Die Zelle
Die Zelle ist die kleinste Baueinheit von Lebewesen, die selbständig funktionieren kann. Alle lebenden Organismen bestehen aus Zellen, und nach einer allgemein verbreiteten Ansicht kann man nichts, das kleiner ist als eine Zelle, als wirklich lebendig bezeichnen.
Viren z.B. können zwar viele Einzelfunktionen wirklich lebender Zellen ausführen, aber ihnen fehlt die Fähigkeit, selbständig zu überleben, zu wachsen und sich zu vervielfältigen; deshalb betrachtet man sie nicht als lebendig.
Manche Mikroorganismen, z.B. Bakterien und Protozoen, bestehen nur aus einer einzelnen Zelle. Pflanzen und Tiere dagegen sind vielzellige Organismen (viele Millionen Zellen), die zu Geweben und Organen zusammengelagert sind.

In der Biologie untersucht man, aus welchen Molekülen die Zellen bestehen und wie sie in einem so komplizierten Lebewesen wie z. B. dem Menschen zusammenarbeiten. Wenn man verstehen will, wie der gesunde menschliche Organismus funktioniert, wie er sich entwickelt und altert und was bei Krankheiten schief läuft, muss man die Zellen verstehen, aus denen er zusammengesetzt ist.

Allgemeine Eigenschaften von Zellen
Zellen können sich in Größe und Form stark unterscheiden. Manche kleinen Bakterienzellen sind winzige, zylinderförmige Gebilde mit einer Länge von weniger als einem Mikron oder µm (ein µm ist ein tausendstel Millimeter).
Am anderen Ende der Skala stehen die kompliziert gebauten Nervenzellen mit ihren vielen langen Fortsätzen, die mehrere Meter lang werden können (ein besonders eindrucksvolles Beispiel sind die Nervenfortsätze im Hals der Giraffe).
Die meisten Pflanzenzellen sind 20 bis 30 µm lang, vieleckig und von einer starren Zellwand begrenzt.
Im Gewebe der Tiere haben die Zellen in der Regel eine kompakte Gestalt, einen Durchmesser von 10 bis 20 µm und eine elastische, oft stark gefaltete Oberfläche.

Trotz der vielen Unterschiede in Aussehen und Funktion haben alle Zellen eine Reihe von Gemeinsamkeiten:
- Sie sind immer von einer Membran umgeben (der so genannten Plasmamembran),
  die das stark wasserhaltige Cytoplasma umschließt.
- Alle Zellen sind der Ort vielfältiger chemischer Reaktionen, mit deren Hilfe sie
  wachsen, Energie erzeugen und Abfallstoffe beseitigen. Zusammenfassend
  bezeichnet man alle diese Reaktionen als Stoffwechsel oder (nach einem
  griechischen Wort, das Veränderung bedeutet), als Metabolismus.
- Alle Zellen enthalten Erbinformation, die in den Molekülen der Desoxyribonuclein-
  säure (DNA) codiert ist; sie steuert die Tätigkeiten der Zelle und gibt ihr die
  Fähigkeit, sich fortzupflanzen und ihre Eigenschaften an die Nachkommen
  weiterzugeben.
Wie man an diesen und vielen anderen Gemeinsamkeiten erkennt (so auch an vielen identischen oder fast identischen Molekülen), stammen die heutigen Zellen in einer ununterbrochenen Entwicklungslinie von den ersten primitiven Zellen ab, die irgendwann auf der Erde auftauchten.

Chemische Zusammensetzung
An Lebewesen ist bislang nichts bekannt, was den Gesetzen der Chemie und Physik widerspricht.
Die chemischen Abläufe des Lebendigen, die das Forschungsgebiet der Biochemie ausmachen, basieren zum allergrößten Teil auf Kohlenstoffverbindungen und fast ausschließlich auf chemischen Reaktionen, die in wässrigen Lösungen und in einem engen Temperaturbereich ablaufen, also unter den Bedingungen, die auf der Erde herrschen.
Die Chemie der Lebewesen ist bei weitem komplizierter als jedes andere chemische System, das man kennt. Beherrscht und koordiniert wird sie von riesigen Polymeren, Kettenmolekülen aus verknüpften chemischen Bausteinen. Die einzigartigen Eigenschaften dieser Moleküle verleihen den Zellen die Fähigkeit, zu wachsen, sich fortzupflanzen usw.
Die drei wichtigsten Gruppen solcher Makromoleküle sind:
- die Proteine, deren Moleküle aus kettenförmig verbundenen Aminosäuren
  bestehen,
- die Nucleinsäuren DNA und RNA, die aus Nucleotidbasen bestehen, und
- die Polysaccharide aus Zuckeruntereinheiten.

Prokaryonten und Eukaryonten
Ein grundlegender Unterschied besteht lediglich zwischen Prokaryonten und Eukaryontenzellen, die sich in Größe und innerem Aufbau unterscheiden.

Die Zelloberfläche
Der Inhalt aller lebenden Zellen ist von der Plasmamembran umschlossen, einem dünnen Häutchen, das die Grenze zwischen Zellinhalt und Umgebung bildet. Die Plasmamembran ist eine zusammenhängende, acht bis zehn Nanometer dicke Schicht aus Lipid- und Proteinmolekülen, die als selektive Schranke wirkt und die chemische Zusammensetzung der Zelle reguliert. Die meisten wasserlöslichen Ionen und Moleküle können diese Barriere allein nicht überwinden, sondern brauchen dazu besondere Transportproteine oder Kanäle aus Protein, die ihnen den Membrandurchgang ermöglichen. Auf diese Weise kann die Zelle eine andere Konzentration von Ionen und kleinen Molekülen aufrechterhalten als in der Umgebung. Mit einem weiteren Mechanismus, bei dem kleine Membranbläschen mit der Plasmamembran verschmelzen oder sich von ihr abschnüren, können insbesondere tierische Zellen Makromoleküle und sogar größere Teilchen durch die Membran transportieren.

Die meisten Bakterien- und Pflanzenzellen sind außerdem von einer relativ dicken, widerstandsfähigen Zellwand aus Polysacchariden eingeschlossen, die bei höheren Pflanzen vorwiegend aus Cellulose besteht. Die Zellwand, die außen an der Plasmamembran anliegt, verleiht der Zelle eine dauerhafte Form und schützt sie vor mechanischer Beschädigung, aber sie schränkt gleichzeitig auch die Beweglichkeit der Zelle und den Ein- und Austritt von Substanzen ein.

Cytoplasma und Cytosol
Das gesamte Volumen der Zelle außerhalb des Zellkernes nennt man Cytoplasma. Zu ihm gehören viele spezialisierte Strukturen und Organellen, die im Folgenden aufgelistet werden:
- Cytosol
- Cytoskelett
- Zellwand
- Zellkern
- Mitochondrien
- Chloroplasten
-

Innere Membranen
Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten sind nicht die einzigen membranumhüllten Organellen in Eukaryontenzellen. Das Cytoplasma enthält außerdem eine Fülle weiterer Körperchen, die jeweils von einer einzelnen Membran umschlossen sind und die unterschiedlichsten Funktionen ausüben. Die meisten dieser Funktionen haben damit zu tun, dass die Zelle Rohstoffe aufnehmen und die von ihr produzierten Substanzen und Abfallstoffe in die Umgebung befördern muss. Organellen eines bestimmten Typs sind deshalb in Zellen, die auf die Ausscheidung von Proteinen spezialisiert sind, stark vergrößert; die einer anderen Gruppe sind besonders zahlreich in den Zellen höherer Wirbeltiere, die in den Körper eingedrungene Viren und Bakterien einfangen und zerstören.

Die meisten Membranbestandteile, aber auch viele Stoffe, die für die Ausscheidung aus der Zelle bestimmt sind, entstehen im endoplasmatischen Reticulum (ER), einem unregelmäßig geformten, räumlichen System membranumhüllter Hohlräume, das sich durch das Cytoplasma der Eukaryontenzellen zieht. Stapel aus abgeflachten Membransäckchen bilden den Golgi-Apparat; er nimmt die im endoplasmatischen Reticulum gebildeten Moleküle auf, verarbeitet sie weiter und dirigiert sie dann an verschiedene Stellen in der Zelle. Die Lysosomen, kleine, unregelmäßig geformte Organellen, enthalten Enzyme für den Abbau vieler im Zellinneren unerwünschter Substanzen. Peroxisomen sind kleine, von einer Membran umgebene Bläschen, die eine abgeschirmte Umgebung für Reaktionen mit dem Auf- und Abbau der aggressiven Verbindung Wasserstoffperoxid bieten. Darüber hinaus bilden die Membranen zahlreiche weitere kleine Bläschen, die dem Materialtransport zwischen den Organellen dienen. In einer typischen Tierzelle können die membranumhüllten Organellen bis zur Hälfte des gesamten Zellvolumens ausmachen.

Sekretion und Endocytose
Eine der wichtigsten Funktionen der Membranbläschen (Vesikel) ist der Materialtransport zur Plasmamembran und von ihr weg, also der Stoffaustausch zwischen dem Innenraum und der Umgebung einer Zelle. Zwischen endoplasmatischem Reticulum, Golgi-Apparat, Lysosomen und Zellumgebung werden ständig Substanzen hin- und hertransportiert. Dieser Austausch erfolgt über kleine Membranvesikel, die sich von einer Membran abschnüren und mit einer anderen verschmelzen. So stülpen sich z. B. an der Zelloberfläche ständig Abschnitte der Plasmamembran ein; sie schnüren sich als Vesikel ab und befördern Material, das aus dem umgebenden Medium aufgenommen wurde, ins Zellinnere – ein Vorgang, den man als Endocytose bezeichnet. Auf diese Weise können sehr große Teilchen oder sogar ganze Zellen umschlossen werden. Auch den umgekehrten Vorgang, Sekretion oder Exocytose genannt, findet man bei vielen Zellen: Dabei verschmelzen Vesikel aus dem Zellinneren mit der Plasmamembran und schütten ihren Inhalt in die Umgebung aus.

Zellverbindungen
Damit ein vielzelliger Organismus entstehen kann, müssen die Zellen sich nicht nur zu unterschiedlichen Zelltypen differenzieren, sondern sie müssen auch zu Geweben und Organen verknüpft werden. Zu diesem Zweck haben die Eukaryonten eine ganze Reihe von Methoden entwickelt. Die Zellen höherer Pflanzen sind nicht nur durch Cytoplasmabrücken (Plasmodesmen) verbunden, sondern sie bleiben auch in die von ihnen selbst ausgeschiedenen Zellwände aus Cellulose eingeschlossen, die ein wabenartiges System von Hohlräumen bilden. Bei den meisten Tieren sind die Zellen durch die extrazelluläre Matrix verbunden, ein relativ lockeres Geflecht großer organischer Moleküle, das sich zwischen den Zellen befindet. Außerdem haften die Plasmamembranen häufig aneinander. Die durch solche Verbindungen zusammengehaltenen Zellen bilden vielfach ein flächiges Gebilde aus vielen Zellschichten, das man Epithel nennt. Epithelien dienen oft als äußere Umhüllung von Geweben oder Organen; sie bilden eine äußere Abgrenzung, die den Ein- und Austritt von Substanzen steuert.

Siehe auch:
- Signalübertragung

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