Die biologisch-naturwissenschaftliche Sichtweise der Zelle
Damit eine Zelle als lebendige Grundeinheit ihre Aufgaben erfüllen kann, benötigt sie eine wässrige Umgebung mit einer ganz bestimmten, optimalen Mischung chemischer Substanzen.
Wasser (H2O) ist eine besondere Verbindung und für das Leben unverzichtbar. Wir Menschen bestehen zu etwa 60–70 Prozent aus Wasser. Es ist essenziell für alle Stoffwechselvorgänge und Funktionen in und um die Zelle, chemische Prozesse würden ohne Wasser nicht funktionieren. »Lebendiges Wasser« – kristallin geclustertes Wasser mit freien H-Ionen – ist im Körper aufgrund seiner freien Bindungsstellen ein richtiggehendes Reinigungsmittel; es hilft, »Gewebeschlacken«, Umwelt- und Stoffwechselgifte auszuscheiden, und dient als Radikalfänger. Eine ausreichende Trinkmenge reinen, unbehandelten Wassers spielt hierbei eine wichtige Rolle. Eine intakte Cluster-Struktur hilft den Zellen bei der Erfüllung ihrer Aufgaben.
Wie bereits erwähnt, benötigen sie darüber hinaus Sauerstoff und Nahrung, aufgespalten in unterschiedliche grundlegende Nährstoffe wie Kohlenhydrate/Zucker, Lipide/Fette und Proteine/Eiweiße. Mithilfe von Mineralstoffen, Spurenelementen, Vitaminen, Enzymen und Botenstoffen ist der Körper in der Lage, all die wichtigen Lebensprozesse zu steuern.
Das Blut spielt dabei die Rolle des Transportmediums, das den Sauerstoff aus der Atmung und die Nährstoffe aus der Nahrung zur Zelle transportiert und die in der Zelle entstehenden Abfallstoffe, Abbauprodukte und Kohlendioxid abtransportiert.
Die Grundfunktionen der menschlichen Zellen sind:
• Energieerzeugung
• Stoffaufnahme und -abgabe
• Teilung und damit Erneuerung und Vermehrung
• Heimat und Schutz der DNA bzw. DNS (Desoxyribonukleinsäure; engl. acid = dt. Säure), der Erbinformation des Menschen
Je nach Gewebeart und Organ haben die Zellen weitere Spezialaufgaben. Nervenzellen übermitteln z.B. elektrische Impulse, Zellen der Netzhaut nehmen optische Reize auf, Zellen im Blut transportieren Sauerstoff zu anderen Zellen usw.
Alle Systeme sind dabei sinnvoll aufeinander abgestimmt, und eine Vielzahl von Regelsystemen greifen ineinander, damit alles reibungslos funktioniert.
Ein erwachsener Mensch besteht aus rund 100 Billionen Zellen. Würden wir alle Zellen, die im Durchschnitt nur 1/40 Millimeter groß sind, hintereinander aufreihen, ergäbe dies eine Wegstrecke von 2,5 Millionen Kilometern. Zusätzlich leben wir in einer Symbiose mit einer Vielzahl von Bakterien, deren Menge bei Weitem die Anzahl unserer eigenen Körperzellen übersteigt. Hier sehen wir, wie wichtig und sinnvoll die Natur die Zusammenarbeit unterschiedlicher Spezies geregelt hat. Ohne die Bakterien wären wir überhaupt nicht in der Lage, so zu leben, wie wir es tun, nehmen sie uns doch eine Menge Arbeit ab. Der Mensch ist im Prinzip ein Ökosystem; es beheimatet viele verschiedene Bakterien mit unterschiedlichen Aufgaben im Gesamtsystem: Sie spalten unverdauliches Essen auf, bauen Gifte und Medikamente ab, trainieren das Immunsystem und produzieren eine Reihe von unverzichtbaren Stoffen.
Fast alle Zellen unseres Körpers unterliegen einem ständigen Erneuerungsprozess, der je nach Funktion und Gewebeart unterschiedlich schnell abläuft. Jede Sekunde sterben ca. 50 Millionen Zellen und werden durch neue ersetzt. Die Zellen unserer Magenschleimhaut werden z.B. ca. 1 Woche alt, Dünndarmzellen 1–2 Tage, die roten Blutkörperchen 120 Tage und Knochenzellen 10–30 Jahre. Während der Embryonalzeit bilden sich die unterschiedlichen Zellarten aus den Stammzellen, differenzieren sich und schließen sich dann zu sinnvollen Zellverbänden zusammen, aus denen die einzelnen Organe entstehen. Damit unsere Organsysteme sinnvoll arbeiten können, ist also eine reibungslose Funktion der einzelnen Zellen erforderlich, wobei die Mitochondrien für die nötige Energie sorgen.
Aufbau einer typischen menschlichen Zelle
Bis auf wenige Ausnahmen bestehen menschliche Zellen aus der Zellmembran und dem Zytoplasma, in dem sich die unterschiedlichen Zellorganellen mit dem Zellkern befinden. Die roten Blutkörperchen, die im Knochenmark gebildet werden, sind kernlos und können sich deshalb auch nicht mehr teilen.
Die Zellmembran bildet die äußere, begrenzende, formgebende Hülle der Zelle, die »Hauswand«. Sie sorgt für einen kontrollierten Stoff- und Gasaustausch zwischen dem Zellinnenraum und der Umgebung. Sie ist nur für bestimmte Stoffe durchlässig und kann über verschiedene Mechanismen steuern, was wann in welcher Menge durchgelassen wird. Diese Fähigkeit wird auch als »Permeabilität« bezeichnet.
Der Grundbaustoff der Zellmembran sind Fette/Lipide. Diese bilden eine flüssige Lipid-Doppelschicht, die wiederum in eine Protein-/Eiweiß-Struktur eingebunden ist. Es handelt sich also um eine Doppelmembran.
Die Zellmembran umschließt das Zytoplasma.
Aufbau der Zelle
Das Zytoplasma ist eine flüssige, gelartige Substanz innerhalb der Zellmembran, die den Hauptbestandteil der Zelle ausmacht. Im Zytoplasma befinden sich das Zytosol, das Zytoskelett, der Zellkern und die Zellorganellen – weitere Funktionseinheiten der Zelle.
Das Zytosol besteht zu 70 Prozent aus Wasser, in dem unterschiedlichste Stoffe wie Ionen, Nährstoffe, Kohlenhydrate, Mineralsalze, Aminosäuren und Enzyme gelöst sind. Hier laufen zahlreiche Stoffwechselreaktionen ab.
Das Zytoskelett sitzt innerhalb des Zytoplasmas und sorgt für die notwendige Stabilität der Zelle und für die intrazellulären Stofftransporte. Es setzt sich aus Mikrotubuli, Aktin- und Intermediärfilamenten zusammen und durchzieht die ganze Zelle in einem dreidimensionalen Netzwerk.
Der Zellkern (Nukleus) wird von der Kernmembran umhüllt und enthält das Chromatingerüst, das die codierte Erbinformation in Form von DNA beinhaltet. Er ist die Steuerzentrale der Zelle.
Der Nukleolus, das Kernkörperchen innerhalb des Zellkerns, besteht vorwiegend aus DNA, RNA (bzw. RNS/Ribonukleinsäuren) und Protein. Die Nukleoli (oder auch Nukleolen) sind für die Produktion der verschiedenen Untereinheiten der Ribosomen zuständig.
Die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, dienen hauptsächlich der Energiegewinnung durch Zellatmung. Daneben besitzen sie weitere Funktionen bei der Bildung von Baumaterial und der Entsorgung von Ammoniak sowie dem programmierten Zelltod (Apoptose). Zusätzlich dienen sie als intrazellulärer Kalziumspeicher. Sie sind wie der Zellkern von einer Doppelmembran umschlossen, besitzen eine eigene DNA und vermehren sich unabhängig von der Mutterzelle.
Das endoplasmatische Retikulum zieht sich als Gangsystem durch die gesamte Zelle und stellt eine Erweiterung der Kernmembran dar. Die Grundsubstanz, das glatte endoplasmatische Retikulum, ist für die Fettsäureproduktion, Speicherung von Kalzium und Entgiftung der Zelle zuständig. Durch Anlagerung von Ribosomen entsteht das raue endoplasmatische Retikulum, zu dessen Aufgaben die Protein-Biosynthese zählt.
Die Ribosomen erfüllen eine der wichtigsten Funktionen der Zelle – die Protein-Biosynthese – und liegen verstärkt auf der Kernmembran und dem rauen endoplasmatischen Retikulum. Hier werden unterschiedliche Aminosäuren zu Proteinen verknüpft. Die Verknüpfungssequenz der Aminosäuren ergibt sich aus dem genetischen Code der menschlichen DNA.
Der Golgi-Apparat stellt den Ort dar, an dem die vom rauen endoplasmatischen Retikulum und den Ribosomen produzierten Proteine und Stoffe gespeichert und modifiziert werden. Im Golgi-Apparat werden zudem Transport-Vesikel (in der Zelle gelegene Bläschen) gebildet (eine Art Schutzhülle um die Proteine und Stoffe) und damit in der Zelle transportiert, verteilt oder ausgeschleust.
Die Lysosomen enthalten Enzyme und bauen damit zelleigene und zellfremde Stoffe ab. Ihr pH-Wert ist extrem sauer (4,5 bis 5).
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