Donna Rae Siegfried - Physiologie kompakt für Dummies

Wie ich bereits erwähnt habe, benötigt Ihr Körper ständig neue Proteine, um neue Zellen und Gewebe aufzubauen, Verletzungen zu reparieren, Mikroorganismen zu bekämpfen sowie essenzielle Enzyme und Hormone zu bilden, die das reibungslose Funktionieren Ihrer Körpersysteme garantieren.

Denken Sie daran, dass wir uns hier Ihre Körperzellen ansehen und nicht die eines Bakteriums! Menschen, Tiere, Pflanzen und auch viele Einzeller sind Eukaryoten. Das bedeutet, ihre Zellen haben einen echten (griechisch »eu« = echt, gut) Zellkern (griechisch »káryon« = Nuss, Kern). Bakterien hingegen sind sehr viel einfacher aufgebaut und auch evolutionsbiologisch viel älter. Sie sind Prokaryoten, bei denen das Chromosom im Zytoplasma liegt. Die mRNA kann daher gleich nach der Transkription von den Ribosomen im Zytoplasma in ein Protein übersetzt werden. Prokaryoten sind auch in vielen anderen Belangen einfacher gestrickt; sie haben zum Beispiel auch keine Introns in ihrer mRNA.

Kapitel 3

IN DIESEM KAPITEL

Warum Zellen grundlegend für das Leben sind

Einblicke in das Innere einer Zelle

Die zahlreichen Aufgaben, die Zellen erfüllen

Dieses Kapitel soll dazu dienen, Ihr Wissen über die grundlegenden im Organismus ablaufenden Prozesse zu festigen. Sie werden einen Blick auf die vielfältigen Aufgaben werfen, die Zellen in jeder Sekunde in Ihrem Körper übernehmen. Da Zellen und Gewebe jeden Teil Ihres Körpers formen, kann man sie als Fundament bezeichnen. Schauen Sie sich nun an, wie aus diesem Fundament ein Körper gebildet wird.

Eine Zelle ist die mikroskopisch kleine Grundeinheit eines Lebewesens. Bevor ich weiter erläutere, dass Zellen die fundamentalen Bausteine des Lebens sind, werde ich die Zellbestandteile näher beleuchten, um sicherzugehen, dass Sie wissen, was eine Zelle ausmacht und worin ihre Aufgaben bestehen. Zellen mögen winzig sein, doch ohne Zellen gäbe es kein Leben.

Jedes Lebewesen besteht aus Zellen. Pflanzen, Tiere und Pilze stellen die drei Hauptgruppen der höheren Lebewesen dar. Einige Organismen haben lediglich die Ausmaße einer einzigen Zelle, wohingegen große Organismen wie Menschen aus Milliarden von Zellen bestehen.

Pflanzen haben feste, faserhaltige Zellwände aus Zellulose und besitzen Chlorophyll, das Pigment, das für die Grünfärbung der Blätter verantwortlich ist. Tiere hingegen – und Menschen gehören zu den Tieren – haben Zellen ohne feste Zellwände und auch kein Chlorophyll. Tierzellen sind von einer weichen Zellmembran umschlossen. Alle tierischen Zellen bestehen aus denselben grundlegenden Komponenten; Unterschiede liegen lediglich im genetischen Material im Inneren jeder Zelle (siehe Kapitel 2).

Eine Zelle ist eine Art Sack aus gelartigem Material, der von einer Zellmembran umhüllt ist (siehe Abbildung 3.1). Das gelartige Material wird als Zytoplasma bezeichnet. (Manchmal wird es auch nur »Plasma« genannt, und die Zellmembran findet man auch unter dem Namen »Plasmamembran«. Ich bevorzuge den Begriff »Zytoplasma« und werde ihn daher in diesem Buch weiter verwenden.) Das Zytoplasma bewegt sich innerhalb der Membran. Es drückt von innen gegen die Membran und bedingt so die Zellform, ähnlich wie ein mit Wasser gefüllter Luftballon durch den Druck des Wassers in seinem Inneren in Form gehalten wird. Die Zellmembran bewahrt die Zelle vor dem »Auslaufen« und entscheidet zudem, welche Stoffe in die Zelle hinein und wieder hinaus gelangen dürfen.

Abbildung 3.1: Schnittansicht einer tierischen Zelle und ihrer Organellen

Organellen (kleine Organe) sind die Bestandteile, die innerhalb einer Zelle ins Zytoplasma eingebettet liegen. Organellen agieren ein bisschen wie kleine Fabriken: Jedes Organell ist für die Herstellung eines oder mehrerer bestimmter Produkte verantwortlich, die irgendwo in der Zelle oder im Körper benötigt werden. Die wichtigsten Organellen tierischer Zellen (also auch Ihrer Zellen) sind in Tabelle 3.1aufgeführt.

Tabelle 3.1: Organellen tierischer (und menschlicher) Zellen

Wenn Sie sich Tabelle 3.1ansehen, werden Sie anhand der vielen Funktionen der Organellen feststellen, dass eine Zelle eigentlich ständig »im Dienst« ist. Und wenn ich Ihnen erzähle, dass Ihr Körper aus Milliarden Zellen besteht, ist es durchaus sinnvoll, ab und zu die Dinge etwas langsamer anzugehen und eine Pause einzulegen.

Hier ist noch einmal – zur Entspannung – ein kurzer Überblick der wichtigsten Funktionen, Strukturen, Aktivitäten und Begriffe zum Thema Zelle:

Respiration: Jener Prozess, bei dem die Energie in der Nahrung (in Kalorien gemessen) zu Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt wird – der Brennstoff, der von jeder Körperzelle für anabole (stoffaufbauende) und katabole (stoffabbauende) Reaktionen genutzt wird; die Summe all dieser Reaktionen heißt »Metabolismus« (Stoffwechsel). Wenn ATP im Beisein von Sauerstoff (der bei der Einatmung aufgenommen wird) gebildet wird, bezeichnet man diesen Prozess als »aerobe Respiration«. Wenn kein Sauerstoff benötigt wird, heißt der Prozess »Gärung« oder auch anaerobe Atmung (wenn Sauerstoff durch einen anderen Akzeptor der Elektronentransportkette ersetzt wird). Für Einzelheiten zur Respiration und Gärung blättern Sie zu Kapitel 2.

Selektive Permeabilität: Die Zellmembran (auch Plasmamembran genannt, siehe Abbildung 3.1) ist wählerisch, was die Stoffe betrifft, die durch sie in die Zelle hinein oder hinaus gelangen dürfen. Die Zelle ist keine vollkommen abgeschlossene Welt; wenn dies so wäre, könnten Nährstoffe und Sauerstoff nicht aufgenommen werden. Dennoch ist die Zellmembran auch nicht wahllos für alle möglichen Stoffe durchlässig, denn sonst könnten Gift- und Abfallstoffe ungehindert in die Zelle eindringen und sie leicht schädigen. Stattdessen lässt die Zellmembran bestimmte Stoffe in die Zelle hinein und hindert andere am »Eintreten«, so wie eine Art Türsteher. Diese Fähigkeit wird als »selektive Permeabilität« bezeichnet.Das »Flüssig-Mosaik-Modell«, das den Stofftransport durch die biologische Membran darstellt (siehe Abbildung 3.2), wird gewöhnlich benutzt, um den Transport von Molekülen durch die Zellmembran zu beschreiben. In diesem Modell beschreibt das Wort »fluid« (= Flüssigkeit) die Flexibilität der Membran, während das Wort »mosaic« darauf hinweist, dass die Membran von vielen großen Proteinen und anderen Stoffen durchsetzt. Die beiden Schichten einer Zellmembran bestehen aus Lipiden (Fetten); daher wird sie auch als »Phospholipid-Doppelschicht« bezeichnet. Die Außenseiten beider Einzelschichten bestehen aus wasserliebenden ( hydrophilen ) Molekül-Köpfchen. Zwischen den beiden Schichten liegen Wasser abstoßende ( hydrophobe ) Molekül-Schwänze. Das Zytoplasma ist wässrig, so wie die Matrix – die Grundsubstanz, in der jede Zelle liegt. Aus diesem Grund ordnen sich die Moleküle der Membran so an, dass die hydrophilen Schichten in Kontakt mit dem wässrigen Zytoplasma und der Matrix stehen und die hydrophoben Schwänze schützend in die Mitte nehmen, sodass diese sich nicht mit dem »großen, bösen Wasser« auseinandersetzen müssen. Abbildung 3.2: Das »Flüssig-Mosaik-Modell« für den Stofftransport durch die Zellmembran