Quelltext der Seite Zelle (Biologie)

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[[Datei:Systematik der Zellen.jpg|mini|Zellen: Systematik]]

Eine '''Zelle''' ({{laS|cellula|de=Kämmerchen, Zelle}}) ist die kleinste lebende Einheit aller Organismen. Man unterscheidet ''[[Einzeller]]'', also Lebewesen, die nur aus einer Zelle bestehen, und ''Mehrzeller'', also Lebewesen, die aus mehr als nur einer Zelle bestehen. Besteht das Lebewesen aus vielen Zellen (''[[Vielzeller]]''), können Zellen zu funktionellen Einheiten verbunden sein und dadurch [[Gewebe (Biologie)|Gewebe]] bilden. Der menschliche Körper besteht aus mehreren hundert verschiedenen Zell- und Gewebetypen. Evolutionsbiologisch betrachtet und im Vergleich zu Einzellern haben die Zellen von Vielzellern größtenteils ihre Fähigkeit, für sich allein leben zu können, verloren und haben sich auf eine [[Arbeitsteilung]] in Geweben spezialisiert.

Die Wissenschaft und Lehre von den Zellen der Lebewesen ist die [[Zellbiologie|Zytologie]] ({{grcS|κύτος|kytos|de=Zelle}}).

== Grundlagen ==
Jede Zelle ist ein strukturell abgrenzbares, eigenständiges und selbsterhaltendes System. Sie ist in der Lage, Nährstoffe aufzunehmen und die darin gebundene Energie durch [[Stoffwechsel]] für sich nutzbar zu machen. Neue Zellen entstehen durch [[Zellteilung]]. Die Zelle enthält die Informationen für all diese Funktionen bzw. Aktivitäten. Zellen haben grundlegende Fähigkeiten, die als Merkmale des [[Leben]]s bezeichnet werden, wobei nicht jede Zelle alle diese Eigenschaften haben muss:
* Vermehrung durch [[Zellteilung]]
* [[Stoff- und Energiewechsel]] (Nahrungsaufnahme, Aufbau von Zellstrukturen oder [[Zellatmung|Energieumsatz]])
* Reaktion auf Reize (externe oder interne Reize, auf [[abiotisch]]e Faktoren wie Temperatur oder Nahrungsangebot, auf [[biotisch]]e Faktoren wie Fressfeinde und viele andere)
* Möglichkeit der Bewegung (zum Beispiel durch [[Flagelle]]n, auch in der Zelle bewegen sich [[Protein]]e und [[Vesikel (Biologie)|Vesikel]])
* Merkmal der Strukturiertheit ([[Morphologie (Biologie)|morphologisch]] und dynamisch)
* [[Zellwachstum|Wachstum]] und Entwicklung
* [[Nekrose]]

Im Laufe der Evolution haben sich zwei Gruppen von Lebewesen gebildet, die sich durch die Struktur ihrer Zellen stark unterscheiden: zum einen die [[Prokaryoten]], die aus einfach gebauten Zellen ohne [[Zellkern]] bestehen, und zum anderen die [[Eukaryoten]], die aus Zellen bestehen, die wesentlich komplizierter strukturiert sind und einen Zellkern besitzen. Prokaryoten und Eukaryoten können sowohl als Einzeller als auch als Mehrzeller auftreten. Bei den Mehrzellern bilden Zellen sogenannte Zweckverbände. Meist teilen sie sich Funktionen und sind oft einzeln nicht mehr lebensfähig. Durch die [[Spezialisierung]] in Vielzellern sind die oben beschriebenen Fähigkeiten eingeschränkt.

Die Größe von Zellen variiert stark. Normalerweise haben sie einen Durchmesser zwischen 1 und 30 Mikrometer; Eizellen höherer Tiere sind oft deutlich größer als die übrigen Zellen. Beispielsweise hat die [[Eizelle]] eines [[Afrikanischer Strauß|Straußes]] einen Durchmesser von über 70&nbsp;mm. Die [[Eizelle#Menschen|Eizelle des Menschen]] hat einen Durchmesser von 0,15&nbsp;mm; sie ist seine größte Zelle und die einzige, die mit bloßem Auge erkennbar ist.

=== Die prokaryotische Zelle ===
{{Hauptartikel|Protocyte|Prokaryoten}}
[[Datei:Bacterium-schema-de.svg|mini|Schema einer prokaryotischen Zelle (Bakterium)]]
Prokaryotische Zellen besitzen keinen echten Zellkern wie die eukaryotischen Zellen und haben eine einfachere innere Organisation als eukaryotische Zellen. Man bezeichnet sie auch als ''Procyten'' oder ''Protocyten''. Lebewesen mit prokaryotischen Zellen nennt man ''Prokaryoten''. Zu ihnen gehören die [[Bakterien]] und die [[Archaeen]]. Sie treten meist als einzellige Organismen auf.

Prokaryotische Zellen kann man im Allgemeinen durch folgende Merkmale von eukaryotischen Zellen unterscheiden:
* Sie haben eine einfachere Struktur und bilden seltener [[Zellkompartimente|Kompartimente]].
* Die [[#Das genetische Material|DNA]] liegt frei im Cytoplasma vor und ist nicht durch [[Histone]] (spezielle Proteine) stabilisiert, ist also nicht in einem echten [[Chromosom]] organisiert. Sie ist auf engem Raum angeordnet und wird als [[Nucleoid]] bezeichnet.
* Das Genom besteht meist nur aus einem einzelnen DNA-Molekül, welches als „[[Bakterienchromosom]]“ bezeichnet wird. Oft ist dieses DNA-Molekül in sich geschlossen.
* Die Zellhüllen sind häufig komplex aufgebaut, teilweise sogar mit zwei Membranen.
* Die [[Ribosom]]en sind immer kleiner ([[Sedimentationskoeffizient]] 70&nbsp;S) als in eukaryotischen Zellen (80&nbsp;S).

Prokaryoten zeichnen sich durch ein weites Spektrum physiologischer und ökologischer Typen aus. Einige sind auch unter extremen Bedingungen lebensfähig (Temperaturbereich bis über 100&nbsp;°C); oxisches oder anoxisches Milieu; saures Milieu (pH-Wert 1–4); hohe hydrostatische Drücke (1000 bar). Viele leben parasitär, symbiotisch oder [[saprovor]], einige sind pathogen (krankheitserregend). Häufig enthalten sie [[Plasmid]]e (extrachromosomale, in sich geschlossene oder lineare DNA-Elemente). Weiterhin besitzen Prokaryoten nur beschränkt die Fähigkeit, sich zu differenzieren, zum Beispiel bei der [[Sporulation|Sporenbildung]] (unter anderem Endosporenbildung bei ''[[Bacillus subtilis]]'').

=== Die eukaryotische Zelle ===
{{Hauptartikel|Eucyte|Eukaryoten}}
[[Datei:Biological cell.svg|mini|'''Organisation einer typischen eukaryotischen Tierzelle:'''<br />
1. [[Nucleolus]] (Kernkörperchen)<br />
2. [[Zellkern]] (Nukleus)<br />
3. [[Ribosom]]en<br />
4. [[Vesikel (Biologie)|Vesikel]]<br />
5. [[Endoplasmatisches Retikulum#Raues ER (granuläres ER)|Raues (Granuläres) ER]] (Ergastoplasma)<br />
6. [[Golgi-Apparat]]<br />
7. [[Mikrotubulus|Mikrotubuli]]<br />
8. [[Endoplasmatisches Retikulum#Glattes ER (agranuläres ER)|Glattes (Agranuläres) ER]]<br />
9. [[Mitochondrium|Mitochondrien]]<br />
10. [[Lysosom]]<br />
11. [[Cytoplasma]]<br />
12. [[Peroxisom]]en<br />
13. [[Zentriol]]en]]

Eukaryotische Zellen werden auch als ''Eucyten'' bezeichnet. Der wesentliche Unterschied zu prokaryotischen Zellen ([[Protocyte|Procyten]]) ist die Existenz eines [[Zellkern]]s mit einer [[Kernhülle]] um die in [[Chromosom]]en organisierte [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]]. Die Kernhülle besteht aus zwei [[Biomembran|Membran]]&shy;lagen mit Zwischenraum, einer sog. [[Doppelmembran]], und ist typischerweise etwa 15&nbsp;Nanometer dick. Eukaryotische Zellen sind wesentlich [[Differenzierung (Biologie)|differenzierter]] als prokaryotische. Ihre Vielzahl resultiert aus den sehr verschiedenen Funktionen, die sie zu erfüllen haben. – Die mittlere Zellmasse von Eucyten beträgt etwa 2,5&nbsp;Nanogramm. Ihre Länge reicht von einigen Mikrometern bis hin zu mehreren Zentimetern bei Myozyten ([[Muskelfaser]]zellen).

Eine Sonderstellung unter den Eucyten nehmen die [[Nervenzelle]]n (Neuronen) ein. Diese reichen vom [[Rückenmark]] bis hinein in die [[Peripherie#Physiologie|peripheren]] [[Extremität]]en.

==== Unterschiede zwischen pflanzlichen, tierischen und Pilz-Zellen ====
Zellen von [[Tier]]en, [[Pflanzen]] und [[Pilze]]n gehören zu den eukaryotischen Zellen, aber es gibt einige Unterschiede in ihrer Struktur. Die folgende Tabelle listet charakteristische Unterschiede auf:
{| class="wikitable"
|-
! Eigenschaft !! pflanzliche Zellen !! tierische Zellen !! Pilz-Zellen
|-
! [[Zellwand]], Hauptbestandteile
| immer vorhanden, mit [[Cellulose]], in [[Weichholz]] auch viel [[Glucomannane|Glucomannan]], oft als Galactoglucomannan || immer ohne Zellwände || regelmäßig vorhanden<ref name="Alexopoulos">C. J. Alexopoulos, C. W. Mims, M. Blackwell: ''Introductory Mycology''. John Wiley and Sons, 1996, ISBN 0-471-52229-5.</ref>, mit [[Chitin]] (Zellwände können jedoch zwischen Zellen entfallen)
|-
! [[Plastid]]en
| immer vorhanden, meist als (grüne) [[Chloroplast]]en || nie vorhanden || nie vorhanden<ref>{{Internetquelle |url=https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/plastiden/52213 |titel=Plastiden – Lexikon der Biologie |zugriff=2016-11-19}}</ref>
|-
! [[Vakuole]]n
| immer vorhanden (umgebende Membran: [[Tonoplast]]) || meist nicht vorhanden (aber charakteristisch für [[Adipozyt]]en) || immer vorhanden<ref name="Alexopoulos" />
|-
! energiereiches [[Kohlenhydrate|Kohlenhydrat]]-Speichermolekül
| [[Stärke]] || [[Glykogen]]<ref name="Lomako">J. Lomako, W. M. Lomako, W. J. Whelan: ''Glycogenin: the primer for mammalian and yeast glycogen synthesis.'' In: ''Biochim. Biophys. Acta.'' Band 1673, 2004, S. 45–55 (PMID 15238248).</ref>|| Glykogen<ref name="Lomako" />
|-
! Interzellularraum in [[Gewebe (Biologie)|Geweben]]
| Mittellamelle mit Kontaktbereichen ([[Tüpfel]]), kein Kollagen || [[Extrazelluläre Matrix]], immer mit [[Kollagen]] || kein Kollagen
|-
! [[Zellteilung]] (in der Regel Zellmembraneinschnürung, auch [[Knospung]] kann vorkommen)
| danach Bildung der Zellwand zwischen den Tochterzellen ||  ||
|-
! Stoffaustausch mit Nachbarzellen
| teilweise über [[Plasmodesmos|Plasmodesmen]], die aus Zellteilungen herrühren || über [[Desmosom]]en oder [[Gap Junction]]s, die nach der vollständigen Zellteilung als Neubildungen entstanden sind || Gap Junctions oder ähnliche Strukturen
|-
! [[Lysosom]]en
| können, müssen aber nicht, enthalten sein || vorhanden, oft in der Rolle einer lytischen Vakuole ||
|-
! Zellkern in der [[Interphase]]
| immer singulär vorhanden || meistens vorhanden (fehlend z.&nbsp;B. in menschlichen [[Erythrozyt]]en) || meistens vorhanden, kann in Plasmodien oder [[Synzytium|Synzytien]] unauffindbar bzw. mehrfach vorhanden sein (Zusammenschluss mehrerer Nachbarzellen ohne dazwischenliegende Zellwände und Zellmembranen)
|}
<!-- Bitte vervollständigen -->

[[Datei:Plant cell structure svg-de.svg|miniatur|hochkant=1.5|Pflanzliche Zelle]]
'''Besonderheiten pflanzlicher Zellen'''

* Die [[Zellwand]] ist so beschaffen, dass sie der Zelle und damit dem gesamten Pflanzenkörper eine mehr oder weniger feste Form gibt. Sie ist durchlässig für Wasser, gelöste Nährstoffe und Gase. Sie besteht hauptsächlich aus [[Zellulose]]. Bei Zellen mit dicken Zellwänden, durch die dennoch Stoffe transportiert werden, gibt es in den Zellwänden [[Tüpfel]]. Das sind Öffnungen in der Zellwand, durch die benachbarte Zellen – nur durch eine dünne Membran getrennt – untereinander in Kontakt stehen und durch die der Austausch von Stoffen erleichtert wird.
* Die [[Chloroplast]]en enthalten ein komplexes System zur Nutzung der Lichtenergie für die [[Photosynthese]], das unter anderem [[Chlorophyll]] (ein grüner Farbstoff) enthält. Dabei wird die Energie von Licht eingefangen (absorbiert), in chemische Energie in Form von Traubenzucker ([[Glucose]]) umgewandelt und in Form von [[Stärke]] gespeichert.
* Die [[Vakuole]]n sind Räume im Cytoplasma, die mit Zellsaft gefüllt sind. In diesem können Farbstoffe (zum Beispiel [[Flavone]]), Giftstoffe (zum Beispiel [[Coffein]]), Duftstoffe und anderes enthalten sein.
* Der [[Tonoplast]] ist die selektivpermeable Membran, welche die Vakuole gegen das Plasma abgrenzt.
Eine interaktive Graphik einer Pflanzenzelle findet sich bei SwiiBioPics.<ref>[[Schweizer Institut für Bioinformatik|SIB]]: [https://www.swissbiopics.org/name/Plant_cell Plant cell] – Pflanzenzelle, Interaktive Graphik von SwissBioPics</ref>

== Struktur der Zelle ==
Jede Zelle, ob prokaryotisch oder eukaryotisch, besitzt eine [[Zellmembran]]. Diese Zellmembran grenzt die Zelle von ihrer Umgebung ab und kontrolliert, was in die Zelle [[Membrantransport|aufgenommen]] wird und was heraustransportiert wird. Auf jeder Seite der Zellmembran befinden sich [[Ion]]en in unterschiedlichen Konzentrationen. Die Zellmembran hält diesen Konzentrationsunterschied aufrecht, wodurch ein chemisches Potential entsteht. Das durch die Zellmembran umschlossene Medium ist das [[Cytoplasma]]. Alle teilungsfähigen <!-- nicht ALLE Zellen besitzen DNA, z.&nbsp;B. menschliche Erythrozyten -->Zellen besitzen DNA, in der die [[Genom|Erbinformationen]] gespeichert sind, sowie [[Protein]]e, die als [[Enzym]]e Reaktionen in der Zelle [[Katalyse|katalysieren]] oder [[Strukturprotein|Strukturen]] in der Zelle bilden, und [[Ribonukleinsäure|RNA]], die vor allem zum Aufbau der Proteine notwendig ist. Im Folgenden sind wichtige Zellkomponenten aufgelistet und kurz beschrieben:

=== Zellmembran – die schützende Hülle ===
{{Hauptartikel|Zellmembran}}

Jede Zelle ist von einer Zellmembran (auch Plasmamembran oder manchmal [[Pellicula]] genannt) umschlossen. Diese [[Membran]] trennt die Zelle von der Umgebung ab und schützt sie auch. Ihre Dicke beträgt etwa 4 bis 5&nbsp;[[Nanometer]]. Sie besteht hauptsächlich aus einer [[Doppellipidschicht]] und zahlreichen Proteinen, die verschiedene Funktionen erfüllen, darunter den Austausch von bestimmten Ionen (siehe [[Ionenkanal]]) und Molekülen zwischen der Zelle und ihrer Umgebung (siehe [[Membrantransport]]) und die Erkennung von Signalmolekülen (siehe [[Rezeptor (Biochemie)]]). 

=== Zellkortex ===
Als Zellkortex (auch Zellcortex, syn. Actin-Kortex oder Actomyosin-Kortex) wird die Cytoplasmaschicht bezeichnet, die direkt an der Innenseite der Zellmembran liegt. Es handelt sich um eine spezielle Schicht zytoplasmatischer Proteine reich an Cytoskelettelementen.<ref>Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter; Jochen Graw (Hrsg.): ''Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie.'' Wiley-VCH, 4. Auflage 2012, ISBN 978-3-527-32824-6; S.&nbsp;405.</ref><ref>[https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/zellcortex/71555 Zellcortex], auf: Spektrum Lexikon der Biologie.</ref>

=== Zellskelett – das Gerüst der Zelle ===
{{Hauptartikel|Zytoskelett}}

Das Zellskelett gibt der Zelle ihre Form und ihre mechanische Stabilität. Darüber hinaus erfüllt das Zellskelett noch weitere Funktionen. Es ist verantwortlich für aktive Bewegungen der Zelle als Ganzes sowie für Bewegungen und Transporte innerhalb der Zelle. Es spielt zudem eine wichtige Rolle bei der Zellteilung und der Rezeption äußerer Reize und deren Weitervermittlung in die Zelle hinein.

Bei eukaryotischen Zellen besteht das Zellskelett hauptsächlich aus drei Arten verschiedener Proteinfilamente: [[Mikrofilamente]] (Aktinfilamente), [[Mikrotubulus|Mikrotubuli]] und [[Intermediärfilamente]].

Die Existenz der drei Zytoskelettelemente als Grundausstattung jeder Zelle wurde in den 1960er Jahren unter Einsatz der [[Elektronenmikroskop]]ie und neuartigen Fixier- (Glutaraldehydfixierung) und Detektionsverfahren (Aktindekoration durch Myosinkopfgruppen) erkannt und geht auf bahnbrechende Arbeiten von Sabatini und Ishikawa zurück.<ref>Sabatini et al., 1963 J. Cell Biol.</ref><ref>Ishikawa et al., 1968 J. Cell Biol.</ref>

=== Das genetische Material ===
{{Hauptartikel|Desoxyribonukleinsäure|Ribonukleinsäure}}

In der Zelle existieren zwei Arten genetischen Materials: die Desoxyribonukleinsäuren (DNA) und die Ribonukleinsäuren (RNA). Organismen nutzen DNA um Informationen über einen längeren Zeitraum zu speichern. Die RNA wird häufig zum Transport der Informationen (zum Beispiel [[mRNA]]) und für enzymähnliche Reaktionen (zum Beispiel [[rRNA]]) verwendet.

Bei Prokaryoten liegt die DNA in einfacher, in sich geschlossener („circulärer“) Form vor. Diese Struktur nennt man [[Bakterienchromosom]], obwohl sie sich von Chromosomen der eukaryotischen Zellen beträchtlich unterscheidet. In eukaryotischen Zellen ist die DNA an verschiedenen Orten verteilt: im Zellkern und in den [[Mitochondrium|Mitochondrien]] und [[Plastid]]en, Zellorganellen mit doppelter Membran. In den Mitochondrien und den Plastiden liegt die DNA wie in Prokaryoten „circulär“ vor. Die DNA im Zellkern ist linear in sogenannten [[Chromosom]]en organisiert. Die Anzahl der Chromosomen variiert von [[Art (Biologie)|Art]] zu Art. Die menschliche Zelle besitzt 46 Chromosomen.

=== Ribosomen – Die Proteinfabriken ===
{{Hauptartikel|Ribosom}}

Die Ribosomen sind aus RNA und Proteinen bestehende Komplexe in Pro- und Eukaryoten. Sie sind für die Synthese von Proteinen aus [[Aminosäure]]n verantwortlich. Die mRNA dient als Information für Art und Reihenfolge der Aminosäuren in den Proteinen. Die [[Proteinbiosynthese]] ist sehr wichtig für alle Zellen, weshalb die Ribosomen in vielfacher Zahl in den Zellen vorliegen, zum Teil hunderte bis tausende von Ribosomen pro Zelle. Ihr Durchmesser beträgt 18 bis 20&nbsp;nm.

=== Zentriolen ===
{{Hauptartikel|Zentriolen}}

Zentriolen sind zylinderförmige Strukturen im Ausmaß von etwa 170 × 500 Nanometern. Sie sind an der Bildung des MTOC (Mikrotubuli-organizing centers) beteiligt, das während der [[Mitose]] den Spindelapparat zur Trennung der Chromosomen bildet, aber auch während der Interphase zur Organisation und physikalischen Stabilisierung der Zelle beiträgt. Zentriolen kommen in den meisten tierischen Zellen und den Zellen niederer Pflanzen vor, nicht jedoch bei den höheren Pflanzen (Angiospermen).

=== Die Organellen ===
{{Hauptartikel|Organell}}

Bei mehrzelligen Organismen sind die Zellen meistens zu [[Gewebe (Biologie)|Geweben]] zusammengefasst, die auf bestimmte Funktionen spezialisiert sind. Oft bilden solche Gewebe einen Komplex, den man [[Organ (Biologie)|Organ]] nennt. Beim Menschen ist zum Beispiel die [[Lunge]] für den Gasaustausch von [[Kohlendioxid]] und [[Sauerstoff]] verantwortlich. Ähnliche funktionsbezogene Strukturen gibt es in kleinstem Maßstab auch innerhalb der Zelle. Solche Organellen sind in jeder eukaryotischen Zelle zu finden. Der Aufbau von pflanzlichen und tierischen Zellen unterscheidet sich teilweise durch Anzahl und Funktion mancher Organellen. Im Folgenden werden wichtige Organellen aufgeführt.

==== Zellkern – die Steuerzentrale der Zelle ====
{{Hauptartikel|Zellkern}}

Der Zellkern bildet die Steuerzentrale der eukaryotischen Zelle: er enthält die [[chromosom]]ale DNA und somit die Mehrzahl der [[Gen]]e. Bei Säugerzellen hat er einen Durchmesser um 6&nbsp;[[µm]]. Durch die [[Kernhülle]], eine doppelte [[Biomembran|Membran]] mit Zwischenraum, Gesamtdicke etwa 35&nbsp;nm, wird der Kern vom [[Cytoplasma]] abgegrenzt. Sie wird von [[Kernpore]]n durchbrochen, wodurch ein Austausch von Molekülen zwischen der Substanz des Kerninneren, dem sogenannten [[Karyoplasma]], und dem Cytoplasma möglich ist. Die äußere Membran der Kernhülle steht mit dem [[Endoplasmatisches Retikulum|Endoplasmatischen Retikulum]] in Verbindung. Im Zellkern findet die Synthese der RNA ([[Transkription (Biologie)|Transkription]]) statt. Jene RNA-Arten, die für die Proteinsynthese ([[Translation (Biologie)|Translation]]) benötigt werden, werden aus dem Zellkern durch die Kernporen ins Cytoplasma transportiert. [[Lichtmikroskop]]isch ist im Kern eine globuläre Struktur mit einem Durchmesser von etwa 2 bis 5&nbsp;µm zu erkennen, die man Kernkörperchen oder [[Nukleolus]] nennt. Die DNA in diesem Bereich des Kerns enthält die Baupläne für die [[ribosomale RNA]], also für die katalytische RNA der Ribosomen.

==== Mitochondrien – die Kraftwerke ====
{{Hauptartikel|Mitochondrium}}

Die Mitochondrien gehören zu den selbstvermehrenden Organellen und sind nur in Eukaryoten-Zellen enthalten, und zwar in unterschiedlicher Anzahl. Sie enthalten ein eigenes Genom, das viele, aber nicht alle der für die Mitochondrien wichtigen Gene enthält. Die anderen Gene befinden sich in den Chromosomen im Zellkern. Deshalb sind die Mitochondrien semiautonom. Mitochondrien werden als „[[Mitochondrium|Energiekraftwerke]]“ der Zelle bezeichnet. In ihnen findet die [[Oxidation]] organischer Stoffe mit molekularem Sauerstoff statt, wobei Energie freigesetzt und in Form von chemischer Energie (als [[Adenosintriphosphat|ATP]]) gespeichert wird. Sie haben einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 1,5&nbsp;µm und sind etwa 0,8 bis 4&nbsp;µm lang.

==== Plastiden ====
{{Hauptartikel|Plastid}}

Plastiden existieren nur in Eukaryoten, die [[Photosynthese]] betreiben, also Pflanzen und Algen. Wie die Mitochondrien besitzen die Plastiden ihr eigenes Genom und sind wie die Mitochondrien selbstvermehrend, also auch semiautonom. Es gibt verschiedene Plastiden, die alle von dem sogenannten „Proplastiden“ abstammen. Sie sind in der Lage, sich in eine andere Plastidenform umzuwandeln. Der [[Chloroplast]] ist der am häufigsten erwähnte. Er dient der Nutzung von Licht zum Aufbau organischer Stoffe (Photosynthese) und enthält alle für die Photosynthese erforderlichen Zellbestandteile, vor allem Membransysteme mit [[Chlorophyll]], [[Akzessorische Pigmente|Hilfsfarbstoffen]], [[Elektron]]en- und [[Wasserstoff]]&shy;überträgern und [[ATP-Synthase]] sowie Enzyme des [[Calvin-Zyklus]] für die CO<sub>2</sub>-Assimilation. Ein anderer Plastid ist zum Beispiel der Amyloplast, der in der Lage ist, [[Stärke]], ein Photosynthese-Endprodukt, zu speichern.

==== Endoplasmatisches Retikulum und Golgi-Apparat ====
{{Hauptartikel|Endoplasmatisches Retikulum|Golgi-Apparat}}

Diese beiden Systeme bestehen aus von Membranen begrenzten Hohlräumen und sind in den meisten Eukaryoten zu finden. Sie sind funktionell eng miteinander verknüpft. Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist das schnelle Transportsystem für chemische Stoffe, weiterhin wird in der Mitose die neue Kernmembran vom ER abgeschnürt. Außerdem ist es für die Translation, Proteinfaltung, posttranslationale Modifikationen von Proteinen und Proteintransport von Bedeutung. Diese Proteine werden anschließend vom Golgi-Apparat „verteilt“. Im Golgi-Apparat werden die Proteine modifiziert, sortiert und an den Bestimmungsort transportiert. Defekte Proteine werden dabei aussortiert und abgebaut.

==== Lysosomen und Peroxisomen – die Verdauungsorganellen der Zelle ====
{{Hauptartikel|Lysosom|Peroxisom}}

Lysosomen sind winzige, von einer Membran umschlossene Zellorganellen in Eukaryoten. Sie enthalten hydrolytische Enzyme und Phosphatasen. Ihre Hauptfunktion besteht darin, mittels der in ihnen enthaltenen Enzyme aufgenommene Fremdstoffe zu verdauen. Bei Pflanzen nehmen Zellsaftvakuolen die Aufgaben der Lysosomen wahr.
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Die Lysosomen enthalten zur intrazellulären Verdauung von Material viele verschiedene hydrolysierende Enzyme, wie Proteasen, Nukleasen und Lipasen. Diese Enzyme dienen der Hydrolyse von Proteinen, Polysacchariden, Lipiden und Nucleinsäuren, also aller wichtigen Gruppen von Makromolekülen. Diese erreichen nur eine hohe Aktivität bei saurem Milieu, bei ungefähr pH 5. Dies dient dem Schutz der Zelle bei einem Aufbruch eines Lysosoms. In einem solchen Fall wären die Enzyme im pH-neutralen Milieu des Cytosol inaktiv. Dies ist ein Beispiel für die Wichtigkeit der Kompartimentierung innerhalb der Zelle. Der niedrige pH-Wert innerhalb der Lysosomen wird durch die Lysosomenmembran aufrecht gehalten. Lysosomen sind von einer Membran mit spezifischer Proteinausstattung umgeben. Lysosomen verdauen zellfremdes aber auch zelleigenes Material. Dies geschieht auch beim programmierten Zelltod.
Lysosomen wirken auf mehrere Weisen an der Verdauung auf Zellebene mit. Ein durch Phagocytose entstandenes Endosomen verschmilzt mit einem primären Lysosom zu einem sekundären Lysosom. Bei Protisten wird dies Nahrungsvakuole genannt. Als Beispiel für eine menschliche Zelle, die hierzu fähig ist, sind die Makrophagen zu nennen.
Verdauung zelleigenen Materials
Die Lysosomen verwerten nicht nur zellfremdes, sondern auch zelleigenes Material. Dies nennt man Autophagie. Hierbei werden Organellen oder Teile des Cytosols durch die Lysosomenenzyme zerlegt und wiederverwertet. Auf diese Weise erneuert sich die Zelle mit Hilfe der Lysosomen selbst. In einer menschlichen Leberzelle werden pro Woche die Hälfte aller Makromoleküle auf diese Weise zerlegt.
Programmierter Zelltod
Auch die Apoptose, der programmierte Zelltod, durch eigene Lysosomenenzyme ist eine wichtige Aufgabe der Lysosomen. Lysosomen bauen zum Beispiel den Schwanz der Kaulquappe oder die Schwimmhäute des menschlichen Embryos ab.
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Peroxisomen (Glyoxisomen im Speichergewebe von Pflanzensamen), auch Microbodies genannt, sind evolutionär sehr alte Zellorganellen in eukaryotischen Zellen. Sie fungieren als Entgiftungsapparate. In den Peroxisomen befinden sich ca. 60 Monooxygenasen und Oxidasen genannte Enzyme, die den oxidativen Abbau von Fettsäuren, Alkohol und anderen schädlichen Verbindungen katalysieren.
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Darüber hinaus katalysieren sie wichtige Schritte bei der Biosynthese von Lipiden der Myelinscheide von Nerven. Es handelt sich bei Peroxisomen um kleine (200 bis 500 nm Durchmesser), mit einer einfachen Membran umhüllte Vesikel, die sich im Cytoplasma einer Zelle befinden. In diesen räumlich abgetrennten Bereichen (Kompartimenten) können, durch die Membran geschützt, Reaktionen ablaufen, die für den Organismus gefährlich wären, würden sie im Cytoplasma erfolgen.
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==== Vakuole – Speicher- und Entgiftungsorgan ====
{{Hauptartikel|Vakuole}}

Vakuolen sind große, von einer Membran umschlossenen Reaktionsräume vorwiegend in Pflanzen, die bis zu 90 % des Zellvolumens einnehmen können, aber zum Beispiel auch im [[Pantoffeltierchen]] (Paramecium) vorkommen können. Sie erfüllen die vielfältigsten Aufgaben, unter anderem Aufrechterhaltung des Zelldrucks ([[Turgor]]), Lager für toxische Stoffe, Farbgebung der Zelle, Verdauung von Makromolekülen und im Falle der [[Kontraktile Vakuole|kontraktilen Vakuole]] der Wasserausscheidung.

== Die Entdeckungsgeschichte der Zelle ==
''Siehe:'' [[Zellbiologie#Geschichte|Geschichte der Zellbiologie]]

== Zellen als Arzneimittel ==
Zellen und Gewebe können auch als [[Arzneimittel für neuartige Therapien]] zur Behandlung von Krankheiten verwendet werden.

== Siehe auch ==
* [[Endosymbiontentheorie]]
* [[Perfusionskultur]]
* [[Protoplastenisolation]]

== Literatur ==
* May-Britt Becker, Armin Zülch, [[Peter Gruss]]: ''Von der undifferenzierten Zelle zum komplexen Organismus: Konzepte der [[Ontogenie]].'' In: ''Biologie in unserer Zeit.'' Bd. 31, Nr. 2, 2001, {{ISSN|0045-205X}}, S. 88–97.
* David S. Goodsell: ''Wie Zellen funktionieren. Wirtschaft und Produktion in der molekularen Welt.'' 2. Auflage. Spektrum, Akademischer Verlag, Heidelberg 2010, ISBN 978-3-8274-2453-2.
* Friedrich Marks: ''Datenverarbeitung durch Proteinnetzwerke: Das Gehirn der Zelle.'' In: ''Biologie in unserer Zeit.'' Bd. 34, Nr. 3, 2004, S. 159–168.
* Sabine Schmitz: ''[[Der Experimentator]]. Zellkultur.'' Elsevier, Spektrum, Akademischer Verlag, München 2007, ISBN 978-3-8274-1564-6.
* Sven P. Thoms: ''Ursprung des Lebens'' (= ''Fischer'' 16128 ''Fischer-kompakt''). Fischer, Frankfurt am Main 2005, ISBN 3-596-16128-2.
* Joachim Ude, Michael Koch: ''Die Zelle. Atlas der Ultrastruktur.'' 3. Auflage. Spektrum, Akademischer Verlag, Heidelberg u. a. 2002, ISBN 3-8274-1173-4.
* Klaus Werner Wolf, Konrad Joachim Böhm: ''Organisation von Mikrotubuli in der Zelle.'' In: ''Biologie in unserer Zeit.'' Bd. 27, Nr. 2, 1997, S. 87–95.
* Gerald Karp: ''Molekulare Zellbiologie.'' 1. dt. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg u.&nbsp;a. 2005 (Inhaltsverzeichnis unter http://www.gbv.de/dms/hebis-mainz/toc/128186429.pdf).

== Weblinks ==
{{Commonscat|Cell biology|Zellbiologie}}
{{Wiktionary|Zelle}}
* [https://www.zytologie-online.net/ Zellaufbau und Zellfunktion] – Grafik zu allen Organellen
* {{Webarchiv|url=http://www.thecell.ch/|wayback=20180324092605|text=Bau und Funktion der Zelle}} – Lernumgebung mit virtuell begehbaren Zellmodellen, Lernvideos und Tests
* {{Webarchiv|url=https://www.uni-mainz.de:80/FB/Medizin/Anatomie/workshop/EM/EMZelle.html|wayback=20160423105026|text=Elektronenmikroskopische Originalabbildungen der Zellorganellen}}
* [https://www.cellsalive.com/ Cells Alive!] – preisgekrönte Seite u.&nbsp;a. mit elektronenmikroskopischen Fotos, Illustrationen, Filmen und interaktiven Animationen (englisch)
* [https://www.wiredhealthresources.net/presentations/701-2/story_content/external_files/Booklet-Inside-the-Cell.pdf Inside the Cell (a science education booklet)]
* [https://www.youtube.com/watch?v=fpHaxzroYxg The Molecular Basis of Life] – Video: Animation zeigt die Funktionsweise der Euxyten au molekularar Ebene

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4067537-3|LCCN=sh/85/021678}}

[[Kategorie:Genetik]]
[[Kategorie:Zellbiologie]]
[[Kategorie:Histologie]]