Zelle (Biologie)

Die Zelle (lateinisch cellula = kleine Kammer, Zelle) ist die grundlegende, strukturelle und funktionelle Einheit aller Lebewesen. Es gibt Lebewesen (Organismen), die aus nur einer Zelle bestehen (Einzeller), und andere, die sich aus einer Vielzahl von Zellen zusammensetzen (Mehrzeller). Der menschliche Körper besteht beispielsweise aus 10 bis 100 Billionen Zellen, je nach individuellem Körpergewicht.

Man unterscheidet zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen. Zellen von Eukaryoten enthalten im Gegensatz zu prokaryotischen Zellen einen Zellkern. Darüber hinaus sind sie etwa zehnmal so groß wie Zellen von Prokaryoten.

Die Zellbiologie (Cytologie) ist die Lehre von den Zellen.

Alle bekannten Zellen, mit Ausnahme einiger spezialisierter Zelltypen, haben bestimmte Komponenten gemeinsam:

• Desoxyribonukleinsäuren (DNS)(oder englisch "Desoxyribonukleinacid" bzw. DNA) , die die genetischen Informationen enthalten und die als Bauplan für die Proteine dienen, die alle Zellvorgänge steuern,
• Proteine, die als Strukturproteine für den Bau der Zelle oder als Enzyme für sämtliche Stoffwechselprozesse oder als Signalproteine für die Kommunikation der Zelle zuständig sind,
• Membranen, die die Zelle von ihrer Umgebung abgrenzen, als Barriere fungieren, den Kontakt mit der Außenwelt aufrecht erhalten und komplexere Zellen in verschiedene Reaktionsräume, die so genannten Kompartimente aufteilen,
• Cytosol, das wässrige Milieu, in dem die Prozesse im Zellinneren ablaufen,
• Ribonukleinsäuren (RNA) und Ribosomen, die für die Proteinsynthese benötigt werden.

Zellen haben auch gemeinsame grundlegende Fähigkeiten:

• Sie können sich durch Zellteilung reproduzieren und durchlaufen dabei einen Zellzyklus,
• sie betreiben Stoffwechsel: die Aufnahme von Nahrungsmolekülen und Spurenelementen, Umwandlung der Nahrungsstoffe in Energie oder in neue Zellkomponenten und die Beseitigung von Abfallprodukten.

Der menschliche Körper beispielsweise besteht aus rund 220 verschiedenen Zell- und Gewebetypen.

Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen

Auf der Erde existieren zwei Grundtypen von Zellen, die prokaryotischen Zellen, die keinen echten Zellkern besitzen und die eine einfachere innere Organisation aufweisen, und die eukaryotischen Zellen, die eine komplexere innere Struktur und einen echten Zellkern haben. Lebewesen bestehen entweder nur aus prokaryotischen oder nur aus eukaryotischen Zellen und werden deshalb als Prokaryoten bzw. Eukaryoten bezeichnet. Im folgenden werden die wichtigsten Unterschiede tabellarisch aufgelistet:

prokaryotische Zelle

eukaryotische Zelle

sind die Zellen von Bakterien (Bacteria und Archaea) besitzen keinen Zellkern, die DNA liegt als in sich geschlossenes Molekül (als Bakterienchromosom oder Plasmid) frei im Cytoplasma vor besitzen keine membranumgebenen Zellorganellen besitzen kein Cytoskelett es gibt nur eingeschränkt die Fähigkeit zur Differenzierung (siehe Sporulation, Myxobakterien)

sind tierische und pflanzliche Zellen sowie Pilze und Protisten, also sowohl Einzeller als auch Mehrzeller besitzen einen Zellkern, der die DNA enthält besitzen neben dem Zellkern weitere Zellorganellen wie Mitochondrien, Plastiden (nur Pflanzen), Endoplasmatisches Reticulum, Golgi-Apparat und Vesikel, Peroxisomen, Lysosomen, Vakuolen (nur Pflanzen) besitzen ein Cytoskelett Zellen von Mehrzellern haben die Fähigkeit zur Differenzierung

Unterschiede zwischen tierischen und pflanzlichen Zellen

Tierische und pflanzliche Zellen gehören beide zu den eukaryotischen Zellen, aber es gibt einige Unterschiede in ihrem Aufbau. Im Folgenden werden die wichtigsten Unterschiede tabellarisch aufgelistet.

pflanzliche Zellen	tierische Zellen
haben Zellwände haben Chloroplasten und andere Plastiden haben Vakuolen in pflanzlichen Geweben stehen die Zellwände benachbarter Zellen durch eine Mittellamelle in Kontakt (Tüpfel) die einzelnen Zellen sind teilweise über Plasmodesmen miteinander verbunden	haben keine Chloroplasten oder andere Plastiden haben nur in Ausnahmefällen Vakuolen in tierischen Geweben stehen die Zellmembranen benachbarter Zellen über eine Extrazelluläre Matrix in Kontakt die einzelnen Zellen sind über Desmosomen und verschiedene andere Strukturen ("Celljunctions") miteinander verbunden besitzen Lysosomen, die in vielen Fällen die Aufgaben der lytischen Vakuolen übernehmen

Aufbau der pflanzlichen Zelle

• Die Zellwand umgibt die Zelle und verleiht dem Pflanzenkörper Festigkeit. Sie ist durchlässig für Wasser, gelöste Nährstoffe und Gase. Sie besteht hauptsächlich aus Cellulose. Bei Zellen mit dicken Zellwänden, durch die dennoch Stoffe transportiert werden, gibt es in den Zellwänden Tüpfel. Das sind Öffnungen in der Zellwand, durch die benachbarte Zellen - nur durch eine dünne Membran getrennt - untereinander in Kontakt stehen und durch die der Austausch von Stoffen erleichtert wird.
• Das Plasmalemma ist ein dünnes Häutchen (Membran), welches das Cytoplasma nach außen abgrenzt. Das Plasmalemma ist ohne weiteres durchlässig für Wasser, andere Stoffe werden aber nur kontrolliert, selektiv durch bestimmte Strukturen hindurch transportiert. Es wird deshalb als semipermeabel = halbdurchlässig bezeichnet.
• Das Cytoplasma ist eine farblose, schleimige Masse (ähnlich rohem Eiklar). Im Cytoplasma sind alle im Folgenden genannten Zellbestandteile eingebettet.
• Der Zellkern ist die Steuerzentrale der Zelle. Er enthält die Erbanlagen, das heißt Steuerungsinformationen, die in den Chromosomen als Basensequenzen der DNA enthalten sind.
• Die Chloroplasten enthalten den grünen Farbstoff Chlorophyll und betreiben die Photosynthese. Dabei wird die Energie des Sonnenlichtes eingefangen (absorbiert), in chemische Energie in Form von Traubenzucker (Glucose) umgewandelt und in Form von Stärke (Polyglucose) gespeichert.
• Die Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. In ihnen findet die Oxidation organischer Stoffe mit O₂ statt, wobei Energie freigesetzt und in eine andere Form chemischer Energie (als ATP) umgesetzt wird. Die in Zuckern gespeicherte Energie wird so wieder freigesetzt und kann für die Herstellung anderer Stoffe, zum Beispiel Baustoffe, verwendet werden.
• Die Ribosomen synthetisieren die Proteine (Eiweiße) aus Aminosäuren.
• Golgi-Apparate (-Körper): Die Golgi-Körper stellen Sekrete her wie Öle, Zellwandsubstanzen und Schleime.
• Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist das schnelle Transportsystem für chemische Stoffe.
• Die Vakuolen sind Hohlräume im Cytoplasma, die mit Farbstoffen, Giftstoffen, Duftstoffen und anderen gefüllt sein können. (Abfall-Lagerplatz der Zelle).
• Der Tonoplast ist eine semipermeable Membran, die die Vakuole gegen das Plasma abgrenzt.

Datei:Zelle (biologie).png
Organisation einer typischen eukaryotischen Tierzelle.
1. Nukleolus. 2. Zellkern (Nukleus). 3. Ribosomen. 4. Vesikel. 5. Raues Endoplasmatisches Reticulum (ER). 6. Golgi-Apparat. 7. Mikrotubuli. 8. Glattes ER. 9. Mitochondrien. 10. Lysosom. 11. Zytoplasma. 12. Microbody. 13. Zentriolen.

Zur Geschichte der Entdeckung von Zellen siehe Zellbiologie.

Literatur

• Klaus Werner Wolf, Konrad Joachim Böhm: Organisation von Mikrotubuli in der Zelle. Biologie in unserer Zeit 27(2), S. 87 – 95 (1997), ISSN 0045-205X
• May-Britt Becker, Armin Zülch, Peter Gruss: Von der undifferenzierten Zelle zum komplexen Organismus: Konzepte der Ontogenie. Biologie in unserer Zeit 31(2), S. 88 - 97 (2001), ISSN 0045-205X
• Friedrich Marks: Datenverarbeitung durch Proteinnetzwerke: Das Gehirn der Zelle. Biologie in unserer Zeit 34(3), S. 159 - 168 (2004), ISSN 0045-205X

Weblinks

• Interaktive Animationen zum Thema Zellaufbau

Siehe auch

Proliferationsgrad, Glia, Perfusionskultur, Zellwachstum