Zellkern und Ribosomen: Die Informationszentrale der Zelle

Zellkern (Nucleus)

Der Zellkern ist das Kontrollzentrum der eukaryotischen Zelle und besitzt folgende Merkmale:

• Größe von 3-5 µm
• Von einer doppelten Kernhülle umgeben
• Enthält 1-3 Nucleoli (Kernkörperchen)
• Enthält das Chromatin (Träger der Erbinformation)
• Wird durch die Kernlamina stabilisiert

Funktionen des Zellkerns:

• Regulierung von Stoffwechselprozessen, besonders bei der Zellteilung
• Speicherung und Weitergabe der Erbinformation

Wichtiger Begriff: Der Zellkern ist das wichtigste Merkmal eukaryotischer Zellen und unterscheidet sie von prokaryotischen Zellen, die keinen echten Zellkern besitzen.

Ribosomen

Ribosomen sind kleine, aber entscheidende Zellorganellen:

• Größe von 15-30 nm
• Bestehen aus Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA)
• Setzen sich aus einer großen und einer kleinen Untereinheit zusammen
• Kommen frei im Cytoplasma oder gebunden am Endoplasmatischen Retikulum vor

Funktionen der Ribosomen:

• Durchführung der Proteinbiosynthese
• Freie Ribosomen produzieren Proteine für den Eigenbedarf der Zelle
• Am ER gebundene Ribosomen (raues ER) synthetisieren Proteine für Zellmembranen oder zur Abgabe nach außen

Prozesswissen: Bei der Proteinbiosynthese liest die kleine Untereinheit die mRNA ab und überprüft sie auf Fehler, während die große Untereinheit die Aminosäuren zu Proteinen zusammensetzt.

Cytoskelett und Mitochondrien: Stabilität und Energieversorgung

Cytoskelett

Das Cytoskelett durchzieht die gesamte Zelle und besteht aus drei Arten von Proteinfilamenten:

• Mikrotubuli/Makrofilamente $15-25 nm dick, bis 25 µm lang$
• Mikrofilamente (Aktinfilamente)
• Intermediärfilamente

Diese bilden ein netzartiges System im Cytoplasma und übernehmen wichtige Aufgaben:

• Verleiht der Zelle Form und Stabilität
• Ermöglicht Zellbewegungen (Motilität)
• Unterstützt Formveränderungen der Zelle
• Bietet Befestigungsmöglichkeiten für andere Zellstrukturen
• Hilft bei Ein- und Ausstülpungen während der Endo- und Exozytose

Funktionsvergleich: Das Cytoskelett kommt sowohl in Pflanzenzellen als auch in Tierzellen vor, wobei es in Tierzellen besonders wichtig für die Zellbewegung ist, während es in Pflanzenzellen eher strukturelle Funktionen erfüllt.

Mitochondrien

Die Mitochondrien gelten als "Kraftwerke der Zelle" und weisen folgende Strukturmerkmale auf:

• Stäbchenförmige Organellen $1-10 µm$
• Von einer Doppelmembran umgeben
• Besitzen eigene DNA und Ribosomen in der Matrix
• Kommen nur in eukaryotischen Zellen vor

Funktionen der Mitochondrien:

• Produktion von ATP (Adenosintriphosphat) als Energieträger für die Zelle
• Speicherung von Calcium
• Beteiligung an verschiedenen Stoffwechselprozessen

Schlüsselkonzept: Mitochondrien sind ein typisches Merkmal eukaryotischer Zellen und besitzen ihre eigene DNA, was die Endosymbiontentheorie stützt, nach der sie ursprünglich eigenständige Bakterien waren.

Chloroplasten und Golgi-Apparat: Photosynthese und Transportzentrale

Chloroplasten

Chloroplasten sind spezielle Organellen in Pflanzenzellen mit folgender Struktur:

• Von zwei Membranen umgeben
• Besitzen eigene DNA und Ribosomen
• Enthalten Thylakoide, die zu Stapeln (Grana) angeordnet sind
• Im Stroma befinden sich Stärkekörner

Funktionen der Chloroplasten:

• Durchführung der Photosynthese
• Speicherung von Fetten und Stärke
• Verantwortlich für die Färbung in Blüten

Wusstest du? Chloroplasten kommen ausschließlich in Pflanzenzellen vor und sind ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal zwischen Pflanzenzellen und Tierzellen.

Golgi-Apparat (Dictyosomen)

Der Golgi-Apparat ist ein wichtiges Membransystem der Zelle:

• Besteht aus abgeflachten Membransäckchen, die oft gestapelt sind
• Enthält Golgi-Vesikel für den Transport
• In Pflanzenzellen werden die einzelnen Stapel als Dictyosomen bezeichnet
• Die Gesamtheit aller Dictyosomen bildet den Golgi-Apparat

Funktionen des Golgi-Apparats:

• Dient als Schaltstelle des Stofftransports in der Zelle
• Nimmt Proteine vom Endoplasmatischen Retikulum auf
• Modifiziert, sortiert und konzentriert Proteine
• Verpackt Produkte in Vesikel und transportiert sie an ihre Bestimmungsorte
• Beteiligt sich an der Exozytose

Vergleich: Der Golgi-Apparat kommt in Pflanzenzellen als Dictyosomen vor, während er in Tierzellen typischerweise als einzelner zusammenhängender Komplex organisiert ist. Die Funktion des Golgi-Apparats ist jedoch in beiden Zelltypen ähnlich.

Endoplasmatisches Retikulum und Lysosomen: Produktion und Abbau

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

Das ER ist ein ausgedehntes Netzwerk von Membranröhren und -säckchen:

• Durchzieht das gesamte Cytoplasma
• Steht in engem Kontakt zur Kernhülle
• Wird in glattes ER (ohne Ribosomen) und raues ER (mit Ribosomen) unterteilt

Funktionen des glatten ER:

• Abbau von Giftstoffen und Medikamenten
• Bildung von Lipiden und Hormonen
• Schutz der Zelle

Funktionen des rauen ER:

• Zusammenarbeit mit angelagerten Ribosomen bei der Proteinbiosynthese
• Faltung und Modifikation von Proteinen
• Verpackung von Proteinen in Vesikel für den Transport zum Golgi-Apparat

Expertenwissen: Das raue ER ist besonders gut in Zellen entwickelt, die viele Proteine produzieren, wie Drüsenzellen. Es gehört zu den wichtigsten Zellorganellen mit Membran, im Gegensatz zu Zellorganellen ohne Membran wie Ribosomen.

Lysosomen

Lysosomen sind Vesikel mit Verdauungsenzymen:

• Entstehen als primäre Lysosomen aus Golgi-Vesikeln mit Abbauenzymen
• Bilden sekundäre Lysosomen, wenn sie mit Endosomen (nährstoffhaltige Vesikel) verschmelzen

Funktionen der Lysosomen:

• Abbau von aufgenommenen Stoffen und beschädigten Zellbestandteilen
• Transport verwertbarer Abbauprodukte ins Cytoplasma
• Wiederverwertung von Bausteinen zur Energiegewinnung
• Verpackung nicht abbaubarer Reste zur Ausscheidung durch Exozytose

Prozessablauf: Bei der Endozytose werden Stoffe von außen aufgenommen, in Lysosomen verdaut und entweder wiederverwertet oder durch Exozytose ausgeschieden. Dieser Prozess ist ein wichtiger Teil des Stoffwechsels in eukaryotischen Zellen.

Vakuole und Zelltransportprozesse: Speicherung und Materialaustausch

Vakuole

Die Vakuole ist ein charakteristisches Merkmal von Pflanzenzellen:

• Nimmt oft den größten Teil des Zellvolumens ein
• Ist mit Zellsaft gefüllt
• Wird vom Tonoplast (spezielle Membran) umgeben
• Kommt nur in Pflanzenzellen vor

Funktionen der Vakuole:

• Speicherung verschiedener Stoffe (Reservestoffe, Abfallstoffe, Farbstoffe, Giftstoffe)
• Schutz vor Fressfeinden durch Speicherung von Giftstoffen
• Verleiht nicht verholzten Pflanzenteilen Stabilität durch Turgor (Zellinnendruck)

Wichtiger Unterschied: Die große zentrale Vakuole ist ein Hauptmerkmal der Pflanzenzelle und unterscheidet sie von der Tierzelle, die keine oder nur kleine Vakuolen besitzt. Die Zelle Aufbau und Funktion unterscheidet sich dadurch grundlegend.

Endozytose und Exozytose

Diese Transportprozesse ermöglichen den Materialaustausch zwischen Zelle und Umgebung:

Endozytose:

• Die Zellmembran stülpt sich ein und umschließt extrazelluläres Material
• Bildet ein Vesikel, das ins Zellinnere abgeschnürt wird
• Wichtig für die Aufnahme größerer Moleküle und Partikel

Exozytose:

• Transport von Stoffen aus der Zelle nach außen
• Ablauf: Proteine werden im ER produziert → zum Golgi-Apparat transportiert → in Golgi-Vesikeln verpackt → zur Zellmembran transportiert
• Vesikel verschmilzt mit der Zellmembran und entlässt seinen Inhalt nach außen
• Nicht abbaubare Reste werden so aus der Zelle entfernt

Prozesswissen: Bei der Exozytose spielen Golgi-Vesikel eine zentrale Rolle, da sie vom Golgi-Apparat gebildet werden und Substanzen zur Zellmembran transportieren. Diese Vorgänge sind Teil des Aufbaus und der Funktion sowohl von Tier- als auch Pflanzenzellen.