Biologie für Hauptfachstudenten II

Zellen lassen sich in eine von zwei großen Kategorien einteilen: Prokaryoten und Eukaryoten. Die Einzeller der Bereiche Bakterien und Archaeen werden als Prokaryoten (pro = vor; karyon- = Kern) bezeichnet. Tierzellen, Pflanzenzellen, Pilze und Protisten sind Eukaryoten (eu = wahr).

Bestandteile prokaryotischer Zellen

Alle Zellen haben vier gemeinsame Bestandteile: (1) eine Plasmamembran, eine äußere Hülle, die das Innere der Zelle von der Umgebung trennt; (2) das Zytoplasma, ein gallertartiger Bereich innerhalb der Zelle, in dem sich andere Zellbestandteile befinden; (3) die DNA, das genetische Material der Zelle; und (4) Ribosomen, Partikel, die Proteine synthetisieren. Prokaryoten unterscheiden sich jedoch von eukaryotischen Zellen in mehrfacher Hinsicht.

Abbildung 1. Diese Abbildung zeigt die allgemeine Struktur einer prokaryotischen Zelle.

Eine prokaryotische Zelle ist ein einfacher, einzelliger Organismus, dem ein Zellkern oder andere membrangebundene Organellen fehlen. Wir werden gleich sehen, dass dies bei den Eukaryoten ganz anders ist. Die prokaryotische DNS befindet sich im zentralen Teil der Zelle, in einer verdunkelten Region, die als Nukleoid bezeichnet wird (Abbildung 1).

Im Gegensatz zu Archaeen und Eukaryoten haben Bakterien eine Zellwand aus Peptidoglykan, das aus Zuckern und Aminosäuren besteht, und viele haben eine Polysaccharidkapsel (Abbildung 1). Die Zellwand dient als zusätzliche Schutzschicht, hilft der Zelle, ihre Form zu bewahren, und verhindert das Austrocknen. Die Kapsel ermöglicht es der Zelle, sich an Oberflächen in ihrer Umgebung anzuheften. Einige Prokaryoten haben Geißeln, Pili oder Fimbrien. Die Flagellen dienen der Fortbewegung, während die meisten Pili dem Austausch von genetischem Material bei einer Art der Fortpflanzung dienen, die Konjugation genannt wird.

Eukaryontische Zellen

In der Natur ist die Beziehung zwischen Form und Funktion auf allen Ebenen offensichtlich, auch auf der Ebene der Zelle, und dies wird deutlich, wenn wir uns mit eukaryontischen Zellen beschäftigen. Der Grundsatz „Form folgt Funktion“ findet sich in vielen Zusammenhängen. Er besagt, dass man im Allgemeinen von der Form einer Struktur auf ihre Funktion schließen kann, weil beide aufeinander abgestimmt sind. Zum Beispiel haben Vögel und Fische stromlinienförmige Körper, die es ihnen ermöglichen, sich schnell durch das Medium zu bewegen, in dem sie leben, sei es Luft oder Wasser.

Eine eukaryotische Zelle ist eine Zelle, die einen membrangebundenen Kern und andere membrangebundene Kompartimente oder Säcke hat, die Organellen genannt werden und spezielle Funktionen haben. Das Wort eukaryotisch bedeutet „echter Kern“ oder „echter Nukleus“, was auf das Vorhandensein des membrangebundenen Kerns in diesen Zellen anspielt. Das Wort „Organelle“ bedeutet „kleines Organ“, und wie wir bereits gelernt haben, haben Organellen spezialisierte zelluläre Funktionen, so wie die Organe unseres Körpers spezialisierte Funktionen haben.

Zellgröße

Mit einem Durchmesser von 0,1-5,0 µm sind prokaryotische Zellen wesentlich kleiner als eukaryotische Zellen, die einen Durchmesser von 10-100 µm haben (Abbildung 2). Aufgrund der geringen Größe von Prokaryonten können sich Ionen und organische Moleküle, die in sie eindringen, schnell in andere Teile der Zelle ausbreiten. Ebenso können Abfallstoffe, die in einer prokaryotischen Zelle produziert werden, schnell nach außen gelangen. Größere eukaryontische Zellen haben jedoch andere strukturelle Anpassungen entwickelt, um den Zelltransport zu verbessern. Die große Größe dieser Zellen wäre ohne diese Anpassungen nicht möglich. Im Allgemeinen ist die Zellgröße begrenzt, weil das Volumen viel schneller zunimmt als die Zelloberfläche. Je größer eine Zelle wird, desto schwieriger wird es für die Zelle, genügend Materialien zu beschaffen, um die Prozesse im Inneren der Zelle zu unterstützen, da die relative Größe der Oberfläche, über die Materialien transportiert werden müssen, abnimmt.

Abbildung 2. Diese Abbildung zeigt die relativen Größen der verschiedenen Arten von Zellen und Zellbestandteilen. Zum Vergleich ist ein erwachsener Mensch dargestellt.

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