Was sind Zellen?

Zellen sorgen für die Struktur und Funktion aller Lebewesen, von Mikroorganismen bis zum Menschen. Wissenschaftler betrachten sie als die kleinste Form des Lebens. Zellen beherbergen die biologische Maschinerie, die die Proteine, Chemikalien und Signale herstellt, die für alles verantwortlich sind, was in unserem Körper passiert.

Wie sehen die Zellen aus?

Zellen gibt es in verschiedenen Formen – rund, flach, lang, sternförmig, würfelförmig und sogar formlos. Die meisten Zellen sind farblos und durchsichtig. Auch die Größe einer Zelle variiert. Einige der kleinsten sind einzellige Bakterien, die mit einem Millionstel Meter (Mikrometer) Durchmesser zu klein sind, um sie mit bloßem Auge zu sehen. Pflanzen haben einige der größten Zellen mit einem Durchmesser von 10-100 Mikrometern. Die menschliche Zelle mit dem größten Durchmesser ist das Ei. Es hat etwa den gleichen Durchmesser wie eine Haarsträhne (80 Mikrometer).

Wie viele verschiedene Arten von menschlichen Zellen gibt es?

Die Billionen von Zellen, aus denen ein Mensch besteht, sind in etwa 200 Haupttypen organisiert. Alle Zellen eines Menschen enthalten denselben Satz von Genen (siehe mehr über Gene). Jeder Zelltyp „schaltet“ jedoch ein anderes Muster von Genen ein, und dies bestimmt, welche Proteine die Zelle produziert. Der einzigartige Satz von Proteinen in verschiedenen Zelltypen ermöglicht es ihnen, spezielle Aufgaben zu erfüllen. Rote Blutkörperchen zum Beispiel transportieren Sauerstoff durch den Körper. Weiße Blutkörperchen töten eingedrungene Keime ab. Darmzellen setzen Moleküle frei, die bei der Verdauung der Nahrung helfen. Nervenzellen senden chemische und elektrische Nachrichten, die Gedanken und Bewegungen hervorrufen. Und Herzzellen kontrahieren im Einklang, um Blut zu pumpen.

Was sind eukaryotische und prokaryotische Zellen, und wie unterscheiden sie sich?

Wenn Wissenschaftler Zellen in Kategorien einteilen, können sie eukaryotische Zellen von prokaryotischen Zellen unterscheiden, weil sie anders aussehen. Eukaryotische Zellen bilden Tiere, Pflanzen, Pilze und einige einzellige Organismen. Und sie haben eine Reihe von Strukturen in ihrem Inneren, die Organellen genannt werden. Das auffälligste Organell ist der Zellkern, der das genetische Material der Zelle, die DNA, enthält (mehr über die DNA). Prokaryotische Zellen haben weder einen Zellkern noch andere Organellen. Sie sind einzellige Mikroorganismen, die in der Regel kleiner sind als eukaryotische Zellen. Es gibt zwei Arten von prokaryotischen Zellen – Bakterien und Archaeen.

Was sind einige der wichtigsten Organellen in einer menschlichen Zelle?

Neben dem Zellkern gehören die folgenden Organellen zu den wichtigsten:

• Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, wandeln Energie aus der Nahrung in die Hauptenergiequelle des Körpers, Adenosintriphosphat (ATP), um.
• Ribosomen sind molekulare Fabriken, die Proteine herstellen.
• Das endoplasmatische Retikulum (ER), ein Netzwerk miteinander verbundener Säcke, verarbeitet neu gebildete Sekretions- und Membranproteine und produziert Fettstoffe, so genannte Lipide.
• Der Golgi-Komplex nimmt Proteine und Lipide aus dem ER auf, verpackt sie und schickt sie an ihren endgültigen Bestimmungsort innerhalb der Zelle, innerhalb der Zellmembran oder außerhalb der Zelle.
• Lysosomen, die Mülldeponien der Zelle, bauen Abfallstoffe ab und entsorgen oder recyceln sie.

Wie bewegen sich die Zellen?

Viele Arten von Zellen können sich bewegen. Einzellige Organismen bewegen sich, um Nahrung zu finden. Und selbst Zellen in mehrzelligen Organismen müssen sich bewegen. Zum Beispiel müssen sich Zellen des Immunsystems auf Eindringlinge zubewegen. Und Spermien müssen „schwimmen“, um Eier zu befruchten.

Zellen bewegen sich auf verschiedene Weise. Einige schwimmen einfach durch Wasser oder andere Flüssigkeiten. Einige schieben sich mit Hilfe von langen, dünnen Proteinen, den so genannten Geißeln, und Flimmerhärchen vorwärts, die aus der Zellmembran herausragen und herumschwingen. Einige „kriechen“, indem sie sogenannte amöboide Bewegungen ausführen, bei denen mit Zytoplasma gefüllte Ausstülpungen die Zelle vorwärts schieben.

Innerhalb der Zellen bewegen sich Nährstoffe und Organellen, um verschiedene zelluläre Funktionen auszuführen. Diese Art der internen Bewegung wird Zyklose oder zytoplasmatische Strömung genannt. Die innere Struktur der Zellen, das sogenannte Zytoplasma, erzeugt einen gerichteten Fluss, der den Inhalt der Zellen umherschiebt.

Wissenschaftler untersuchen die Zellbewegung, um besser zu verstehen, wie Zellen funktionieren, z. B. wie sich Krebszellen von einem Gewebe zum anderen bewegen und wie sich weiße Blutkörperchen bewegen, um Wunden zu heilen und Eindringlinge zu bekämpfen.

Wie untersuchen Wissenschaftler Zellen?

Zellbiologen setzen eine Reihe von Instrumenten ein, um in den Körper zu blicken und Zellen zu untersuchen. Bildgebende Verfahren vergrößern die Organellen und verfolgen, wie sich Zellen teilen, wachsen, interagieren und andere lebenswichtige Aufgaben erfüllen. Mit biochemischen oder genetischen Tests können Forscher untersuchen, wie Zellen auf Umweltstressoren wie steigende Temperaturen oder Toxine reagieren. Diese Tests können auch bestimmte Proteine mit fluoreszierenden Markierungen und anderen Chemikalien kennzeichnen, die es den Wissenschaftlern ermöglichen, die Arbeit der Proteine in den Zellen sichtbar zu machen. Hochentwickelte Computerprogramme integrieren und analysieren dann alle Daten.

Wie kann unser Körper mehr Zellen bilden?

Eine Zelle teilt sich in einem Prozess namens Mitose in zwei Zellen. Bei der Mitose entstehen aus einer einzigen Mutterzelle zwei genetisch identische „Tochterzellen“. Bei einer anderen Art der Zellteilung, der Meiose, entstehen vier Tochterzellen, die sich genetisch voneinander und von der ursprünglichen Mutterzelle unterscheiden. Nur wenige spezielle Zellen können eine Meiose durchführen: die Zellen, die bei Frauen zu Eiern und bei Männern zu Spermien werden.

Wie und warum sterben Zellen?

Die Zellen sind mit allem ausgestattet, was sie zur Selbstzerstörung brauchen. Dies wird programmierter Zelltod oder Apoptose genannt. Und er erfüllt in unserem Körper eine gesunde und schützende Funktion. Er trägt beispielsweise dazu bei, unsere Finger und Zehen vor der Geburt zu formen, und er tötet kranke Zellen im Laufe unseres Lebens ab. Eine andere Art des Zelltods, die Nekrose, ist ungeplant und nicht schützend. Eine Nekrose kann nach einer plötzlichen traumatischen Verletzung, einer Infektion oder dem Kontakt mit einer giftigen Chemikalie auftreten.

Was sind Stammzellen?

Stammzellen können sich Millionen von Malen erneuern. Andere Zellen im Körper, wie z. B. Muskel- und Nervenzellen, können dies nicht tun. Embryonale Stammzellen sind undifferenziert, das heißt, sie können sich in jede Art von Zelle im Körper verwandeln. Gewebespezifische Stammzellen (manchmal auch adulte oder somatische Stammzellen genannt) entstehen erst später in der Entwicklung. Sie können auch Zellen nachbilden. Die Hauptaufgabe gewebespezifischer Stammzellen besteht darin, das Gewebe, in dem sie sich befinden, zu erhalten und zu reparieren.

Wie führen Probleme in den Zellen zu Krankheiten?

Veränderungen an den Genen in einer Zelle, so genannte Mutationen, können die Fähigkeit der Zelle, sich zu teilen, Proteine herzustellen, Abfallstoffe zu beseitigen oder andere Aufgaben zu erfüllen, verändern. Diese Genmutationen können zu Geburtsfehlern, Krebs und anderen Krankheiten führen. Zellen, die durch ein physisches Trauma oder eine Infektion geschädigt werden, können in extremen Fällen zu schädlichen Entzündungen und Organfehlfunktionen beitragen.

Wie trägt die Untersuchung von Zellen zu unserem Verständnis von Gesundheit und Krankheit bei?

Wenn wir lernen, wie Zellen funktionieren – und was passiert, wenn sie nicht richtig funktionieren -, lernen wir etwas über die biologischen Prozesse, die uns gesund erhalten. Außerdem werden dadurch neue Wege zur Behandlung von Krankheiten entdeckt. Die Zellforschung hat bereits zu Krebsbehandlungen, Antibiotika, cholesterinsenkenden Medikamenten und verbesserten Methoden zur Verabreichung von Medikamenten geführt. Es bleibt jedoch noch viel mehr zu entdecken. Wenn man zum Beispiel versteht, wie sich Stammzellen und bestimmte andere Zellen regenerieren, könnte dies Aufschluss darüber geben, wie beschädigtes oder verloren gegangenes Gewebe repariert werden kann.

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