Anatomie und Physiologie I

Die Zelle ist die Grundlage des Lebens – die grundlegende strukturelle Einheit der Lebewesen. Moleküle wie Wasser und Aminosäuren sind nicht lebendig, aber Zellen sind es! Alles Leben besteht aus Zellen des einen oder anderen Typs.

Eines der Kennzeichen lebender Systeme ist die Fähigkeit, eine Homöostase oder einen relativ konstanten inneren Zustand aufrechtzuerhalten. Die Zelle ist die erste Ebene der Komplexität, die in der Lage ist, die Homöostase aufrechtzuerhalten, und es ist die einzigartige Struktur der Zelle, die diese kritische Funktion ermöglicht.

In diesem Abschnitt des Kurses werden Sie etwas über die Zelle und alle Teile lernen, die sie funktionell machen. Sie werden sich auch auf die Zellmembran konzentrieren, die Struktur, die die Zelle umgibt und ihre innere Umgebung von der äußeren Umgebung trennt. Sie ist ein entscheidender Bestandteil, da sie kontrolliert, was in die Zelle ein- und aus ihr austreten kann. In diesem Abschnitt wird auch beschrieben, wie sich Zellen reproduzieren, um die Homöostase aufrechtzuerhalten.

Die aktuelle Zelltheorie besagt, dass:

1. Alle bekannten Lebewesen aus einer oder mehreren Zellen bestehen.
2. Alle neuen Zellen entstehen, indem sich bereits vorhandene Zellen teilen.
3. Die Zelle ist die grundlegendste Struktur- und Funktionseinheit in allen lebenden Organismen.

Moderne Zelltheoretiker behaupten, dass alle lebenswichtigen Funktionen in der Zelle stattfinden und dass die Zelle während der Zellteilung die Informationen enthält und an die nächste Generation weitergibt, die für die Durchführung und Regulierung der Zellfunktionen notwendig sind.

Lassen Sie uns unser Studium der Zelle beginnen, indem wir die grundlegende Anatomie einer Tierzelle untersuchen. Jede Zelle besteht aus drei Komponenten, die in der obigen Abbildung dargestellt sind.

1. Eine Zellmembran, die die Zelle umgibt und schützt
2. Das Zytoplasma, das wässrige Innere der Zelle, das Ionen, Proteine und Organellen enthält
3. Organellen, die alle Aktivitäten ausführen, die für die Zelle notwendig sind, um zu leben, zu wachsen und sich fortzupflanzen

Im Körper stellen die Zellen eine Organisationsebene zwischen Organellen und Geweben dar. Organellen wiederum bestehen aus spezialisierten Makromolekülen und Gewebe sind Ansammlungen von spezialisierten Zellen. Gehirn-, Nieren-, Leber-, Muskel- und Lungengewebe unterscheiden sich voneinander durch die Struktur und Funktion der Zellen, aus denen sie bestehen. So unterscheiden sich die Zellen, aus denen die einzelnen Gewebetypen bestehen, in Form, Größe und innerer Struktur, um ihre spezifische physiologische Funktion innerhalb des Gewebes zu ermöglichen. Wenn du dir die Form einer Zelle ansiehst, gibt sie dir einen Hinweis auf ihre Funktion.

Betrachte die untenstehenden Zellen und denke darüber nach, wie die Form für ihre Funktion notwendig ist. Versuche, die Zelle ihrer Funktion zuzuordnen.

Organellen

Jeder Zellprozess wird an einem bestimmten Ort in der Zelle ausgeführt, der sich oft in oder um eine Organelle befindet. Stellen Sie sich eine Organelle als eine Organisationsebene zwischen Makromolekülen und der Zelle vor. Organellen führen spezialisierte Aufgaben innerhalb der Zelle aus, indem sie Funktionen wie Replikation, Energieproduktion, Proteinsynthese und die Verarbeitung von Nahrung und Abfallstoffen lokalisieren. Die verschiedenen Zellen unterscheiden sich in der Anordnung und Anzahl der Organellen sowie in ihrer Struktur, was zu den Hunderten von Zelltypen führt, die im Körper zu finden sind.

In diesem Abschnitt geht es darum, die Organellen der Zelle zu verstehen, wie sie miteinander interagieren und wie sie während des Transports, des Wachstums und der Teilung in der Zelle funktionieren. Sie lernen die kontrollierte chemische Umgebung kennen, die eine Zelle aufrechterhält, und welche Einschränkungen dies für die Arten von chemischen Reaktionen bedeutet, die sie durchführen kann. Dieser Hintergrund ist wichtig, um Schlüsselprozesse zu verstehen, z. B. wie eine Zelle Energie aus Glukose freisetzt, Proteine herstellt und faltet und Wachstum und Zellteilung durchläuft.

Stellen Sie sich eine Stadt und die verschiedenen Arbeitsplätze in einer Stadt vor. Eine Zelle ist ähnlich, wobei jede Organelle einen bestimmten Zweck erfüllt. Es gibt Organellen, deren Aufgabe es ist, der Zelle Form und Struktur zu geben, ähnlich wie die Straßen und Brücken einer Stadt. Zu diesen proteinreichen Organellen gehören Intermediärfilamente, Mikrotubuli und Mikrofilamente. Einige von ihnen bewegen andere Organellen in der Zelle oder verändern die Form der Zelle. Wenn sich eine Muskelzelle zusammenzieht oder verkürzt, geschieht dies durch die Mikrofilamente, die aus den Proteinen Aktin und Myosin bestehen. Eine besondere Organelle, die aus Mikrotubuli besteht, befindet sich in einem Bereich in der Nähe des Zellkerns, dem Zentrosom. Das Zentrosom enthält ein Paar von Mikrotubuli-Bündeln, die als Zentriolen bezeichnet werden. Die Zentriolen sind wichtig, weil sie die Chromosomen während der Zellreplikation, der Mitose, an die entgegengesetzten Enden der Zelle bewegen. Neuronen haben keine Zentriolen und können sich nicht replizieren.

Andere Organellen helfen bei der Synthese der von der Zelle benötigten Proteine. Diese Proteinfabriken werden Ribosomen genannt. Sie können in der Zelle verstreut oder an einem Membrankanalsystem, dem endoplasmatischen Retikulum (ER), befestigt sein. Wenn das ER mit Ribosomen besetzt ist, wird es als raues ER bezeichnet (die Ribosomen verleihen ihm ein raues oder körniges Aussehen). Wenn das ER keine Ribosomen hat, wird es als glattes ER bezeichnet und dient der Lipidsynthese und der Lagerung von Toxinen. Wenn ein Protein hergestellt wird, muss es in eine bestimmte Form gefaltet werden, um zu funktionieren. Oft müssen zusätzliche Seitenketten aus Kohlenhydraten angehängt werden. Das Protein wird im rauen ER verarbeitet. Sobald es geformt ist, gelangt es in den Golgi-Apparat, der die Verteilungsanlage für die Zelle ist. Er schließt die Verarbeitung des Proteins ab und verpackt es dann in ein Vesikel für den Transport an seinen Bestimmungsort. Einige Proteine werden in der Zellmembran benötigt und die Vesikel sorgen dafür, dass sie die Membran erreichen. Der Golgi-Apparat stellt auch eine besondere Art von Vesikel her, das so genannte Lysosom. Das Lysosom ist der Müllmann der Zelle. Es nimmt Zelltrümmer und Abfälle auf und vernichtet sie. Zu diesem Zweck enthält das Lysosom sehr starke hydrolytische Enzyme. Es ist sehr wichtig, dass die Enzyme im Lysosom bleiben, sonst würden sie die Zelle zerstören.

Das Kraftwerk der Zelle sind die Mitochondrien. Diese Organelle erzeugt das ATP oder die Energie für die Zelle. Mitochondrien haben sogar eine eigene DNA, die sogenannte mitochondriale DNA (mDNA), und können sich replizieren.

Schließlich gibt es noch den Controller der Zelle. Das ist der Zellkern. Nicht alle Zellen haben einen Zellkern und werden als anukleat bezeichnet. Wenn man sich das Bild der roten Blutkörperchen anschaut, sieht man einen weißen Punkt in der Mitte der Zelle – das ist die Stelle, an der sich der Zellkern befand. Der Zellkern wird bei der Reifung ausgestoßen. Einige Zellen haben mehr als einen Kern und werden als vielkernig bezeichnet. Skelettmuskelzellen sind sehr große Zellen und haben mehrere Kerne. Der Zellkern enthält die DNA der Zelle und den Nukleolus. Der Nukleolus ist eine Organelle, die Ribosomen herstellt. Die DNA ist ihr genetischer Code. Sie enthält die Gene, die die Anweisungen für die Herstellung aller Proteine in deinem Körper enthalten. Der Zellkern ist von einer eigenen Membran mit winzigen Löchern, den so genannten Kernporen, umgeben. Die Membran wird Kernmembran oder Kernhülle genannt.

Das folgende interaktive Diagramm zeigt eine Zeichnung einer eukaryotischen Zelle. Die Zellbestandteile in der Liste sind mit Bildern verlinkt, die die gleichen Strukturen in einer lebenden Zelle zeigen.