung aufnehmen und die Energie aus ihrem Abbau gewinnen, fangen Pflanzen mit dem grünen Chlorophyll in den Chloroplasten das Sonnenlicht ein und nutzen diese Strahlungsenergie für Aufbauprozesse. Dabei gehen sie von Kohlendioxid und Wasser aus, die sie aus der Luft bzw. aus dem Boden aufnehmen. Außerdem besitzen pflanzliche Zellen einen flüssigkeitsgefüllten Hohlraum, den Zellsaftraum oder die Vakuole. Sie kann bei einer ausgewachsenen Pflanzenzelle große Teile des Zellinneren einnehmen. Die Vakuole wird von einer Membran begrenzt und dient als "Speicher" für Salze und organische Moleküle.

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Quelle: BLL