Lernziele
- Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion der Zellmembran, einschließlich der Regulierung des Materialtransports in und aus der Zelle
- Beschreiben Sie die Funktionen der verschiedenen zytoplasmatischen Organellen
- Erläutern Sie den Aufbau und den Inhalt des Zellkerns, sowie den Prozess der DNA-Replikation
- Erkläre den Prozess, durch den eine Zelle Proteine unter Verwendung des DNA-Codes aufbaut
- Nenne die Stadien des Zellzyklus der Reihe nach, Erläutern Sie, wie sich eine Zelle differenziert und spezialisiert
- Nennen Sie die morphologischen und physiologischen Merkmale einiger repräsentativer Zelltypen im menschlichen Körper
Abbildung 1. Floureszenzgefärbte Zelle in der Mitose. Eine Lungenzelle aus einem Molch, die häufig wegen ihrer Ähnlichkeit mit menschlichen Lungenzellen untersucht wird, ist mit Fluoreszenzfarbstoffen gefärbt. Die grüne Färbung zeigt mitotische Spindeln, rot sind die Zellmembran und ein Teil des Zytoplasmas, und die hellblau erscheinenden Strukturen sind Chromosomen. Diese Zelle befindet sich in der Anaphase der Mitose. (credit: „Mortadelo2005″/Wikimedia Commons)
Du hast dich von einer einzigen befruchteten Eizelle zu dem komplexen Organismus mit Billionen von Zellen entwickelt, den du siehst, wenn du in einen Spiegel schaust. Während dieses Entwicklungsprozesses differenzieren sich frühe, undifferenzierte Zellen und werden in ihrer Struktur und Funktion spezialisiert. Diese verschiedenen Zelltypen bilden spezialisierte Gewebe, die zusammenarbeiten, um alle für den lebenden Organismus erforderlichen Funktionen auszuführen. Zell- und Entwicklungsbiologen untersuchen, wie die fortgesetzte Teilung einer einzelnen Zelle zu dieser Komplexität und Differenzierung führt.
Betrachten Sie den Unterschied zwischen einer Strukturzelle in der Haut und einer Nervenzelle. Eine strukturelle Hautzelle kann wie eine flache Platte (Plattenepithel) geformt sein und lebt nur für kurze Zeit, bevor sie abgestoßen und ersetzt wird. Dicht in Reihen und Platten gepackt, bilden die Plattenepithelzellen eine Schutzbarriere für die darunter liegenden Zellen und Gewebe. Eine Nervenzelle hingegen kann die Form eines Sterns haben, der lange Fortsätze von bis zu einem Meter Länge aussendet, und kann ein ganzes Leben lang leben. Mit ihren langen, gewundenen Fortsätzen können Nervenzellen miteinander und mit anderen Arten von Körperzellen kommunizieren und schnelle Signale aussenden, die den Organismus über seine Umgebung informieren und ihm ermöglichen, mit dieser Umgebung zu interagieren.
Diese Unterschiede veranschaulichen ein sehr wichtiges Thema, das auf allen Organisationsebenen der Biologie gleich ist: Die Form einer Struktur ist optimal geeignet, um bestimmte Funktionen auszuführen, die dieser Struktur zugewiesen sind. Behalten Sie dieses Thema im Hinterkopf, während Sie das Innere einer Zelle besichtigen und die verschiedenen Zelltypen im Körper kennen lernen. Eine Hauptaufgabe jeder Zelle ist es, zur Homöostase beizutragen.
Homöostase ist ein Begriff aus der Biologie, der sich auf einen dynamischen Zustand des Gleichgewichts innerhalb von Parametern bezieht, die mit dem Leben vereinbar sind. Zum Beispiel benötigen lebende Zellen eine wasserbasierte Umgebung zum Überleben, und es gibt verschiedene physikalische (anatomische) und physiologische Mechanismen, die alle Billionen von lebenden Zellen im menschlichen Körper feucht halten. Dies ist ein Aspekt der Homöostase. Wenn ein bestimmter Parameter, z. B. der Blutdruck oder der Sauerstoffgehalt im Blut, weit genug aus der Homöostase gerät (im Allgemeinen zu hoch oder zu niedrig wird), führt dies unweigerlich zu Krankheit und manchmal auch zum Tod.
Das Konzept der Zelle begann mit mikroskopischen Beobachtungen von totem Korkgewebe durch den Wissenschaftler Robert Hooke im Jahr 1665. Ohne sich ihrer Funktion oder Bedeutung bewusst zu sein, prägte Hooke den Begriff „Zelle“ aufgrund der Ähnlichkeit der kleinen Unterteilungen im Kork mit den Räumen, die Mönche bewohnten und die Zellen genannt wurden. Etwa zehn Jahre später beobachtete Antonie van Leeuwenhoek als erster Mensch lebende und sich bewegende Zellen unter dem Mikroskop. Im darauf folgenden Jahrhundert entwickelte sich die Theorie, dass Zellen die Grundeinheit des Lebens darstellen. Diese winzigen, mit Flüssigkeit gefüllten Säcke beherbergen Komponenten, die für die Tausenden von biochemischen Reaktionen verantwortlich sind, die ein Organismus zum Wachsen und Überleben benötigt. In diesem Kapitel lernen Sie die wichtigsten Bestandteile und Funktionen einer prototypischen, allgemeinen Zelle kennen und entdecken einige der verschiedenen Zelltypen im menschlichen Körper.