Zellorganellen Übersicht

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◮ Cytologie | Zellorganellen
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Zellorganellen
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1 Zellorganellen und Zellbestandteile
1.1 Chloroplasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1
1.2 Cetriolen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Cytoskelett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2
1.4 Cytoplasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5 Endoplasmatisches Retikulum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3
1.6 Flagellum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.7 Golgi-Apparat mit Golgi-Vesikeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4
1.8 Lysosomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.9 Mitochondrien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.10Nucleus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
5
1.11Peroxisomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.12Plasmodesmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
6
1.13Ribosomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.14Vakuole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
7
1.15Zellmembran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.16Zellwand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 Zellorganellen und Zellbestandteile
Hier findest du nun alle wichtigen Informationen, die du über die einzelnen Organellen und
Bestandteile wissen solltest. Die Steckbriefe sind in alphabetischer Reihenfolge angeordnet.
1.1 Chloroplasten
Struktur:
Alle Chloroplast sind von einer äußeren sowie einer inneren Membran umgeben. Das Entstehen dieser Doppelmembran lässt sich mittels Endosymbiontentheorie erklären. Im Inneren finden sich wei-
Tierzelle
-
Pflanzenzelle
Ø
tere Bestandteile, in das
sogenannte Stroma, eingebettet. Grana- als auch Stromathylakoide durchziehen das
Stroma. Auch DNA-Stränge, Ribosomen und stellenweise Stärkekörner sind im Chloroplasten vorhanden.
Aufgabe:
Chloroplasten gehören zu den wichtigsten Zell-
Endosymbiontentheorie:
organellen von Pflanzenzellen und eukaryotischen Algen. In ihnen findet die Photosynthese
Mit Hilfe der Endosymbiontentheorie
wird versucht zu erklären, wieso ei-
statt, mit der sich autotrophe Organismen
(= sich selbst versorgende Lebewesen) Gluco-
nige Zellorganellen eine Doppelmembran besitzen. Es wird davon ausge-
se synthetisieren.
gangen, dass ein Prokaryot (1) versucht
Sonstiges:
Chloroplasten gehören der Familie der Plastiden an. Plastiden sind ein Gruppe von Zellorganellen und finden sich nur in Pflanzen und Algen. Sie stammen von Bakterien ab und haben
immer zwei oder mehr Membranen. Aus dem
so genannten Proplastid bilden sich letztlich
die fertigen Plastidformen wie Chloroplasten,
Chromoplasten oder Leukoplasten. Chloro-
hat, einen bakterienähnlichen Prokaryoten (2) zu fressen. Dabei umhüllt der
hungrige Prokaryot (1) den anderen. Es
entsteht eine Art Vesikel um die Beute. Der Prokaryot (1) schafft es jedoch
nicht seine Beute zu verdauen. Der Vesikel wird zu einer Art zweiten Membran.
Da sich beide Prokaryoten gegenseitig
nützen, entsteht eine symbiotische Beziehung.
plasten lassen den Organismus grün erscheinen, durch Chromoplasten erscheinen Pflanzen rot, gelb oder orange. Leukoplasten sind
hingegen farblos.
Abb. 1: Schematische Darstellung eines Chloroplasten
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1.2 Cetriolen
Struktur:
Centriolen bestehen aus insgesamt neun Mikrotubulustrippletts
(röhrenartige Proteinfäden). Diese Tripletts ordnen sich kreisförmig
an, eine zylinderförmige Struktur der Centriolen entsteht. Der Zu-
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
sammenschluss von zwei Centriolen wird Centrosom genannt. Das Centrosom liegt oftmals nahe am Zellkern.
Aufgabe:
Maßgeblich beteiligt sind die Cetriolen bei der Bildung des Spindelapparats während der
Mitose und der Meiose. In der Anaphase der Mitose bilden sie die Spindelapparate, die mit
ihren Proteinfäden die Schwesterchromatiden zu den entgegengesetzten Zellpolen ziehen.
Sonstiges:
In fast allen tierischen und vielen pflanzlichen Zellen kommen Centriolen vor. Bei Hefezellen und höheren Pflanzen sind sie jedoch nicht mehr vorzufinden. Dort übernehmen andere
Strukturen die Aufgabe der Centriolen.
1.3 Cytoskelett
Struktur:
Mikrofilamente (= fadenförmige Strukturproteine), Mikrotubuli
(= röhrenförmige Strukturproteine) und Intermediärfilamente (=
Strukturproteine) sind Bestandteile des eukaryotischen Cytoskeletts.
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
Ein Synonym für Cytoskelett ist Zellskelett. Du kannst es dir daher fast wie das Knochengerüst des Menschen vorstellen.
Aufgabe:
Das Cytoskelett hat die Funktion die Pflanze zu stabilisieren. Es verleiht den Zellen ihre spezifische Form und Stabilität. Alle Zellorganellen sind in das Cytoskelett eingebettet. Weitere Aufgabe des Cytoskeletts sind Transportvorgänge, Signalleitungen und Bewegungsteuerung innerhalb der Zelle.
1.4 Cytoplasma
Struktur:
Das Cytoplasma setzt sich aus festen sowie flüssigen Bestandteilen
zusammen. Es ist bildet die Grundmasse der Zelle und ist vom Cytoskelett durchzogen. Gleichzeitig ist es das Einbettungsmittel für
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
alle Zellorganellen, Proteine, Ionen und Stoffwechselprodukte. Das Cytoplasma selbst ist
von der Zellmembran umgeben.
Aufgabe:
Viele wichtige Stoffwechselreaktionen laufen im Cytoplasma ab, außerdem übernimmt das
Cytoplasma eine wichtige Funktion bei den Transportvorgängen innerhalb der Zelle. Es ist
damit ein großer zusammenhängender Transport- und Reaktionsraum innerhalb der Zelle.
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1.5 Endoplasmatisches Retikulum
Struktur:
Das endoplasmatische Retikulum (= ER) ist durch ein komplexes
Membransystem aufgebaut. Da sich das ER dicht um den Zellkern
befindet, bildet es mit Teilen der Kernhülle eine Einheit. Das Innere
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
des ER nennt man Lumen. Wichtig zu wissen ist, dass sich zwei Typen von endoplasmatische Retikuli unterscheiden lassen: raue und glatte. Raue ER verdanken ihren Namen vielen
Ribosomen die sich an der Außenseite des Membrannetzes befinden. Glatte ER haben keine
Ribosomen an der Außenseite.
Aufgabe:
Raue und glatte ER haben unterschiedliche Aufgaben. Mit Hilfe der Ribosomen synthetisieren raue ER verschiedene Proteine, außerdem können sie verschiedene Transportvesikel
bilden und später abschnüren. Glatte ER sind hingegen wichtige Komponenten bei Stoffwechselprozessen. Sie dienen als Calciumspeicher, helfen die Zelle zu entgiften, synthetisieren Lipide und vieles mehr.
1.6 Flagellum
Struktur:
Flagellen sind langgestreckte Zellfortsätze, oftmals wird der Begriff
Geißel als Synonym verwendet. Prokaryotische Zellen als auch eukaryotische Zellen können mit Flagellen besetzt sein. Der Aufbau
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
der Flagellen beider Zelltypen ist jedoch nicht identisch.
Aufgabe:
Das Flagellum dient der Zelle vor allem als Fortbewegungsmittel, ähnlich der Flossen eines
Fisches. Auch der Fortbewegungsmechanismus ist, wie auch der Aufbau, bei Procyten anders als bei Eucyten.
Sonstiges:
Ein berühmtes Beispiel für begeißelte Zellen sind Spermienzellen. Spermien sind eukaryotische Zelltypen.
Abb. 2: Skizze einer Spermazelle
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1.7 Golgi-Apparat mit Golgi-Vesikeln
Struktur:
Der Golgi-Apparat besteht aus vielen zu Stapeln angeordneten Membranräumen, diese Stapel werden als Zisterne bezeichnet. Viele
Zisternen zusammen bilden das so genannte Dictyosomen.
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
Als Golgi-Apparat wird daher die Gesamtheit aller Dictyosomen zusammengefasst.
Aufgabe:
Der Golgi-Appart hat viele verschiedene Aufgaben. Dazu zählen u.a. Bildung primärer Lysosomen, Sortierung und Modifizierung von verschiedenartigen Proteinen die mittels Vesikeln
vom ER zum Golgi-Appart gelangen und sowie die Speicherung von Makromolekülen. Die
Golgi-Vesikel werden vom Golgi-Apparat gebildet. Sie werden zum Transport verschiedener
Moleküle verwendet.
Cisternen
Vesikel
Abb. 3: Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Golgi-Apparats
Quelle: wikipedia.org - Louisa Howard, Beschriftung: BioLV
1.8 Lysosomen
Struktur:
Lysosomen sind Vesikel (= kleine membranumhüllte Bläschen). Im
Inneren der Lysosomen befinden sich viele hydrolytische Enzyme (=
Enzyme, die Verbindungen durch Reaktion mit Wasser spalten). Die
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
Enzyme sind wichtig für den Abbau verschiedener Substanzen wie beispielsweise Lipiden,
Proteinen und Sacchariden.
Aufgabe:
Vereinfacht lässt sich sagen, dass Lysosomen die „Mülleimer“der Zelle sind. Neben zelleigenen Stoffen werden auch Fremdkörper von den Lysosomen abgebaut. Es handelt sich dabei
um intrazelluläre Verdauung.
Sonstiges:
Der pH-Wert im Inneren der Lysosomen ist mit 5,5 oder niedriger sehr sauer. Dabei ist die
Aktivität der Enzyme im Lysosomen am höchsten. Würde das Lysosom beschädigt sein (z.B.
Loch in der Membran) könnten die Enzyme ins Cytoplasma gelangen und dort zelleigene
Bestandteile abbauen. Da das Cytoplasma allerdings einen höheren pH-Wert als das Innere
der Lysosomen hat, werden die Enzyme deaktiviert. Dadurch wird der Schaden in der Zelle
gering gehalten.
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1.9 Mitochondrien
Struktur:
Mitochondrien gehören zu den Zellorganellen mit einer Innen- und
Tierzelle
Ø
Außenmembran, deren Entstehung ebenso mittels der EndosymbiPflanzenzelle Ø
ontentheorie erklärt wird. Zwischen beiden Membranen befindet
sich der Intermembranraum. Der Innenraum der Mitochondrien wird Matrix genannt. In
der Matrix befinden sich die mitochondriale DNA, freie Ribosomen, ATP Synthesepartikel,
Granula (= Einlagerungen mit Speicherstoffen) und verschiedene Enzyme. Auf der Abbildung ist deutlich zu erkennen, dass die innere Membran der Mitochondrien stark eingestülpt ist. Diese Einstülpungen heißen Cristae. Sie dienen der Oberflächenvergrößerung.
Aufgabe:
Mitochondrien gehören zu den wichtigsten
Zellbestandteilen. Sie werden auch „Kraftwerke der Zelle“genannt, da sie für die Energieerzeugung zuständig sind. Ihre Aufgabe besteht darin während des Citratzyklus und
der oxidativen Phosphorylierung ATP zu
synthetisieren. Der Citratzyklus sowie die Atmungskette finden an der inneren Membran
der Mitochondrien statt.
Abb. 4: Darstellung eines Mitochondriums
Quelle: wikipedia.org - Mariana Ruiz Villarreal, Beschriftung: Tirkfl
1.10
Nucleus
Struktur:
Der Zellkern (= Nucleus) ist das Erkennungsmerkmal für eine eukaryotische Zelle. Er ist von einer doppelten Membran (innere und
äußere Kernmembran) umgeben. Diese doppelte Membranschicht
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
nennt sich Kernhülle. In der Kernhülle befinden sich viele Kernporen, sie erleichtern den
Stoffaustauch. Im Inneren des Nucleus befindet sich das Erbgut, das in Form von Chromatin und Chromosomen (während der
Zellteilung) vorliegt. In einem Kern, der sich gerade nicht in Teilung befindet, ist zudem der
Nucleolus (= Kernkörperchen) enthalten.
Aufgabe:
Alle Stoffwechselprozesse, die innerhalb der Zelle ablaufen, werden vom Zellkern gesteuert.
Die DNA der Zelle wird im Nucleus gespeichert.
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Sonstiges:
Jeder eukaryotische Tier- oder Pflanzenart hat
eine typische Anzahl an Chromosomen. Menschen besitzen beispielsweise 46 Chromosomen, Hunde 78 und Katzen 38. Eine Besonderheit des Zellkerns ist es, dass er während
der Mitose und Meiose nicht mehr vorhanden ist. Ist die Zellteilung und somit auch
die Kernteilung abgeschlossen, bildet sich der
Kern erneut aus.
Abb. 5: Nucleus unter dem Elektronenmikroskop
Quelle: wikipedia.org
1.11
Peroxisomen
Struktur:
Der Innenraum der Peroxisomen ist von einer einfachen Lipidschicht umgeben. Im Inneren befinden
sich verschiedene Enzyme.
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
Aufgabe:
Das wichtigste Enzym in den Peroxisomen ist die
Katalase. Mit ihrer Hilfe wird zellgiftiges Wasserstoffperoxid (H2 O2 ) zu Sauerstoff (O2 ) und Wasser
(H2 O) abgebaut. Die Peroxisomen sind damit für die
Entgiftung der Zelle zuständig.
Sonstiges:
Eine veraltete Bezeichnung der Peroxisomen lautet
Microbodies. In älteren Büchern wird dieser Begriff
stellenweise noch verwendet.
Abb. 6: Aufbau des Peroxisoms
Quelle: wikipedia.org - Geoff Richards, Beschriftung: Matthias M.
1.12
Plasmodesmen
Struktur:
Plasmodesmen sind Plasmabrücken, die von einer Plasmamembran
Tierzelle
umgeben sind. Die Plasmastränge führen durch Zellwände hindurch
Pflanzenzelle Ø
und verbinden damit mehrere Pflanzenzellen miteinander.
Vereinfacht können Plasmodesmen als „Löcher“ mit spezifischem Aufbau in der Zellwand
von Pflanzenzellen betrachtet werden.
Aufgabe:
Über die Plasmabrücken erfolgt ein Stoffaustausch von einer zur anderen Zelle.
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1.13
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Ribosomen
Struktur:
Alle Ribosomen sind hochkomplexe Gebilde bestehend aus ca. 40%
Proteinen und ca. 60% RNA.
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
Aufgabe:
Ribosomen sind wichtige Komponeten bei der Proteinbiosynthese. An ihnen findet die
Translation statt. Sie finden sich in allen Zellen.
1.14
Vakuole
Struktur:
Vakuolen sind von einer Membran umgeben. Ihr Innenraum ist
meist von einer Flüssigkeit gefüllt, die einen niedrigen pH-Wert hat.
In der Flüssigkeit finden sich zudem viele Verdauungsenzyme. In
Pflanzenzellen kann die
Vakuole bis zu 80 % des Zellraums füllen.
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
Aufgabe:
Vakuolen haben zahlreiche Aufgaben. Sie dienen zur Speicherung verschiedener Moleküle wie Ionen und Vitaminen, als Verdauungsorganellen und helfen die Zelle durch den
Turgor (= Zelldruck) in Form zu halten.
Sonstiges:
Hauptsächlich kommen Vakuolen bei Pilzen und pflanzlichen Zellen vor. Dort übernehmen
sie ähnliche Aufgaben wie Lysosomen in Tierzellen. Doch auch einige einzellige Tierzellen z.B. der Gattung Pantoffeltierchen besitzen Vakuolen. Ihre kontraktilen Vakuolen (=
pulsierenden Vakuolen) dienen der Wasserausscheidung, da durch osmotische Effekte ein
ständiger Wasserstrom in die Zelle hinein herrscht. Ohne die ständige Wasserausscheidung
würden die Einzeller platzen.
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1.15
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Zellmembran
Struktur:
Zellmembranen, die oftmals auch Biomembranen genannt werden, bestehen aus einer Doppellipidschicht. Diese hat keine starre, kristalline Struktur, sondern ist weich und formbar. Verschieden-
Tierzelle
Ø
Pflanzenzelle
Ø
artige Proteine, etwa integrale Proteine,Kanalproteine und periphere Proteine, schwimmen
wie Eisberge in der Membran. Dieses anschauliche Modell wird in der Biologie als FlüssigMosaik-Modell bezeichnet. Zellmembranen zeichnen sich somit durch die große Beweglichkeit der Lipide und Proteine aus. An einigen Proteinen und Lipiden sind verzweigte Kohlehydratgruppen gebunden. Diese
speziellen Moleküle werden als
Glycoproteine
fasst.
extrazellulärer Raum
zusammenge-
Glycoprotein
Glycolipid
Aufgabe:
Die Zellmembran ist die Begrenzung zwischen Extrazellularraum
Doppellipidschicht
und Cytoplasma. Alle Stoffe die in
die Zelle hinein transportiert oder
hinaus transportiert werden müssen diese Barriere überwinden.
intrazellulärer Raum
Abb. 7: Schematischer Aufbau der Zellmembran
Quelle: wikipedia.org - Mariana Ruiz Villarreal, Masur, Beschriftung: BioLV
1.16
Zellwand
Struktur:
Hauptbestandteil der Zellwand sind Kohlenhydrate. Dazu zählen Cellulose, Hemicellulosen und Pektin. Zu ca. 10% tragen auch Proteine
zum Aufbau der Zellwand bei. Proteine und Kohlehydrate
Tierzelle
-
Pflanzenzelle
Ø
bilden mehrere gekreuzte Schichten, daher ist die Zellwand extrem stabil.
Aufgabe:
Die Stabilisierung der Zelle ist die wichtigste Aufgabe der Zellwände. Sie kann damit als
„Panzer “der Zelle verstanden werden. Dadurch, dass sie dem osmotischen Druck entgegenwirkt, bewahrt sie die Zelle vor dem Platzen. Durch kleine Poren innerhalb der Zellwand
können Plasmodesmen durchtreten und damit die Pflanzenzellen miteinander verbinden.
Sonstiges:
Ausschließlich Pflanzenzellen besitzen Zellwände. Damit sind sie ein eindeutiges Unterscheidungsmerkmal zwischen Tier- und Pflanzenzelle. Seltener sind Bakterien und Pilze
von Zellwänden umgeben.
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