Zellorganellen
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!
Die Zelle
Bevor wir uns den Zellorganellen widmen, hier kurz ein paar grundlegende Dinge zur Zelle und ihren Unterarten:
- Eine Zelle ist die kleinste lebendige Einheit aller Lebewesen
- Zellen lassen sich in zwei grobe Kategorien einteilen: Protocyte und Eucyte (Mehrzahl)
- Eukaryotische Zellen, also Eucyte, lassen sich erneut in Tierzellen, Pflanzenzellen und Pilzzellen unterteilen
- Jede dieser Unterkategorien teilt einen ähnlichen Zellaufbau und besteht somit aus einer speziellen Zusammensetzung von Zellorganellen
In den nachstehenden Abbildungen kannst du jeweils den Aufbau einer Tierzelle, Pflanzenzelle und einer Protocyte mit allen Zellorganellen erkennen:
Abbildung 1: Schema einer Tierzelle
aus: STARK - Abiturtraining - Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel
Abbildung 2: Schema einer Pflanzenzelle
aus: STARK - Abiturtraining - Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel
Abbildung 3: Schema einer Protocyte
aus: STARK - Abiturtraining - Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel
Und was sind jetzt genau 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. Im Folgenden besprechen wir alles rund um den Aufbau und die Funktionen der einzelnen Zellorganellen. Los geht’s!
Zellmembran
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.
Aufbau
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: Schema einer Biomembran
aus: STARK - Abiturtraining - Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel
Funktionen
- Stofftransport:
Grundsätzlich hat die Zellemembran eine ähnliche Funktion für die Zelle wie ein Türsteher. Durch die Zellmembran wird geregelt, welche Stoffe in die Zelle eintreten und welche aus ihr heraustreten dürfen. Dies geschieht zum Beispiel über Tunnelproteine oder Diffusion. Beim Stoffaustausch wird zwischen zwei Transportarten unterschieden:- Aktiver Transport: Stofftransport in die und aus der Zelle unter Aufwand von Energie
- Passiver Transport: Stofftransport entlang des Konzentrationsgefälles, also die Konzentration von Stoffen innen wie außen ausgleichend, ohne Energieaufwand
- Kompartimentierung:
Biomembranen können unterschiedliche chemische Räume innerhalb einer Zelle erzeugen, die den gleichzeitigen Ablauf unterschiedlicher 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. Membranproteine und Kohlenhydratketten an Glykolipiden dienen als Kontakt- und Erkennungsbereiche für die Zelle
Zellkern
Aufbau
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).
Funktionen
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.
Abb. 6: Zellkern mit Verbindung zum Endoplasmatischen Retikulum
aus: STARK - Abiturtraining - Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel
Das Cytoplasma
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
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
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.
Golgi-Apparat
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.
Lyosom
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
Mitochondrien sind in eukaryotischen Zellen zu finden.
Aufbau eines Mitochondriums
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: Mitochondrium
aus: STARK – Abiturtraining – Biologie Band 1, Kapitel: Zellbiologie und Stoffwechsel
Funktionen
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
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.
Vakuole
In Pflanzenzellen stellen die Vakuolen meist den größten Teil der Zelle dar. Vakuolen speichern Stoffe, stabilisieren andere Teile der Pflanzenzelle und speichern den Zellsaft.
Chloroplasten
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.
Plasmid
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
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.
Chromosom
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
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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