Zusammenfassung: Zellen

Diese Zusammenfassung dient dazu, sich einen ersten Überblick zu verschaffen. Die ausführlichen Erklärungen mit Bildern und Videos findest du direkt auf dieser Seite unter der Zusammenfassung.

Karteikarten erstellt von Anja Angelov mit GoConqr

Für Gehörlose und Hörende: Hier gibt es ein Video des SWR zur Zelle mit Untertiteln.

Viel Spaß damit!

Als kleinste Baueinheit des Körpers sind Zellen in allen Lebewesen sehr ähnlich aufgebaut. 

Wir wollen uns den allgemeinen Zellaufbau von Tieren, zu denen auch der Mensch gehört, und Pflanzen näher ansehen. Am Ende kannst Du mit einem Quiz Dein Wissen prüfen.

In der Zelle befinden sich weitere kleine Teile, die jeweils unterschiedliche Aufgaben haben. Man nennt sie Zellorganellen, in Anlehnung an die Organe des Körpers, die ja auch verschiedene Aufgaben erfüllen und zusammen den Körper bilden. Fett geschrieben sind die Organellen, die Du auf jeden Fall können solltest.

Zellmembran

Zur Zellmembran gibt es einiges zu sagen. Auch diverse Prinzipien können an dieser Stelle erklärt werden. Deshalb ist hier der Text etwas umfangreicher als bei den meisten anderen Zellorganellen mit Ausnahme der Mitochondrien.

Die Zellmembran begrenzt die Zelle nach außen und schützt sie und alles, was sich darin befindet. Sie ist der TÜRSTEHER und bestimmt, welche Stoffe in die Zelle hinein und aus ihr heraus gelangen dürfen. Wenn zum Beispiel eine Zelle ein Zuckermolekül benötigt, lässt die Membran es hindurch, sobald es herangespült wird. Wenn nicht, muss es draußen bleiben. 

Aufbau der Zellmembran

Um ihre Schutzfunktion zu gewährleisten, musste die Natur eine Substanz suchen, die sich nicht einfach in Wasser auflöst - und hat diese Substanz in Form von Fetten gefunden. Zellmembranen bestehen also vor allem aus Fetten. Man nennt Fette auch Lipide. Und weil das Innenleben alle Zellmembranen gut geschützt werden muss, wurde gleich eine Doppelschicht angelegt. 

Die Schicht, aus der Zellmembranen bestehen, heißen DOPPELLIPIDSCHICHT.

In der Abbildung siehst Du den Aufbau einer solchen Schicht (hier wurde eine Zelle durchgeschnitten und ganz nah herangezoomt).

Auf den beiden Außenseiten der Schicht (also der Seite, die dem Zellinneren und der Zellumwelt zugewandt sind) siehst Du die wasserfreundlichen Köpfchen dieser Moleküle (in blau).

Wasserfreundlich heißt auch hydrophil oder polar.

Im Inneren haben diese Moleküle Strukturen, die wie kleine Beinchen aussehen. Das sind die wasserabweisenden Fettbestandteile. 

Wasserabweisend heißt auch hydrophob oder unpolar.

Woher weiß nun die Zellmembran, wer rein und raus darf?

Hier wirkt ein in der Natur sehr häufiges Prinzip, das Du auf jeden Fall gut kennen solltest, weil wir es in anderen Themen wiedertreffen werden.

Deshalb soll das hier - sehr vereinfacht, aber hoffentlich verständlich - erklärt werden.

Inmitten der Lipiddoppelschicht (oder Doppellipidschicht, das ist gleich) sitzen in jeder Zelle zusätzliche Strukturen, die für die Erkennung bestimmter Moleküle (Zucker, Salze, Hormone, Botenstoffe usw.) zuständig sind.  Diese Moleküle haben immer eine andere Form, ähnlich Schlüsseln. Schlüssel sehen auch sehr ähnlich aus (man erkennt sie sofort als Schlüssel, wenn man sie sieht), unterscheiden sich aber im Detail, sodass ich mit einem Schlüssel meine Wohnung aufschließen kann, aber nicht die Wohnung meines Nachbarn - oder? 

So ist es auch bei den vielen Molekülen, die in unserem Körper mit dem Blutstrom transportiert und so an die Zellen herangespült werden.  Auf der Zelle sitzen verschiedene Schlösser - je nach Zelltyp sind sie unterschiedlich. Passt nun eines der herangespülten Moleküle ganz genau in eines dieser Schlösser, öffnet sich das Schloss und das Molekül gelangt hinein. Andere Moleküle haben eine andere Form.

Wenn sie herangespült werden, es aber kein Schloss für sie gibt, schwimmen sie weiter und werden nicht in die Zelle hineingelassen. Auch ähnlich einem Wohnungsschloß funktioniert das sowohl von außen, wenn Moleküle in die Zelle hineinkommen, als auch von innen, wenn sie aus der Zelle herauskommen.

Dieses wichtige Prinzip heißt SCHLÜSSEL-SCHLOß-PRINZIP.

Der Komplex, der dabei gebildet wird, heißt REZEPTOR-SUBSTRAT-KOMPLEX.

Der Rezeptor ist in die Zellmembran eingebettet. Das Substrat ist sein passgenaues Gegenstück, das vor allem mit dem Blutstrom an den Rezeptor herangespült wird. Verbinden sich beide,  entsteht eben dieser Komplex.

Anmerkung:

Man findet es auch bei verschiedenen Enzymen. Enzyme sind sogenannte Biokatalysatoren, die zum Beispiel im Verdauungstrakt dabei helfen, die Nahrung in ihre Bestandteile zu zerlegen, sodass der Körper diese Bausteine für den Aufbau seiner Zellen und Gewebe nutzen kann. Oder sie sorgen dafür, dass Zucker aus den Pflanzen und der Sauerstoff aus der Luft, die wir atmen, in Energie umgewandelt werden.

Jedes Enzym passt exakt auf ein zu bearbeitendes Molekül. Dieses Gegenstück heißt auch hier Substrat.

Ein Enzym und sein Substrat passen in ihren Formen ebenfalls zusammen und folgen damit dem Schlüssel-Schloß-Prinzip. 

Hier sieht man ein Video zur Türsteherfunktion der Zellmembran mit Untertiteln.

Aufbau

Mitochondrien (kurz: Mitos) sehen aus wie kleinen Kidneybohnen. Wenn man sie aufschneidet, sieht man im Inneren eine weitere Membran, die sich durch das Zellorganell schlängelt. Auch das ist ein wichtiges biologisches Prinzip, das man überall in der Natur beobachten kann: Oberflächenvergrößerung durch Faltung. 

Funktion

Sie sind die KRAFTWERKE der Zelle: Sie stellen Energie bereit in einem Vorgang, der ZELLATMUNG heißt. Wir atmen also, um Energie zu erzeugen.

Dafür benötigen sie Glucose (Traubenzucker) aus der Nahrung und Sauerstoff aus der Luft. Beide werden während der Fotosynthese in Pflanzen gewonnen.

Aus diesen beiden Stoffen baut sie Moleküle, die ATP (Adenosintriphosphat) heißen und eine Art voll geladene Akkus sind.  Die vollen Akkus werden dann in die Zelle entlassen und können nun ihre Energie überall, wo es für die Reaktionen nötig ist, abgeben. Dabei entsteht ADP (Adenosindiphosphat) und es wird Energie aus der Abspaltung des 3. Phosphats frei, die für irgendeine Reaktion jetzt genutzt werden kann. ADP und freies Phosphat werden nun zurückgeleitet zum Mitochondrium und im nächsten Zellatmungszyklus wieder zu ATP verbunden.

Hier siehst Du ein Schema, wie es grob funktioniert. Es ist stark vereinfacht, reicht aber für unsere Zwecke aus.

Reaktionsgleichung der Zellatmung

Die obere Darstellung ist zwar umfangreich, aber auch unübersichtlich. In der Biologie wird daher die chemische Reaktionsgleichung zur kurzen Darstellung benutzt (die musst du kennen - als Wort- und Formelgleichung):

Und natürlich gibt es auch dazu ein Video, sodass man das vielleicht etwas besser versteht (leider ohne Untertitel, aber gute Bilder).

Hier findest Du ein Video der Jungs von SimpleBiology zur Zellatmung (Untertitel einstellbar).

Kleines Gedankenspiel

Pro Traubenzucker-Molekül werden dabei ca. 30 Moleküle ATP produziert.

Machen wir ein kleines Gedankenspiel, um uns die unglaublichen Dimensionen zu verdeutlichen:

In nur einem einzigen kleinen Stück Dextro-Energy (1 Täfelchen aus der Packung) sind 5g Traubenzucker enthalten.

In diesen 5 g gibt es ungefähr

17.000.000.000.000.000.000.000 Moleküle Traubenzucker.

Und daraus machen die Mitochondrien mehr als

50.000.000.000.000.000.000.000 Moleküle ATP

- das sind verdammt viele voll geladene Akkus für sehr viele Reaktionen, die jeden Tag in Deinem Körper ablaufen, jede Sekunde, genau jetzt!

Aufbau und Funktion des Zellkerns

Der Zellkern ist eine zusätzliche schützende, kugelförmige Hülle um die DNA, das Erbgut, herum. Der Zellkern hat in seiner Membran für bestimmte Moleküle durchlässige Poren. Die DNA im Kern drin darf z.B. nicht heraus aus dem Kern.

Die Lebewesen lassen sich grob in 2 Gruppen teilen: 

1. Lebewesen ohne Zellkern (Prokaryonten)
   Dazu gehören Bakterien. Sie bestehen aus einer Zelle, ihr Erbgut liegt frei im Zellplasma, ohne schützende Hülle (Zellkern)
2. Lebewesen mit Zellkern (Eukaryonten)
   Dazu gehören Tiere (auch wir), Pflanzen, Einzeller, Pilze.

Die DNA

Unser Erbgut besteht aus einem Molekül, das mehrere Millionen Einzelmoleküle, die Grundbausteine, umfasst. Es ist viel dünner als ein Haar, aber in einer Zelle mehrere Meter lang.

Der Name des gesamten großen Moleküls ist

auf deutsch: Desoxyribonukleinsäure (DNS)

auf englisch: Deoxyribonucleic acid (DNA).

DNA und DNS ist dasselbe in 2 verschiedenen Sprachen. Häufig wird die englische Version (DNA) benutzt, da die Wissenschaftssprache englisch ist.

Die Grundbausteine, aus denen dieses ewig lange Molekül DNA besteht, kann man in 4 Sorten einteilen:

Adenin - A

Thymin - T

Cytosin - C

Guanin - G.

Man bezeichnet diese 4 Bausteine als BASEN, NUCLEOTIDE oder NUKLEINSÄUREN - alle Bezeichnungen sind möglich und meinen im Prinzip dasselbe.

Organisation der DNA in Genen

A, T, C und G sind in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet. Diese Reihenfolge ist sehr wichtig, denn sie ist die verschlüsselte Information für alle unsere Merkmale. 

Hier siehst Du z.B. das Gen für die Herstellung von menschlichem Insulin:

Die Information für die Herstellung von Insulin auf der DNA bezeichnet man als Gen.

Ein Gen ist ein Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information für ein bestimmtes Merkmal enthält.

In der Mitte der blau markierte Bereich enthält die Informationen für die Herstellung von Insulin. Links und rechts davon geht die DNA weiter und enthält Informationen für andere Merkmale, z.B. für die Herstellung von Verdauungsenzymen, die Hautfarbe oder die Nasenform. 

Tatsächlich liegt die DNA aber nicht als einzelner Strang vor wie in der Abbildung, sondern sie kommt doppelt vor. Dabei liegen sich stets A und T sowie C und G gegenüber:

Vergleiche selbst: Wenn im oberen Strang T sitzt, liegt gegenüber immer A und umgekehrt. Und wenn im oberen Strang ein C vorkommt, liegt gegenüber ein G.

Auf diese Weise wird die Information geschützt. Bricht mal eine Base in einem Strang weg, wird sie ersetzt, ohne die Information zu verändern: Durch den anderen Strang ist klar, welches Nucleotid gegenüberliegen muss.

Die DNA liegt aber nicht nur so im Zellkern herum. Sie ist ständig am Arbeiten und gibt ihre Informationen aus ihren vielen Genen an die Zelle weiter, die ihre Befehle befolgt. So funktioniert das nicht nur mit unserer DNA, sondern mit jeder DNA in allen Zellen (auch bei Tieren, Pflanzen und Bakterien). 

Nicht für die Prüfung wichtig, aber interessant:

Wenn man sich damit beschäftigt, kommt man irgendwann zu der Frage, wie viele Gene der Mensch hat. Die Zahl ist für die gut untersuchten Organismen (Fadenwurm, Fruchtfliege) genau bekannt. Unsere eigene Zahl kennen wir aber nicht so genau, wir können nur schätzen:

Fadenwurm: 23.217 Gene 

Fruchtfliege: 13.600 Gene

Mensch: unbekannt; Schätzungen in der wissenschaftlichen Literatur: 22.000 bis 180.000 Gene

Wir wissen allerdings seit 2003, dass unsere DNA insgesamt 3,2 Milliarden Basenpaare enthält - 1,6 Milliarden auf dem einen Strang und 1,6 Milliarden auf dem anderen.

Noch ein interessanter, aber prüfungsunwichtiger Fakt: unsere DNA aus allen Zellen eines Menschen (ungefähr 100 Billionen haben wir im Körper) insgesamt ergibt eine Gesamtlänge von knapp 4 Millionen Mal um den Äquator!!!

Die Zahlen sind zwar interessant, aber schlussendlich nicht so wichtig. Viel wichtiger ist, wie diese Gene beschaffen sind und was sie alles können: Sie liegen nebeneinander aufgereiht und besitzen alle Informationen über den Bau eines Organismus und allen Funktionen, die ausgeübt werden.

Kurze Wiederholung zum Immunsystem:

Ein Partikel hat sich das zunutze gemacht - das Virus. Erinnern wir uns: Viren geben ihre genetische Information in eine Zelle ab, die sie befallen. Darin ist die Information enthalten "Stell mich her".

Die Zelle versteht diese Anweisung und tut, was man ihr sagt. So, wie sie immer tut, was die DNA ihr sagt. Ob das ihre eigene ist oder nicht, kann sie nicht unterscheiden. Eben, weil die DNA in allen Lebewesen gleich aufgebaut ist.

Organisation der DNA in Chromosomen

Im Arbeitsmodus liegt die DNA wie ein wirres Wollknäuel im Zellkern, wird geöffnet, abgelesen, geschlossen und ist ständig in Bewegung. Sobald sich die Zelle teilen soll, werden diese Vorgänge gestoppt und die DNA organisiert sich. Sie muss geordnet vorliegen, damit man sie vernünftig mit allen vorhandenen Genen halbieren kann und beide Zellen am Ende alle genetischen Informationen besitzen.

Beim Menschen wird die DNA in insgesamt 46 Chromosomen "gewickelt" (hier findest Du ein gutes Video dazu)

Haploid und Diploid

Der gesunde Mensch hat in seinen Körperzellen 2 vollständige Sätze von Chromosomen - eins von Papa (23 Stück) und eins von Mama (auch 23 Stück). Einen solchen doppelten Chromosomensatz (46 Stück oder 23 Paare) nennt man DIPLOID.

In den Keimzellen (Fachwort: Gameten, das sind Eizelle und Spermium) gibt es immer nur einen einfachen Chromosomensatz (23 Stück). Das nennt man HAPLOID.

Kurz zum Merken:

Diploid: 2 Chromosomensätze, in allen Körperzellen (23 PAARE, meist als 2n bezeichnet)

Haploid: einfacher Chromosomensatz, nur in Eizelle und Spermium (23 STÜCK, meist als n bezeichnet)

Einbindung der DNA in Chromosomen

Zuerst wird die DNA um kugelige Proteine (= Histone) gewickelt. Dann werden diese DNA-Histon-Wicklungen schraubenförmig angeordnet. Das sind die Chromatin-Fäden. Die werden nun noch dichter gepackt zu den Chromosomen. Ein Chromosom besteht dabei aus 2 Chromatiden:

Und so sehen alle Chromosomen eines Mannes aus, wenn man sie sortiert und nach Größe ordnet:

Chromosomen sind die strukturierte Form der DNA, die für die Zellteilung gebildet wird.

Hier kannst Du einen virtuellen Spaziergang durch unsere Chromosomen machen. Haben sich die Schweizer ausgedacht ;-) Wenn Du dort den roten Schieberegler unten bewegst, kommst Du vom Zellkern über die Chromosomen zur DNA und den Proteinen. Die wichtigsten Begriffe (Gen, DNA; Chromosom usw.) sind da auch nochmal erklärt.

Aufbau

Diese Zellorganelle zieht sich durch die gesamte Zelle und ist nah am Zellkern. Es besteht aus einem Membransystem. Übersetzt bedeutet das Wort:

Endo = innen

plasmatisch = im Plasma befindlich

Retikulum = Netz

Das ER (so lautet die Abkürzung) gibt es in der rauen und glatten Form. Bei der rauen Form direkt am Zellkern sitzen dem ER weitere Zellorganellen, die Ribosomen auf. Sie stellen Proteine her, die dann vom ER geprüft und modifiziert (=verfeinert) werden. Die glatte Form hat keine Ribosomen.

Funktion

Das raue ER prüft und modifiziert Proteine, baut die Zellkernmembran nach einer Zellteilung auf und ist an der Signalübertragung in einer Zelle beteiligt.

Das glatte ER spielt eine wichtige Rolle im Stoffwechsel und der Entgiftung der Zelle. 

Das ER dient als AUTOBAHN der Zelle, indem es die Transportvorgänge zusammen mit dem GOLGI-Apparat reguliert.

Aufbau

Sie sind kleine Membran-Vesikel, die im Inneren sauer sind und Verdauungsenzyme enthalten.

Funktion

Ihre Aufgaben sind:

1. die Aufnahme von Giftstoffen, wie Nikotin oder Alkohol, um die Zelle zu schützen
2. die Zerkleinerung von Abfallstoffen und Rückgabe der Einzelteile an die Zelle, um neue Stoffe damit aufzubauen
3. der Abbau von zellfremden bakteriellen und viralen Krankheitserregern.

Sie sind die Müll- und Recyclingstation der Zelle.

Wenn Du genau hinsiehst, wirst Du merken, dass im Großen und Ganzen die Pflanzenzelle alle Bestandteile einer tierischen Zelle hat und 3 Zellorganellen mehr. Diese wollen wir uns kurz näher ansehen.

Pflanzliche Zellen haben eine Zellmembran UND eine Zellwand. Sie besteht vor allem aus Zellulose und hat kleine Durchbrüche/Löcher, die man Tüpfel nennt. Durch diese Tüpfel können Stoffe in die Zelle hinein und aus ihr heraus gelangen. Das ist wichtig, denn die Zellwand ist ein stoffundurchlässiger Stützapparat, das Skelett der Zelle.

Sie dient als Zwischenspeicher, Giftstoffspeicher in giftigen Pflanzen und Mülleimer. Alles, was die Pflanzenzelle gerade oder überhaupt nicht mehr braucht, wird dort eingelagert.

Sie sind grün, weil sie den grünen Blattfarbstoff, das Chlorophyll enthalten. 

In den Chloroplasten läuft die Photosynthese ab, bei der die Zelle unter Lichteinfall der Sonne aus Kohlendioxid und Wasser Traubenzuckermoleküle (Glucose-Moleküle) baut. Sauerstoff ist ein Abbauprodukt der Photosynthese und wird an die Luft abgegeben. 

Die Pflanze "atmet" also am Tag Kohlendioxid ein und Sauerstoff aus - wir machen das genau umgekehrt! Nachts, wenn kein Licht da ist, macht sie es wie wir. 

Hier ist ein Kreuzworträtsel zur Zelle als Online-Version oder zum Ausdrucken.

Hier findest Du ein Quiz zur Überprüfung Deines Wissens zur Zelle.

Und das ist ein etwas bunteres Quiz von kahoot. Kahoot! - App herunterladen und los geht's! 

Und dieses Quiz ist nicht von mir. Aber ist auch zur Zelle.

Prüfe Dein Wissen zur Zellatmung und fülle die Lücken aus. Wenn Du fertig bist, drückst Du unten rechts auf den Button mit dem Häkchen.