Die Zelle: Typen, Funktionen und Organellen

Der Mensch besteht aus Billionen von Zellen – der Grundeinheit des Lebens auf der Erde. In diesem Artikel erklären wir einige der Strukturen, die in Zellen gefunden werden, und beschreiben einige der vielen Zelltypen, die in unserem Körper gefunden werden.

Zellen kann man sich als winzige Pakete vorstellen, die winzige Fabriken, Lagerhäuser, Transportsysteme und Kraftwerke enthalten. Sie funktionieren eigenständig, erzeugen ihre eigene Energie und vermehren sich selbst – die Zelle ist die kleinste Einheit des Lebens, die sich vermehren kann.

Zellen kommunizieren aber auch miteinander und verbinden sich zu einem festen, gut zusammengefügten Tier. Zellen bauen Gewebe auf, die wiederum Organe bilden; und die Organe arbeiten zusammen, um den Organismus am Leben zu erhalten.

Robert Hook entdeckte die Zellen erstmals im Jahr 1665. Er gab ihnen ihren Namen, weil sie den cella (lateinisch für „kleine Räume“) ähnelten, in denen Mönche in Klöstern lebten.

Das Innere der Zelle

Verschiedene Zelltypen können sehr unterschiedlich aussehen und sehr unterschiedliche Aufgaben im Körper erfüllen.

Zum Beispiel ähnelt eine Samenzelle einer Kaulquappe, eine weibliche Eizelle ist kugelförmig und Nervenzellen sind im Wesentlichen dünne Röhren.

Trotz ihrer Unterschiede haben sie oft bestimmte Strukturen gemeinsam; diese werden als Organellen (Miniorgane) bezeichnet. Unten sind einige der wichtigsten aufgeführt:

Ein vereinfachtes Diagramm einer menschlichen Zelle.

Zellkern

Den Zellkern kann man sich als Hauptquartier der Zelle vorstellen. Normalerweise gibt es einen Kern pro Zelle, aber das ist nicht immer der Fall, Skelettmuskelzellen haben z. B. zwei. Der Zellkern enthält den Großteil der DNA der Zelle (ein kleiner Teil befindet sich in den Mitochondrien, siehe unten). Der Zellkern sendet Botschaften aus, die der Zelle sagen, dass sie wachsen, sich teilen oder sterben soll.

Der Kern ist vom Rest der Zelle durch eine Membran getrennt, die als Kernhülle bezeichnet wird; Kernporen innerhalb der Membran lassen kleine Moleküle und Ionen durch, während größere Moleküle Transportproteine benötigen, um sie durchzulassen.

Plasmamembran

Um sicherzustellen, dass jede Zelle von ihren Nachbarn getrennt bleibt, wird sie von einer speziellen Membran umhüllt, der Plasmamembran. Diese Membran besteht überwiegend aus Phospholipiden, die verhindern, dass wasserhaltige Substanzen in die Zelle gelangen. Die Plasmamembran enthält eine Reihe von Rezeptoren, die eine Reihe von Aufgaben erfüllen, unter anderem:

• Torwächter: Einige Rezeptoren lassen bestimmte Moleküle durch und halten andere auf.
• Marker: Diese Rezeptoren fungieren als Namensschilder, die dem Immunsystem mitteilen, dass sie Teil des Organismus sind und nicht ein fremder Eindringling.
• Kommunikatoren: Einige Rezeptoren helfen der Zelle, mit anderen Zellen und der Umwelt zu kommunizieren.
• Verankerungen: Einige Rezeptoren helfen, die Zelle mit ihren Nachbarn zu verbinden.

Zytoplasma

Das Zytoplasma ist das Innere der Zelle, das den Zellkern umgibt und zu etwa 80 Prozent aus Wasser besteht; es enthält die Organellen und eine gallertartige Flüssigkeit, das Zytosol. Viele der wichtigen Reaktionen, die in der Zelle ablaufen, finden im Zytoplasma statt.

Lysosomen und Peroxisomen

Sowohl Lysosomen als auch Peroxisomen sind im Wesentlichen Taschen mit Enzymen. Lysosomen enthalten Enzyme, die große Moleküle abbauen, einschließlich alter Teile der Zellen und Fremdmaterial. Peroxisomen enthalten Enzyme, die toxische Materialien, einschließlich Peroxid, zerstören.

Zytoskelett

Das Zytoskelett kann als das Gerüst der Zelle betrachtet werden. Es hilft ihr, die richtige Form zu erhalten. Im Gegensatz zum normalen Gerüst ist das Zytoskelett jedoch flexibel; es spielt eine Rolle bei der Zellteilung und der Zellmotilität – der Fähigkeit einiger Zellen, sich zu bewegen, wie z. B. Spermien.

Das Zytoskelett hilft auch bei der Zellsignalisierung durch seine Beteiligung an der Aufnahme von Material von außerhalb der Zelle (Endozytose) und ist an der Bewegung von Materialien innerhalb der Zelle beteiligt.

Endoplasmatisches Retikulum

Das endoplasmatische Retikulum (ER) verarbeitet Moleküle innerhalb der Zelle und hilft, sie an ihren endgültigen Bestimmungsort zu transportieren. Insbesondere synthetisiert, faltet, modifiziert und transportiert es Proteine.

Das ER besteht aus länglichen Säcken, den sogenannten Cisternae, die durch das Zytoskelett zusammengehalten werden. Es gibt zwei Typen: raues ER und glattes ER.

Golgi-Apparat

Sobald die Moleküle vom ER verarbeitet wurden, wandern sie zum Golgi-Apparat. Der Golgi-Apparat wird manchmal als die Poststelle der Zelle angesehen, in der Gegenstände verpackt und etikettiert werden. Sobald die Materialien den Golgi-Apparat verlassen, können sie innerhalb der Zelle verwendet oder außerhalb der Zelle zur Verwendung an anderer Stelle gebracht werden.

Mitochondrien

Oft als das Kraftwerk der Zelle bezeichnet, helfen die Mitochondrien dabei, Energie aus der Nahrung, die wir essen, in Energie umzuwandeln, die die Zelle nutzen kann – Adenosintriphosphat (ATP). Mitochondrien haben jedoch noch eine Reihe anderer Aufgaben, darunter die Speicherung von Kalzium und eine Rolle beim Zelltod (Apoptose).

Ribosomen

Im Zellkern wird die DNA in RNA (Ribonukleinsäure) umgeschrieben, ein der DNA ähnliches Molekül, das die gleiche Botschaft trägt. Ribosomen lesen die RNA und übersetzen sie in Protein, indem sie Aminosäuren in der von der RNA vorgegebenen Reihenfolge aneinander kleben.

Einige Ribosomen schwimmen frei im Zytoplasma, andere sind an das ER gebunden.

Zellteilung

Unser Körper ist ständig dabei, Zellen zu ersetzen. Zellen müssen sich aus verschiedenen Gründen teilen, z. B. für das Wachstum eines Organismus und um Lücken zu füllen, die abgestorbene und zerstörte Zellen z. B. nach einer Verletzung hinterlassen haben.

Es gibt zwei Arten der Zellteilung: Mitose und Meiose.

Mitose

Die Mitose ist die Art und Weise, wie sich die meisten Zellen im Körper teilen. Die „Mutterzelle“ teilt sich in zwei „Tochterzellen“.

Die beiden Tochterzellen haben die gleichen Chromosomen wie die Mutterzelle. Sie werden als diploid bezeichnet, weil sie zwei vollständige Kopien der Chromosomen haben.

Meiose

Bei der Meiose entstehen Geschlechtszellen, wie die männlichen Spermien und die weiblichen Eizellen. Bei der Meiose bricht von jedem Chromosom ein kleiner Teil ab und haftet an einem anderen Chromosom; dies wird als genetische Rekombination bezeichnet.

Das bedeutet, dass jede der neuen Zellen einen einzigartigen Satz an genetischer Information hat. Es ist dieser Prozess, der die genetische Vielfalt ermöglicht.

Kurz gesagt: Die Mitose hilft uns zu wachsen, und die Meiose sorgt dafür, dass wir alle einzigartig sind.

Zelltypen

Wenn man die Komplexität des menschlichen Körpers bedenkt, ist es keine Überraschung, dass es Hunderte von verschiedenen Zelltypen gibt. Im Folgenden finden Sie eine kleine Auswahl der menschlichen Zelltypen:

Stammzellen

Stammzellen sind Zellen, die sich noch nicht entschieden haben, was sie werden sollen. Einige differenzieren sich, um ein bestimmter Zelltyp zu werden, und andere teilen sich, um weitere Stammzellen zu produzieren. Sie kommen sowohl im Embryo als auch in einigen erwachsenen Geweben, wie z. B. dem Knochenmark, vor.

Knochenzellen

Es gibt mindestens drei Haupttypen von Knochenzellen:

• Osteoklasten, die Knochen auflösen.
• Osteoblasten, die neuen Knochen bilden.
• Osteozyten, die vom Knochen umgeben sind und die Kommunikation mit anderen Knochenzellen unterstützen.

Blutzellen

Es gibt drei Haupttypen von Blutzellen:

• rote Blutkörperchen, die Sauerstoff durch den Körper transportieren
• weiße Blutkörperchen, die Teil des Immunsystems sind
• Blutplättchen, die bei der Blutgerinnung helfen, um Blutverluste nach Verletzungen zu verhindern

Muskelzellen

Muskelzellen, auch Myozyten genannt, sind lange, röhrenförmige Zellen. Muskelzellen sind wichtig für eine Vielzahl von Funktionen, einschließlich Bewegung, Unterstützung und interne Funktionen, wie z. B. Peristaltik – die Bewegung der Nahrung entlang des Darms.

Spermazellen

Diese kaulquappenförmigen Zellen sind die kleinsten im menschlichen Körper.

Sie sind beweglich, was bedeutet, dass sie sich bewegen können. Diese Bewegung erreichen sie mit Hilfe ihres Schwanzes (Flagellum), der vollgepackt ist mit energiespendenden Mitochondrien.

Samenzellen können sich nicht teilen; sie tragen nur eine Kopie jedes Chromosoms (haploid), im Gegensatz zu den meisten Zellen, die zwei Kopien tragen (diploid).

Weibliche Eizelle

Verglichen mit der Samenzelle ist die weibliche Eizelle ein Riese; sie ist die größte menschliche Zelle. Auch die Eizelle ist haploid, so dass sich die DNA von Spermium und Eizelle zu einer diploiden Zelle verbinden kann.

Fettzellen

Fettzellen werden auch Adipozyten genannt und sind der Hauptbestandteil des Fettgewebes. Sie enthalten gespeicherte Fette, sogenannte Triglyceride, die bei Bedarf als Energie genutzt werden können. Sobald die Triglyceride verbraucht sind, schrumpfen die Fettzellen. Adipozyten produzieren auch einige Hormone.

Nervenzellen

Nervenzellen sind das Kommunikationssystem des Körpers. Sie werden auch Neuronen genannt und bestehen aus zwei Hauptteilen – dem Zellkörper und den Nervenfortsätzen. Der Zentralkörper enthält den Zellkern und andere Organellen, und die Nervenfortsätze (Axone oder Dendriten) verlaufen wie lange Finger und tragen Nachrichten weit. Einige dieser Axone können über 1 Meter lang sein.

Auf den Punkt gebracht

Zellen sind so faszinierend wie vielfältig. Auf der einen Seite sind sie autonome Städte, die alleine funktionieren und ihre eigene Energie und Proteine produzieren; auf der anderen Seite sind sie Teil eines riesigen Netzwerks von Zellen, das Gewebe, Organe und uns bildet.