die im Organismus verschiedene Aufgaben erfüllen.
VermehrungZellen vermehren sich durch Zellteilung. Das ermöglicht Wachstum und Regeneration. Zellteilung ersetzt abgestorbene Zellen, regeneriert Gewebe und produziert Nachkommen: «Menschsein» beginnt mit einer einzigen Zelle – der Eizelle. Die Zellteilung wird in Mitose und Meiose unterteilt. (Siehe Kapitel «Der Zellzyklus – Leben entsteht aus Leben»)
Exkurs Teilungsfähigkeit Nicht alle Körperzellen haben die Fähigkeit, sich zu teilen: Muskel- und vor allem Nervenzellen sind kaum teilungsfähig. Bei einem Schaden (Herzinfarkt, Hirnschlag) ersetzt der Körper die fehlenden Zellen durch «billiges» Bindegewebe (Narbenbildung).
ReizbarkeitUm zu überleben, muss der Mensch fähig sein, auf die Umwelt zu reagieren. Dazu gehören Reizaufnahme, Reizleitung, die Verarbeitung der Reize sowie die Reaktion darauf. Sinneszellen (Augen, Ohren etc.), Nerven und Muskeln sind dafür die Spezialisten.
KommunikationUm gemeinsam Aufgaben zu bewältigen, kommunizieren Zellen und Körperregionen miteinander. Als Kommunikationsmittel stehen dem Organismus das Nervensystem, die Hormone und andere chemische Stoffe zur Verfügung.
Die Zellen des Körpers spezialisieren sich im Verlauf der embryonalen Entwicklung auf ihre Aufgaben. Das nennt man Differenzierung. Aus einer Stammzelle entstehen auf die Weise viele spezialisierte Zellen. Verbände solch gleichartiger Zellen schliessen sich zu Geweben zusammen. (Siehe Kapitel «Das Gewebe – Teamwork der Zellen»)
Form und Grösse der Zellen sind ihrer Funktion angepasst («Form follows Function»). Rote Blutkörperchen sind zum Beispiel ziemlich flach und ohne Zellkern unterwegs, damit sie durch winzige Blutgefässe passen; Nervenzellen besitzen lange Ausläufer, um Signale von A nach B zu leiten.
Der Grundbauplan der Zellen
Durchschnittlich hat eine Körperzelle einen Durchmesser von 20–30 μm. Die Spanne reicht allerdings von 7 μm (rote Blutkörperchen) bis zu 200 μm (Eizellen).
Exkurs von klein zu gross 1 Meter (m) entspricht 1’000’000’000 Nanometer (nm), 1’000’000 Mikrometer (μm), 1’000 Millimeter (mm) oder 100 Zentimeter (cm). (Entspräche die Distanz von der Erde zur Sonne 1 m, so wäre die Cheopspyramide in Ägypten in diesem Massstab 1 nm hoch.)
Abb. 1 Körperzelle mit ihren Organellen [Roland Sommer]
Trotz Unterschiede in Form und Grösse findet man in jeder Körperzelle dieselben Bestandteile (Abb. 1).
Plasmalemm (Zellmembran)
Zytoplasma (Zellflüssigkeit)
Zellorganellen (Zellkörperchen)
Nukleus (Zellkern) (ausser in den roten Blutkörperchen)
Das Plasmalemm ist eine Doppelhülle aus Phospholipiden, die den Zellinhalt umschliesst und die Zelle nach aussenabdichtet. Im gelartigen Zytoplasma schwimmen die Zellorganellen. Sie sind Spezialisten und sorgen für den reibungslosen Ablauf des Zellstoffwechsels (Energie- und Eiweissherstellung, Zellteilung etc.). Der Nukleus steuert den Stoffwechsel und fungiert als Hüter des Erbguts.
Das Plasmalemm – Schutz und Stoffaustausch
Jede Körperzelle ist von einer Membran umschlossen, die den Stoffaustausch zwischen innen und aussen reguliert (Abb. 2). Der grösste Teil des Plasmalemms setzt sich zusammen aus einer Kombination von Lipiden (Fett) und Phosphaten. Diese Phospholipide sind in einer Doppelschicht angeordnet und bilden das Plasmalemm. Dabei richten sich die Fettmoleküle nach innen und die Phosphatmoleküle nach aussen. Nebst den Phospholipiden findet man im Plasmalemm von menschlichen Zellen Cholesterin und Glykolipide (Zucker-Fett-Verbindungen).
Abb. 2 Plasmalemm mit Membranproteinen und Glykokalyx [M. Ruiz Villarreal; bearbeitet von Dr. med. André Lauber]
Da Fett hydrophob (wasserabweisend) ist, bleibt der Innenteil der Doppelschicht wasserdicht. Der Phosphatteil ist hingegen hydrophil (wasserliebend). Diese beiden Eigenschaften garantieren ein gleichbleibendes Milieu in der Zelle.
Phospholipide besitzen bei Körpertemperatur (37° C) eine flüssige Konsistenz. Deshalb sind Zellen enorm flexibel. Dass das Plasmalemm nicht «wegschwimmt», dafür sorgen die hydrophoben Fettanteile.
MEMO Plasmalemm Das Plasmalemm besteht aus einer Phospholipid-Doppelschicht, die aussen hydrophile und innen hydrophobe Eigenschaften besitzt.
Das Plasmalemm stellt keine undurchdringbare Wand dar: Fettlösliche Substanzen sowie gasförmige Moleküle (Sauerstoff (O2), Kohlendioxid (CO2)) gehen problemlos durch. Für wasserlösliche Substanzen bildet das Plasmalemm allerdings eine Barriere. Um solche Stoffe in die Zelle oder aus der Zelle zu schleusen, sind im Plasmalemm «Türen» eingebaut – die Membranproteine (Membraneiweisse). Sie fungieren als Pumpen und Poren für den Austausch wasserlöslicher Stoffe. (Siehe Kapitel «Stoffaustausch – ein stetiges hin und her»)
Auf der Aussenseite des Plasmalemm sitzt die Glykokalyx («Zuckerschale»). Sie besteht aus bäumchenartigen Zuckermolekülen, die in Membranproteinen (Glykoproteine) oder Lipidmolekülen (Glykolipide) stecken. Die Glykokalyx dient der Zelle als «Identitätskarte» und erlaubt dem Immunsystem die Unterscheidung zwischen körpereigen und körperfremd. Die Glykokalyx definiert zum Beispiel die Blutgruppeneigenschaften A, B, AB, 0 sowie den Rhesusfaktor. Auch für die Zell-Kommunikation ist die Glykokalyx nützlich. Zum Beispiel docken Hormone aus weit entfernten Zellen an die Glykokalyx und «sagen» der Zielzelle, was sie zu tun hat.
Das Zytoplasma – Organellen in wässrigem Milieu
Wie das Äussere der Zelle ist auch das Innere mit Wasser gefüllt. Im Wasser treiben Zellorganellen, Proteine und gelöste Stoffe, die zahlreiche Funktionen im Stoffwechsel übernehmen. Da gibt es Salze (Natrium, Kalium, Kalzium), Zuckermoleküle, Phosphate, Spurenelemente (Eisen, Zink, Chrom) und vieles mehr. Proteine machen etwa 20 % des Zytoplasmas aus. Deshalb besitzt es eine gelartige Konsistenz.
Das Zytoskelett – stabilisiert und formt die Zelle
Das Zytoskelett stabilisiert die Zelle und verleiht ihr die typische Form. Es besteht aus fädigen Eiweissen, die verschiedene Aufgaben innerhalb der Zelle übernehmen. Die beiden wichtigsten Vertreter sind die Aktinfilamente und die Mikrotubuli.
Sehr viele Aktinfilamente findet man in der Muskulatur. Dort sorgen sie zusammen mit Myosin für die Kontraktion eines Muskels. (Siehe Kapitel «Muskelgewebe – bringt Bewegung in den Körper»). Aktinfilamente findet man jedoch in allen Körperzellen. In den mobilen Zellen des Immunsystems zum Beispiel ermöglichen sie die amöboide Bewegung.
Mikrotubuli sehen aus wie winzige Röhrchen. In den Körperzellen entstehen sie schnell und zerfallen nach Gebrauch sofort, um an einer anderen Stelle erneut zu erscheinen. Mikrotubuli positionieren die Zellorganellen, helfen bei der Zellteilung und bilden Zilien im Atemtrakt sowie die Geisseln der Spermien.
Die Zellorganellen
Zellorganellen schwimmen als komplexe Strukturen im Zytoplasma. Sie erfüllen verschiedene Aufgaben im Zellstoffwechsel.
Zu den Zellorganellen gehören (Abb. 1):
Mitochondrien (Energieproduktion)
Ribosomen (Eiweissherstellung)
Endoplasmatisches