Für die Anzeige dieser Seite in eigenem Browserfenster klick hier!
 ZelleGrundschema, vereinfacht aus altem Lehrbuch; für eingehende Studien bitte Fachbücher beschaffen! 1 - Golgi - Apparat || 2 - Sekretgranula || 3 - Diplosom || 4 - Glattes endoplasmatisches Retikulum || 5 - Mitochondrien || 6 - Zellmembran || 7 - Mikrotubuli und Filamente || 8 - Lysosomen || 9 - Glykogenpartikel und Polyribosomen || 10 - Kern mit Poren und angelagertem Ergastoplasma || 11 - Kernkörperchen (Nucleolus) || 12 - Stapel von Ergastoplasma |
|
Jedes Lebewesen besteht aus mindestens einer Zelle; die Viren sind da eine Ausnahme, sie gelten aber auch nicht als vollwertige Lebewesen.
Jede Zelle kann mit Gleichartigen zusammenliegen. Hier gibt es verschiedene Formen von Zellverbänden, die von lockeren Haufen über filzartige Beläge hin zu richtigen Geweben führen. An sich haben die Zellen die Tendenz, aneinander zu haften.
Die Zellen, aus denen der menschliche Körper besteht, sind sehr klein und vorteilhaft mit Hilfe eines Mikroskops darzustellen. Sie bestehen in der Hauptsache aus Wasser, und um sie herum befindet sich auch fast immer Wasser. So unterscheidet man die Zwischenzellräume (intercellulares Compartment) und das Zellinnere (intracellulares Compartment).
Durch das Aneinanderhaften von Zellen und durch die dazwischen liegenden Fasern oder anderen Strukturen kommt es zur Bildung der Gewebe. Es gibt verschiedene solche Gewebe. Und in der richtigen Zusammenstellung bilden sie dann schließlich die Organe.
Ein Organ besteht also aus verschiedenen Geweben. Und zwar mindestens aus dem Organgewebe, welches aus den Zellen gebildet ist, welche das Organ ausmachen. So haben wir Lebergewebe als funktionellen Teil der Leber, Muskelgewebe als funktionellen Teil des Muskels und so weiter. Dazu das Bindegewebe, welches die Organteile durchwirkt, sie dabei zusammenhält und auch für die nötige Festigkeit sorgt. Die in die Organe laufenden versorgenden Blutgefäße und Nervenfasern und Lymphgefäße sind meist in Bindegewebe eingebettet, sodaß dieses neben der Festigung und Zusammenhaltung (daher der Name) auch die Versorgungsroute bildet. Und es kann durch Fasern verstärkt sein oder auch durch Kalkeinlagerungen gefestigt als nur zwei Beispiele. Dazu dann später bei der Erklärung der einzelnen Organe. Und eigentlich ist immer, oft eingelagert in das Bindegewebe, auch das Fettgewebe beteiligt. Dieses hat die Aufgabe, Fett zu speichern als Reserveenergieträger einerseits und als Dämpfungspolster andererseits.
Der Grundbauplan der Zellen ist gleich, in der Ausführung gibt es krasse Unterschiede. Das vereinfachte Vorstellungsmodell ist eine runde Zelle, bestehend aus einem Zellkörper und einem Zellkern. Es wird der Zellkörper nach außen durch eine Zellmembran abgegrenzt, der Kern ist von der Kernmembran umgeben. Alle Membranen trennen Flüssigkeitsräume voneinander. Die Zusammensetzung der Flüssigkeiten unterscheidet sich bezüglich der gelösten Stoffe, hauptsächlich handelt es sich immer um Wasser. Der Mensch ist ein wandelndes Gelee. Der reine Materialwert liegt bei wenigen Euro, wenn man es verwerten wollte, bei einigen hundert Euro für die Entsorgung (wenn man, aus ästhetischen Gründen natürlich nur theoretisch, den Vergleich zu Sondermüll zieht; tatsächlich kommt natürlich nur die Beisetzung in Frage, die ist noch viel teurer).
Innerhalb der Zellmembran liegt das Zellplasma, innerhalb der Kernmembran das Kernplasma. Das Zellplasma dürfte die Erhaltung des Urmeeres sein, in dem seinerzeit das Leben entstand. Da es sich innerhalb der Zelle befindet, hat es die Umweltveränderungen auf diese Art überdauert; so kann wohl heute ein neues Leben nur noch innerhalb einer Zelle entstehen, sei es durch die Zellteilung ohne Befruchtung, also das normale Wachstum, durch die Zellteilung welche durch Befruchtung ausgelöst wird, wodurch ein neues Individuum, also auch ein neuer Mensch entstehen kann, oder die Vermehrung von eingedrungener Erbmasse, die dann vervielfacht wieder frei wird, dabei aber die Wirtszelle zerstört (Viruserkrankungen).
Innerhalb des Zellplasmas liegen noch verschiedenste Strukturen. Da sie, ähnlich wie die Organe des Körpers, eine Teilaufgabe für das Leben und den Erhalt der Zelle ausfüllen, nennt man sie Organellen. Der Kern ist ein eigener Teil, er wird nicht als Organelle bezeichnet, weil er die wichtigsten zentralen Aufgaben innehat: neben Anderem die Vermehrung der Zelle.
Nun aber zur Beschreibung der einzelnen Bestandteile.
Die Zelle wird nach außen durch die Zellmembran abgegrenzt. Sie ist ein lebender und hochorganisierter Bestandteil der Zelle. Sie ist eine Barriere wie auch ein Verkehrsweg. Einerseits kann so ein beträchtlicher Konzentrationsunterschied von Stoffen zwischen Innenraum und Umgebung aufrechterhalten werden, andererseits kommt es zu einem dauernden kontrollierten Austausch.
Sie ist elastisch, kann mit der Zelle wachsen, ist dehnungs- und kontraktionsfähig, und kann kleinere Verletzungen rasch reparieren.
Viele grundlegende Leistungen der Zelle laufen auf, durch oder in Membranen ab. Eine solche Membran umschließt die ganze Zelle, andere trennen Räume innerhalb der Zelle ab, man spricht dann von Organellen wie bei den Mitochondrien, dem endoplasmatischen Retikulum, den Golgi-Apparat und anderen. So kann der jeweils abgeschlossene Raum ein eigenes "Milieu" bezüglich der gelösten Substanzen und deren Konzentration haben, ohne dass sich dies ausgleicht. Wenn man einen wasserlöslichen Stoff in Wasser einbringt, kommt es zur fortschreitenden Ausbreitung (Diffusion) desselben bis der ganze Flüssigkeitsraum den Stoff in der gleichen Konzentration enthält. Zellmembranen bieten eine Barriere gegen Diffusion, können gezielte Transporte zulassen und sind oft der Träger von elektrischen Potentialen wie auch von Enzymen, welche die chemischen Reaktionen in der Zelle beeinflußen. Jedenfalls ist die Zellmembran auch mit ein Faktor bei der unterschiedlichen Funktion verschiedener Zellen.
Die Zellmembran hat wohl Mischmoleküle von Fett und Eiweiß (Lipoproteine) zur Grundlage. Die polarisierten Enden dürften dabei ins Wasser ragen, die wasserabweisenden Schichten befinden sich dazwischen, sodaß das Ganze im Wasser schwebend erhalten bleibt. Dabei dürfte es sich um ein Netzwerk handeln, nicht um eine glatte Schicht. Die jeweiligen Enden der Molekülfäden könnten auch verschieden gestaltet sein, sodaß sich die verschiedene Funktion an den Oberflächen verschiedener Zellen erklären würde. Auch das Aneinanderhaften gleichartiger Zellen wird durch die Oberflächenstruktur begünstigt. Es gibt dabei Stellen, an denen die Zellen besonders aneinander haften: Desmosomen und Schlußleisten.
Zusammengefaßt ist die Zellmembran eine Schutz- und Grenzschicht, kann haften (besonders an gleichartigen Zellen), die Diffusion von Stoffen im Wasser zulassen oder bremsen, aber auch einen aktiven Transport gegen ein Konzentrationsgefälle begünstigen, was Energie verbraucht. Dabei ist sie passiv und aktiv stark verformbar, so können Zellen mitunter durch Bildung und Rückbildung von Ausstülpungen (Pseudopodien = scheinbare Füße, nicht im Zellverband, aber bei einzeln vorliegenden Zellen) wandern, oder andere Stoffe und Körper umschließen und schließlich aufnehmen (Phagozytose = fressen von Fremdkörperchen, Pinozytose = trinken von Flüssigkeitstropfen, allerdings nicht alle Zellen des Menschen; der Sammelbegriff ist Endozytose) bzw. im umgekehrten Vorgang gebildetes Material an die Umgebung abgeben (Exozytose).
Unter Mikropinozytose versteht man das ständige Trinken mittels kleinster Abgrenzungen der Membran, welche sich um die Tröpfchen legt, die so entstehenden Bläschen wandern dann in die Tiefe und können sich im Zellplasma auflösen, so daß der enthaltende Stoff ins Plasma gerät, oder können auch direkt zu den Zellorganellen kommen und sich der dortigen Membran angliedern, so daß der Stoff in das Organell transportiert wird. Kommt es auf diese Art zu einem Durchschleußen von Stoffen durch die Zelle mit Abgabe an der anderen Seite, spricht man von Cytopempsis. Die Mikropinocytose ist fast allen Zellen eigen.
Wenn innerhalb einer Zelle sich Membranen um Bestandteile legen und so in Bläschen einschließen, wo sie dann abgebaut werden, nennt man das Autophagie. Das Ende des Vorganges ist dabei gleich mit dem der Phagocytose (Heterophagie).
Und weil dabei Bläschen entstehen, welche die Auflösung (Lyse) der Inhaltsstoffe mittels auflösender Reaktionsbeschleuniger (lytische Enzyme) zur Aufgabe haben, spricht man von den Lysosomen.
Unter Lyse versteht man die Spaltung zusammengesetzter Naturstoffe in ihre Bestandteile. Es gibt eine größere Zahl von Hydrolasen. Das sind Enzyme, welche die hydrolytische Spaltung begünstigen. Damit sie nicht die zelleigenen Strukturen angreifen, sind sie in kleinen Bläschen (Vesikeln) untergebracht. Deren Membran schützt die Umgebung.
Es handelt sich um Körperchen, die jeweils von einer Membran umgeben sind, die Lysosomen. Ihre Aufgabe ist es, die durch Endocytose aufgenommenen Stoffe oder auch abbaureifes zelleigenes Material zu verarbeiten (intrazelluläre "Verdauung" oder "Reinigung" im Zuge des Turnover von Zellbestandteilen).
Man unterscheidet daher drei Arten von Lysosomen: 1. Primäre Lysosomen als Speicherorte der hydrolytischen Enzyme, 2. Substratvakuolen, welche das zu verarbeitende Material enthalten, und 3. sekundäre Lysosomen, auch Verarbeitungs- und Verdauungsvakuolen genannt.
Lysosomen kommen praktisch in allen Zellen vor, besonders reichlich in phagozytierenden Zellen (Fresszellen), welche der Abwehr gegen Angriffe auf den Körper im Rahmen des Immunsystems dienen.
Die Übersetzung würde bedeuten: im Plasma liegendes Netzwerk. Es handelt sich um ein verzweigtes Röhren- und Cavernensystem, deren Membran immer wieder sowohl in die Zellmembran als auch in die Kernmembran übergeht. Die Dicke der Membran variiert aber, und der Anteil ist nicht in allen Zellen gleich.
Grundsätzlich unterscheidet man ein glattes Endoplasmatisches Retikulum und ein raues Endoplasmatisches Retikulum. Bei der rauen Form ist die Membran plasmaseitig von Ribosomen besetzt. Beide Formen können in einer Zelle vorkommen und sogar ineinander übergehen. Das glatte ER ist oft röhrenförmig und gewunden, das raue hat meist zisternenartige, regelmäßigere Kammern.
Zu einer Vermehrung des ER kommt es in proliferierenden (sich für das Wachstum teilenden) und bei regenerierenden (einen Schaden ausgleichenden) Zellen sowie bei erhöhter Leistung der Zellen. Glattes ER ist vor allem in quergestreifter Muskulatur vorhanden, und in Zellen, die Steroide und Lipoide synthetisieren, das granuläre ER ist ein charakteristischer Bestandteil von gewissen Drüsenzellen.
Das glatte ER ist vor allem im Herzmuskel und Skelettmuskel auffällig, wo es, als sarkoplasmatisches Retikulum bezeichnet, an der Impulsübertragung zur Auslösung der Muskelkontraktion beteiligt ist, dazu später.
Die perinukleäre Zysterne ist eine Sonderform des ER. Dieser Spalt wird von der inneren und der äußeren Kernmembran begrenzt. An der äußeren Membran haften zahlreiche Ribosomen. Bei den Kernporen schlägt die äußere Membran in die innere um. Nach Auflösung der Kernmembran bei der Zellteilung wird sie aus dem ER wieder gebildet.
Die Funtkion des ER dürfte neben der Vergrößerung der Membranfläche auch beim Transport durch die Zelle liegen, weiters als Trägerstruktur bestimmter Enzyme sowohl für die Synthese und den Abbau von Fettsäuren, Phospholipiden, Steroiden, sowie bei der Proteinbildung (Eiweißherstellung). Auch bei Entgiftung spielt es seine Rolle. Zerfallen die Zisternen, ist das meist ein erstes Anzeichen für den Zelltod.
Es kommt im Zellplasma bestimmter Zellarten vor. Die Ausprägung ist weitgehend vom Zustand der Zelle abhängig.
Es handelt sich um endoplasmatisches Reticulum der rauen Form, dessen Zisternen eng geschichtete Stapel bilden. Man kann organsiertes von einem unorganisierten Ergastoplasma unterscheiden.
Das organsierte Ergastoplasma dient der Speicherung und dem Transport von an den Ribosomen synthetisierten Proteinen, die als Sekret aus der Zelle ausgeschieden werden. Bleibt der Eiweißkörper in der Zelle, dann sind die synthetisierenden Ribosomen nicht an das ER gebunden.
Grundsätzlich umfaßt die Sekretion drei Teilschritte: Aufnahme der Rohstoffe, Synthese, Abgabe des Sekretes. In den weiteren Ablauf wird der Golgi-Apparat einbezogen, wo das Sekret ausreift; dann wird es mittels Transportvesikel an die Zellmembran herangebracht, welche mit der Vesikelmembran verschmilzt, so daß der Inhalt frei wird.
Es handelt sich um kleine Partikel, die im Zellplasma aller lebeden Zellen vorkommen. Der Hauptanteil liegt im Zellplasma, es gibt sie auch im Zellkern und in den Mitochondrien. Sie enthalten Ribonukleinsäure. Biologisch sind sie der Ort der Protein (Eiweiß) - Biosynthese.
Daher findet man sie in großer Zahl in rasch wachsenden Zellen, in Zellen mit hoher Teilungsrate und in solchen mit großem Eiweißumsatz.
Man findet sie einzeln oder in zusammenhängenden Gruppen: Polyribosomen, Polysomen, Ergosomen. Sie liegen frei oder liegen an der Membran des endoplasmatischen Retikulums. Sind die Membranen des ER parallel orientiert und dicht mit Ribosomen besetzt, spricht man von Ergastoplasma.
Für den Aufbau von Eiweißkörpern braucht man mehr als 20 verschiedene Aminosäuren, das ergibt mehr als 2.1020 Verknüpfungsmöglichkeiten. Die Information dafür trägt die DNA (Desoxyriboneucleinsäure, anglikanisch desoxy ribonucleid acid) des Kernes. Die RNA (Ribonukleinsäure, anglikanisch ribonucleid acid) hat die Information für das Plasma, und zwar 1. als ribosomale RNA (= r-RNA), die zusammen mit Protein die Ribosomen aufbaut, 2. als "transfer"-RNA (= t-RNA), die spezifisch aktivierte Aminosäuren bereitstellt, und 3. als Boten (messenger) RNA (= m-RNA), die als Informationsstrang den Faden zwischen den zu Polysomen zusammengehängten Ribosomen bildet. So wird die Basensequenz der m-RNA in kurzer Zeit in die richtige Aminosäurereihung der Proteine übesetzt.
Die Ribosomen - vereint mit dem Informationsstrang der m-RNA - spielen somit die entscheidende Rolle bei der Synthese von Proteinen für den Eigenstoffwechsel der Zelle und bei der Bildung von Sekreteiweißen.
Einzeln im Zellplasma liegende Ribosomen sind inaktiv.
Nach Camillo Golgi (1898). Auffallend reich in Nerven- und Drüsenzellen entwickelt. Zu seiner Aufrechterhaltung ist der Zellkern unbedingt erforderlich. Seine Grundeinheit ist ein Dictyosom, auch Golgi-Feld genannt. Das ist ein Stapel von 3-7 dicht beieinander liegenden, gestreckt oder leicht gekrümmt verlaufenden glatten (ribosomenfreien) Membranen. Sie begrenzen spaltenförmig enge, an ihren Enden meist etwas erweiterte Räume, die Sacculi. Die Randpartien gehen in ein System netzartig verbundener Röhrchen über. Die Gesamtheit aller Golgi-Felder bildet den Golgi-Apparat. Es dürfte sich aus Kernmembran das endoplasmatisches Retikulum bilden, aus diesem Vesikel (Bläschen), welche mit dem Golgi-Apparat verschmelzen und dabei etwas zu seiner Membran beisteuern, dann bilden sich wieder Vesikel, die zuletzt zur Zellmembran zugeschlagen werden. Das dürfte mit dem Transport von gebildeten Eiweißkörpern nach außen zusammenhängen.
Es gibt dabei eine Sekretionsseite, wo Golgi-Vesikel entstehen, und eine Regenerationsseite, wo sich scheinbar die Sacculi aus dem ER bilden.
Als Funktion kann man die Synthese, Kondensation und Formung von Sekretprodukten annehmen sowie die Bildung von Membranmaterial. Auch die Lysosomenbildung geht vom Golgi-Apparat aus, da die Enzymvakuolen (primäre Lysosomen) eine Abart der Glolgi-Vesikel sind.
Nach ihrer Synthese im Ergastoplasma gelangen neu gebildete Proteine, wahrscheinlich in davon abgeschnürten Vesikel eingeschlossen, zum Golgi-Apparat, wo sich die Vesikel mit der Membran verbinden, so daß die Stoffe in die Sacculi gelangen. Dort werden sie durch Wasserentzug kondensiert bzw. mit Kohlenhydratkomplexen vereinigt. Dann schnüren sich an der Sekretionsseite wieder Vesikel ab (Sekretgranula), welche den Inhalt zur Zellmembran bringen, nach ihrer Verschmelzung mit der Zellmembran kommt damit das gebildete Sekret nach außen, die Membran des Vesikels wird zu einem Teil der Zellmembran. Obwohl nicht in allen Zellen dieser Mechanismus zutrifft, kann man folgende Funktionen erkennen: 1. Beteiligung an der Sekretbildung, 2. Trennung des Sekretes vom anderen Zellinhalt, 3. Beteiligung am Membranumsatz.
Abgesehen von wenigen Ausnahmen gibt es die Mitochondrien in allen kernhaltigen Zellen. Die Anzahl ist vom Zelltyp abhängig. Mit steigendem Energiebedarf einer Zelle nimmt auch ihre Mitochondrienzahl zu. Bei der Zellteilung nehmen sie zu, ihre Gesamtlänge wird aber kürzer, sie verteilen sich dann gleich auf die Tochterzellen.
In bestimmten Zellarten können sie sich je nach Bedarf verlagern, in anderen, so auch in den Muskelzellen, haben sie eine feste Position.
Sie bestehen aus zwei porenlosen Membranen, die eine Matrix umschließen. Die äußere glatte Hüllmembran umhüllt das Mitochondrion vollständig, die innere stülpt sich in die Matrix ein. Im äußeren Spalt befindet sich das Hüllenkompartiment, in der Mitte die Mitochondrienmatrix.
Die innere Membran ist der Sitz der Atmungskette. Sie zeigt einen dichten Besatz gestielter sog. Elementarpartikel, welche wohl Enzyme für die Phosphatbildung enthalten.
Sie enthält DNA und RNA-Partikel, Lipide, Glykogenpartikel, Ionen und vor allem Enzyme.
Neue Mitochondrien könnten aus Ihresgleichen entstehen. Man glaubt neuerdings, dass sie ursprügnlich Bakterien waren, die mit größeren Zellen eine Symbiose eingegangen sind, indem sie in diese wanderten.
Die Lebensdauer ist unterschiedlich und abhängig von Zelltyp und Zellbelastung.
Alle Mitochondrien enthalten zahlreich Enzyme, und zwar vor allem solche, die bei der Zellatmung eine Rolle spielen (Zitratzylus, Atmungskette, Bildung von ATP). Sie dienen also der Umwandlung, Speicherung und Freisetzung von Energie, zum Beispiel für Eiweißsynthesen, Muskelkontraktion oder Aufrechterhaltung von Membranpotentialen. Sie liegen auch in unmittelbarer Nähe der Strukturen, die ständig Energie brauchen, wie zum Beispiel die Myofibrillen (Fasern in der Muskelzelle, welche sich kontrahieren können). Ein Teil der Enzyme ist streng an die Innenmembran gebunden, andere finden sich frei in der Matrix. Die Mitochondrien reagieren auf Zellschädigung früher und empfindlicher als andere Zellbestandteile.
Das Zentriol liegt normalerweise in einem ruhigen Zellplasmabezirk, oft in der Nähe des Zellkern. Bei Zellteilung wandert zu den beiden Zellpolen je ein Zentriol, das zweite ist in der Nähe des ersten neu entstanden. Beide zussammen heißen Diplosom. Während der Zellteilung nehmen sie ihre typische Lage an den Polen des Spindelapparates ein.
Diese winzigen Schläuche (wörtliche Übersetzung) bauen wohl die Zentriolen auf, kommen aber auch für sich in fast allen Zellen vor. Neben den Zentriolen setzt sich auch der Spindelapparat bei der Zellteilung aus ihnen zusammen. Sie dürften sich aus ihren Vorstufen (Tubulin) bilden oder auch wieder zu ihnen zerfallen, es dürfte ein Pool dieser Stoffe vorliegen, der je nach Bedarf das bestehende Gleichgewicht verschiebt.
Bei der Mitose bilden sie den Spindelapparat und sind so an der Auseinanderteilung der Chromosomen, die das Erbgut enthalten, beteiligt.
Ihre Hauptaufgabe ist wohl überhaupt eine Skelettfunktion. Sie können durch ihre Verformungen sowie den dynamischen Aufbau und wieder Zerfall die Zellform beeinflußen, auch der Transport von Stoffen wird wohl durch sie und ihre Lage in gewissem Rahmen gelenkt. Und gegen Ende des 20. Jahrhunderts hat man aufgrund ihrer genauen Struktur die Zellen des Menschen neu zugeordnet. Vieles, was bis dahin dem Mesoderm (mittleres Schicht des Keimblattes bei der Embryonalentwicklung) oder dem Endoderm (innere Schicht der Embryonalscheibe) zugeordnet war, zählt man jetz zum Ektodem (äußeres Blatt der Embryonalplatte, bildet Haut, Nerven und vieles mehr).
Sie sind nicht so zahlreich wie andere Zellorganellen, und sicher (altes Lehrbuch) nur in Niere und Leber. Sie sollen durch Abschnürung aus dem endoplasmatischen Retikulum entstehen und enthalten Peroxydasen, das sind Enzyme, die mit dem Umsatz von H2O2 in Verbindung stehen. Möglicherweise haben sie eine Schutzfunktion, da Waserstoffperoxyd ein schweres Zellgift ist.
Zahlreiche Bläschen im Zellplasma, die wohl durch Abschnürungen der Zellmembran entstanden sind, stehen im Zusammenhang mit Mikropinozytose und Cytopempsis. Auch Golgi-Vesikel können durch das Zytoplasma wandern und dann mit der Außenmembran verschmelzend ihren Inhalt abgeben sowie ihre Membran der Zellmembran zuschlagen.
Auch können durch diese Methode Stoffe von einem Zellraum in den anderen befördert werden, ohne dabei in das Zellplasma zu gelangen.
Viele dienen also Transportfuktionen innerhalb der Zelle: in die Zelle hinein (Mikropinozytose), aus der Zelle heraus (Exozytose, Krinozytose) oder durch die Zelle hindurch (Zytopempsis). Die transportierten Stoffe müssen dabei keine Membran passieren. Auch die Überttragung von Impulsen von einer Nervenzelle auf die nächste bzw. auf die Muskelfaser hat mit solchen Transportvesikeln zu tun: sie entlehren sich in den Zwischenzellspalt und der ausgeschüttete Stoff bewirkt dabei eine Reaktion an der nächsten Zelle, dazu später.
Frei im Zellplasma, gelegentlich auch in membranumgebenen Vakuolen liegen bestimmte Vorratsstoffe (Glykogen, Eiweiße, Lipoide) sowie Pigmente (Farbteilchen).
Grundcytoplasma, Grundplasma oder Hyaloplasma, auch cytoplasmatische Matrix. Inerhalb der äußeren Zellmembran zwischen den membranbegrenzten Strukturen liegendes Material. Viele komplexe Stoffe stehen im Gleichgewicht zu ihren im Zellplasma gelösten Vorstufen und Zwischenstufen. Als größter Volumenanteil der Zelle hat es sicher eine über das Erscheinungsbild hinausgehende Bedeutung.
Das Grundplasma besitzt unter anderem folgende Eigenschaften: 1. Reaktionsraum für enzymatisch katalysierte oder genetisch gesteuerte Reaktionen. 2. Kommunikationsraum zwischen den Zellkompartimenten (in den Organellen). 3. Beweglichkeit der Zelle, gerichtete Verlagerung von Organellen und anderen Zellbestandteilen.
Biochemisch ist es der lösliche Überstand nach abzentrifugieren aller Teilchen der Zelle, welcher zahlreiche Enzyme enthält, die auf Zuckerumsatz, Kohlehydratsynthese und Pentosephosphatzyklus und andere wirken.
Der Zellkern (Nucleus) hat zwei Erscheinungsformen: der Teilungskern während der Zellteilung (Karyokinese), wo man gut die Chromosomen sieht, und der Ruhekern zwischen den Zellteilungen (Interfase). Er ist damit Träger der Erbsubstanz, aber auch das genetische Steuerzentrum aller Lebensvorgänge der Zelle. Die meisten Zellen sind einkernig, es kommen auch zweikernige Zellen vor, oder auch solche mit mehreren bis vielen Kernen. Die roten Blutkörperchen (Hämatozyten) haben im reifen Zustand keinen Kern. Der Kern ist gegen das Zellplasma durch eine Kernmembran abgegrenzt und enthält ein oder mehrere Kernkörperchen (Nucleoli). Die Form und die Größe variieren je nach Art und Zustand der Zelle. Vor allem bei Zellvergrößerung wächst er im Verhältnis mit, ab einer gewissen Größe wird oft die Zellteilung ausgelöst. Das Volumen variiert je nach Inhalt des Kernes, aber auch entsprechend dem Funktionszustand der Zelle. Die Lage in der Zelle ist charakteristisch für die Zellart.
Der Kern ist durch die deutliche Kernmembran vom Zellplasma abgegrenzt und enthält anfärbbare Bestandteile - Chromozentren und Andere - welche das Chromatin bilden. Die Chromozentren entsprechen dabei den Chromosomen bei der Zellteilung.
Die Kernkörperchen (Nucleoli) sind in der Regel kugelig und scharf abgegrenzt, die Zahl und Größe variieren. Sie liegen gewöhnlich zentral, können aber auch der Kernwand genähert sein oder ihr dicht anliegen. Zusammen mit dem Nucleolus dicht anliegenden Chromatinbrocken spricht man von Nuclear-Apparat. Bei hoher Syntheseleistung der Zelle sind die Nucleoli sehr groß, sonst sehr klein. Sie sind wohl ein Stoffwechselzentrum, besonders für die Proteinsynthese.
Ansonsten enthält der Kern den Kernsaft (Karyolymphe).
Bei weiblichen Individuen gibt es ein spezifisch darstellbares "sex chromatin", auch Barr-Körperchen genannt. Im Sport hat das Bedeutung, weil man damit durch Fehlbildung äußerlich weiblich erscheinende, aber doch männliche Personen erkennen kann. Als dieser Test bei olympischen Spielen erstmals durchgeführt wurde, hat man tatsächlich ein besonders starkes Mädel als Knaben erkannt. Das war der Ausschluß von den Damenbewerben. Die/der Betroffene gründete später nach operativen Eingriffen eine Familie und wurde sogar Vater. Heute werden diese seltenen Fälle im Vorfeld ausgetestet, sodaß es nicht mehr zur großen Sensation direkt bei den Spielen kommt. Die Untersuchung erfolgt denkbar einfach durch Abstrich von Mundschleimzellen, die man dann auswertet. Inzwischen wohl auch mit verbesserten Methoden, man kann jetzt auch das Y-Chromosom darstellen, welches die Männlichkeit begründet; das Sex-Chromatin ist einfach das zweite X-Chromosom, welches bei weiblichen Individuen vorliegt.
Der Kern enthält keine membranbegrenzten Partialräume (von gewissen Einschlußkörpern abgesehen). Er besteht allerdings aus Körnchen, die vor allem DNA und andere Nucleinsäuren enthalten (Ribonukleinsäure: mit Ribosin anfärbbare Säure im Kern; Desoxy-Ribonukleinsäure: detto, aber mit einer zusätzlichen funktionellen Gruppe am Molekül). Dazwischen liegen Fäden, die wohl Chromosomenbestandteile sind.
Der Nukleolus hat ein sehr unterschiedliches Aussehen, ist aber stets sehr dicht. Eine Membranbegrenzung ist nicht vorhanden. Die große Variabilität im Aussehen hängt zweifellos mit seinen Eigenschaften als typische Funktionsstruktur zusammen.
Die Kernhülle ist eine Abart des endoplasmatischen Retikulum und besteht aus zwei Membranen, die schalenartig einen Spalt um den Kern begrenzen und an vielen Stellen mit dem ER in Verbindung stehen: perinucleäre Zisterne. An vielen Stellen schlägt die äußere auf die innere Membran um, sodaß die Kernporen entstehen, die nur durch ein dünnes Häutchen verschloßen sind. Hier wird teilweise der Stoffaustausch zwischen Kern und Zellmatrix bewerkstelligt, wobei auch große Moleküle passieren können. Daneben gibt es auch einen Stofftransport direkt durch die Kernmembran.
Über das ER können Stoffe aus dem extrazellulären Raum in die perinukläre Zisterne gelangen, ohne das Zellplasma zu berühren.
Während der Zellteilung zerfällt die Kernmembran zu Bläschen, danach regeneriert sie sich wieder.
Chemisch gibt es im Zellkern vor allem Desoxyribonukleinsäure (DNA), die sehr konstant ist, daneben Ribonukleinsäure (RNA), die je nach Funktion schwankt. Es gibt neben r-RNA, t-RNA und m-RNA auch andere hochmolekulare RNA.
Der größte Anteil des Gewichtes entfällt auf die Eiweißkörper (Proteine) des Kerns. Sie sind im Chromosomen-Material, in der Nucleolar-Substanz und als Enzymeiweiße frei im Kernsaft gelöst. Der Elektrolytgehalt unterscheidet sich von dem des Zellplasma, er ähnelt dem des extrazellulären Raumes.
Die Nucleolen bestehen hauptsächlich aus Proteinen. Sie enthalten wenig DNA, aber den größten Teil der RNA des Kerns. Die RNA wird rasch in den Nucleoli angereichert, hat einen schnellen Umsatz und wird dann ans Zellplasma abgegeben.
Die Nucleinsäuren sind die an den Eweißknäueln sitzenden sauer wirkenden Bestandteile der Neucleoproteide. Sie sind wichtig für die Eigenschaft der lebenden Substanz, sich selbst zu reproduzieren. Der genaue Ablauf würde den Sinn dieser Seite sprengen; jedoch ist wichtig zu erkennen, daß es sich um die chemische Grundeinheit der Chromosomen handelt, welche die Erbinformation für das jeweilige Individuum trägt. Hier setzen Genforschung, Genmanipulation und genetische Erkennung von Einzelpersonen an. Das hat inzwischen seine Bedeutung sowohl bei Vaterschaftsprozessen als auch bei der Überführung von Straftätern. Und bei der Aufklärung von Erbkrankheiten, bei der Krebsforschung und inzwischen wohl bald auch bei der Krebsbekämpfung... Biologisch wird diese genetische Information über die RNA ausgewertet, wenn diese in das Zellplasma gelangt und dann zum Beispiel bei der Eiweißsynthese die Grundinformation liefert.
Für den Aufbau von Eiweißkörpern braucht man mehr als 20 verschiedene Aminosäuren, das ergibt mehr als 2.1020 Verknüpfungsmöglichkeiten. Die Information dafür trägt die DNA (Desoxyriboneucleinsäure, anglikanisch desoxy ribonucleid acid) des Kernes. Die RNA (Ribonukleinsäure, anglikanisch ribonucleid acid) hat die Information für das Plasma, und zwar 1. als ribosomale RNA (= r-RNA), die zusammen mit Protein die Ribosomen aufbaut, 2. als "transfer"-RNA (= t-RNA), die spezifisch aktivierte Aminosäuren bereitstellt, und 3. als Boten (messenger) RNA (= m-RNA), die als Informationsstrang den Faden zwischen den zu Polysomen zusammengehängten Ribosomen bildet. So wird die Basensequenz der m-RNA in kurzer Zeit in die richtige Aminosäurereihung der Proteine übesetzt.
Die Zellteilung genau zu beschreiben, würde den Sinn meiner Ausführungen sprengen. Daher hier ein grober Überblick.
Man unterscheidet die Mitose und die Meiose.
Bei der Mitose teilt sich eine Zelle einfach in zwei ihr volkommen gleichenden Tochterzellen. Dies kann dychotom geschehen wie bei der Regeneration der Haut oder bei der Bildung von Blutzellen im Knochenmark. Da teilt sich die Zelle, eine Tochtertzelle wandert in der Haut nach oben bzw. wird vom Knochenmark in das Blut ausgespült, die andere bleibt liegen und kann sich später wieder teilen. Die Hautzellen wandern nach oben, verhornen, schuppen dann ab, und werden eben von unten her wieder ersetzt. Die Blutzellen erfüllen im zirkulierenden Blut ihre Aufgaben, sterben nach ihrer begrenzten Lebenszeit ab und werden vom Knochenmark her wieder ersetzt. Es entsteht so ein ständiges "turnover". Haut und Blut seien aber nur zwei auffällige Beispiele. Die Zellen können sich an anderer Stelle auch so teilen; so kommt es zur Vermehrung der Substanz. Manche Zellen teilen sich aber schon kurz nach der Geburt nicht mehr, dazu gehört unter anderen das Nervensystem sowie die Skelett- und Herzmuskulatur. Ein Umstand, den wir Sportler zur Kenntnis nehmen müssen. Eine überschießende Mitose wird meist durch ständige Irritation der Zellen ausgelöst: Giftstoffe in niedriger Dosis über lange Zeit, mechanische Reizung, UV-Strahlen, ständige Entzündung. Gerät diese dann außer Kontrolle, so nennt man das Krebs, eine zu spät behandelt tödliche Angelegenheit. Andererseits gibt die Mitose aber auch die Möglichkeit, durch Verletzungen oder sonstige außergewöhnliche Ereignisse verloren gegangene Zellen zu ersetzen; bei den nicht teilbaren Zellen allerdings kommt es zu minderwertiger Vernarbung, für uns Sportler besonders bei Muskelrissen bedenklich; ich habe meinen aussichtsreichsten Athleten verloren, weil eine alte Narbe immer zum Wettkampf hin Probleme machte (es geht ihm gut, aber nicht mehr als aktiver Athlet).
Es sei noch soviel erwähnt, daß nach scheinbarer Auflösung des Kerns sich die Chromosomen zusammensetzen und in der Mitte des Kerns einen Stern bilden (1 und 2), der sich teilt, so daß es zum Diasterstadium kommt (3 und 4), dann werden die Sterne auseinandergezogen (4 und 5) und die Zelle in der Mitte durchgeschnürt (5 und 6). Der Kern bildet sich dann in beiden Tochterzellen wieder (6). Der Mensch hat 46 Chromosomen, davon 22 in doppelter Ausführung, dazu die zwei Geschlechtschromosomen, die man mit x und y bezeichnet hat. Dabei haben die Zellen der Damen alle zwei X-Chromosomen, wobei das zweite oft zusammengesinthert vorliegt, siehe Barr-Körperchen oben, die Herren je ein X und ein Y-Chromosom. Der Grundbauplan aller Wirbeltiere ist weiblich. Das Y-Chromosom macht dann den Unterschied daß es auch Männer gibt. Funktioniert es nicht genügend, so ist der Typ verweiblicht, Kinder vor der Geschechtsentwicklung sind noch nicht so unterschiedlich ausgeprägt als Erwachsene.
Die Meiose ist die geschlechtliche Teilung der Fortpflanzungszellen. In der Frau entsteht im Eierstock (Ovar) eine sogenannte Eizelle, beim Mann im Hoden (Testes) entstehen die Samenfäden. Beide haben gemeinsam, daß bei ihrer Teilung der Chromosomensatz, welcher ursprünglich wie bei allen Zellen doppelt (diploid) vorliegt, nicht regeneriert wird; die Tochterzellen haben daher einen einfachen (haploiden) Chromosomensatz. Dann kommt eine Eizelle zum Eisprung, alle anderen gleichzeitig gebildeten veröden danach. Und die 5000 Samenfäden sollen nach draußen, am besten in der vorgesehenen Weise. Kommt nun ein Samenfaden an eine Eizelle, so dringt er in sie ein, löst sich dann vereinfacht gesagt auf und stellt somit seine Chromosomen zur Vefügung. Bei 22 Chromosomen ist das ohne Auswirkung auf das Geschlecht; aber bei den Geschlechtschromosomen hat der Mann ursprünglich ein X und ein Y. Und daher gibt es Samenfäden, die das X-Chromosom erwischt haben, und gleich viele, die das Y erwischt haben. Je nachdem, welcher dann das Rennen zur Eizelle gewinnt, wird diese also nach der Befruchtung XY oder XX sein; bei XY entwickelt sich ein Knabe, bei XX ein Mädchen. Und einige Jahre später kann sich der Vorgang zur nächsten Generation wiederholen...
Wesentlich ist dabei, dass die befruchtete Eizelle sich sofort sehr schnell teilt, ab jetzt mitotisch, und so im Laufe der von der Natur eingeteilten Zeit ein vollständiges Individuum heranwachsen kann, sei es in einem Hühnerei oder eben im Mutterleib bei den Lebendgebährenden. Das entstandene Wesen hat dabei die Erbinformation beider Elternteile erhalten, mit geringen "Abschreibfehlern". Die Kinder ähneln weitgehend ihren Eltern, jedoch mit kleinen Unterschieden, so daß es über viele Generationen zu einem geänderten Aussehen kommen kann, auch in Anpassung an Umweltveränderungen und Lebensbedingungen. Die natürliche Selektion ist einfach die Möglichkeit, das reproduktive Alter zu erreichen und Kinder zu hinterlassen ehe man selbst geht. Wer stirbt ohne Kinder zu haben ist aus der Erbreihe draußen, wer sich besonders gut mit den Bedingungen zurechtfindet, der kann sich leichter vererben. Aber natürlich will ich diese philosophischen Betrachtungen hiermit beenden, es läuft dieses von selbst, der Versuch der Menschen einzugreifen (NS-Zeit? Gen-Manipulationen der heutigen Zeit? Klonen?) war meiner Meinung nach nie besonders erstrebenswert.
