Zelle Puzzle

Die Zelle :
Bau und Funktion
Puzzle Team A
1. EINLEITUNG:
Eine Zelle ist, die kleinste Einheit der Lebewesen, die selbständig funktionieren kann.
Alle lebenden Organismen bestehen aus Zellen, und nach einer allgemein verbreiteten Ansicht kann man nichts,
das kleiner ist als eine Zelle, als wirklich lebendig bezeichnen. Manche Mikroorganismen, so Bakterien und
Protozoen, bestehen aus einzelnen Zellen; Pflanzen und Tiere dagegen sind Organismen aus vielen Millionen
Zellen, die zu Geweben und Organen zusammengelagert sind. Viren und zellfreie Extrakte können zwar viele
Einzelfunktionen lebender Zellen ausführen, aber ihnen fehlt die Fähigkeit, selbständig zu überleben, zu
wachsen und sich zu vervielfältigen; deshalb betrachtet man sie nicht als lebendig.
1.1. ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN VON ZELLEN
Zellen können sich in Größe und Form stark unterscheiden. Manche kleinen Bakterienzellen sind winzige,
zylinderförmige Gebilde mit einer Länge von weniger als einem Mikrometer. Am anderen Ende der Skala stehen
die kompliziert gebauten Nervenzellen mit ihren vielen langen Fortsätzen, die mehrere Meter lang werden
können (ein besonders eindrucksvolles Beispiel sind die Nervenfortsätze im Hals der Giraffe). Die meisten
Pflanzenzellen sind 20 bis 30 µm lang, vieleckig und von einer starren Zellwand begrenzt. Im Gewebe der Tiere
haben die Zellen in der Regel eine kompakte Gestalt, einen Durchmesser von 10 bis 20 µm und eine elastische,
oft stark gefaltete Oberfläche.
Man unterscheidet 2 grundlegende Zellformen: die Eucyte (= Zelle mit echtem Zellkern) und die Procyte
(=Zelle ohne Zellkern). Bei der Eucyte unterscheidet man wiederum 2 Typen die Pflanzliche Zelle und die
Tierische Zelle. Alle Organismen, die aus Eucyten aufgebaut sind nennt man Eukaryoten. Dazu zählen alle
Einzeller, Pilze, Pflanzen und Tiere. Alle Organismen, die keinen Zellkern haben heißen Prokaryoten, dazu
gehören die Bakterien und die bakterienähnlichen Archaea.
Trotz der vielen Unterschiede in Aussehen und Funktion haben alle Zellen eine Reihe von Gemeinsamkeiten: Sie
sind immer von einer Membran umgeben (der so genannten Plasmamembran), die das stark wasserhaltige
Zytoplasma umschließt. Alle Zellen sind der Ort vielfältiger chemischer Reaktionen, mit deren Hilfe sie
wachsen, Energie erzeugen und Abfallstoffe beseitigen. Zusammenfassend bezeichnet man alle diese Reaktionen
als Stoffwechsel oder (nach einem griechischen Wort, das Veränderung bedeutet), als Metabolismus. Alle
Zellen enthalten Erbinformation, die in den Molekülen der Desoxyribonukleinsäure (DNA) codiert ist; sie steuert
die Tätigkeiten der Zelle und gibt ihr die Fähigkeit, sich fortzupflanzen und ihre Eigenschaften an die
Nachkommen weiterzugeben. Wie man an diesen und vielen anderen Gemeinsamkeiten erkennt (so auch an
vielen identischen oder fast identischen Molekülen), stammen die heutigen Zellen in einer ununterbrochenen
Entwicklungslinie von den ersten primitiven Zellen ab, die irgendwann auf der Erde auftauchten.
1.2. DIE ZELLTHEORIE
besagt, dass die Zelle die grundlegende Einheit aller Lebewesen ist. 1855 stellte Virchow fest, dass jede Zelle
aus einer anderen Zelle hervorgeht: "omnis cellula e cellula". Auch erkannte man, dass es einzellige Lebewesen
gibt (Bsp. Bakterien, Wimperntierchen…).
Bau und Funktion der Zelle bedingen sich wechselseitig. Die Zellmembran grenzt die Zelle nach außen ab und
ermöglicht den Stoffaustausch mit der Umgebung. Durch die Zellmembran können Stoffe selektiv
aufgenommen werden, wodurch in der Zelle ein anderes Milieu entsteht. Dadurch können für unterschiedliche
Aufgaben unterschiedliche Räume ( so genannte Kompartimente) erzeugt werden. Dies ermöglicht einem
Organismus viele verschiedene chemische Reaktionen nebeneinander durchzuführen.
Wichtig!!!!
Vergleiche und ergänze den Zettel mit Linder S. 12, 13, 18, 19, und 22!
Die Zelle :
Bau und Funktion
Puzzle Team B
2. BAU UND FUNKTION VON MEMBRANEN
Alle Zellen sind von Membranen umgeben. Bei der Eucyte finden sich auch zahlreiche Membranen innerhalb
der Zelle als Begrenzung von Zellorganellen.
Grundbauplan: siehe auch Abbildung Linder Seite 24
Sie bestehen aus Lipiden (Fette und fettähnliche Substanzen) und aus Proteinen. Die Lipide bestehen aus einem
hydrophoben (= Wasser abstoßenden Ende) und einem hydrophilen (= Wasser anziehenden Teil). Dadurch
bilden sie in wässrigem Milieu sofort eine Lipiddoppelschicht, wo die hydrophoben Anteile zueinander
gerichtet sind.
Proteine
hydrophiler Teil der Lipidschicht
hydrophober Teil der Lipidschicht
Kohlenhydratketten
Eine Membran ist keine starre Struktur. Die Proteine bewegen sich wie Eisberge innerhalb der Lipidschicht.
Man spricht daher vom "Flüssig-Mosaik-Modell" der Membranen (siehe dazu auch Seite 25 Linder!)
Innerhalb der Zelle grenzen Membranen Kompartimente ab (= verschiedene Reaktionsräume). So können
verschiedene Stoffwechselvorgänge unabhängig voneinander zur gleichen Zeit ablaufen. Membranen
gleichartiger Kompartimente können miteinander verschmelzen und so größere Räume bilden.
Die Proteine regeln den Austausch zwischen den Kompartimenten, indem sie selektiv Stoffe durchlassen. Sie
wirken also als Schranken oder Schleusen für bestimmte Stoffe. Sehr kleine Moleküle wie beispielsweise
Sauerstoff können Membranen fast immer ungehindert passieren, größere Moleküle wie Zucker oder bestimmte
Ionen aber nicht. Diese werden durch die so genannten Transportproteine in die jeweiligen Kompartimente
durchgeschleust.
Die aus der Zellmembran ragenden Kohlehydratketten stellen wichtige Kontakt- und Erkennungszonen dar.
An ihnen erkennen Zellen einander ( besonders wichtig beim Immunsystem!).
2.1. SEKRETION UND ENDOZYTOSE
Eine der wichtigsten Funktionen der Membranbläschen (Vesikel) ist der Materialtransport zur Plasmamembran
und von ihr weg, also der Stoffaustausch zwischen dem Innenraum und der Umgebung einer Zelle. Zwischen
verschiedenen Zellorganellen werden ständig Substanzen hin- und hertransportiert. Dieser Austausch erfolgt
über kleine Membranvesikel, die sich von einer Membran abschnüren und mit einer anderen verschmelzen. So
stülpen sich z. B. an der Zelloberfläche ständig Abschnitte der Plasmamembran ein; sie schnüren sich als Vesikel
ab und befördern Material, das aus dem umgebenden Medium aufgenommen wurde, ins Zellinnere – ein
Vorgang, den man als Endozytose bezeichnet. Auf diese Weise können sehr große Teilchen oder sogar ganze
Zellen umschlossen werden. Auch den umgekehrten Vorgang, Sekretion oder Exozytose genannt, findet man bei
vielen Zellen: Dabei verschmelzen Vesikel aus dem Zellinneren mit der Plasmamembran und schütten ihren
Inhalt in die Umgebung aus. Dies geschieht auch beispielsweise zur Abwehr von Bakterien. Dabei werden
Zellabfallstoffe bzw. toxische Substanzen an der Einbruchstelle ausgeschüttet, um Bakterien von weiterem
Eindringen in die Zelle abzuhalten.
WICHTIG!!!!
Vergleiche und ergänze den Zettel mit Linder S. 24 und 25, sowie für Endo- und Exocytose S.36!
Die Zelle :
Bau und Funktion
Puzzle Team C
3. ZELLORGANELLEN MIT DOPPELTER MEMBRAN
Membranen umschließen verschiedene Reaktionsräume in denen unterschiedliche chemische Reaktionen zur
gleichen Zeit erfolgen können. Diese Kompartimente bezeichnet man auch als Zellorganellen.
3.1. ZELLKERN
Das auffälligste Organell der meisten Tier- und Pflanzenzellen ist der Zellkern. Er enthält die Erbinformation
in Form von DNA (= Desoxyribonukleinsäure). Sie ist normalerweise in Form von Chromatin (= wirres
Fadengerüst) im Zellkern enthalten. Bei der Zellteilung wird sie aufspiralisiert und es entstehen die
Chromosomen. Die DNA enthält die Erbinformation, die alle Vorgänge des Stoffwechsels, des Wachstums und
der Entwicklung steuert.
Der Zellkern ist von einer zweischichtigen Membran umgeben; Löcher in dieser Hülle, Kernporen genannt,
gestatten den Austausch zwischen dem Zellkern und den übrigen Teilen der Zelle. In einem besonderen Teil des
Zellkernes, dem Nucleolus, werden RNA(= Ribonukleinsäure)- und proteinhaltige Teilchen zusammengesetzt,
die dann durch die Kernporen ins Zytoplasma wandern und dort nach weiterer Abwandlung zu den Ribosomen
werden.
Auf diese Weise schickt der Zellkern Botenmoleküle ins Zytoplasma und steuert mit ihnen die Proteinsynthese,
dh. es werden die Stoffe hergestellt, die in der Zelle benötigt werden.
3.2. MITOCHONDRIEN
Die Mitochondrien sich in fast allen Eukaryontenzellen, besonders jedoch in Leberzellen. Im
Elektronenmikroskop erkennt man ihre charakteristische Struktur: Jedes Mitochondrium ist ein meist
wurstförmiges, mehrere Mikrometer langes Gebilde, das von zwei unterschiedlichen Membranen umschlossen
ist. Die innere dieser beiden Hüllen ist stark gefaltet. Mitochondrien dienen der Energieerzeugung. Jede Zelle
braucht Energie für Wachstum und Fortpflanzung, und diese Energie stammt zum größten Teil aus den
Mitochondrien, in denen die letzten Stadien des Nährstoffabbaus stattfinden. Da bei diesem Vorgang Sauerstoff
verbraucht und Kohlendioxid produziert wird, bezeichnet man ihn auch als Zellatmung.
Ohne Mitochondrien könnten Tiere und Pilze den Sauerstoff nicht verwerten, um der Nahrung in vollem
Umfang die für Wachstum und Vermehrung erforderliche Energie zu entziehen. Man nimmt an, dass
Mitochondrien ursprünglich Bakterien waren, die sich im Verlauf der Evolution an das symbiontische Leben
innerhalb der Zelle angepasst haben.
3.3. PLASTIDEN
Diese kommen nur in pflanzlichen Zellen vor. Man unterscheidet die grünen Chloroplasten und die roten oder
gelben Chromoplasten sowie Amyloplasten.
Chloroplasten sind große, grüne Organellen, die man nur in den Zellen von Pflanzen und Algen findet, nicht
aber bei Tieren oder Pilzen. Sie dienen in erster Linie der Fotosynthese, bei der aus Kohlendioxid und Wasser
mit Hilfe der Energie aus dem Sonnenlicht kleine, energiereiche, kohlenstoffhaltige Moleküle aufgebaut werden.
Sie produzieren dabei Zucker und Stärke. Neben den beiden Membranhüllen besitzen die Chloroplasten in ihrem
Inneren zahlreiche, lamellenartige flach gedrückte Membransäckchen wo die Fotosynthese stattfindet.
Die roten oder gelben Chromoplasten färben Blüten, Früchte und Blätter. In den farblosen Amyloplasten wird
Stärke als Energiereserve für die Pflanze gespeichert. Daher findet man Amyloplasten hauptsächlich in
Speicherorganen der Pflanze wie z.B. in Wurzelknollen (Bsp. Kartoffel)
WICHTIG!!!!
ergänze und vergleiche den Zettel mit Linder Seite 26, 27 und 88!
Die Zelle :
Bau und Funktion
Puzzle Team D
4. ZELLORGANELLEN MIT EINFACHER MEMBRAN
4.1. ER = ENDOPLASMATISCHES RETICULUM
ist ein netzförmiges System aus Kanälchen und Säckchen, die das Zytoplasma durchziehen. Es ist das wichtigste
Transportsystem innerhalb der Zelle. Im ER werden fast alle Organellenmembranen gebildet. Durch die
Abschnürung von Vesikeln (=kleinen Bläschen) werden vor allem Proteine zu ihrem Bestimmungsort
transportiert.
Man unterscheidet glattes und raues endoplasmatisches Reticulum, dessen Membranen mit Ribosomen besetzt
sind. An den Ribosomen findet die Proteinsynthese statt.
4.2. GOLGI-APPARAT UND DICTYOSOMEN
Dictyosomen sind Stapel aus abgeflachten Membransäckchen. Ihre Gesamtheit bildet den Golgi-Apparat. Er
nimmt die im endoplasmatischen Reticulum gebildeten Moleküle auf, verarbeitet sie weiter und dirigiert sie
dann an verschiedene Stellen in der Zelle. In pflanzlichen Zellen werden hier auch die Bausteine der Zellwand
gebildet.
4.3. LYSOSOMEN
Sie sind die Verdauungsorganellen der Zelle. Ich ihnen befinden sich Verdauungsenzyme, mit deren Hilfe z.B
Proteine oder aber auch veraltete Zellen abgebaut werden können. Wenn sich die Lysosomenmembran auflöst,
werden diese Enzyme frei und die Zelle "verdaut" sich gewissermaßen selber. Diesen Vorgang bezeichnet man
auch als Autolyse(=Selbstauflösung der Zelle). Die Lysosomen werden im Golgiapparat gebildet und von den
Dictyosomen abgeschnürt.
4.4. MICROBODIES
siehe Linder S 28
4.5. VAKUOLEN
Vakuolen sind von einer einzelnen Membran umhüllte Räume in der Zelle, in denen sich überwiegend Wasser
und verschiedene darin gelöste Salze und andere chemische Stoffe (beispielsweise Farbstoffe) befinden. In der
Vakuole können auch Alkaloide, Öle oder überschüssige aufgenommene Mineralien abgelagert werden.
Vakuolen sind also die wichtigsten Speicherorte in pflanzlichen Zellen. Daneben sind sie auch für die Stabilität
verantwortlich, da sie durch ihre pralle Füllung der Zelle Festigkeit verleihen. In tierischen Zellen gibt es außer
bei den Einzellern keine Vakuolen.
5. ZELLWAND
Zellen sind von einer Zellwand umschlossen, die wie ein Korsett wirkt und hauptsächlich aus Cellulose besteht.
Diese Zellwand darf nicht mit der Zellmembran verwechselt werden: Tierische Zellen sind nur von
geschmeidigen, flexiblen Zellmembranen umschlossen, besitzen also keine Zellwand.
Damit auch durch die Zellwand hindurch ein Stoffaustausch stattfinden kann sind die benachbarten Zellen
gewöhnlich durch so genannte Plasmodesmen miteinander verbunden Dies sind Poren in der Zellwand, die von
Kanälen der ER durchzogen sind und so das Zytoplasma benachbarter Zellen miteinander verbinden.
6. VERGLEICH PFLANZENZELLE UND TIERISCHE ZELLE
siehe Linder S23
WICHTIG!!!!!
ergänze und vergleiche den Zettel mit Linder Seite 30, 27-28!