Kapitel 2 : Zelle (Biologie)

Jede Lebensform besteht aus Zellen, die sowohl als strukturelle als auch als funktionelle Einheit dienen. Jede Zelle besteht aus Zytoplasma, das von einer Membran umgeben ist, und viele Zellen enthalten Organellen, von denen jede eine eigene Rolle spielt. Cellula, was wörtlich übersetzt "kleiner Raum" bedeutet, ist der Ursprung des Ausdrucks. Man muss ein Mikroskop benutzen, um die Mehrzahl der Zellen zu sehen. Vor etwa vier Milliarden Jahren tauchten Zellen erstmals auf der Erde auf. Die Prozesse der Replikation, der Proteinsynthese und der Motilität sind alle im Besitz jeder einzelnen Zelle.

Eukaryotische Zellen, die einen Zellkern enthalten, und prokaryotische Zellen, die keinen Zellkern, aber einen nukleoiden Bereich haben, sind die beiden Haupttypen von Zellen, die sich weitgehend voneinander unterscheiden lassen. Es ist möglich, dass Eukaryoten entweder einzellig sind, wie Amöben, oder mehrzellig, wie bestimmte Algen, Pflanzen, Tiere und Pilze. Prokaryoten hingegen sind Organismen, die nur eine einzige Zelle besitzen. Beispiele für Prokaryoten sind Bakterien. Sowohl Chloroplasten, die für die Produktion von Zuckern durch Photosynthese in Pflanzen verantwortlich sind, als auch Ribosomen, die für die Synthese von Proteinen verantwortlich sind, kommen in eukaryotischen Zellen vor. Mitochondrien sind für die Bereitstellung von Energie für die Funktionen der Zelle verantwortlich.

Es war im Jahr 1665, als Robert Hooke die Zellen entdeckte. Er gab ihnen ihren Namen, weil sie den Zellen ähnelten, die von christlichen Mönchen in einem Kloster bewohnt wurden. Die Zelltheorie wurde 1839 von Matthias Jakob Schleiden und Theodor Schwann entwickelt. Sie besagt, dass alle Geschöpfe aus einer oder mehreren Zellen bestehen, dass Zellen die Grundeinheit von Struktur und Funktion in allen Lebewesen sind und dass alle Zellen aus Zellen hervorgehen, die bereits im Organismus vorhanden waren.

Eukaryotische Zellen, die einen Zellkern enthalten, und prokaryotische Zellen, die keinen Zellkern, aber einen nukleoiden Bereich haben, sind die beiden Haupttypen von Zellen, die sich weitgehend voneinander unterscheiden lassen. Einzellige Organismen werden als Prokaryoten bezeichnet, während eukaryotische Organismen in ihrer Struktur entweder einzellig oder mehrzellig sein können.

Bakterien und Archaeen sind zwei der drei Reiche des Lebens, und sie werden beide als Prokaryoten klassifiziert. Die früheste bekannte Form des Lebens auf der Erde war ein Zelltyp, der als prokaryotische Zelle bekannt ist und sich durch das Vorhandensein essentieller biologischer Prozesse wie der Zellsignalisierung auszeichnet. Im Vergleich zu eukaryotischen Zellen sind sie weniger komplex und kleiner und enthalten keinen Zellkern oder andere Organellen, die an Membranen gebunden sind. Es gibt nur ein zirkuläres Chromosom, aus dem die DNA einer prokaryotischen Zelle besteht, und es befindet sich in unmittelbarer Nähe des Zytoplasmas. Der Begriff "Nukleoid" bezieht sich auf den Kernbereich, der sich im Zytoplasma befindet. Die Mehrzahl der Prokaryoten, die kleiner sind als alle anderen Spezies, haben einen Durchmesser von 0,5 bis 2,0 Mikrometern.

Es gibt drei Regionen, aus denen eine prokaryotische Zelle besteht:

Zu den eukaryotischen Organismen gehören nicht nur Pflanzen und Tiere, sondern auch Pilze, Schleimpilze, Protozoen und Algen. Mit einem Volumen, das bis zu tausendmal größer sein kann als das eines normalen Prokaryoten, sind diese Zellen etwa fünfzehnmal breiter als normale prokaryotische Zellen. Im Vergleich zu Prokaryoten ist das differenzierendste Merkmal von Eukaryoten ihre Kompartimentierung, die sich auf das Vorhandensein von membrangebundenen Organellen (Kompartimenten) bezieht, in denen bestimmte Funktionen ausgeführt werden. Eine der wichtigsten von ihnen ist der Zellkern, eine Organelle, in der die DNA der Zelle gespeichert ist. "Echter Kern (Zellkern)" ist die Bezeichnung für die eukaryotische Zelle aufgrund ihres Zellkerns. Zu den weiteren Auszeichnungen gehören die folgenden:

Die Mehrzahl der eukaryotischen Kategorien besteht aus einzelligen Organismen. Tiere und Pflanzen sind beides Beispiele für Gruppen, die viele Zellen umfassen. Es wird geschätzt, dass im menschlichen Körper etwa 37 Billionen Zellen (3,72×1013) vorhanden sind. Neuere Studien haben diese Zahl jedoch auf etwa 30 Billionen beziffert, mit etwa 36 Billionen Zellen beim Mann und etwa 28 Billionen Zellen beim Weibchen. Die Anzahl der Zellen, die zu diesen Gruppierungen gehören, variiert je nach Spezies.

Jede einzelne Zelle, egal ob es sich um eine prokaryotische oder eukaryotische Zelle handelt, besitzt eine Membran, die die Zelle umschließt, die Bewegung von Substanzen in und aus der Zelle steuert (sie ist selektiv durchlässig) und dafür sorgt, dass das elektrische Potential der Zelle erhalten bleibt. Das Zytoplasma nimmt den größten Teil des Volumens der Zelle ein, das sich im Inneren der Membran befindet. Mit Ausnahme der roten Blutkörperchen, die keinen Zellkern und die meisten Organellen haben, um dem Hämoglobin so viel Platz wie möglich zu bieten, besitzt jede Zelle DNA, das genetische Material, das über Generationen weitergegeben wird, und RNA, die die Informationen enthält, die für den Aufbau einer Vielzahl von Proteinen erforderlich sind. Dazu gehören auch Enzyme, die die grundlegende Maschinerie der Zelle darstellen. Darüber hinaus enthalten Zellen eine Vielzahl anderer Arten von Biomolekülen. Nach der Auflistung dieser grundlegenden zellulären Komponenten wird in diesem Artikel eine kurze Erläuterung ihrer Funktionen gegeben.

Die Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, ist eine biologische Membran, die das Zytoplasma einer Zelle umgibt und sich durch ihre selektive Permeabilität auszeichnet [Zitat erforderlich]. Bei Tieren dient die Plasmamembran als äußere Barriere der Zelle, während bei Pflanzen und Prokaryoten die Plasmamembran typischerweise von einer Zellwand bedeckt ist. Diese Membran besteht hauptsächlich aus einer doppelten Schicht von Phospholipiden, die amphiphil sind, was bedeutet, dass sie teilweise hydrophob und teilweise hydrophil sind. Seine Hauptfunktion besteht darin, eine Zelle von der Umwelt, die sie umgibt, zu isolieren und zu schützen. Infolgedessen wird die Schicht als Phospholipid-Doppelschicht bezeichnet, in einigen Fällen zusammen mit der flüssigen Mosaikmembran. In dieser Membran ist eine makromolekulare Struktur eingebettet, die als Porosom bekannt ist und als universelles sekretorisches Portal in den Zellen dient. Darüber hinaus enthält diese Membran eine Vielzahl von Proteinmolekülen, die als Kanäle und Pumpen fungieren und es verschiedenen Substanzen ermöglichen, in die Zelle ein- und auszutreten. Die Membran ist semipermeabel und selektiv permeabel, was bedeutet, dass sie eine Substanz (Molekül oder Ion) entweder ungehindert, in begrenztem Umfang oder gar nicht passieren lassen kann. [Zitat erforderlich] Die Oberflächenmembranen von Zellen enthalten auch Rezeptorproteine, die es den Zellen ermöglichen, zusätzliche Signalmoleküle von außen, wie zum Beispiel Hormone, zu erkennen.

Während der Entwicklungs- und Mobilitätsprozesse ist das Zytoskelett für eine Reihe von Funktionen verantwortlich, darunter die Organisation und Aufrechterhaltung der Zellform, die Verankerung von Organellen, die Unterstützung des Zytoskeletts während der Endozytose, d. h. dem Prozess, bei dem eine Zelle Materialien aus der Außenwelt aufnimmt, und der Zytokinese, d. h. dem Prozess, bei dem Tochterzellen nach der Zellteilung getrennt werden. Mikrotubuli, Zwischenfilamente und Mikrofilamente sind die drei unterschiedlichen Komponenten, aus denen das Zytoskelett eukaryotischer Zellen besteht. Neurofilamente sind die Sammelbezeichnung für die intermediären Filamente, die sich im Zytoskelett eines Neurons befinden. Es gibt eine große Anzahl von Proteinen, die mit ihnen verbunden sind, und jedes dieser Proteine steuert die Struktur einer Zelle, indem es Filamente führt, bündelt und ausrichtet. Obwohl es von Forschern weniger Aufmerksamkeit erhalten hat, spielt das Zytoskelett prokaryotischer Zellen eine Rolle bei der Erhaltung von Zellform, Polarität und Zytokinese. Aktin ist ein monomeres Protein, das relativ klein ist und als Untereinheit des Proteins von Mikrofilamenten dient. Ein Molekül, das als Tubulin bekannt ist, ist eine dimere Struktur, die als Untereinheit der Mikrotubuli dient. Intermediäre Filamente sind Heteropolymere, und die Untereinheiten der Intermediärfilamente unterscheiden sich je nach Art der im Gewebe vorhandenen Zelle. Die Proteine Vimentin, Desmin, Lamin (Lamine A, B und C), Keratin (verschiedene saure und basische Keratine) und Neurofilamentproteine (NF-L, NF-M) sind Beispiele für Untereinheitsproteine, die in intermediären Filamenten vorkommen.

DNA, auch bekannt als Desoxyribonukleinsäure, und RNA, auch bekannt als Ribonukleinsäure, sind die beiden unterschiedlichen Arten von genetischem Material. Wenn es darum geht, Informationen langfristig zu speichern, sind Zellen auf die DNA angewiesen. Die Sequenz der DNA eines Organismus ist der Ort, an dem die biologische Information, die in diesem Organismus enthalten ist, kodiert ist. Es gibt zwei Hauptaktivitäten der RNA: die Übermittlung von Informationen (mRNA) und die Durchführung enzymatischer Prozesse (ribosomale RNA). Während des Prozesses der Proteintranslation werden Transfer-RNA-Moleküle, auch bekannt als tRNA, verwendet, um Aminosäuren hinzuzufügen.

In der Nukleoidregion des Zytoplasmas befindet sich das einfache zirkuläre bakterielle Chromosom, in dem das genetische Material der prokaryotischen Organismen angeordnet ist. In der Regel ist zusätzliches genetisches Material in bestimmten Organellen wie Mitochondrien und...