André Lauber - Zytologie, Histologie, allgemeine Pathologie

Abb. 1Körperzelle mit ihren Organellen [Roland Sommer]

Trotz Unterschiede in Form und Grösse findet man in jeder Körperzelle dieselben Bestandteile (Abb. 1) .

Plasmalemm (Zellmembran)

Zytoplasma (Zellflüssigkeit)

Zellorganellen (Zellkörperchen)

Nukleus (Zellkern) (ausser in den roten Blutkörperchen)

Das Plasmalemmist eine Doppelhülle aus Phospholipiden, die den Zellinhalt umschliesst und die Zelle nach aussenabdichtet. Im gelartigen Zytoplasmaschwimmen die Zellorganellen. Sie sind Spezialisten und sorgen für den reibungslosen Ablauf des Zellstoffwechsels (Energie- und Eiweissherstellung, Zellteilung etc.). Der Nukleussteuert den Stoffwechsel und fungiert als Hüter des Erbguts.

Das Plasmalemm – Schutz und Stoffaustausch

Jede Körperzelle ist von einer Membranumschlossen, die den Stoffaustausch zwischen innen und aussen reguliert (Abb. 2) . Der grösste Teil des Plasmalemms setzt sich zusammen aus einer Kombination von Lipiden (Fett) und Phosphaten . Diese Phospholipidesind in einer Doppelschicht angeordnet und bilden das Plasmalemm. Dabei richten sich die Fettmoleküle nach innen und die Phosphatmoleküle nach aussen. Nebst den Phospholipiden findet man im Plasmalemm von menschlichen Zellen Cholesterin und Glykolipide (Zucker-Fett-Verbindungen).

Abb. 2Plasmalemm mit Membranproteinen und Glykokalyx [M. Ruiz Villarreal; bearbeitet von Dr. med. André Lauber]

Da Fett hydrophob(wasserabweisend) ist, bleibt der Innenteil der Doppelschicht wasserdicht. Der Phosphatteil ist hingegen hydrophil(wasserliebend). Diese beiden Eigenschaften garantieren ein gleichbleibendes Milieu in der Zelle.

Phospholipide besitzen bei Körpertemperatur (37° C) eine flüssigeKonsistenz. Deshalb sind Zellen enorm flexibel. Dass das Plasmalemm nicht «wegschwimmt», dafür sorgen die hydrophoben Fettanteile.

MEMO PlasmalemmDas Plasmalemmbesteht aus einer Phospholipid-Doppelschicht, die aussen hydrophile und innen hydrophobe Eigenschaften besitzt.

Das Plasmalemm stellt keine undurchdringbare Wand dar: Fettlösliche Substanzensowie gasförmige Moleküle(Sauerstoff (O2), Kohlendioxid (CO2)) gehen problemlos durch. Für wasserlösliche Substanzenbildet das Plasmalemm allerdings eine Barriere. Um solche Stoffe in die Zelle oder aus der Zelle zu schleusen, sind im Plasmalemm «Türen» eingebaut – die Membranproteine(Membraneiweisse). Sie fungieren als Pumpen und Poren für den Austausch wasserlöslicher Stoffe. (Siehe Kapitel «Stoffaustausch – ein stetiges hin und her»)

Auf der Aussenseite des Plasmalemm sitzt die Glykokalyx («Zuckerschale»). Sie besteht aus bäumchenartigen Zuckermolekülen, die in Membranproteinen (Glykoproteine) oder Lipidmolekülen (Glykolipide) stecken. Die Glykokalyx dient der Zelle als «Identitätskarte» und erlaubt dem Immunsystem die Unterscheidung zwischen körpereigen und körperfremd. Die Glykokalyx definiert zum Beispiel die Blutgruppeneigenschaften A, B, AB, 0 sowie den Rhesusfaktor. Auch für die Zell-Kommunikation ist die Glykokalyx nützlich. Zum Beispiel docken Hormone aus weit entfernten Zellen an die Glykokalyx und «sagen» der Zielzelle, was sie zu tun hat.

Das Zytoplasma – Organellen in wässrigem Milieu

Wie das Äussere der Zelle ist auch das Innere mit Wasser gefüllt. Im Wasser treiben Zellorganellen, Proteine und gelöste Stoffe, die zahlreiche Funktionen im Stoffwechsel übernehmen. Da gibt es Salze (Natrium, Kalium, Kalzium), Zuckermoleküle, Phosphate, Spurenelemente (Eisen, Zink, Chrom) und vieles mehr. Proteine machen etwa 20 % des Zytoplasmas aus. Deshalb besitzt es eine gelartige Konsistenz.

Das Zytoskelett – stabilisiert und formt die Zelle

Das Zytoskelettstabilisiert die Zelle und verleiht ihr die typische Form. Es besteht aus fädigen Eiweissen, die verschiedene Aufgaben innerhalb der Zelle übernehmen. Die beiden wichtigsten Vertreter sind die Aktinfilamenteund die Mikrotubuli.

Sehr viele Aktinfilamente findet man in der Muskulatur. Dort sorgen sie zusammen mit Myosin für die Kontraktion eines Muskels. (Siehe Kapitel «Muskelgewebe – bringt Bewegung in den Körper»). Aktinfilamente findet man jedoch in allen Körperzellen. In den mobilen Zellen des Immunsystems zum Beispiel ermöglichen sie die amöboide Bewegung.

Mikrotubuli sehen aus wie winzige Röhrchen. In den Körperzellen entstehen sie schnell und zerfallen nach Gebrauch sofort, um an einer anderen Stelle erneut zu erscheinen. Mikrotubuli positionieren die Zellorganellen, helfen bei der Zellteilung und bilden Zilien im Atemtrakt sowie die Geisseln der Spermien.

Die Zellorganellen

Zellorganellen schwimmen als komplexe Strukturen im Zytoplasma. Sie erfüllen verschiedene Aufgaben im Zellstoffwechsel.

Zu den Zellorganellen gehören (Abb. 1) :

Mitochondrien (Energieproduktion)

Ribosomen (Eiweissherstellung)

Endoplasmatisches Retikulum (Speicherung und Bearbeitung der Eiweisse)

Golgi-Apparat (Verpackung und Versand von Eiweissen)

Lysosomen (intrazelluläre Verdauung)

Nukleus (Hüter des Erbguts)

Die Mitochondrien – Kraftwerke der Zellen

Als Energiezentrale dient das Mitochondrium der Energiegewinnung durch Oxidation (Abb. 3) . In den Mitochondrien oxidieren («verbrennen») Glukose (Traubenzucker) oder Fettsäuren mit Hilfe von O 2 (Sauerstoff) zu CO 2 (Kohlendioxid) und H 2 O (Wasser).

Abb. 3Aufbau eines Mitochondriums [Mariana Ruiz Villarreal]

Als Gewinn entsteht der Energieträger Adenosintriphosphat(ATP). Sämtliche energieverbrauchenden Vorgänge im Körper benötigen ATP: Die Mitochondrien liefern den Nachschub. Daraus geht hervor, dass es reichlich Mitochondrien in Zellen gibt, die viel Energie verbrauchen (Herzmuskelzellen, Nervenzellen). Denkt man das weiter, wird klar, dass solche Zellen auf eine optimale Sauerstoffversorgung angewiesen sind.

Die Mitochondrien dienen auch als Kalziumspeicher und leiten die Apoptose (programmierter Zelltod) von Zellen ein. (Siehe Kapitel «Apoptose – programmierter Zelltod»)

Exkurs OxidationUrsprüngliche Definition der Oxidation: die Verbindung eines Elements mit Sauerstoff. Modernere Definition der Oxidation: Prozess, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden. Der gegenteilige Prozess heisst Reduktion.

Wie bei den Körperzellen umschliesst eine Doppelmembranaus Phospholipiden die Mitochondrien. Die innere Schicht ist, anders als bei Körperzellen, gefaltet (Cristae). Hier finden komplexe chemische Reaktionen statt, die am Ende den Energieträger ATP liefern.

Eine weitere Ähnlichkeit zu Körperzellen ist das Erbgut: Jedes Mitochondrium besitzt eine eigene zirkuläre(ringförmige) DNA(Desoxyribonukleinsäure). Diese DNA wird allein von der Mutter auf die Kinder vererbt.