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Zellen: Zellstruktur

 

Um ein grundlegendes Verständnis für Zellen zu erzeugen, werden diese manchmal mit Fabriken verglichen. Es bietet sich folglich an, dies auch hier zu tun. In dieser Analogie stehen die Fabriken als Ganzes dabei für die Zellen.


Es gibt viele verschiedene Arten von Fabriken, die alles Mögliche produzieren. Es gibt kleine Fabriken und große, einfache und sehr komplexe. Aber sie alle weisen bestimmte Eigenschaften auf.


Zunächst einmal braucht eine Fabrik eine Art Abgrenzung, welche sie von ihrer Umgebung trennt, sie in gewissem Maße gegen physikalische Einwirkungen schützt und unwillkommene Gäste fernhält. Diese Abgrenzung kann ein Zaun oder auch eine Mauer sein. Eingebettet in diese Abgrenzung gibt es bewachte Tore, die den Verkehr in die Fabrik und aus der Fabrik kontrollieren. Sie regulieren, wer rein oder raus darf und welche Produkte hinein oder heraus gebracht werden. 

An dieser Abgrenzung bringt die Fabrik außerdem Schilder und Poster an, die den Passanten und der Umgebung generell wichtige Neuigkeiten und Ereignisse mitteilen.

In Zellen werden diese Funktionen von der Zellmembran erfüllt. Diese ist in allen Zelltypen zu finden. Manche Zellen besitzen außerdem eine Zellwand und sogar eine Kapsel für erhöhten Schutz – aber das ist ein Zusatz. 


Innerhalb dieser Angrenzung befindet sich das Fabrikgelände. Hier wird die hauptsächliche Arbeit geleistet. Es beherbergt die einzelnen Gebäude und Abschnitte, in denen bestimmte Aufgaben des Produktionsprozesses erfüllt werden. In einer Zelle entspricht dies dem Cytoplasma. Während das Fabrikgelände im Wesentlichen ein luftgefüllter Raum ist, besteht das Cytoplasma hauptsächlich aus Wasser, Salzen und einigen Proteinen. Es bettet die Zellorganellen ein, schützt sie und vermittelt deren Interaktion und Kommunikation


Jede Fabrik braucht ein Unternehmenskonzept, in dem definiert ist, was und wieviel produziert wird, und beschrieben wird, wie dies vonstatten geht. Ein Betriebsdirektor beaufsichtigt alles, was in der Fabrik passiert, stellt sicher, dass alles dem Unternehmenskonzept entspricht und nimmt gegebenenfalls Korrekturen vor. Falls das Unternehmen expandieren will und eine neue Tochterfabrik bauen will, stellt es sicher, dass auch die Tochterfabrik eine exakte Kopie des Unternehmenskonzeptes besitzt und von einer zentralen Person beaufsichtigt wird.

In einer Zelle entspricht dies der DNA. Und genau wie ein Betriebsdirektor sein eigenes Büro haben kann oder nicht, kann die DNA in einem abgegrenzten Zellkern untergebracht sein (eukaryotische Zellen) oder nicht (prokaryotische Zellen).


Es ist völlig klar, dass eine Fabrik auch Arbeiter braucht, die die Produkte herstellen oder zusammenbauen. Sie werden entsprechend des Unternehmensplans eingestellt und ausgebildet. 

In einer Zelle sind dies die Ribosomen. Sie werden nach in der DNA kodierten Instruktionen erzeugt, und ihre Aufgabe besteht darin, Proteine zusammenzubauen, wobei sie in der DNA verschlüsselten Bauplänen folgen.  


Die in Fabriken verrichtete Arbeit benötigt Energie, weshalb die meisten Fabriken ihre eigenen Generatoren besitzen. Diese stellen die notwendige Energie zur Verfügung, indem sie Treibstoff in Elektrizität umwandeln.

In eukaryotischen Zellen ist dies die Aufgabe der Mitochondrien. In prokaryotischen Zellen sind in die Zellmembran eingebettete Enzyme für die Bereitstellung von für die Zelle nutzbarer Energie verantwortlich. 


Darüber hinaus montieren einige Fabriken Solarkollektoren auf ihrem Dach, die Sonnenlicht in für die Fabrik nutzbare Energie umwandeln. In Pflanzenzellen sind Chloroplasten mit solchen Solarkollektoren vergleichbar. 


In größeren und komplexeren Fabriken verrichten die Arbeiter ihre Aufgaben nicht an einzelnen Werkbänken, sondern an sogenannten Fertigungsstraßen. Nachdem sie das Produkt entsprechend der Vorgaben von ihren Vorgesetzten zusammengebaut oder verändert haben, legen sie es auf ein Fließband, das das Produkt an andere Orte transportiert, wo es weiterbearbeitet, verpackt oder verschickt wird.

In komplexen (eukaryotischen) Zellen entsprechen solche Fertigungsstraßen und Fließbänder dem endoplasmatischen Retikulum. Substanzen werden entsprechend von der DNA stammenden Instruktionen erzeugt und/oder verändert und anschließend zur Weiterverarbeitung oder Ausscheidung verschickt


Komplexe Fabriken, die wertvolle Produkte herstellen, inspizieren das fast fertige Produkt in einer Qualitätskontrolle. Hier werden überflüssige Materialreste entfernt, kleine Korrekturen durchgeführt und der Feinschliff vorgenommen. Erst dann wird das Produkt verpackt und für den Versand vorbereitet.

Für diesen letzten Schritt ist in komplexen (eukaryotischen) Zellen der Golgi-Apparat verantwortlich. Die im endoplasmatischen Retikulum synthetisierten Proteine werden hier modifiziert und es wird festgeschrieben, ob diese an der Zellmembran ausgeschieden oder zu einem anderen Ort in der Zelle transportiert werden.


Zusammenfassend lässt sich sagen, dass alle Fabriken ein abgegrenztes Fabrikgelände, einen Unternehmensplan und Betriebsdirektor, Arbeiter sowie eine Energiequelle haben – genau wie auch alle Zellen mindestens eine Zellmembran, Zellplasma, DNA, Ribosomen und Strukturen für die Energieversorgung haben (Mitochondrien in eukaryotischen Zellen und Enzyme in der Zellmembran prokaryotischer Zellen).


 
 
 

Das Arbeitsblatt "Zellstruktur" vergleicht die verschiedenen Zelltypen hinsichtlich ihres Aufbaus. Welche Zellorganellen haben sie alle gemeinsam und durch welche unterscheiden sie sich.

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Hilfe für die Bearbeitung der zweiten Aufgabe im Arbeitsblatt "Zelltruktur" findet sich im Dokument "Zellstruktur - Hilfe".

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(Zellen - Zellstruktur - Loesung)