Definitionen der Zellstruktur

Inhalt

• Grundlegende Zellstruktur
• Die Zellmembran
• Der Kern
• Ribosomen
• Mitochondrien und Chloroplasten
• Das Zytoskelett
• Andere Organellen

Zellen sind im Allgemeinen identische Einheiten, die ein Ganzes bilden. Gefängnisblocks und Bienenstöcke bestehen zum Beispiel hauptsächlich aus Zellen. In der Anwendung auf biologische Systeme wurde der Begriff wahrscheinlich vom Wissenschaftler Robert Hooke aus dem 17. Jahrhundert geprägt, der als Erfinder des Verbundmikroskops und Pionier einer bemerkenswerten Anzahl wissenschaftlicher Arbeiten auftrat. Eine Zelle, wie sie heute beschrieben wird, ist die kleinste Einheit eines Lebewesens, die die Eigenschaften des Lebens selbst beibehält. Mit anderen Worten, einzelne Zellen enthalten nicht nur genetische Informationen, sondern nutzen und transformieren auch Energie, führen chemische Reaktionen durch, halten das Gleichgewicht aufrecht und so weiter. Umgangssprachlich werden Zellen typischerweise und angemessen als "Bausteine ​​des Lebens" bezeichnet.

Zu den wesentlichen Merkmalen einer Zelle gehört eine Zellmembran, die den Zellinhalt vom Rest der Welt trennt und schützt. Zytoplasma oder eine flüssigkeitsähnliche Substanz im Zellinneren, in der Stoffwechselprozesse ablaufen; und genetisches Material (Desoxyribonukleinsäure oder DNA). Dies beschreibt im Wesentlichen eine prokaryotische oder bakterielle Zelle in ihrer Gesamtheit. Komplexere Organismen, die als Eukaryoten bezeichnet werden - einschließlich Tiere, Pflanzen und Pilze - weisen auch eine Vielzahl anderer Zellstrukturen auf, die alle entsprechend den Bedürfnissen hochspezialisierter Lebewesen entwickelt wurden. Diese Strukturen werden Organellen genannt. Organellen sind für eukaryotische Zellen das, was Ihre eigenen Organe (Magen, Leber, Lunge usw.) für Ihren gesamten Körper bedeuten.

Grundlegende Zellstruktur

Zellen sind strukturell Organisationseinheiten. Sie werden formal auf der Basis klassifiziert, woher sie ihre Energie beziehen. Prokaryoten sind zwei der sechs taxonomischen Königreiche, Archaebakterien und Monera; Alle diese Arten sind einzellig und die meisten sind Bakterien. Sie stammen aus erstaunlichen 3,5 Milliarden Jahren (ungefähr 80 Prozent des geschätzten Alters der Erde selbst). Eukaryoten sind "nur" 1,5 Milliarden Jahre alt und umfassen Animalia, Plantae, Fungae und Protista. Die meisten Eukaryoten sind mehrzellig, einige (z. B. Hefe) jedoch nicht.

Prokaryontische Zellen weisen zumindest eine Agglomeration von genetischem Material in Form von DNA innerhalb einer von einer Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, begrenzten Hülle auf. Innerhalb dieser Einschließung befindet sich auch ein Zytoplasma, das bei Prokaryoten die Konsistenz von nassem Asphalt hat; bei Eukaryoten ist es viel flüssiger. Zusätzlich haben viele Prokaryoten auch eine Zellwand außerhalb der Zellmembran, um als Schutzschicht zu dienen (wie Sie sehen werden, dient die Zellmembran einer Vielzahl von Funktionen). Insbesondere schließen Pflanzenzellen, die eukaryotisch sind, auch Zellwände ein. Prokaryontische Zellen enthalten jedoch keine Organellen, und dies ist die primäre strukturelle Unterscheidung. Auch wenn man die Unterscheidung als metabolisch betrachtet, ist dies immer noch mit den jeweiligen strukturellen Eigenschaften verbunden.

Einige Prokaryoten haben GeißelDies sind peitschenartige Polypeptide, die zum Antrieb verwendet werden. Einige haben auch piliDies sind haarähnliche Vorsprünge, die für Klebezwecke verwendet werden. Bakterien gibt es auch in verschiedenen Formen: Kokken sind rund (wie die Meningokokken, die beim Menschen Meningitis verursachen können), Baccilli (Stäbchen, wie die Arten, die Milzbrand verursachen) und Spirilla oder Spirochäten (helikale Bakterien, wie die, die Syphilis verursachen). .

Was ist mit Viren? Dies sind nur winzige Stücke genetischen Materials, bei denen es sich um DNA oder RNA (Ribonukleinsäure) handeln kann, die von einer Proteinhülle umgeben sind. Viren können sich nicht selbst reproduzieren und müssen daher Zellen infizieren und ihren Fortpflanzungsapparat "entführen", um Kopien von sich selbst zu vermehren. Folglich zielen Antibiotika auf alle Arten von Bakterien ab, sind jedoch gegen Viren unwirksam. Es gibt antivirale Medikamente, von denen immer neue und wirksamere eingeführt werden. Ihre Wirkmechanismen unterscheiden sich jedoch grundlegend von denen von Antibiotika, die normalerweise entweder auf Zellwände oder auf Stoffwechselenzyme abzielen, die für prokaryotische Zellen spezifisch sind.

Die Zellmembran

Die Zellmembran ist ein facettenreiches Wunder der Biologie. Seine naheliegendste Aufgabe ist es, als Behälter für den Inhalt der Zelle zu dienen und eine Barriere gegen die Beleidigungen der außerzellulären Umgebung zu bilden. Dies beschreibt jedoch nur einen kleinen Teil seiner Funktion. Die Zellmembran ist keine passive Trennwand, sondern eine hochdynamische Anordnung von Toren und Kanälen, die dazu beiträgt, die interne Umgebung der Zellen (dh ihr Gleichgewicht oder ihre Homöostase) aufrechtzuerhalten, indem Moleküle nach Bedarf selektiv in die Zelle und aus der Zelle gelassen werden.

Die Membran ist eigentlich eine Doppelmembran, bei der sich zwei Schichten spiegelbildlich gegenüberliegen. Dies wird als Phospholipiddoppelschicht bezeichnet, und jede Schicht besteht aus einer "Schicht" von Phospholipidmolekülen oder genauer gesagt Glycerophospholipidmolekülen. Dies sind langgestreckte Moleküle, die aus polaren "Köpfen" bestehen, die vom Zentrum der Doppelschicht (dh zum Zytoplasma und zum Zelläußeren hin) weg weisen, und aus unpolaren "Schwänzen", die aus einem Paar von Fettsäuren bestehen. Diese beiden Säuren und das Phosphat sind an entgegengesetzte Seiten eines Glycerinmoleküls mit drei Kohlenstoffatomen gebunden. Aufgrund der asymmetrischen Ladungsverteilung auf Phosphatgruppen und der fehlenden Ladungsasymmetrie von Fettsäuren bauen sich in Lösung befindliche Phospholipide tatsächlich spontan zu einer solchen Doppelschicht auf, sodass sie energetisch effizient sind.

Substanzen können die Membran auf verschiedene Weise durchdringen. Eine ist die einfache Diffusion, bei der kleine Moleküle wie Sauerstoff und Kohlendioxid von Bereichen höherer Konzentration in Bereiche niedrigerer Konzentration durch die Membran wandern. Erleichterte Diffusion, Osmose und aktiver Transport tragen auch dazu bei, die Versorgung mit Nährstoffen, die in die Zelle gelangen, und die austretenden Stoffwechselabfälle konstant zu halten.

Der Kern

Der Kern ist der Ort der DNA-Speicherung in eukaryotischen Zellen. (Erinnern Sie sich daran, dass Prokaryoten keine Kerne haben, weil sie keine membrangebundenen Organellen haben.) Wie die Plasmamembran ist die Kernmembran, auch Kernhülle genannt, eine zweischichtige Phospholipidbarriere.

Innerhalb des Zellkerns ist das genetische Material einer Zelle in verschiedene Körper unterteilt, die als Chromosomen bezeichnet werden. Die Anzahl der Chromosomen eines Organismus variiert von Art zu Art; Menschen haben 23 Paare, darunter 22 Paare "normaler" Chromosomen, sogenannte Autosomen, und ein Paar Geschlechtschromosomen. Die DNA einzelner Chromosomen ist in Sequenzen angeordnet, die als Gene bezeichnet werden. Jedes Gen trägt den genetischen Code für ein bestimmtes Proteinprodukt, sei es ein Enzym, ein Beitrag zur Augenfarbe oder ein Bestandteil der Skelettmuskulatur.

Wenn sich eine Zelle teilt, teilt sich ihr Kern aufgrund der Replikation der darin enthaltenen Chromosomen auf unterschiedliche Weise. Dieser Fortpflanzungsprozess wird Mitose genannt, und die Spaltung des Zellkerns wird als Zytokinese bezeichnet.

Ribosomen

Ribosomen sind der Ort der Proteinsynthese in Zellen. Diese Organellen bestehen fast ausschließlich aus einer Art von RNA, die Ribosomen-RNA oder rRNA genannt wird. Diese Ribosomen, die sich im gesamten Zellzytoplasma befinden, umfassen eine große Untereinheit und eine kleine Untereinheit.

Der vielleicht einfachste Weg, sich Ribosomen vorzustellen, sind winzige Fließbänder. Wenn es Zeit ist, ein bestimmtes Proteinprodukt herzustellen, gelangt die von der DNA in den Kern transkribierte Messenger-RNA (mRNA) zu dem Teil der Ribosomen, wo der mRNA-Code in Aminosäuren übersetzt wird, die Bausteine ​​aller Proteine. Insbesondere können die vier verschiedenen stickstoffhaltigen Basen von mRNA auf 64 verschiedene Arten in Dreiergruppen angeordnet werden (4 hoch 64), und jedes dieser "Tripletts" kodiert für eine Aminosäure. Da es im menschlichen Körper nur 20 Aminosäuren gibt, stammen einige Aminosäuren aus mehr als einem Triplettcode.

Wenn die mRNA translatiert wird, eine weitere Art von RNA, trägt die Transfer-RNA (tRNA) die Aminosäuren, die vom Code an die ribosomale Synthesestelle gerufen wurden, wo die Aminosäuren an das Ende des Protein-In gebunden sind. Fortschritt. Sobald das Protein, das Dutzende bis Hunderte von Aminosäuren umfassen kann, vollständig ist, wird es aus dem Ribosom freigesetzt und dorthin transportiert, wo es benötigt wird.

Mitochondrien und Chloroplasten

Mitochondrien sind die "Kraftwerke" tierischer Zellen, und Chloroplasten sind ihre Analoga in Pflanzenzellen. Mitochondrien, von denen angenommen wird, dass sie als freistehende Bakterien entstanden sind, bevor sie in die Strukturen eingearbeitet wurden, die zu eukaryotischen Zellen wurden, sind der Ort des aeroben Stoffwechsels, der Sauerstoff benötigt, um Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) aus Glucose zu gewinnen. Die Mitochondrien erhalten Pyruvatmoleküle, die aus dem sauerstoffunabhängigen Glukoseabbau im Zytoplasma stammen. In der Matrix (im Inneren) der Mitochondrien unterliegt das Pyruvat dem Krebs-Zyklus, auch Citronensäure-Zyklus oder Tricarbonsäure-Zyklus (TCA-Zyklus) genannt. Der Krebs-Zyklus erzeugt einen Aufbau von hochenergetischen Protonenträgern und dient als Grundlage für die aeroben Reaktionen, die als Elektronentransportkette bezeichnet werden und in der Nähe der Mitochondrienmembran stattfinden, die eine weitere Lipiddoppelschicht darstellt. Diese Reaktionen erzeugen weitaus mehr Energie in Form von ATP als die Glykolyse; Ohne Mitochondrien hätte sich das tierische Leben auf der Erde aufgrund des enormen Energiebedarfs "höherer" Organismen nicht entwickeln können.

Chloroplasten geben Pflanzen ihre grüne Farbe, da sie ein Pigment namens Chlorophyll enthalten. Während Mitochondrien Glukoseprodukte abbauen, nutzen Chloroplasten die Energie des Sonnenlichts, um aus Kohlendioxid und Wasser Glukose zu gewinnen. Die Pflanze verwendet dann einen Teil dieses Brennstoffs für ihren Eigenbedarf, doch der größte Teil gelangt zusammen mit dem bei der Glukosesynthese freiwerdenden Sauerstoff in das Ökosystem und wird von Tieren verwendet, die sich nicht selbst ernähren können. Ohne reichlich vorhandenes Pflanzenleben auf der Erde könnten Tiere nicht überleben. Das Gegenteil ist der Fall, da der tierische Stoffwechsel genügend Kohlendioxid erzeugt, damit Pflanzen es nutzen können.

Das Zytoskelett

Das Zytoskelett bietet, wie der Name schon sagt, eine strukturelle Unterstützung für eine Zelle, genauso wie Ihr eigenes knöchernes Skelett ein stabiles Gerüst für Ihre Organe und Gewebe darstellt. Das Zytoskelett besteht aus drei Komponenten: Mikrofilamenten, Zwischenfasern und Mikrotubuli in der Reihenfolge vom kleinsten zum größten. Mikrofilamente und Mikrotubuli können je nach den Bedürfnissen der Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt zusammengesetzt und auseinandergenommen werden, während Zwischenfilamente in der Regel dauerhafter sind.

Das Zytoskelett fixiert nicht nur Organellen wie die an hohen Kommunikationstürmen befestigten Führungsdrähte, sondern hält diese auch am Boden fest. Dies kann, wie einige Mikrotubuli, als Ankerpunkt für Flagellen dienen. alternativ stellen einige Mikrotubuli den eigentlichen Kanal (Pfad) bereit, über den sich die Dinge bewegen können. So kann das Zytoskelett je nach Typ sowohl motorisch als auch autobahnlich sein.

Andere Organellen

Andere wichtige Organellen umfassen Golgi-Körper, die bei mikroskopischer Untersuchung wie Stapel von Pfannkuchen aussehen und als Orte der Proteinspeicherung und - sekretion dienen, und endoplasmatisches Retikulum, der Proteinprodukte von einem Teil der Zelle zum anderen transportiert. Das endoplasmatische Retikulum kommt in glatten und rauen Formen vor; Letztere werden so genannt, weil sie mit Ribosomen besetzt sind. In Golgi-Körpern entstehen Vesikel, die die Ränder der "Pfannkuchen" abbrechen und Proteine ​​enthalten. Wenn diese als Versandbehälter angesehen werden können, ist das endoplasmatische Retikulum, das diese Körper aufnimmt, wie ein Autobahn- oder Eisenbahnsystem.

Lysosomen sind auch wichtig für die Aufrechterhaltung der Zellen. Dies sind auch Vesikel, aber sie enthalten spezifische Verdauungsenzyme, die entweder die Stoffwechselabfälle von Zellen lysieren (auflösen) können, oder Chemikalien, die eigentlich gar nicht vorhanden sein sollen, aber irgendwie die Zellmembran verletzt haben.