Was machen alle Teile einer Zelle?

Zellen sind die Grundbausteine ​​des Lebens. Weniger poetisch sind sie die kleinsten Einheiten von Lebewesen, die alle grundlegenden Eigenschaften des Lebens selbst beibehalten (z. B. Proteinsynthese, Kraftstoffverbrauch und genetisches Material). Daher müssen Zellen trotz ihrer winzigen Größe eine Vielzahl von Funktionen erfüllen, sowohl koordiniert als auch unabhängig. Dies bedeutet wiederum, dass sie eine Vielzahl unterschiedlicher physischer Teile enthalten müssen.

Die meisten prokaryotischen Organismen bestehen aus nur einer einzigen Zelle, während die Körper von Eukaryoten wie Ihnen Billionen enthalten. Eukaryontische Zellen enthalten spezialisierte Strukturen, die Organellen genannt werden, die eine Membran enthalten, die derjenigen ähnelt, die die gesamte Zelle umgibt. Diese Organellen sind die Bodentruppen der Zelle, die ständig sicherstellen, dass alle momentanen Bedürfnisse der Zelle erfüllt werden.

Alle Zellen enthalten als absolutes Minimum eine Zellmembran, genetisches Material und Zytoplasma, auch Zytosol genannt. Dieses genetische Material ist Desoxyribonukleinsäure oder DNA. Bei Prokaryoten ist die DNA in einem Teil des Zytoplasmas geclustert, aber nicht von einer Membran umgeben, da nur Eukaryoten einen Kern haben. Alle Zellen haben eine Zellmembran, die aus einer Phospholipid-Doppelschicht besteht; prokaryontische Zellen haben eine Zellwand direkt außerhalb der Zellmembran für zusätzliche Stabilität und Schutz. Auch die Zellen von Pflanzen, die zusammen mit Pilzen und Tieren Eukaryoten sind, haben Zellwände.

Alle Zellen haben auch Ribosomen. Bei Prokaryonten schwimmen diese frei im Zytoplasma; bei Eukaryoten sind sie typischerweise an das endoplasmatische Retikulum gebunden. Ribosomen werden oft als eine Art von Organellen klassifiziert, aber in einigen Schemata gelten sie nicht als solche, da ihnen eine Membran fehlt. Die Nichtkennzeichnung von Ribosomen-Organellen macht das Schema "nur Eukaryoten haben Organellen" konsistent. Zu diesen eukaryotischen Organellen zählen neben dem endoplasmatischen Retikulum Mitochondrien (bzw. bei Pflanzen Chloroplasten), Golgi-Körper, Lysosomen, Vakuolen und das Zytoskelett.

Die Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, ist eine physikalische Grenze zwischen der inneren Umgebung der Zelle und der Außenwelt. Verwechseln Sie diese grundlegende Einschätzung jedoch nicht mit der Annahme, dass die Funktion der Zellmembran lediglich eine schützende Rolle spielt oder dass die Membran nur eine Art willkürliche Eigenschaftslinie ist. Dieses Merkmal aller Zellen, sowohl prokaryotischer als auch eukaryotischer, ist das Produkt von einigen Milliarden Jahren Evolution und ist in ein multifunktionales, dynamisches Wunderwerk, das wohl eher wie ein Wesen mit echter Intelligenz funktioniert als ein bloßes Barriere.

Die Zellmembran besteht bekanntlich aus einer Phospholipid-Doppelschicht, was bedeutet, dass sie aus zwei identischen Schichten besteht, die aus Phospholipid-Molekülen (oder besser gesagt Phosphoglycerolipiden) bestehen. Jede einzelne Schicht ist asymmetrisch, besteht aus einzelnen Molekülen, die eine Art Verwandtschaft mit Tintenfischen oder Luftballons mit ein paar Quasten haben. Die "Köpfe" sind die Phosphatanteile, die ein elektrochemisches Ladungsungleichgewicht aufweisen und daher als polar angesehen werden. Da auch Wasser polar ist und Moleküle mit ähnlichen elektrochemischen Eigenschaften dazu neigen, zusammenzuaggregieren, wird dieser Teil des Phospholipids als hydrophil angesehen. Die "Schwänze" sind Lipide, genauer gesagt ein Paar von Fettsäuren. Diese sind im Gegensatz zu Phosphaten ungeladen und damit hydrophob. Das Phosphat ist an einer Seite eines aus drei Kohlenstoffatomen bestehenden Glycerinrests in der Mitte des Moleküls befestigt, und die beiden Fettsäuren sind an der anderen Seite verbunden.

Da die hydrophoben Lipidschwänze in Lösung spontan miteinander assoziieren, wird die Doppelschicht so aufgebaut, dass die beiden Phosphatschichten zeigen nach außen und zum Zellinneren, während sich die beiden Lipidschichten auf der Innenseite der Doppelschicht. Das bedeutet, dass die Doppelmembranen spiegelbildlich ausgerichtet sind, wie die beiden Körperseiten.

Die Membran verhindert nicht nur, dass Schadstoffe ins Innere gelangen. Es ist selektiv durchlässig, lässt Vitalstoffe durch, hält andere jedoch aus, wie der Türsteher in einem trendigen Nachtclub. Es ermöglicht auch selektiv den Auswurf von Abfallprodukten. Einige in die Membran eingebettete Proteine ​​wirken als Ionenpumpen, um das Gleichgewicht (chemisches Gleichgewicht) innerhalb der Zelle aufrechtzuerhalten.

Das Zellzytoplasma, auch Zytosol genannt, stellt den Eintopf dar, in dem die verschiedenen Bestandteile der Zelle „schwimmen“. Alle Zellen, prokaryotisch und eukaryotisch, besitzen ein Zytoplasma, ohne das die Zelle nicht mehr strukturelle Integrität aufweisen könnte als ein leerer Ballon.

Wenn Sie jemals ein Gelatine-Dessert mit eingebetteten Fruchtstücken gesehen haben, denken Sie vielleicht an die Gelatine selbst als Zytoplasma, die Frucht als Organellen und die Schale mit der Gelatine als Zellmembran oder Zelle Wand. Die Konsistenz des Zytoplasmas ist wässrig und wird auch als Matrix bezeichnet. Unabhängig vom Zelltyp enthält das Zytoplasma eine weitaus höhere Dichte an Proteinen und molekularen "Maschinen" als Meerwasser oder andere nicht lebende Umgebung, die ein Beweis für die Aufgabe der Zellmembran bei der Aufrechterhaltung der Homöostase (ein anderes Wort für "Gleichgewicht" in Bezug auf Lebewesen) im Inneren ist Zellen.

In Prokaryoten befindet sich das genetische Material der Zelle, die DNA, die sie zur Reproduktion verwendet und den Rest der Zelle anleitet, Proteinprodukte für den lebenden Organismus herzustellen, im Zytoplasma. In Eukaryoten ist es in einer Struktur namens Kern eingeschlossen.

Der Kern wird vom Zytoplasma durch eine Kernhülle abgegrenzt, die physikalisch der Plasmamembran der Zelle ähnelt. Die Kernhülle enthält Kernporen, die den Ein- und Austritt bestimmter Moleküle ermöglichen. Diese Organelle ist die größte in jeder Zelle und macht bis zu 10 Prozent des Zellvolumens aus und ist mit jedem Mikroskop, das stark genug ist, um Zellen selbst zu enthüllen, leicht sichtbar. Wissenschaftler wissen seit den 1830er Jahren von der Existenz des Kerns.

Im Kern befindet sich Chromatin, der Name für die Form, die die DNA annimmt, wenn sich die Zelle nicht auf die Teilung vorbereitet: gewunden, aber nicht in Chromosomen getrennt, die im Mikroskop unterschiedlich erscheinen. Der Nukleolus ist der Teil des Kerns, der rekombinante DNA (rDNA) enthält, die DNA, die der Synthese von ribosomaler RNA (rRNA) gewidmet ist. Schließlich ist das Nukleoplasma eine wässrige Substanz innerhalb der Kernhülle, die dem Zytoplasma in der eigentlichen Zelle entspricht.

Neben der Speicherung von genetischem Material bestimmt der Zellkern, wann sich die Zelle teilt und reproduziert.

Mitochondrien kommen in tierischen Eukaryoten vor und stellen die "Kraftwerke" der Zellen dar, da in diesen länglichen Organellen die aerobe Atmung stattfindet. Die aerobe Atmung erzeugt 36 bis 38 Moleküle ATP oder Adenosintriphosphat (die Hauptenergiequelle der Zellen) für jedes Molekül Glukose (die ultimative Brennstoffwährung des Körpers), die es verbraucht; Die Glykolyse hingegen, die keinen Sauerstoff benötigt, um fortzufahren, erzeugt nur etwa ein Zehntel dieser Energie (4 ATP pro Glukosemolekül). Bakterien können allein mit Glykolyse auskommen, Eukaryoten jedoch nicht.

Die aerobe Atmung erfolgt in zwei Schritten an zwei verschiedenen Stellen innerhalb der Mitochondrien. Der erste Schritt ist der Krebs-Zyklus, eine Reihe von Reaktionen, die auf der mitochondrialen Matrix auftreten, die dem Nukleoplasma oder dem Zytoplasma anderswo ähnlich ist. Im Krebs-Zyklus – auch Zitronensäure-Zyklus oder Tricarbonsäure-Zyklus genannt – zwei Moleküle Pyruvat, ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen, das bei der Glykolyse produziert wird, gehen für jedes Molekül Glukose mit sechs Kohlenstoffatomen in die Matrix ein verbraucht. Dort durchläuft das Pyruvat einen Reaktionszyklus, der Material für weitere Krebs-Zyklen erzeugt und mehr Wichtig sind hochenergetische Elektronenüberträger für den nächsten Schritt im aeroben Stoffwechsel, den Elektronentransport Kette. Diese Reaktionen finden an der Mitochondrienmembran statt und sind das Mittel, durch das die ATP-Moleküle bei der aeroben Atmung freigesetzt werden.

Tiere, Pflanzen und Pilze sind die bemerkenswerten Eukaryoten, die derzeit die Erde bewohnen. Während Tiere Glukose und Sauerstoff verwenden, um Treibstoff, Wasser und Kohlendioxid zu erzeugen, nutzen Pflanzen Wasser, Kohlendioxid und die Sonnenenergie, um die Herstellung von Sauerstoff und Glukose anzutreiben. Wenn diese Anordnung nicht wie ein Zufall aussieht, ist sie es nicht; die verfahrenspflanzen verwenden für ihren stoffwechsel wird photosynthese genannt, und es ist im Wesentlichen aerobe atmung, die genau in die entgegengesetzte richtung läuft.

Da Pflanzenzellen Glukose-Nebenprodukte nicht mit Sauerstoff abbauen, haben oder brauchen sie keine Mitochondrien. Stattdessen besitzen Pflanzen Chloroplasten, die Lichtenergie in chemische Energie umwandeln. Jede Pflanzenzelle hat zwischen 15 oder 20 bis etwa 100 Chloroplasten, von denen man annimmt, dass sie, wie die Mitochondrien in tierischen Zellen, einst freistehend existiert haben Bakterien in den Tagen vor der Entwicklung der Eukaryoten, nachdem sie anscheinend diese kleineren Organismen verschlungen und die Stoffwechselmaschinerie dieser Bakterien in ihre besitzen.

Wenn Mitochondrien die Kraftwerke der Zellen sind, sind Ribosomen die Fabriken. Ribosomen werden nicht durch Membranen gebunden und sind daher technisch gesehen keine Organellen, aber sie werden der Einfachheit halber oft mit echten Organellen gruppiert.

Ribosomen kommen im Zytoplasma von Prokaryoten und Eukaryoten vor, bei letzteren sind sie jedoch oft am endoplasmatischen Retikulum befestigt. Sie bestehen aus etwa 60 Prozent Protein und etwa 40 Prozent rRNA. rRNA ist eine Nukleinsäure, wie DNA, Messenger-RNA (mRNA) und Transfer-RNA (tRNA).

Ribosomen existieren aus einem einfachen Grund: um Proteine ​​herzustellen. Sie tun dies über den Prozess der Translation, also der Umwandlung von in rRNA kodierten genetischen Anweisungen über DNA in Proteinprodukte. Ribosomen bauen Proteine ​​aus den 20 Arten von Aminosäuren im Körper zusammen, von denen jede von einer bestimmten Art von tRNA zum Ribosom transportiert wird. Die Reihenfolge, in der diese Aminosäuren hinzugefügt werden, wird durch die mRNA festgelegt, von denen jede die von einer einzelnen abgeleiteten Informationen enthält DNA-Gen – d. h. eine Länge der DNA, die als Bauplan für ein einzelnes Proteinprodukt dient, sei es ein Enzym, ein Hormon oder ein Auge Pigment.

Die Translation gilt als dritter und letzter Teil des sogenannten zentralen Dogmas der Kleinbiologie: DNA macht mRNA und mRNA produziert Proteine ​​oder trägt zumindest Anweisungen für sie. Im Großen und Ganzen ist das Ribosom der einzige Teil der Zelle, der gleichzeitig auf alle drei Standard-RNA-Typen (mRNA, rRNA und tRNA) angewiesen ist, um zu funktionieren.

Die meisten der verbleibenden Organellen sind Vesikel oder biologische "Säcke". Die Golgi-Körper, die bei mikroskopischer Untersuchung eine charakteristische "Pancake-Stack"-Anordnung aufweisen, enthalten neu synthetisierte Proteine; die Golgi-Körper setzen diese in kleinen Bläschen frei, indem sie diese abschnüren, woraufhin diese kleinen Körper ihre eigene geschlossene Membran haben. Die meisten dieser kleinen Vesikel landen im endoplasmatischen Retikulum, das wie ein Autobahn- oder Eisenbahnsystem für die gesamte Zelle ist. An einigen Arten von Endoplasma sind viele Ribosomen befestigt, die ihnen unter dem Mikroskop ein "raues" Aussehen verleihen; dementsprechend werden diese Organellen als raues endoplasmatisches Retikulum oder RER bezeichnet. Im Gegensatz dazu wird Ribosomen-freies endoplasmatisches Retikulum als glattes endoplasmatisches Retikulum oder SER bezeichnet.

Zellen enthalten auch Lysosomen, Vesikel, die starke Enzyme enthalten, die Abfallstoffe oder unerwünschte Besucher abbauen. Diese sind wie die zellulare Antwort auf eine Reinigungsmannschaft.