Wie arbeiten Körperzellen

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1 Wie arbeiten Körperzellen Die einzige mit dem Auge erkennbare Zelle ist die Eizelle (0,2mm), alle anderen sind nur mit einem Mikroskop sichtbar. Ein ausgewachsener Mensch besitzt bis zu 100 Billionen Zellen, welche als Kette aneinander gereiht 100 mal um die Erde reichen. In einen Stecknadelkopf passen ca Zellen. Im menschlichen Organismus finden jede Sekunde mehrere Millionen Zellteilungen statt z.b. bei Blut-, Darm-, Muskel- und Hautzellen Bei jeder Zellteilung wird der Inhalt der Zelle verdoppelt und auf zwei neue Tochterzellen verteilt. Gleiches geschieht auch mit den Chromosomen, den Trägern der genetischen Information der Zelle (DNA). Hierbei bildet das Zytoskelett aus Mikrotubuli ein feines Netzwerk, die Teilungsspindel, die von den beiden Zentrosomen der Zelle organisiert wird. 1 on 5

2 Zentrosom Das Zentrosom als "Zermonienmeister" der Zellteilung steuert die Teilungsspindel und sorgt dafür, dass die bei der Zellteilung doppelt vorhandenen Chromosomen gleichmäßig auf die neu entstehenden beiden Tochterzellen aufgeteilt und damit auch alle Information und Funktionen der ursprünglichen Zelle "vererbt" werden. Bei Tumorzellen ist diese Aufteilung der Chromosomen und Zentrosomen häufig gestört und es können Zellen mit zu viel oder zu wenig Chromosomen entstehen. Zelle Zellen, egal von welchem Lebewesen oder Gewebe sie stammen, sind sich ziemlich ähnlich. Sie bestehen aus dem Zellkern und dem Zellleib (Zytoplasma von griech. kytos = Zelle und griech. plasma = Gebilde), die äußere Begrenzung bildet die Zellmembran. Im Zytoplasma befinden sich die Zellorganellen, das sind die "Organe" der Zelle für die verschiedenen Funktionen und Stoffwechselvorgänge. Zellmembran Die Zellmembran bildet sowohl die Begrenzung die Zelle nach außen als auch die der Zellorganellen innerhalb der Zelle. Sie wird von der sog. Einheitsmembran gebildet, die aus einer inneren und äußeren Eiweißschicht und einer dazwischen liegenden Schicht fettähnlicher Stoffe (Lipoide) besteht. Die Zellmembran ist jedoch mehr als eine Grenzschicht. Sie ist ein tätiges Organ der Zelle, das einerseits die für die Zellfunktionen wichtigen Rohstoffe aussucht und in die Zelle hineinbringt, und andererseits die Produkte der Zelle, wie z.b. Eiweiße, Enzyme, Hormone und Antikörper an die Umgebung abgibt. Über Rezeptoren, "Reizempfänger" in der Zellmembran, erhält die Zelle Informationen, die ihre Aktivität beeinflussen, z.b. ob die Zelle einer Drüse Sekret absondern soll. Auch die Oberflächenantigene, z.b. die HLA-Merkmale oder die CD-Antigene, haben ihren Sitz in der Zellmembran. Zellleib, Zytoplasma Der Zellleib, das Zytoplasma ist die Grundsubstanz der Zelle. Es besteht zu etwa 75% aus Wasser, die restlichen 25% bestehen aus Eiweiß, Fett, Kohlehydraten, Nukleinsäuren und Salzen. Die Eiweiße binden Wasser und geben ihm eine flüssige bis gelartige Konsistenz. Unter dem Lichtmikroskop sieht das Zellplasma meist gleichförmig oder einfach strukturiert aus. Erst mit der starken Vergrößerung eines Elektronenmikroskops werden eine Reihe makromolekularer, hoch spezialisierter Strukturen erkennbar, die Zellorganellen. Die wichtigsten sind: Die Ribosomen sind kugelförmige Strukturen, die aus Ribonukleinsäure (RNS) und Eiweiß bestehen. Sie können einzeln vorkommen, er können aber auch mehrere durch einen RNS- Strang zu einem sog. Polysom verbunden sein. Sie sind die Orte der Eiweißbildung, die im Abschnitt "Dechiffrierung" weiter unten ausführlich erläutert wird. Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein vielfach verzweigtes System von Kanälen, das netzartig (lat. rete = Netz) das Zytoplasma durchzieht. Es wird von der Einheitsmembran gebildet, und ist sowohl mit der Zellmembran als auch mit der Kernmembran verbunden. Man unterscheidet dabei mehr platte Hohlräume, die Zisternen und mehr kugelförmige Hohlräume, die Vesikel. Ein Teil der endoplasmatischen Retikulums ist von Ribosomen bedeckt und heißt rauhes ER oder Ergastoplasma. Hier findet die Bildung von Eiweißstoffen statt. Der übrige Teil wird glattes ER genannt und enthält Enzyme, die für die Bildung von Steroidhormonen und Fetten verantwortlich sind. Das ER erfüllt verschiedene Aufgaben: die Aufnahme von Stoffen (sog. Endocytose,von griech. endon = innen), also die Aufnahme von Flüssigkeiten, der Pinocytose und die Aufnahme von festen Partikeln der 2 on 5

3 Phagocytose. Bei der Endocytose bildet sich zunächst eine Einstülpung der Zellmembran, die den Tropfen oder Partikel aufnimmt. Ein geschlossener Vesikel wird abgeschnürt, der zum ER wandert, wo der aufgenommene Stoff gespeichert oder verwertet wird. die Verwertung aufgenommener Stoffe die Bildung zelleigener Stoffe. Transport von Stoffen in den Zisternen. Speicherung von Stoffen an den Enden der Zisternen. Abgabe von Stoffwechselendprodukten (sog. Exocytose von griech. exo = außen). Umgekehrt wie bei der Endocytose werden die Stoffe durch Vesikel in den Raum außerhalb der Zelle befördert. Das Zentralkörperchen, auch Centrosom oder Centriol genannt, befindet sich oft in der Nähe des Zellkerns und besteht aus einem Ring kleiner röhrchenförmiger Strukturen (Mikrotubuli). Es ist bei der Zellteilung für die Bildung des Spindelapparates verantwortlich. Der Golgi-Komplex besteht aus mehreren konvex-konkav zusammengefalteten Zisternenstapeln (sog. Dictyosomen), die z.t. zu Vesikeln erweitert sind. Er steht in einem ständigen Austausch mit dem endoplasmatischen Retikulum und anderen Zellorganellen: Auf der konvexen Seite des Golgi-Komplexes werden Vesikel aus dem ER aufgenommen, auf der konkaven Seite werden Vesikel abgegeben, die dann mit anderen Zellorganellen oder der Zellmembran verschmelzen können. Der Golgi-Komplex gilt als Zellorganelle der Sekretproduktion und stellt ein Depot für die Regeneration der Zellmembran dar. Die Mitochondrien sind längliche Gebilde, die von einer Doppelmembran umgeben sind. Die innere Membran ist zur Vergrößerung der Oberfläche kammähnlich (Crista-Typ) oder röhrenförmig (Tubulus-Typ) gefaltet. Sie enthalten die Enzyme der Zellatmung und dienen der Energiegewinnung. Dabei fallen zugleich Rohstoffe für andere Biosynthesen an. Die frei werdende Energie wird zur Bildung des Energielieferanten ATP (Adenosin-tri-phosphat) aus ADP (Adenosin-di-phosphat) verwendet. Dort, wo Energie gebraucht wird, entsteht aus ATP unter Abgabe von Energie wieder ADP, welches in den Mitochondrien wieder zu ATP aufgeladen wird. Die Mitochondrien heißen daher auch "Kraftwerke der Zelle". Sie sind in stark wechselnder Zahl und Größe im Zytoplasma zu finden. Sie enthalten eigene ringförmige DNS und besitzen einen eigenen Teilungszyklus. Dadurch sind sie in der Lage, sich den Belastungen der Zelle rasch anzupassen. Je größer die Aktivität einer Zelle ist, umso zahlreicher sind die Mitochondrien. Die Lysosomen enthalten Enzyme, die in der Lage sind, sehr große Moleküle abzubauen. Sie spielen eine Rolle bei der "Abfallbeseitigung", d.h. beim Abbau von Substanzen, die von der Zelle durch Pinocytose oder Phagocytose aufgenommen wurden oder beim Abbau von eigenem Zellmaterial. Die Liposomen sind frei im Zytoplasma schwimmende Partikel aus Fetten oder fettähnlichen Substanzen. Zellkern Die Befehlszentrale für alle Lebensvorgänge der Zelle befindet sich im Zellkern. Er ist oft kugelförmig, kann aber auch von anderer Gestalt sein. Er ist von einer Doppelmembran (Karyolemm) umgeben, die mit dem endoplasmatischen Retikulum in Verbindung steht. Die Kernmembran weist Poren auf, die einen Austausch zwischen dem Zytoplasma und Kerninhalt (Karyoplasma, von griech. karyon = Kern) ermöglichen. Das Kernplasma besteht aus dem Kernsaft (Karyolymphe) und dem Chromatin, das sich gut färben lässt (von griech. chroma = Farbe). Es besteht aus der Erbsubstanz Desoxyribonukleinsäure (DNS) und sieht unter dem Lichtmikroskop netzartig strukturiert aus. Zusätzlich enthält der Zellkern noch ein oder mehrere Kernkörperchen. Das sind "kleine Kerne im Kern", auch Nukleolen genannt, die aus DNS und Eiweiß bestehen. Sie werden als Hauptent- 3 on 5

4 stehungsort der Ribonukleinsäure (RNS) angesehen und spielen eine wichtige Rolle bei der Zellteilung. Der Zellkern steuert also alle in der Zelle ablaufenden Lebensvorgänge: In ihm ist die gesamte Erbsubstanz der Zelle lokalisiert,. er steuert das Wachstum der Zelle, von ihm geht die Zellteilung aus, er steuert sämtliche Stoffwechselvorgänge im Zytoplasma, ohne Zellkern ist die Zelle nur für kurze Zeit lebensfähig. Kernlose Zellen des menschlichen Körpers sind die roten Blutkörperchen mit einer Lebensdauer von 90 Tagen. Zellteilung In einem wachsenden, sich entwickelnden Organismus müssen immer mehr und mehr Zellen gebildet werden. Auch ein erwachsener Organismus ist kein statisches Gebilde. Ständig gehen Zellen zugrunde und müssen durch neue ersetzt werden. Sie sind also in der Lage, sich zu vermehren. Dies geschieht durch Zellteilung oder Mitose: Aus dem Chromatin des Zellkerns entstehen bei der Zellteilung die Chromosomen, auch Kernschleifen genannt. DNS bildet den Achsenfaden, der von einer Eiweißhülle (Matrix) umgeben wird. Etwa in der Mitte befindet sich die primäre Einschnürung, auch Centromer oder Kinetochor genannt. Sie teilt das Chromosom in die beiden Chromosomenschenkel und ist der Ansatzpunkt für die Spindelfaser, welche bei der Zellteilung die Chromosomen auseinander zieht. Die Chromosomenschenkel können weitere (sekundäre) Einschnürungen aufweisen, die sog. Satellitenchromosome bilden. Während der Zellteilung teilt sich der Achsenfaden in zwei Längshälften, die Chromatiden genannt werden. Der Mensch besitzt 46 Chromosomen: 22 Paare gleicher Chromosomen (homologe Chromosomen, Autosomen) und die beiden Geschlechtschromosomen (heterologe Chromosomen, Gonosomen), die bei Frauen gleich sind und XX heißen, bei Männern jedoch verschieden sind und XY heißen. Bei der Zellteilung wird die Erbinformation der Mutterzelle identisch verdoppelt und je ein vollständiger Chromosomensatz gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt. 4 on 5

5 Sonstiges Wissenswertes Zellen sind die winzigen Bausteine des Körpers. Sie bestehen zum Großteil aus einer geleeartigen Substanz, dem Cytoplasma. Umgeben sind sie von einem Häutchen, der Zellmembran, die Nährstoffe eindringen und Abfallstoffe austreten lässt. Gesteuert wird die Zellaktivität vom Zellkern. Aus wie vielen Zellen besteht uns Körper? Es gibt im menschlichen Körper etwa fünfzigtausend Milliarden Zellen. In jeder Sekunde sterben Millionen Körperzellen ab und werden durch neue ersetzt. Welche Organellen nennt man Kraftwerke der Zelle? Die winzigen, länglichen Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle. Sie setzen Nährstoffe und Sauerstoff um gewinnen daraus Energie, die andere Zellbestandteile für ihre Tätigkeit brauchen. Wie lange lebt eine Zelle? Manche Zellen leben nur ein paar Tage, andere viele Jahre. Die Zellen, die unseren Darm auskleiden, sterben zum Teil schon nach ein bis zwei Tagen, Knochenzellen nach 15 bis 20 Jahren. Die meisten abgestorbenen Zellen werden durch neue ersetzt, nur die Nervenzellen nicht. Sehen alle Zellen gleich aus? Zwar haben alle Zellen gemeinsame Eigenschaften, aber sie sehen nicht alle gleich aus. Es gibt im Körper mehrere hundert verschiedene Zellarten. Form und Größe richten sich nach ihrer Aufgabe~ Nervenzellen sind lang und dünn weil sie Nachrichten zwischen den Körperteilen übertragen. Die Zellen auf der Innenseite des Mundes sind rund und flach, da sie zu einer Schutzschicht zusammen gepresst sind. Rote Blutzellen sind teilerförmig, damit sie möglichst viel Sauerstoff binden und durch den Körper transportieren können. Warum teilen sich Zellen? Zellen teilen sich, wenn sie nicht mehr größer werden können. Der Körper wächst zum größten Teil durch Zellteilung. Welches ist die größte Zelle? Die größte Zelle des Menschen ist die Eizelle der Frau. Ihr Durchmesser beträgt etwa 0,2 Millimeter; das ist etwas weniger als der Punkt am Ende dieses Satzes. Die längsten Zellen sind die Nervenzellen in den Beinen. Sie sind sehr dünn, aber bis zu einem Meter lang, und tragen Nachrichten vom Rückenmark zu den Füßen und zurück. Wie klein ist die kleinste Zelle? Am kleinsten sind die roten Blutzellen mit einem Durchmesser von 0,01 Millimeter. Auch die Samenzellen des Mannes sind sehr klein: Ihr Kopf misst etwa 0,005 Millimeter. Was brauchen Zellen zum Leben? Zellen brauchen zum Leben drei Dinge: Nahrung, Sauerstoff und eine wässrige Umgebung, die die richtige Mischung an chemischen Substanzen aufweist. Nur so können sie ihre Aufgaben erfüllen. In diese flüssige Umgebung scheiden die Zellen auch Abfallstoffe aus. Woher bekommen die Zellen ihre Nahrung? Das Blut versorgt die Zellen mit Sauerstoff und Nährstoffen. Es transportiert Abfallstoffe ab und liefert lebensnotwendige Gewebeflüssigkeit. 5 on 5