Ohne Zellen würde Dein Körper in der Form, wie Du ihn kennst, wohl kaum existieren können. Weil eine Zelle so mikroskopisch klein ist, braucht es stolze 75 Billionen Zellen im menschlichen Körper, die dafür sorgen, dass alles reibungslos abläuft. Wenn Zellen so wichtig für unseren Organismus sind, stellt sich die Frage, wie sie eigentlich aufgebaut sind. Die wichtigsten Bestandteile einer Zelle sind die Zellorganellen. Das sind durch Membranen abgegrenzte Areale einer Zelle, mit ganz spezifischen Funktionen, die dafür sorgen, dass die Zelle als ganzes ihre Aufgaben im menschlichen Körper erfüllen kann.
Definition zu Zellorganellen
Zellorganellen sind Bereiche einer Zelle, die eine bestimmte Funktion erfüllen. Sie sind meist durch eine einfache oder doppelte Biomembran von ihrer unmittelbaren Umgebung abgegrenzt.
Zellorganellen – Grundlegende Fakten zur Zelle
Bevor Du Genaueres über die einzelnen Organellen einer Zelle erfährst, findest Du hier ein paar grundlegende Fakten über Zellen:
- Eine Zelle ist die kleinste lebendige Einheit aller Lebewesen.
- Zellen lassen sich in zwei grobe Kategorien einteilen: Prokaryotische und Eukaryotische Zellen, also Protocyte und Eucyte.
- Eukaryotische Zellen sind solche Zellen, die einen Zellkern enthalten, in dem die Erbinformationen gespeichert sind.
- Protocyte besitzen keinen Zellkern.
- Eucyte, lassen sich erneut in Tierzellen, Pflanzenzellen und Pilzzellen unterteilen.
- Zellen vermehren sich mithilfe der Zellteilung.
Ist Dir der Unterschied zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Zellen noch nicht so ganz klar? Dann schau am besten kurz die passende Erklärung dazu an: Eukaryotische Zellen im Vergleich.
Abbildung 1: Übersicht zu Arten von Zellen
Bereits im Jahr 1665 entdeckte Robert Hook im Gewebe eines Flaschenkorkens kammerartige Strukturen mithilfe eines sehr ursprünglichen Mikroskops. Die Erkenntnis war maßgeblich für die Namensgebung von Zellen. Der lateinische Begriff “cellula” bedeutet nämlich so viel wie “kleine Kammer”. Das ist eine sehr treffende Bezeichnung, gerade in Bezug auf die Zellorganellen, die wie in einer kleinen Kammer innerhalb der Zellen stationiert sind.
Übersicht zu den Zellorganellen
Zellorganellen Tabelle
Die folgende Zellorganellen-Tabelle zeigt Dir Zellorganellen mit einfacher Membran und Zellorganellen ohne Membran:
Zellbestandteile und ihre Funktionen
Damit Zellen das Leben von Pflanzen, Tieren und Menschen auf der Erde ermöglichen können, müssen die einzelnen Zellbestandteile viele verschiedene Funktionen erfüllen. Die spezifischen Organellen der Tier- und Pflanzenzellen stehen in ständigem Austausch miteinander, damit die Zelle ihre Aufgaben bestmöglich erfüllen kann.
Kompartimentierung
Einen bedeutungsvollen Entwicklungsschritt für eukaryotische Zellen und ihre Organellen stellt die Kompartimentierung dar.
Unter Kompartimentierung versteht man die räumliche Abgrenzung von verschiedenen Reaktionsräumen im Inneren einer eukaryotischen Zelle. Diese Reaktionsräume sind durch Membranen vom Rest der Zelle abgeschirmt und ermöglichen das zeitgleiche Ablaufen von diversen chemischen Reaktionen innerhalb des Kompartiments.
Auch das Cytoplasma wird als eigenes Kompartiment betrachtet, obwohl es keine Membran besitzt. Die Definition ist dementsprechend nicht in Stein gemeißelt.
Die Kompartimente innerhalb einer Zelle kannst Du Dir vorstellen wie ein großes Unternehmen mit verschiedenen Bereichen. Da gibt es etwa die Marketingabteilung, die Finanzabteilung, die Personalabteilung, Logistik, Vertrieb und viele mehr. Alle diese Abteilung sind in eigenen Büros voneinander abgegrenzt und führen Ihre jeweiligen Tätigkeiten aus. Ein gewisser Austausch zwischen den Räumlichkeiten findet natürlich immer statt, sowie das auch in der Zelle zwischen den Organellen der Fall ist.
Das Wichtigste dabei ist allerdings, dass am Ende alle diese Abteilungen auf dasselbe Unternehmensziel hin arbeiten und durch die Arbeitsteilung eine größtmögliche Effizienz gewährleisten wollen. So wie die Organellen einer Zelle auch alle zusammen dazu beisteuern, dass die spezifische Zelle ihre Aufgabe für den Organismus bestmöglich erfüllen kann.
Zellmembran
So wie die Wände eines Zimmers es vom Rest der Wohnung abgrenzen, werden Zellen nach Außen hin von einer Membran abgegrenzt. Solche Zellwände sind in allen Zellen zu finden und erfüllen wichtige Funktionen, sowohl für die Zelle als auch für die verschiedenen Zellorganellen.
Zellmembranen, auch Plasmamembran oder Plasmalemma genannt, sind Membranen, die Zellen von ihrer äußeren Umgebung abschirmen. Sie bestehen meist aus zwei Lipidschichten (Doppellipidschicht) und schützen das innere Milieu der Zelle vor äußeren Einflüssen.
Biomembranen bestehen größtenteils aus Lipiden und Proteinen. Sie erfüllen zahlreiche wichtige Funktionen zugunsten der Zelle und der Organellen. Dazu gehören:
- Stofftransport: Durch aktiven und passiven Transport wird geregelt, welche Stoffe die Zelle betreten und welche sie verlassen dürfen. Dabei unterstützen diverse Membranproteine den Transport von Stoffen aus und in die Zelle hinein (siehe Abbildung 3).
- Kompartimentierung: Dadurch können verschiedene Räume abgegrenzt werden, die den gleichzeitigen Ablauf unterschiedlicher chemischer Prozesse in der Zelle ermöglichen.
- Exocytose und Endocytose: Transport von größeren Partikeln oder tröpfchenartigen Lösungen in die Zelle (Endocytose) und aus der Zelle hinaus (Exocytose).
- Signalübertragung: Membranproteine sind auch an der Aufnahme von Signalen beteiligt, die sie ins Zellinnere weiterleiten.
Wenn Du mehr über die Zellmembran, ihre Funktionen und den genauen Ablauf des Stofftransports wissen möchtest, dann schau Dir am besten die detaillierte Erklärung zur Zellmembran auf StudySmarter an!
Cytoplasma
Das Cytoplasma (auch Zytoplasma) besteht aus der Zellflüssigkeit (Cytosol), dem Cytoskelett und den Zellorganellen. Neben der Funktion als Wasser- und Nährstoffspeicher, dient das Zytoplasma dem Transport von Enzymen, Ionen und Nährstoffen zwischen den Organellen sowie dem Abtransport von schädlichen Stoffen.
Zellkern
Der Zellkern (Nukleus) liegt im Inneren einer Zelle und hat meist eine rundliche Form. In eukaryotischen Zellen stellt der Zellkern das größte Organell dar. Zum Cytoplasma, in dem der Kern liegt, grenzt ihn die Kernhülle ab, die aus einer Doppelmembran mit vielen Kernporen besteht.
Im Zellkern findet sich nämlich die Erbinformationen in Form von Desoxyribonukleinsäure (DNA), was für die Struktur und Aufgaben der jeweiligen Zelle entscheidend ist. Oft wird der Zellkern daher auch als “Kommandozentrale” einer Zelle bezeichnet. Im Zellkern findet sich außerdem das sogenannte Kernkörperchen (Nukleolus) in welchem unter anderem ribosomale Proteine hergestellt werden, sie bilden sozusagen die Vorstufe von Ribosomen. Die ribosomalen Proteine werden anschließend über die Kernporen ins Cytoplasma abgegeben.
Aufgepasst! Der Nukleus und der Nukleolus sind nicht zu verwechseln. Der Nukleus ist nämlich der eigentliche Zellkern und der Nukleolus ist das Kernkörperchen im Inneren des Zellkerns, welches die DNA enthält.
Du fragst Dich, wozu die Kernporen des Zellkerns gebraucht werden? Die Kernporen bestehen aus zahlreichen Proteinkomplexen, die auch als Nukleoporine bezeichnet werden. Die Aufgabe der Kernporen ist es, sozusagen als Tunnel zum Zellinneren zu dienen und einen Stoffaustausch zu ermöglichen. Dabei wird unter anderem RNA und ribosomale Proteine nach außen transportiert. Ins Innere transportiert werden durch die Kernporen meist Lipide, Proteine und Kohlenhydrate.
Mitochondrien
Für eukaryotische Zellen erfüllen die Mitochondrien als Zellorganellen eine essenzielle Funktion. Sie liefern Energie. Wenn Du Dir den Querschnitt eines Mitochondriums anschaust, erinnert Dich das vielleicht an ein Labyrinth von oben betrachtet. Das liegt daran, weil sich innerhalb des Organells ein verzweigtes Netzwerk aus Röhren befindet, das noch dazu ständig in Bewegung ist.
Abbildung 4: Aufbau des Mitochondriums
Diese röhrenartigen Ausstülpungen nennt man cristae mitochondriales, oder kurz Cristae. In den Cristae laufen die chemischen Reaktionen ab, die für die Energieproduktion verantwortlich sind. Mithilfe der ATP-Synthase wird ATP produziert, welches anschließend über das Zytoplasma der Zelle nach außen transportiert wird.
Adenosintriphosphat, oder kurz ATP, ist ein lebenswichtiges chemisches Molekül, das in den Zellen Energie bereitstellt. In den Mitochondrien wird aus ADP (Adenindiphosphat) und einer Phosphat-Gruppe das ATP aufgebaut. Das ATP dient dem Körper anschließend als wichtigste Energiewährung.
Neben der Energieproduktion spielen Mitochondrien auch im Rahmen der Vererbung und beim Zelltod eine Rolle. Wenn Du noch mehr über die Prozesse wissen möchtest, die in den Mitochondrien stattfinden, schau doch bei dem passenden Artikel auf StudySmarter vorbei!
Endoplasmatisches Retikulum
Das Endoplasmatische Retikulum, kurz ER, kannst Du Dir als eine Art System aus vielen verschiedenen hohlen Röhren vorstellen. Das Organell durchzieht das gesamt Zytoplasma der Zelle und ist zum Teil großflächig von Ribosomen besetzt. Durch die vielen Ribosome auf der Oberfläche erscheint das ER ziemlich rau, weshalb es auch als “rauen ER” bezeichnet wird.
“Glattes ER” nennt man dementsprechend ein ER, das nicht von Ribosomen besetzt ist. Das glatte ER spielt eine entscheidende Rolle als Calciumspeicher, bei der Hormonproduktion und beim Transportieren von Molekülen. Die Ribosomen am rauen ER produzieren Proteine und verarbeiten diese weiter. Das ER grenzt direkt an den Zellkern an und steht in engem Austausch mit ihm.
Ribosome
Ribosome finden sich entweder am rauen ER, oder als freie Ribosomen im Zellplasma. Eine der Hauptaufgaben von Ribosomen ist es, mithilfe der Proteinbiosynthese Proteine herzustellen. Mehr über diesen spannenden Vorgang innerhalb dieses Organells erfährst Du in der passenden StudySmarter Erklärung.
Diese wichtige Aufgabe der Ribosomen bringt ihnen auch den Namen “Eiweißproduzenten” der Zelle ein!
Golgi-Apparat
Der Golgi-Apparat ist in eukaryotischen Zellen ein großes und bedeutungsvolles Zellorganell, welches aus Dictyosomen besteht. Darunter versteht man etwa 3–4 aufeinandergestapelte Membransäckchen. In diesen Stapeln des Golgi-Apparats finden viele wichtige Vorgänge statt.
Die vom ER produzierten Proteine werden vom Golgi-Apparat sortiert, geprüft und modifiziert. Anschließend werden die Proteine wieder in Vesikeln abgeschnürt und an weitere Orte in der Zelle transportiert. Der Golgi-Apparat ist daher als Organell einer Zelle unverzichtbar für den Stofftransport.
Wusstest Du, dass das zweite “g” in Golgi-Apparat nicht wie ein hartes “g” ausgesprochen wird, sondern wie das “j” in “Jeans”?
Lysosom
Lysosomen sind eine bestimmte Art von Vesikeln, die in eukaryotischen Zellen vorkommen. In ihnen befinden sich bestimmte Abbauenzyme, welche verschiedene Stoffe zersetzen, die von der Zelle aufgenommen werden. Die Organellen bauen außerdem abgestorbene Zellteile ab, damit die gesunde Grundstruktur der Zelle aufrechterhalten werden kann. Lysosomen werden zum Teil auch im Golgi-Apparat gebildet.
Aufgepasst! In pflanzlichen Zellen wird diese Funktion von den Vakuolen übernommen.
Zusätzliche Zellorganellen bei Pflanzenzellen
Sowohl tierische als auch pflanzliche Zellen sind ähnlich aufgebaut. Die Zellorganellen, die Du bereits kennengelernt hast, findet man in beiden Zellarten. Pflanzenzellen besitzen allerdings noch zusätzliche Organellen: Die Zellwand, Vakuole und die Plastiden.
Zellwand
Im Gegensatz zur tierischen Zelle hat die Pflanzenzelle noch zusätzlich eine stärkere Zellwand, die aus vier Schichten besteht. Sie ist so stabil aufgebaut, weil sie dem Turgordruck der Vakuole standhalten muss und für die Stabilität der Zelle verantwortlich ist. Die Zellwand besteht hauptsächlich aus Pektin, Cellulose und Hemicellulose.
Turgordruck ist die biologische Bezeichnung für den Druck, der durch die Zellflüssigkeit innerhalb der Vakuolen auf die Zellwand wirkt.
Aufgepasst! Anders als oftmals angenommen wird, ist das Vorkommen einer Zellwand kein Alleinstellungsmerkmal für Pflanzenzellen. Bei den Prokaryoten besitzen Bakterien und vereinzelt Archaeen eine Zellwand. Bei den Eukaryoten sind es neben den Pflanzenzellen auch die Pilzzellen, die von einer Zellwand umgeben sind. Tierzellen bilden hier die Ausnahme, denn sie besitzen nur die Zellmembran.
Vakuole
Vakuole kommen in Pflanzenzellen, Pilzzellen und in manchen Procyten vor und füllen den größten Teil der Zelle aus. Die Vakuole ist mit Flüssigkeit, dem Zellsaft, gefüllt und dient der Speicherung von essenziellen Nährstoffen wie Vitaminen, Ionen, Stärke und Zucker. Durch die prall gefüllte Vakuole erhält die Zelle ihre typische Form und es entsteht der Turgordruck, der der Zelle die nötige Stabilität verschafft.
Plastiden
Plastiden gehören zu den Organellen einer pflanzlichen Zelle und besitzen sogar ein eigenes Genom (das Plastom). Außerdem finden sich auch Ribosome im Inneren von Plastiden und sie sind in der Lage sich in andere Formen von Plastiden weiterzuentwickeln. In der Zellbiologie wird von einfachen und komplexen Plastiden gesprochen, je nach Anzahl ihrer Membranhüllen.
Pflanzen verfügen über einige verschiedene Arten von Plastiden als Organellen ihrer Zellen. So finden sich in einer Pflanzenzelle zum Beispiel Chromoplasten, die als Farbstoffspeicher dienen, oder Leukoplasten, die gewisse Speicherstoffe enthalten. Die wohl bekanntesten Plastiden, sind die Chloroplasten, denn sie sind für die Photosynthese einer Pflanze verantwortlich.
Chloroplasten
Die Chloroplasten sind als Zellorganellen nur in Pflanzenzellen zu finden, genauer gesagt in den Zellen der grünen Teile (zum Beispiel in den Blättern) einer Pflanze. Vergleichbar, sind die Chloroplasten, mit den Mitochondrien in Bezug auf die Doppelmembran, die sie umgibt, und den Besitz von eigener DNA.
Die Chloroplasten erfüllen eine sehr bedeutungsvolle Aufgabe für die Pflanzen. Sie betreiben nämlich die Photosynthese. Daran ist insbesondere der Farbstoff Chlorophyll beteiligt, welcher Pflanzen grün erscheinen lässt. Das Chlorophyll befindet sich innerhalb der Thylakoide. Das sind viele gestapelte Membransäcke, die in Summe auch als Grana bezeichnet werden.
Wenn Dich die Photosynthese im Detail interessiert, dann schau bei der entsprechenden StudySmarter Erklärung vorbei.
Lipidtropfen Funktion
Im Inneren der Chloroplasten befindet sich das Stroma, eine Substanz, in der sich nicht nur die DNA befindet, sondern auch Ribosomen, Lipidtröpfchen und Stärkekörner.
Lipidtröpfchen sind kleine rundliche Fettansammlungen, die in fast allen eukaryotischen Zellen vorkommen können und vor allem als Energiespeicher dienen.
Die Chloroplasten sind auch wahre Gestaltenwandler unter den Organellen, denn sie können sich in andere Arten von Plastiden ausdifferenzieren. Dies ist etwa der Fall, wenn Pflanzen zu wenig Licht abbekommen, dann verblassen die Chloroplasten und werden zu sogenannten Etioplasten. Gerontoplasten nennt man die Chloroplasten dann, wenn das in ihnen enthaltene Chlorophyll abgebaut wird. Dadurch vergilben nämlich die Blätter im Herbst.
Zellorganellen – Das Wichtigste
- Zellorganellen sind Bereiche einer Zelle, die jeweils eine bestimmte Funktion erfüllen.
- Sie sind meist durch eine einfache oder doppelte Biomembran von ihrer unmittelbaren Umgebung abgegrenzt.
- Zellmembranen sind Membranen, die Zellen von ihrer äußeren Umgebung abschirmen. Sie bestehen größtenteils aus zwei Lipidschichten (Doppellipidschicht).
- Das Cytoplasma besteht aus der Zellflüssigkeit (Cytosol), dem Cytoskelett und den Zellorganellen.
- Die zentrale Funktion des Zellkerns wird durch den in ihm enthaltenden DNA bestimmt, was ihn zur “Kontrollzentrum” der Zelle macht.
- Die Mitochondrien sind die “Kraftwerke der Zellen” und produzieren Energie in Form von ATP.
- Das Endoplasmatische Retikulum (ER) sieht aus wie ein Röhrensystem. Es ist an der Proteinherstellung beteiligt, dient als Hormonspeicher und ist u. a. für den Stofftransport zuständig.
- Ribosome finden sich frei in der Zelle oder am rauen ER. Sie stellen Proteine her.
- Der Golgi-Apparat prüft die Proteine und schickt sie in Vesikeln weiter innerhalb der Zelle.
- Lysosome sind eine bestimmte Art von Vesikeln. In ihnen befinden sich bestimmte Abbauenzyme, welche schädliche Stoffe zersetzen können.
- Pflanzliche Zellen haben zusätzliche Zellorganellen: Die Zellwand, die Vakuole und die Plastiden.
Nachweise
- flexikon.doccheck.com: Zellorganell. (15.07.2022)
- freie-referate.de: Zellorganellen. (17.07.2022)
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