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Zellorganellen und ihre Funktionen sind ein elementarer Bestandteil der Zytologie, oder Zellbiologie. Somit ordnet sich das Thema dem Fach Biologie unter.
Wir stellen die einzelnen Zellorganellen vor und klären alles rund um Aufbau, Funktion und Vorkommen. Los geht’s!
Bevor wir uns den Zellorganellen widmen, hier kurz ein paar grundlegende Dinge zur Zelle und ihren Unterarten:
In den nachstehenden Abbildungen kannst du jeweils den Aufbau einer Tierzelle, Pflanzenzelle und einer Protocyte mit allen Zellorganellen erkennen:
Abbildung 1: Tierische Zelle 1 - Nucleolus, 2 - Zellkern, 3 - Ribosomen, 4 - Vesikel, 5 -Raues Endoplasmatisches Retikulum, 6 - Golgi Apparat, 7 - Mikrotubuli, 8 - glattes Endoplasmatisches Retikulum, 9 - Mitochondrien, 10 - Lysosom, 11 - Zytoplasma, 12 - Peroxisomen, 13 - Zentriolen Quelle: wikipedia.de
Abbildung 2: Pflanzliche Zelle Quelle: wikipedia.de
Abbildung 3: Prokaryotische Zelle Quelle: wikipedia.de
Zellorganellen sind Bereiche einer Zelle, die eine bestimmte Funktion erfüllen. Sie sind meist durch eine einfache oder doppelte Biomembran von ihrer unmittelbaren Umgebung abgegrenzt. Im Folgenden besprechen wir alles rund um den Aufbau und die Funktionen der einzelnen Zellorganellen. Los geht’s!
Membranen sind in allen Zellen zu finden. Zellmembranen, auch Plasmamembran oder Plasmalemma genannt, sind solche Biomembranen, die bei Eucyten die Zelle von ihrer äußeren Umgebung abschirmen. Innerhalb von Eucyten gibt es ebenfalls Biomembranen, die die Zelle in einzelne Kompartimente unterteilen.
Alle Membranen haben die gleiche Grundstruktur, hauptsächlich bestehend aus Lipiden und Proteinen. Die Membranlipide bilden dabei eine Lipid-Doppelschicht, die nach außen und zum Zellinneren hin wasserlöslich ist. Im Inneren der Membran herrscht jedoch Lipophilie, also Fettlöslichkeit. In und auf der Biomembran befinden sich Membranproteine, die unterschiedliche Funktionen haben.
Abbildung 4: Schematische Darstellung einer Biomembran Quelle: wikipedia.de
Der Zellkern, auch Nukleus, ist das größte Organell der Eucyte (eukaryotischen Zelle) und von einer Doppelmembran umgeben, die von zahlreichen Kernporen durchbrochen ist. Im Inneren des Kerns liegen das Chromatin und meist zwei Nukleoli. Das Chromatin besteht aus DNA (Desoxyribonukleinsäure) und Protein. Ein Nukleolus besteht aus RNA (Ribonukleinsäure) und Protein.
Wichtig:
Nukleus und Nukleolus sind nicht dasselbe! Der Nukleus (Zellkern) beinhaltet Nukleoli (Singular: Nukleolus).
Die DNA enthält die genetische Information für den Bau der Zellkomponenten, für die Steuerung der Stoffwechselvorgänge, des Wachstums und der Entwicklung. Dazu werden von den jeweils dafür erforderlichen DNA-Abschnitten Kopien angefertigt, die über die Kernporen den Kern verlassen. Die Kernporen haben einen verhältnismäßig großen Durchmesser, die den Durchtritt von Makromolekülen aus dem Zellkern in das Endoplasmatische Retikulum und umgekehrt ermöglichen. Der Zellkern kann als Kommandozentrale der Zelle bezeichnet werden.
Abbildung 5: Der Zellkern 1a - äußere Membran, 1b - innere Membran, 2 - Nucleolus, 3 - Karyoplasma, 4 - Chromatin, 4a - Heterochromatin, 4b - Euchromatin, 5 - Ribosomen, 6 - Kernporen Quellen: wikipedia.de
Das Cytoplasma (auch Zytoplasma oder Zellplasma genannt) ist die Substanz die sich in eukaryotischen und prokaryotischen Zellen befindet. Es besteht aus der Flüssigkeit Cytosol und aus verschiedenen Zellorganellen. Es wird durch eine Zellmembran stabilisiert. Die wichtigsten Aufgaben sind zum einen der Abbau von der für die Zelle schädlichen Substanzen und zum anderen steuert das Cytoplasma auch Stoffwechselprozesse.
Ribosome sind in Zellen oder im rauen Endoplasmatisches Retikulum zu finden. Sie bestehen aus mRNA und Proteinen. An diesen Ribosomen werden Proteine nach einem ganz bestimmten Bauplan hergestellt.
Das Endoplasmatische Retikulum, kurz ER, befindet sich im Inneren einer Zelle. Du kannst dir das ER als eine Art System aus vielen verschiedenen hohlen Gängen vorstellen. Es durchzieht das gesamt Zytoplasma der Zelle. Wir unterscheiden zwischen dem glatten ER und dem rauen ER. Das glatte Endoplasmatische Retikulum hat keine Ribosome. Dieses ist beispielsweise bei der Herstellung von Hormonen oder Lipiden beteiligt. Dieses dient auch als Calciumspeicher. Das raue Endoplasmatische Retikulum hingegen hat Ribosome. Dieses stellt zum Beispiel bestimmte Proteine her, welche dann weiterverarbeitet werden können.
Der Golgi-Apparat ist das Zentrum der Zelle. Er befindet sich bei den Pflanzenzellen im gesamten Zytoplasma verteilt. Als Golgi-Apparat wird die Gesamtheit aller Dictyosome bezeichnet. Hier finden viele wichtige Vorgänge statt. Wie wir oben bereits gelesen haben, stellt das ER Proteine her. Diese werden dann vom Golgi-Apparat sortiert, geprüft und modifiziert. Anschließend werden die Proteine wieder in Vesikeln abgeschnürt und an weitere Orte in der Zelle transportiert.
Lyosomen sind eine bestimmte Art von Vesikeln, die in eukaryotischen Zellen vorkommen. Hier befinden sich bestimmte Abbauenzyme, welche verschiedene Stoffe zersetzen, die von der Zelle aufgenommen werden. Lyosomen bauen außerdem kaputte Zellteile ab, damit die gesunde Grundstruktur der Zelle wieder genutzt werden können. Lyosomen werden zum Teil im Golgi-Apparat gebildet.
In pflanzlichen Zellen wird diese Funktion von den Vakuolen übernommen.
Mitochondrien sind in eukaryotischen Zellen zu finden.
Wie der Zellkern ist auch ein Mitochondrium von einer Doppelmembran umhüllt. Die Oberfläche der inneren Membran ist durch viele faltenartige Einstülpungen (Christae, Tubuli) stark vergrößert. In dem von der inneren Membran und den Einstülpungen umgebenen Raum, der Matrix, befinden sich Ribosomen und ringförmige mtDNA. Der Raum, der sich zwischen den beiden Membranen befindet und bis in die Tubuli reicht, wird Intermembranraum genannt.
Abbildung 7: Das Mitochondrium
Mitochondrien werden auch die Kraftwerke der Zelle genannt, Ihre Aufgabe ist es, die in organischen Molekülen gespeicherte Energie für die Zelle in Form von ATP verfügbar zu machen. Dies geschieht mithilfe der Zellatmung. Mitochondrien gelten als teilweise autonome Zellorganellen, da sie sich durch Teilung vermehren und ihre eigene Proteinbiosynthese betreiben können. Sie sind damit ein Stück weit unabhängig von dem Geschehen in anderen Zellorganellen.
Zusätzlich zur ATP-Gewinnung dienen Mitochondrien als Calcium-Speicher und bieten Reaktionsraum für andere Stoffwechselprozesse.
Mikrotubuli kommen in eukaryotischen Zellen vor. Sie sind röhrenförmige Proteinkomplexe. Sie sind Bestandteil des Cytoskeletts. Sie geben der Zelle Stabilität, damit die Zelle gegen Einwirkungen vom äußeren Bereich geschützt wird.
In Pflanzenzellen stellen die Vakuolen meist den größten Teil der Zelle dar. Vakuolen speichern Stoffe, stabilisieren andere Teile der Pflanzenzelle und speichern den Zellsaft.
Die Chloroplasten sind in Pflanzenzellen zu finden. Sie sind von einer Doppelmembran geschützt und in ihnen ist das Chlorophyll, welches die Pflanzen grün macht. Die Hauptaufgabe der Chlorplasten ist das Betreiben von Photosynthese.
Plasmide kommen in vielen Bakterien vor. Ein Plasmid hat eine ringförmige Struktur und ist ein extrachromosomales zweisträngiges DNA-Molekül, welches häufig aus Genen besteht. Plasmide enthalten Erbinformationen und sind deshalb im Bereich der Genforschung von besonderer Bedeutung.
Pili (Einzahl: Pilus) sind Zellfortsätze, die sich außerhalb der Zelle befinden. Sie sind bei prokaryotischen Zellen zu finden und bestehen aus Proteinen. Sie sind dafür zuständig, dass sich Bakterien an ihren Wirt hängen können oder eben dies nicht tun können. Außerdem sind die am horizontalen Gentransfer zwischen Prokayroten beteiligt.
Chromosome sind lange Stränge, die aus Desoxyribonnukleinsäure (die DNA) und Proteinen, vor allem Histonen, bestehen. Sie enthalten die für die Vererbung notwenigen Geninformationen und kommen im eukaryotischen Zellkern vor.
Geißeln sind spiralige, starre Zellfortsätze. Bewegliche Bakterien (Prokaryotische Geißeln) und Spermienzellen (eukaryotische Geißeln) haben vor allem Geißeln am Ende der Zelle.
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