Cytologie

Zelle (Biologie)

Was ist eine Zelle und wie ist sie aufgebaut? In diesem Beitrag erfährst du mehr über die grundlegenden Fähigkeiten der Zellen und die wichtigsten Zellarten.

Du hast wenig Zeit, willst den Inhalt des Beitrags aber trotzdem schnell verstehen? Dann schau dir gerne unser Video zum Thema an!

Inhaltsübersicht

Zelle einfach erklärt

Du kannst dir eine Zelle als die kleinste lebende Einheit aller Organismen vorstellen. Sie ist der Grundbaustein der Lebewesen. Innerhalb einer Zelle sind unterschiedliche Zellorganellen und weitere Zellbestandteile wie zum Beispiel die Erbinformation (DNA) oder Proteine und Lipide enthalten.

Lebewesen können in Prokaryoten und Eukaryoten unterschieden werden. Ihre jeweiligen Zellen werden Procyte und Eucyte genannt. Die meisten Prokaryoten wie zum Beispiel Archaeen oder Bakterien sind Einzeller%Verweis, sie bestehen also nur aus einer Zelle. Die meisten Eukaryoten (Tiere, Pflanzen, Pilze) sind Mehrzeller.

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Allgemeine eukaryotische und prokaryotische Zellen

Allgemein unterscheiden sich alle Zellarten in Aufbau und Funktionen. Einige Funktionen wie zum Beispiel den Stoffwechsel oder die Proteinbiosynthese%Verweis findest du aber in den meisten Zellen wieder.

Definition

Eine Zelle ist ein abgegrenztes, selbsterhaltendes System innerhalb von allen Organismen. Ihr Name leitet sich vom lateinischen cellula („kleine Kammer“) ab.

Prokaryotische Zelle

Die Zelle der Prokaryoten (= Procyte) zeichnet sich dadurch aus, dass sie keinen Zellkern besitzt. Sie sind in ihrem Inneren im Vergleich zur Zelle der Eukaryoten (= Eucyte) relativ einfach aufgebaut. Die meisten Prokaryoten sind Einzeller, also Lebewesen, die nur aus einer Zelle bestehen. Mehrzeller oder auch Vielzeller (meistens Eukaryoten) bestehen hingegen aus mehreren Zellen.

Procyten sind nur wenige Mikrometer (1-2 µm) groß. Ihr gesamtes Genom liegt frei im Cytoplasma und besteht oft aus nur einem einzigen DNA-Molekül namens Bakterienchromosom und Plasmiden .

Die meisten Procyten enthalten zum Schutz vor Umwelteinflüssen oder feindlichen Organismen relativ steife Zellwände aus dem Peptidoglykan Murein. Unter den Zellwänden können Procyten in einigen Fällen sogar mehrere Membranen besitzen.

Weiterhin enthalten Procyten 70S-Ribosomen. Diese sind deutlich kleiner als die Ribosomen (80S) der Eucyten.

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Procyte

Eukaryotische Zelle

Die eukaryotische Zelle oder auch Eucyte besitzt einen echten Zellkern. Ihr Aufbau zeichnet sich durch eine Kompartimentierung aus. Darunter kannst du die Auftrennung der Zelle in verschiedenartige Räume (= Zellorganellen ) verstehen.

Eine Eucyte kann eine Größe von 10-100 µm besitzen. Ihre DNA ist in Form von Chromosomen im Zellkern organisiert.

Tierische und pflanzliche Zelle

Du kannst die Eucyte vor allem in die Tierzelle und die Pflanzenzelle einteilen.

Tierzellen enthalten in den meisten Fällen Lysosomen. Diese Vesikel sind für die Verdauung von körpereigenen und körperfremden Stoffen (z.B. Proteine) zuständig. Die Zellen sind untereinander über Zell- Zell-Verbindungen namens Desmosomen und Gap Junctions verbunden.

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Tierzelle

Pflanzenzellen besitzen einige Zellbestandteile, die in den tierischen Zellen nicht vorhanden sind. So enthalten sie zum Beispiel eine Zellwand und eine Vakuole. Letztere dient dazu, einen Druck in der Pflanzenzelle zu erhalten. Außerdem beinhaltet eine Pflanzenzelle Plastiden. Diese Zellorganellen sind aus endosymbiontisch lebenden Zellen entstanden. Zu den Plastiden gehören zum Beispiel die Chloroplasten. Im Gegensatz zu den Tierzellen sind Pflanzenzellen nicht über Desmosomen oder Gap Junctions verbunden, sondern über Plasmodesmen .

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Pflanzenzelle

Schau dir für einen übersichtlichen Vergleich dieser beiden Arten der Eucyte gerne unseren Beitrag „Tierische und pflanzliche Zelle im Vergleich “ an.

Pilzzelle

Eine dritte Unterscheidung der Eucyten betrifft die Pilzzelle. Obwohl sie sich von Zelle zu Zelle sehr stark unterscheiden können, besitzen Pilzzellen einige Übereinstimmungen.

Die meisten Pilzzellen sind ebenfalls von einer Zellwand umgeben. Diese ist aber nicht wie bei den Pflanzenzellen vor allem aus Cellulose, sondern aus dem Polysaccharid Chitin aufgebaut. Sie enthalten keine Plastiden, jedoch eine Vakuole.

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Pilzzelle

Ihre Energie speichern Pilzzellen nicht wie die Pflanzen in Form von Stärke, sondern wie auch die Tiere als Glykogen.

Eigenschaft/Bestandteile Tierzelle Pflanzenzelle Pilzzelle
Zellwand Nein Ja (v.a. Cellulose) Ja (v.a. Chitin)
Vakuole Nein Ja Ja
Plastiden Nein Ja Nein
Kohlenhydratspeicher Glykogen Stärke Glykogen
Stoffaustausch mit Nachbarzelle Desmosomen oder Gap Junctions Plasmodesmen Gap Junctions

Zellbestandteile

Nachfolgend haben wir dir die wichtigsten Zellbestandteile und Zellorganellen aufgelistet. Diese findest du mit Ausnahme der Plastiden und der Vakuole in allen Eucyten. Die Ribosomen findest du auch in den Procyten.

  • Zellkern mit Nucleolus : Enthält den größten Teil der Erbinformation in Form von Chromosomen und steuert wichtige Stoffwechselprozesse wie die Zellteilung.
  • Endoplasmatisches Retikulum (ER): Besteht aus mehreren Hohlräumen und kann in das glatte ER (ohne Ribosomen) und das raue ER (mit Ribosomen) unterteilt werden. Grundsätzlich ist das ER für die Weiterleitung von chemischen Signalen und Stoffen zuständig.
  • Ribosomen : Kleine ovale Teilchen aus Proteinen und rRNA. Ihre Hauptaufgabe ist die Translation, also das Ablesen von Informationen (mRNA) und die darauffolgende Bildung von Proteinen.
  • Golgi Apparat : Besteht aus mehreren Hohlräumen und ist in der Lage, Proteine zu verarbeiten, umzuwandeln und in Vesikeln zu binden.
  • Mitochondrien : Sind von einer Doppelmembran umgeben und bilden den universellen Energieträger ATP.
  • Vesikel (z.B. Lysosom oder Peroxisom ): Kleine runde Bläschen die für den Transport von zahlreichen Stoffen zuständig sind.
  • Plastiden (z.B. Chloroplasten ): Plastiden findest du nur in Pflanzenzellen. Diese Zellorganellen sind aus endosymbiontisch lebenden Zellen entstanden (Endosymbiontentheorie ).
  • Vakuole : Großer Hohlraum innerhalb von Pflanzenzellen, der den Zellinnendruck (Turgor) erzeugt.

Zelltypen

Im menschlichen Körper existieren mehr als 300 verschiedene Zelltypen. Unter einem Zelltyp kannst du eine Zelle verstehen, die sich auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert hat und danach ein spezialisiertes Gewebe bilden kann.

Zu den wichtigsten Zelltypen im Menschen zählen:

  • Rote Blutzellen (Erythrozyten)
  • Weiße Blutzellen (Leukozyten)
  • Nervenzellen (Neuronen)
  • Muskelzellen (Myozyten)
  • Knochenzellen (Osteozyten)
  • Blutplättchen (Thrombozyten)
  • Hautzellen
  • Keimzellen oder Geschlechtszellen (Gameten)
  • Epithelzellen
  • Knorpelzellen (Chondrozyten)

Zelle Aufbau

Im Laufe der Evolution haben sich zwei verschiedene Gruppen von Lebewesen entwickelt – die Prokaryoten und die Eukaryoten. Obwohl sich die Zellen dieser beiden Lebewesen voneinander unterscheiden, besitzen sie einige Komponenten und Fähigkeiten, die sie gemeinsam haben. Nachfolgend stellen wir dir ein paar wichtige dieser grundlegenden Komponenten vor.

Grundlegende Komponenten

Die meisten bekannten Zellen bestehen einerseits aus Proteinen. Diese sind jeweils aus mehreren Aminosäuren aufgebaut, die durch chemische Wechselwirkungen miteinander verbunden sind.

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Aufbau eines Proteins aus Aminosäuren

Du kannst zwischen mehreren Proteinarten unterscheiden. Die Enzyme dienen als Katalysator für chemische Reaktionen innerhalb der Zelle. Transportproteine bewegen Substanzen aus der Zelle oder in sie hinein. Strukturproteine dienen als Gerüst für die Zellen. Regulatorische Proteine können die Aktivität der Gene steuern. Immunproteine wie z.B. Antikörper können eine Immunreaktion auslösen. Rezeptorproteine können Reize zum Beispiel durch Adrenalin aufnehmen und weitergeben. Speicherproteine dienen als Nährstoffquelle und Motorproteine wie Myosin oder Aktin sorgen für eine Muskelkontraktion.

Neben den Proteinen haben die meisten Zellen auch noch die Erbinformation oder DNA gemeinsam. Diese kannst du dir als eine Art Bauplan vorstellen, durch den andere Komponenten (Zellorganellen, …) aus Proteinen hergestellt werden.

Außerdem besitzt eine Zelle grundsätzlich eine Zellmembran . Diese sorgt für eine Trennung von der Umgebung und nimmt Stoffe wie eine Art Filter auf. Die Zellmembran ist, wie auch die Membran, welche die Zellorganellen umgibt, eine Biomembran .

Das Cytoplasma ist ebenfalls in den meisten Zellen enthalten. Darunter kannst du dir die Grundstruktur vorstellen, die eine Zelle ausfüllt. Cytoplasma setzt sich aus den Zellorganellen, dem flüssigen Cytosol und dem Cytoskelett zusammen.

Grundlegende Fähigkeiten 

Der Großteil aller Zellen hat nicht nur gemeinsame Komponenten, sondern auch einige grundlegende Fähigkeiten.

Die meisten Zellen vermehren sich durch eine Zellteilung. Hierbei teilt sich eine Mutterzelle in zwei oder mehrere Tochterzellen. Der Zellteilung geht meistens eine Kernteilung voraus. Diese Kernteilungen laufen entweder als Meiose oder als Mitose ab.

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Schema der Zellteilung

Eine weitere grundlegende Fähigkeit der meisten Zellen ist die Proteinbiosynthese%Verweis. Diese kannst du in die Transkription%Verweis (Umsetzung von DNA zu mRNA) und die Translation%Verweis (Bildung eines Proteins aus mRNA) einteilen.

Neben der Proteinbiosynthese betreiben Zellen grundlegend einen Stoffwechsel. Sie nehmen also Stoffe wie Nahrungsmittel oder Sauerstoff auf und wandeln diese meist durch Enzyme in körpereigene Substanzen oder Energie um. Bei Pflanzen, Algen und einigen Bakterien ist ein sehr wichtiger Stoffwechselvorgang die Photosynthese .

Daneben ist eine Zelle weiterhin in der Lage, auf bestimmte Reize (Temperatur, …) zu reagieren oder sich selbstständig zu bewegen.

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