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Zellkompartimentierung - Erklärung

Wenn Sie sich mit Lebewesen beschäftigen möchten, kommen Sie am Thema „Zelle“ nicht vorbei. Die Zelle ist der kleinste Grundbaustein des Lebens – manche Lebewesen bestehen sogar nur aus einer Zelle, z. B. Amöben. Für den reibungslosen Ablauf der Stoffwechselwege hat die eukaryote Zelle verschiedene Zellkompartimente eingerichtet. Doch was bedeutet „Zellkompartimentierung“?

Die doppelschichtige Biomembran begrenzt die Zelle und die Organellen.
Die doppelschichtige Biomembran begrenzt die Zelle und die Organellen.

Was Zellkompartimentierung ist

Um das Leben einer Zelle zu verstehen, ist es wichtig, die Grundlagen ihres Aufbaus zu beherrschen.

  • Zellkompartimentierung kommt in dieser ausgereiften Form nur bei eukaryoten Zellen vor, das sind höher entwickelte Zellen mit Zellkern, aus denen Tiere, Pflanzen und Menschen aufgebaut sind. Prokaryote Zellen, wie zum Beispiel Bakterien, besitzen nur wenig Organellen und haben dadurch zwar auch Kompartimente, aber bei Weitem nicht in dem Umfang wie Eukaryoten
  • Eine Zelle wird begrenzt durch eine Membran. Diese besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden. In dieser Membran befinden sich Rezeptoren, z. B. für Hormone, Tunnel und Kanäle zum Transport von Wasser, Salzen und anderen Stoffen, und weitere Strukturen. Die Proteine tragen Zuckerreste, die der Zelle ein besonderes Aussehen geben.
  • In dieser Zelle befindet sich das Zytoplasma und darin können Sie verschiedene Organellen ausmachen. Organellen sind kleinste Zellbestandteile, die jeweils auch von Membranen umgeben sind. Manche, beispielsweise den Zellkern, können Sie unter einem Lichtmikroskop in hoher Vergrößerung sehen.
  • Doch was ist der Unterschied zwischen Organellen und Kompartimenten? Die meisten Organellen kommen nicht nur einmal, sondern gleich mehrere Male in einer Zelle vor. So hat eine normale eukaryote Zelle nicht nur ein Mitochondrium, sondern je nach Zelllokalisation weit über hundert. Da aber in allen diesen Organellen die gleichen Stoffwechselwege ablaufen, spricht man oft nur von einem mitochondrialen Kompartiment.
  • Grund dafür, dass die Stoffwechselwege immer in eigens für sie vorgesehenen Kompartimenten stattfinden, ist die Enzymverteilung. Die meisten Enzyme sind spezifisch für ihr Kompartiment, somit muss die Reaktion, die sie katalysieren, auch in ihrem Kompartiment stattfinden. So kann eine kompartimentierte Zelle arbeitsteilig arbeiten und damit Stoffwechselwege optimieren.

Es gibt verschiedene Zellkompartimente

  • Der Zellkern:  Bei diesem spricht man zwar seltener von einem Kompartiment, da meist nur einer vorhanden ist, doch dieses Organell ist eines der wichtigsten eukaryoten Strukturen. Hier ist die zelleigene DNA in Form von Chromatin gespeichert. Wenn sie gerade nicht abgelesen wird, ist sie dicht gepackt unter dem Mikroskop dunkel zu erkennen. Die Membran des Zellkerns ist von größeren Poren durchsetzt. Im Zellkern finden Stoffwechselwege statt, die die DNA betreffe, also Replikation - DNA-Vermehrung -  und Transkription  - DNA-Abschriften.
  • Das Zytoplasma: Auch hier spricht man von einem zytoplasmatischen Kompartiment, da auch dieses von einer Membran, der Zellmembran, umgeben ist. Hier ist die Schnittstelle für viele Stoffwechselwege, da alle Stoffe, die von außen kommen, zunächst hier hinein kommen. Im Zytoplasma wird Glucose fast vollständig abgebaut über den Weg der Glykolyse. Viele Stoffwechselwege findet nicht vollständig, sondern nur teilweise im Zytoplasma statt, beispielsweise der Harnstoffzyklus, der der Entgiftung von Ammoniak dient.
  • Ein weiteres sehr wichtiges Kompartiment ist das mitochondriale Kompartiment. Mitochondrien sind die Energielieferanten der Zelle. Hier findet ein Teil des Citratzyklus und die Atmungskette statt. Dies sind die letzten Wege der Verstoffwechslung von Glucose. Hier wird auch der Sauerstoff verbraucht, den Sie einatmen müssen. Im Mitochondrium werden auch Fette oxidiert und ebenfalls durch Citratzyklus und Atmungskette in Energie umgewandelt. Das Mitochondrium besteht aus zwei Doppelmembranen, wobei die innere charakteristisch eingewellt ist. Manche Stoffwechselwege finden auch zwischen diesen Membranen statt.
  • Ein Kompartiment, das eher dem Aufbau dient, ist das endoplasmatische Retikulum. Das raue endoplasmatische Retikulum ist mit Ribosomen besetzt und dient der Proteinsynthese. Im glatten Retikulum finden meist Fett aufbauende Stoffwechselwege statt.
  • Weitere Kompartimente der Zelle bestehen aus dem Golgiapparat, Peroxysomen und Lysosomen. Wenn Sie sich im Detail für die Zellkompartimentierung interessieren und die Stoffwechselwege der Zelle kennenlernen wollen, bietet das Buch „Biochemie des Menschen“ der Autoren Löffler/Petrides/Heinrich Einblicke.
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