Die Eukaryotische Zelle: Aufbau und Funktion der Zellorganellen

Die eukaryotische Zelle ist die grundlegende Einheit des Lebens für alle mehrzelligen Organismen, darunter Tiere, Pflanzen, Pilze und Protisten. Eukaryotische Zellen zeichnen sich durch ihre komplexe Struktur und hochspezialisierten Organellen aus, die eine Vielzahl von lebenswichtigen Funktionen in Organismen ermöglichen. In diesem Artikel gibt es alle Informationen rund um die wichtigsten Bestandteile einer eukaryotischen Zelle.

Zelle – Zellkern

Der Zellkern ist das zentrale Kontrollzentrum der eukaryotischen Zelle. Er ist von einer doppelten Membran, der Kernhülle, umgeben, die den Inhalt des Zellkerns schützt. Im Inneren des Zellkerns befindet sich die DNA (Desoxyribonukleinsäure), die genetische Information des Organismus. Diese DNA ist in Form von Chromosomen organisiert und trägt die Anweisungen für die Synthese von Proteinen und die Steuerung anderer zellulärer Prozesse.

Die Funktion des Zellkerns besteht darin, die genetische Information zu schützen und zu regulieren. Er kontrolliert, welche Gene aktiviert und exprimiert werden, und spielt somit eine entscheidende Rolle bei der Zellfunktion und Zellentwicklung. Die im Zellkern enthaltenen Poren ermöglichen außerdem den kontrollierten Ein- und Austritt von Molekülen und Informationen.

Zelle – Endoplasmatisches Retikulum (ER)

Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein komplexes Netzwerk aus Membranen, das in direktem Kontakt mit dem Zellkern steht. Es gibt drei Arten vom ER:

• Raues endoplasmatisches Retikulum (RER)
• Glattes endoplasmatische Retikulum (SER)
• Sarkoplasmatisches Retikulum (SR)

Raues endoplasmatisches Retikulum

Das RER ist mit Ribosomen bedeckt, die Proteine synthetisieren. Diese Proteine werden dann wiederum in das ER-Innere transportiert, wo sie weiter verarbeitet und gefaltet werden. Das ER spielt somit eine wichtige Rolle bei der Proteinbiosynthese und dem Transport von Proteinen innerhalb der Zelle. Diese Proteine werden anschließend in Vesikeln verpackt und an verschiedene Orte in der Zelle transportiert, wo sie benötigt werden.

Glattes endoplasmatische Retikulum

Das SER hingegen ist für die Lipidsynthese, den Abbau von Giftstoffen und die Speicherung von Calciumionen verantwortlich. Es ist ein entscheidender Bestandteil des zellulären Stoffwechsels und trägt zur Entgiftung und zur Regulierung des Calciumhaushalts bei.

Sarkoplasmatisches Retikulum

Das SR schließlich ist ein Netzwerk von Tubuli, welches die Myofibrillen der Muskelzelle umhüllt. Es besteht aus longitudinalen Schläuchen und sitzt zirkulär um die Myofibrille herumlaufenden Zisternen.

Zelle – Golgi-Apparat

Der Golgi-Apparat, auch als Golgi-Komplex bezeichnet, ist eine Ansammlung von Membranstapeln, die Proteine und Lipide aus dem ER weiterverarbeiten und verpacken. Er fungiert als Verteilzentrum der Zelle, die diese Moleküle für den Export oder die Verwendung innerhalb der Zelle vorbereitet.

Der Golgi-Apparat modifiziert Proteine, indem er Zuckergruppen anhängt oder vorhandene Zuckerstrukturen verändert. Dieser Prozess ist entscheidend für die Funktion vieler Proteine, insbesondere solcher, die außerhalb der Zelle wirksam sind. Nach der Modifikation werden die Proteine in Vesikeln verpackt und an ihre Zielorte transportiert.

Zelle – Mitochondrien

Mitochondrien werden oft als Kraftwerke der Zelle bezeichnet. Sie sind von einer doppelten Membran umgeben und enthalten ihr eigenes kleines Genom. Diese Organellen sind für die Energieerzeugung verantwortlich und produzieren Adenosintriphosphat (ATP), das den Zellen als Energiequelle dient.

Den Prozess, bei dem ATP erzeugt wird, bezeichnet man als “Zellatmung”. Während dieses mitochondrialen Prozesses werden Zuckermoleküle oxidiert, um Energie in Form von ATP freizusetzen. Diese Energie wird dann von der Zelle für lebenswichtige Prozesse wie den Zellstoffwechsel und die Bewegung genutzt. Mitochondrien kommen dementsprechend vermehrt in Zellen mit erhöhten Energiebedarf, wie beispielsweise Muskelzellen, vor.

Zelle – Lysosomen

Lysosomen sind mit Verdauungsenzymen gefüllte Membranvesikel. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Zellabfall (zum Beispiel abgestorbene Organellen und Fremdstoffe) abzubauen. Sie sind darüber hinaus an der Bekämpfung von Krankheitserregern beteiligt. Lysosomen können Pathogene verdauen und so zur zellulären Immunabwehr beitragen.

Zelle – Peroxisomen

Peroxisomen sind weitere membranumhüllte Organellen in eukaryotischen Zellen. Sie enthalten Enzyme, die Wasserstoffperoxid und andere schädliche Verbindungen abbauen, was zur Entgiftung der Zelle beiträgt. Diese Organellen sind besonders wichtig in den Zellen der Leber, da sie bei der Entgiftung des Körpers von schädlichen Substanzen eine Schlüsselrolle spielen.

Zelle – Zytoskelett

Das Zytoskelett ist ein Netzwerk aus Proteinfasern, das die Zelle stützt und ihre Form aufrechterhält. Es besteht aus drei Hauptkomponenten: Mikrotubuli, Mikrofilamente und Intermediärfilamente.

Mikrotubuli

Mikrotubuli sind dünne, röhrenförmige Strukturen, die an der Zellteilung und dem intrazellulären Transport beteiligt sind. Sie bilden auch die Grundstruktur der Zellgeißeln, die für die Fortbewegung einiger Zellen verantwortlich sind.

Mikrofilamente

Mikrofilamente sind dünne Fasern aus Aktin, die an der Kontraktion von Muskelzellen und der Bewegung von Zellen beteiligt sind. Sie sind außerdem wichtig für die Zellteilung und die Aufrechterhaltung der Zellform.

Intermediärfilamente

Bei den Intermediärfilamenten handelt es sich um stabile, fadenartige Strukturen, die der Zelle mechanische Festigkeit verleihen. Sie sind insbesondere in Zellen mit hoher mechanischer Belastung, wie Hautzellen, wichtig.

Transport innerhalb der Zelle

Der Transport innerhalb der Zelle findet über sogenannte Motorproteine statt. Motorproteine in Verbindung mit den Mikrotubuli sind beispielsweise Kinesin und Dynein. Ein Motorprotein, welches in Assoziation mit den Mikrofilamenten steht, ist Myosin.

Zelle – Plasmamembran

Die Plasmamembran ist die äußere Hülle der Zelle und trennt sie von ihrer Umgebung. Sie besteht aus einer Doppelschicht von Lipiden, Kohlenhydraten, Proteinen und Cholesterol. Die Hauptfunktion der Zellmembran ist die Aufrechterhaltung des inneren Milieus der Zelle und die Regulierung des  selektiven  Transport von Molekülen in und aus der Zelle (Semipermeabilität).

Cholesterol ist typisch für Tierzellen und für einen Großteil an Pflanzenzellen und befindet sich zwischen Phospholipiden auf beiden Seiten der Membran. Cholesterol stärkt die mechanische Stabilität, senkt die Permeabilität der Membran und verhindert das Aneinanderheften von Phospholipiden.

Kohlenhydrate an der Außenseite der Plasmamembran werden in ihrer Gesamtheit als “Glykokalix” bezeichnet, welche unter anderem die Zellmembran stabilisiert und vor mechanischen Schäden Schutz bietet.

Die Plasmamembran spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des zellulären Gleichgewichts und der Interaktion mit der Umwelt. Sie ist auch an der Erkennung von Signalen aus der Umgebung beteiligt und ermöglicht so die Zellkommunikation.