Aufbau und Bestandteile einer menschlichen Zelle

Alle Lebewesen bestehen aus Zellen, von mikroskopisch kleinen Bakterien bis hin zu riesigen Blauwalen. Der Mensch ist da keine Ausnahme - unser Körper besteht aus Billionen von Zellen 1 .

Es gibt viele verschiedene Arten von Zellen im menschlichen Körper, jede mit ihrer eigenen spezialisierten Funktion. Rote Blutkörperchen zum Beispiel transportieren Sauerstoff durch den Körper, während weiße Blutkörperchen uns helfen, Infektionen abzuwehren. Die Zellen unterscheiden sich stark in Größe und Form, dennoch haben sie einige Gemeinsamkeiten. Zum Beispiel besitzen alle Zellen eine Zellmembran, die als Barriere zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Zelle dient.

In diesem Artikel erklären wir einige der Strukturen, die in Zellen zu finden sind, und beschreiben einige der vielen Arten von Zellen, die in unserem Körper vorkommen.

1. Was ist eine Zelle?

Zellen funktionieren selbstständig, erzeugen ihre eigene Energie und replizieren sich selbst – die Zelle ist die kleinste Einheit des Lebens, die sich replizieren kann 2 .

Jede Zelle enthält winzige Fabriken, Lagerhäuser, Transportsysteme und Kraftwerke, die zusammenarbeiten, um die Zelle am Leben zu erhalten. So wie eine Stadt verschiedene Arten von Unternehmen und Infrastrukturen benötigt, um ordnungsgemäß zu funktionieren, so benötigt auch eine Zelle verschiedene Arten von Organellen (Miniorgane), um ihre verschiedenen Funktionen zu erfüllen.

Darüber hinaus kommunizieren Zellen miteinander und verbinden sich zu Geweben, die wiederum Organe bilden. Die Organe arbeiten zusammen, um den Organismus am Leben zu erhalten. So pumpt beispielsweise das Herz Blut durch das Kreislaufsystem, und die Lungen tauschen Sauerstoff und Kohlendioxid durch das Atmungssystem aus 3 .

Kurz gesagt, ohne Zellen gäbe es kein Leben, wie wir es kennen. Robert Hook entdeckte Zellen erstmals im Jahr 1665 4 .

Er gab ihnen ihren Namen, weil sie den Cella (lateinisch für „kleine Räume“) ähnelten, in denen Mönche in Klöstern lebten.

Zellen sind die kleinste Einheit des Lebens, die sich replizieren kann. Jede Zelle enthält verschiedene Arten von Organellen (Miniorgane), um die Zelle am Leben zu erhalten.

2. Unterschiede der Zellen

Alle Zellen haben einige grundlegende Ähnlichkeiten. Aber sie können in Größe, Form und Funktion unterschiedlich sein und erfüllen im Körper unterschiedliche Aufgaben.

So sind beispielsweise Nervenzellen lang und dünn und haben viele Verzweigungen, die sie in die Lage versetzt, Signale durch den ganzen Körper zu senden 5 .

Im Gegensatz dazu sind Muskelzellen viel kürzer und dicker und verfügen über viele Mitochondrien, die es ihnen ermöglichen, die für die Bewegung benötigte Energie zu erzeugen 6 .

Diese Vielfalt unter den Zelltypen ist für das reibungslose Funktionieren des Körpers unerlässlich. Doch trotz dieser Unterschiede haben alle Zellen einige gemeinsame Merkmale:

• Alle Zellen haben eine Plasmamembran, die sie von ihrer Umgebung trennt
• Alle Zellen enthalten DNA, die ihre genetischen Informationen kodiert
• Alle Zellen in der Lage, grundlegende Funktionen wie den Stoffwechsel und die Proteinsynthese auszuführen

Außerdem teilen sie oft bestimmte strukturelle Bestandteile, diese werden als Organellen (Miniorgane) bezeichnet 7 .

Nachfolgend wird auf die wichtigsten tiefer eingegangen.

Alle Zellen haben einige grundlegende Gemeinsamkeiten, können sich jedoch in Größe, Form und Funktion unterscheiden.

2.1. Zellkern

Der Zellkern kann als Hauptsitz der Zelle angesehen werden. Normalerweise gibt es einen Kern pro Zelle, aber das ist nicht immer der Fall, Skelettmuskelzellen können beispielsweise auch mehrere besitzen 8 .

Der Kern enthält den Großteil der DNA der Zelle (ein kleiner Teil ist in den Mitochondrien untergebracht, siehe unten) 9 .

Der Zellkern sendet Nachrichten aus, um der Zelle mitzuteilen, dass sie wachsen, sich teilen oder sterben soll.

Der Zellkern ist vom Rest der Zelle durch eine Membran getrennt, die Kernhülle genannt wird. Diese Membran trägt dazu bei, die DNA vor Schäden zu schützen. Schließlich enthält der Kern Kernporen, durch die kleine Moleküle und Ionen hindurchtreten können.

Diese Poren tragen dazu bei, die Ein- und Ausgänge des Zellkerns zu regulieren und sicherzustellen, dass nur die für die Funktion der Zelle erforderlichen Stoffe in den Kern gelangen.

Der Zellkern ist das Kontrollzentrum der Zelle und enthält den größten Teil der DNA.

2.2. Zellmembran

Um sicherzustellen, dass jede Zelle von ihrem Nachbarn getrennt bleibt, wird sie von einer speziellen Membran umhüllt, die als Plasmamembran bekannt ist.

Diese Membran besteht überwiegend aus Phospholipiden, die verhindern, dass wasserbasierte Substanzen in die Zelle gelangen 10 .

Die Plasmamembran enthält eine Reihe von Rezeptoren, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen, darunter 11 :

• Gatekeeper: Einige Rezeptoren lassen bestimmte Moleküle durch und stoppen andere.
• Marker: Diese Rezeptoren fungieren als Namensschilder und teilen dem Immunsystem mit, dass sie Teil des Organismus und kein fremder Eindringling sind.
• Kommunikatoren: Einige Rezeptoren helfen der Zelle, mit anderen Zellen und der Umgebung zu kommunizieren.
• Verbindungselemente: Einige Rezeptoren helfen dabei, die Zelle an ihre Nachbarn zu binden.

Die Zellmembran trennt die Zelle von ihren Nachbarn und beherbergt eine Reihe an Rezeptoren, die eine Kommunikation mit der Außenwelt ermöglichen.

2.3. Zytoplasma

Das Zytoplasma ist das Innere der Zelle, in dem viele wichtige Reaktionen ablaufen. Es umgibt den Zellkern und besteht zu etwa 80 Prozent aus Wasser, zusammen mit Organellen und einer gallertartigen Flüssigkeit, dem Zytosol 12 .

Das Zytoplasma ist wichtig, weil es den Raum für chemische Reaktionen bietet und viele der Moleküle enthält, die für diese Reaktionen notwendig sind. Dazu gehören Enzyme, die Reaktionen katalysieren, und andere Proteine, die zum Transport von Molekülen in der Zelle beitragen.

So findet beispielsweise die Zellatmung in den Mitochondrien statt, bei denen es sich um Organellen handelt, die im Zytosol schweben. Darüber hinaus hilft das Zytoplasma, den Zellkern vor Schäden zu schützen.

Ohne das Zytoplasma könnten die Zellen nicht richtig funktionieren.

Das Zytoplasma bietet Raum für unterschiedlichste Reaktionen innerhalb der Zelle und beherbergt viele Moleküle.

2.4. Lysosomen & Peroxisomen

Lysosomen enthalten eine Reihe von Enzymen, die große Moleküle abbauen können, darunter alte Zellbestandteile und Fremdmaterialien 13 , 14 .

Peroxisomen hingegen enthalten Enzyme, die unter anderem giftige Stoffe, wie z. B. Peroxide, zerstören 15 .

Die Organelle spielt auch eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle von Entzündungen und der Aufrechterhaltung des oxidativen Gleichgewichts in den Zellen 16 .

Obwohl beide Organellen eine wichtige Rolle im Zellstoffwechsel spielen, wird den Lysosomen im Allgemeinen eine größere Bedeutung beigemessen, da sie an einem breiteren Spektrum von Prozessen beteiligt sind.

Daher schenken Forscher den Lysosomen in der Regel mehr Aufmerksamkeit.

Lysosomen und Peroxisomen enthalten eine Vielzahl an Enzymen, um unter anderem große Moleküle und toxische Substanzen abzubauen.

2.5. Zytoskelett

Das Zytoskelett gibt den Zellen Struktur und Halt. Es kann mit einem Gerüst verglichen werden, da es dazu beiträgt, die richtige Form der Zelle zu erhalten.

Im Gegensatz zu einem normalen Gerüst ist das Zytoskelett jedoch flexibel und spielt eine Rolle bei der Zellteilung und der Fähigkeit einiger Zellen, sich zu bewegen 17 .

Das Zytoskelett hilft auch bei der Zell-Kommunikation durch seine Beteiligung an der Aufnahme von Material von außerhalb der Zelle (Endozytose).

Außerdem ist es an der Bewegung von Materialien innerhalb der Zelle beteiligt. Auf diese Weise spielt das Zytoskelett eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Struktur und Funktion von Zellen.

Das Zytoskelett ist ein wichtiger Teil der Zelle, der ihr Struktur und Halt gibt. Es hilft auch bei der Zellkommunikation und der Bewegung von Materialien innerhalb der Zelle.

2.6. Endoplasmatisches Retikulum

Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein Netzwerk von Organellen in der Zelle, das bei der Verarbeitung und dem Transport von Molekülen hilft.

Insbesondere synthetisiert, faltet, modifiziert und transportiert es Proteine, ist aber auch maßgeblich an der Kalziumspeicherung und dem Lipidstoffwechsel beteiligt 18 .

Das ER besteht aus länglichen Säcken, den Zisternen, die durch das Zytoskelett zusammengehalten werden. Es gibt zwei Arten von ER 19 :

• Das raue ER ist mit Ribosomen bedeckt, die Proteine synthetisieren
• Das glatte ER ist nicht mit Ribosomen bedeckt, hilft aber beim Umbau und Transport von Lipiden und anderen Molekülen.

Das endoplasmatische Retikulum hilft bei der Verarbeitung und dem Transport von Molekülen. Insbesondere synthetisiert, faltet, modifiziert und transportiert es Proteine.

2.7. Golgi-Apparat

Der Golgi-Apparat wird auch als das Postamt der Zelle bezeichnet, in dem Gegenstände für den Transport verpackt und etikettiert werden. Sobald die Moleküle vom ER verarbeitet wurden, wandern sie zum Golgi-Apparat 18 .

Darüber hinaus hilft der Golgi-Apparat bei der Wiederverwertung von verbrauchten Rezeptoren und anderen Zellbestandteilen. Neben der Verpackung und Verteilung von Molekülen spielt der Golgi-Apparat auch eine Rolle bei deren Verarbeitung 21 .

So kann er zum Beispiel Zuckermoleküle an Proteine anhängen, um sie zu verarbeiten 22 .

Der Golgi-Apparat ist für die Verpackung und Verteilung von Molekülen zuständig, ist aber auch bei deren Verarbeitung beteiligt.

2.8. Mitochondrien

Mitochondrien werden oft als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet, und das aus gutem Grund – sie sind für die Umwandlung der Energie aus der Nahrung in ATP verantwortlich, das die Zellen als Brennstoff nutzen können 23 .

Mitochondrien haben jedoch noch eine Reihe anderer wichtiger Aufgaben in der Zelle, darunter die Speicherung von Kalzium und die Regulierung des Zelltods (Apoptose).

Darüber hinaus produzieren die Mitochondrien mehrere wichtige Enzyme und Proteine, die an einer Vielzahl von Zellprozessen beteiligt sind. Daher spielen die Mitochondrien eine wichtige Rolle für die Gesundheit und das ordnungsgemäße Funktionieren der Zellen.

Mitochondrien sind als Kraftwerke der Zelle bekannt, weil sie ATP produzieren, das Zellen als Brennstoff verwenden können.

2.9. Ribosomen

Im Zellkern wird DNA in RNA (Ribonukleinsäure) umgeschrieben. Die RNA ähnelt der DNA, ist aber einzelsträngig und hat eine etwas andere Struktur, trägt aber die gleiche Botschaft.

Es trägt genetische Informationen, die von der DNA kopiert wurden. Ribosomen lesen die RNA und übersetzen sie in Proteine 24 .

Proteine bestehen aus Aminosäuren, und die Reihenfolge, in der die Aminosäuren zusammengesetzt werden, wird durch die Sequenz der RNA bestimmt. Dieser Prozess der Übersetzung von RNA in Protein wird als Translation bezeichnet.

Ribosomen lesen die RNA (ähnelt DNA, nur einzelsträngig) und übersetzen sie in Proteine.

3. Fazit

Die Zelle ist eine komplexe und faszinierende Struktur. Ihre vielen Teile arbeiten zusammen, damit die Zelle richtig funktioniert. In diesem Artikel haben wir die Funktion einiger der wichtigsten Teile der Zelle beschrieben, darunter der Zellkern, der Golgi-Apparat, die Mitochondrien und die Ribosomen.