Zellbiologie Learncard 7768583

Organellen der Zelle

1. Die auffälligsten Strukturen auf dem Bild sind Muskelfibrillen und Mitochondrien. Das Bild zeigt einen Ausschnitt aus einer Muskelzelle. (Es handelt sich um eine Herzmuskelzelle.)
   
2. Mitochondrium, Abbildung unten
   
   
   
3. Mitochondrien liefern der Zelle die benötigte Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP), daher werden sie als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet. Das aus der Glykolyse stammende Pyruvat (Brenztraubensäure) wird in die Matrix des Mitochondriums aufgenommen und in drei Reaktionsfolgen zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut: oxidative Decarboxylierung, Citronensäurezyklus und Atmungskette. Mitochondrien sind besonders dicht gepackt in Hochleistungsgeweben, wie Muskeln, der Spermiengeißel, Nervenzellen und endokrinen Drüsenzellen. Diese Zellen benötigen sehr viel Energie, die ihnen in Form von ATP von den Mitochondrien zur Verfügung gestellt wird.
   
4. Kompartimentierung hat die Aufgabe verschiedene Reaktionsräume voneinander zu trennen, in denen unterschiedliche Reaktionsbedingungen herrschen: Der pH-Wert, die Enzymausstattung, die Häufigkeit vieler Moleküle und Ionen unterscheiden sich in den verschiedenen Kompartimenten.
   

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Wissensteil:

Kompartimentierung ist ein allgemeines, in der Natur weit verbreitetes Prinzip. Als Kompartiment wird in der Biologie ein membranumschlossener Raum bezeichnet. Der Sinn der Kompartimentierung besteht ganz überwiegend in der räumlichen Trennung von Stoffwechselwegen und Reaktionsräumen.
Lebewesen sind offene Systeme, die von Substanzund Energieströmen durchzogen werden. Gegen ihre Umgebung sind sie durch Strukturen abgegrenzt, die den Stoffaustausch erschweren und Verluste an Stoffen und Energie minimieren. Membranen sind aber nicht nur Grenzen, sie sind auch Brücken: Für viele Stoffe stellen sie Barrieren dar, andere lassen sie passiv durchtreten und wieder andere pumpen sie aktiv und gerichtet hindurch. Auch Information wird selektiv weitergegeben. Eine weitere Eigenschaft der Kompartimentierung ist die Oberflächenvergrößerung. Die Membranen sind nicht nur Grenzen, sie haben sehr viele biologische Aktivitäten. In ihnen sitzen viele Enzyme, meist in Gruppen angeordnet, so dass aufeinanderfolgende biochemische Reaktionen in unmittelbarer Nachbarschaft ablaufen können. Die Membranen sind Sitz vieler Poren, die den Übertritt von Stoffen aus einem Kompartiment ins andere kontrollieren. Die Kompartimentierung der Zelle bewirkt eine große Ausdehnung dieser Membranen.

Kompartimentierung in biologischen Systemen existiert auf vielen Stufen:

• Fast alle Lebewesen sind aus Zellen aufgebaut. Jede Zelle wird von einer Membran umschlossen, die den Ein und Austritt von Stoffen kontrolliert.
• Eukaryontenzellen sind durch innere Membranen in mehrere, ineinander geschachtelte Kompartimente –membranumgrenzte Organellen– aufgeteilt. Jedes Kompartiment hat unterschiedliche Inhalte und pH Werte, eigene Enzymmuster und besonders aufgebaute Membranen und kann so besondere Aufgaben innerhalb der Zelle wahrnehmen: Mitochondrien sind für die Energiegewinnung bei der Zelatmung zuständig, Lysosomen für den Abbau von Makromolekülen.
• Durch den Zusammenschluss verschiedener Gewebe zu einer Funktionseinheit entstehen Organe, von denen jedes eine charakteristische Form hat und ganz bestimmte Aufgaben wahrnimmt. So hat das Laubblatt die Aufgabe der Fotosynthese, zu den Funktionen der Leber gehört die Entgiftung des Blutes.
• Während die bevorzugte Lebensform vieler Mikroorganismen der Biofilm ist – ein Aggregat aus Flocken oder Belägen –, sind eukaryotische Vielzeller ganz überwiegend als individuen organisiert. Sie treten als Einzelwesen auf, die gegen andere Lebewesen und ihre Umgebung klar abgegrenzt sind.

Mitochondrien und Plastiden sind Organellen mit Doppelmembranen. Im Bereich zwischen den Membranen findet sich ein separater Reaktionsraum, der leicht sauer und oxidierend ist. Die inneren Kompartimente enthalten Nukleinsäuren, der pH Wert liegt im leicht alkalischen Bereich. Auf der inneren Membran der Mitochondrien liegen die Enzyme der Atmungskette.
Mitochondrien liefern der Zelle die Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP), weswegen sie als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet werden. Sie sind besonders dicht in Hochleistungsgeweben lokalisiert, wie z.B. im Herzmuskel, in der Spermiengeißel, im quergestreiften Muskel, in Nervenzellen und endokrinen Drüsenzellen. In den Muskelzellen erkennt man große Bündel aus Aktinfilamenten. Sie ermöglichen in Zusammenarbeit mit dem Protein Myosin kraftvolle Kontraktionen.