Zellaktivität
Wenn Sie sich Tabelle 3.1 ansehen, werden Sie anhand der vielen Funktionen der Organellen feststellen, dass eine Zelle eigentlich ständig »im Dienst« ist. Und wenn ich Ihnen erzähle, dass Ihr Körper aus Milliarden Zellen besteht, ist es durchaus sinnvoll, ab und zu die Dinge etwas langsamer anzugehen und eine Pause einzulegen.
Respiration: Jener Prozess, bei dem die Energie in der Nahrung (in Kalorien gemessen) zu Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt wird – der Brennstoff, der von jeder Körperzelle für anabole (stoffaufbauende) und katabole (stoffabbauende) Reaktionen genutzt wird; die Summe all dieser Reaktionen heißt »Metabolismus« (Stoffwechsel). Wenn ATP im Beisein von Sauerstoff (der bei der Einatmung aufgenommen wird) gebildet wird, bezeichnet man diesen Prozess als »aerobe Respiration«. Wenn kein Sauerstoff benötigt wird, heißt der Prozess »Gärung« oder auch anaerobe Atmung (wenn Sauerstoff durch einen anderen Akzeptor der Elektronentransportkette ersetzt wird). Für Einzelheiten zur Respiration und Gärung blättern Sie zu Kapitel 2.
Selektive Permeabilität: Die Zellmembran (auch Plasmamembran genannt, siehe Abbildung 3.1) ist wählerisch, was die Stoffe betrifft, die durch sie in die Zelle hinein oder hinaus gelangen dürfen. Die Zelle ist keine vollkommen abgeschlossene Welt; wenn dies so wäre, könnten Nährstoffe und Sauerstoff nicht aufgenommen werden. Dennoch ist die Zellmembran auch nicht wahllos für alle möglichen Stoffe durchlässig, denn sonst könnten Gift- und Abfallstoffe ungehindert in die Zelle eindringen und sie leicht schädigen. Stattdessen lässt die Zellmembran bestimmte Stoffe in die Zelle hinein und hindert andere am »Eintreten«, so wie eine Art Türsteher. Diese Fähigkeit wird als »selektive Permeabilität« bezeichnet.Das »Flüssig-Mosaik-Modell«, das den Stofftransport durch die biologische Membran darstellt (siehe Abbildung 3.2), wird gewöhnlich benutzt, um den Transport von Molekülen durch die Zellmembran zu beschreiben. In diesem Modell beschreibt das Wort »fluid« (= Flüssigkeit) die Flexibilität der Membran, während das Wort »mosaic« darauf hinweist, dass die Membran von vielen großen Proteinen und anderen Stoffen durchsetzt. Die beiden Schichten einer Zellmembran bestehen aus Lipiden (Fetten); daher wird sie auch als »Phospholipid-Doppelschicht« bezeichnet. Die Außenseiten beider Einzelschichten bestehen aus wasserliebenden (hydrophilen) Molekül-Köpfchen. Zwischen den beiden Schichten liegen Wasser abstoßende (hydrophobe) Molekül-Schwänze. Das Zytoplasma ist wässrig, so wie die Matrix – die Grundsubstanz, in der jede Zelle liegt. Aus diesem Grund ordnen sich die Moleküle der Membran so an, dass die hydrophilen Schichten in Kontakt mit dem wässrigen Zytoplasma und der Matrix stehen und die hydrophoben Schwänze schützend in die Mitte nehmen, sodass diese sich nicht mit dem »großen, bösen Wasser« auseinandersetzen müssen.Abbildung 3.2: Das »Flüssig-Mosaik-Modell« für den Stofftransport durch die Zellmembran
Der Zellzyklus: Eine Zelle durchläuft Stadien des Wachstums und der Ruhe, die wenn sie sich wiederholen, als »Zellzyklus« bezeichnet werden. Könnten sich Zellen nicht reproduzieren, würde der Organismus, den sie bilden, eventuell bald sterben (siehe Kapitel 2 für mehr Details zum Zellzyklus).
Gene und Proteine: Der Kern jeder Zelle beinhaltet einen kompletten Satz Ihrer Gene, die entlang der DNA-Stränge Ihrer Chromosomen angeordnet sind. Sobald eine Zelle ein Produkt für einen der vielen Körperprozesse herstellen muss, wird ein Teil des genetischen Materials abgelesen, kopiert und übersetzt. Bei diesem Ablauf entstehen Aminosäuren, die an den Ribosomen zu Proteinen zusammengefügt werden. Ihre Zellen bilden ständig verschiedene Proteine für die unterschiedlichsten Zwecke. Proteine müssen aber nicht nur gebildet, sondern auch aus der Zelle hinaus befördert werden. Alle Prozesse, die an der DNA-Verdoppelung und Proteinbildung beteiligt sind, finden Sie in Kapitel 2 näher beschrieben.
Autodigestion (Selbstverdauung): Alte, funktionsuntüchtige Zellbestandteile müssen entfernt werden, sonst droht der Zelle eine mögliche Belastung mit Giftstoffen oder großer Energieverlust. Lysosomen sind Zellorganellen, die die dreckige Arbeit der »Haussäuberung« übernehmen. Wenn beispielsweise Mitochondrien ihre energie-generierende Funktion nicht mehr erfüllen können, entlassen die Lysosomen gewisse Enzyme, die diese altersschwachen Mitochondrien endgültig zerstören.Da eine Substanz in der Zelle (lysosomale Enzyme) eine andere Substanz (wie das zum Beispiel alte Mitochondrium) mittels eines Verdauungsprozesses vernichtet, wird diese Reaktion auch »Autodigestion« oder »Selbstverdauung« genannt. Überschüssige Moleküle werden auf diesem Wege verarbeitet, sodass sie später an irgendeinem anderen Ort in einer Zelle wiederverwendet werden können. (Mutter Natur hasst jede Form von Verschwendung.) Danach werden alle übrigen, nicht verwertbaren Abfallstoffe aus der Zelle geschleust. Diese »Müllabfuhr«, die Abfälle nicht nur aus einer Zelle, sondern auch aus dem ganzen Körper entfernt, bezeichnet man als »Exkretion«.
Zellmembrantransport: Substanzen wie Hormone (Kapitel 8) werden zwar in einer Zelle produziert, führen ihre eigentliche Funktion jedoch in einer ganz anderen Zelle aus. Hormone reisen mit dem Blut, um ihre Zielzellen zu erreichen; dort angekommen müssen sie in die Zelle eindringen, um ihren Job zu erledigen. Andere Substanzen (zum Beispiel Nährstoffe und Sauerstoff) müssen auch die Zellmembran passieren können; manchmal werden diese Substanzen transportiert, manchmal wandern sie ganz auf sich allein gestellt durch die Membran.Einige Substanzen können die Zellmembran durch Kanäle passieren. Besondere Proteine formen Poren in der Membran. Wenn eine Substanz versucht, ins Zellinnere zu gelangen, und zu einem bestimmten Protein (genannt Rezeptormolekül) passt, wird ihr der Eintritt gewährt. Das ist ein Schlüssel-Schloss-Prinzip: Wenn das Muster des Schlüssels dem Schloss entspricht, lässt sich die Tür öffnen; falls nicht, muss man draußen bleiben und so lange suchen, bis man das richtige Schloss zum Schlüssel gefunden hat. Das Rezeptormolekül bewirkt, dass nur die richtige, »autorisierte« Substanz Zugang erhält.Bewegung durch eine Zelle kann aktiv erfolgen, also Energie erfordern, oder passiv sein, wobei die Bedingungen inner- und außerhalb der Zelle entscheidend sind. Die Unterschiede zwischen diesen Membran-Transportarten kann man in Analogie zu einer Tür stellen, die entweder von einem Wächter offengehalten wird (aktiver Transport) oder automatisch aufschwingt, sobald jemand erscheint (passiver Transport), sodass man selbstständig und ohne Hilfe hindurchgehen kann.Einige Stoffe brauchen den aktiven Transport mit Unterstützung sogenannter Carrier-Proteine – Moleküle, die eingebettet in die Zellmembran als Pforten dienen. Der zu transportierende Stoff muss Energie abgeben, um sich an die Carrier-Proteine koppeln zu