Struktur des Cytoplasmas und seine Matrix
Global wird das Zellvolumen durch mehrere Komponenten gebildet: die Plasmamembran, die Grundsubstanz, Organellen und Einschlüsse.
Die cytoplasmatische Matrix (auch Hyaloplasma oder Cytosol genannt) stellt eine farblose kolloidale Lösung dar. Dies ist nicht einfach nur „Wasser“, sondern ein komplexes, dynamisches Milieu, das mit Enzymsystemen angereichert ist.
Chemische Zusammensetzung des Hyaloplasmas:
- Wasser: macht etwa 90 % des Gesamtvolumens aus.
- Organische Verbindungen: Proteine, freie Aminosäuren, Nucleotide und Fettsäuren.
- Anorganische Komponenten: Ionen verschiedener Salze.
Die physikalische Haupteigenschaft des Cytosols ist seine Fähigkeit, seinen Zustand zu verändern. Es kann in Form eines Sols (flüssigere Form) vorliegen oder in ein Gel (dichter, viskoser Zustand) übergehen. Dadurch wird ein optimales Milieu für Stoffwechselprozesse und enzymatische Reaktionen gewährleistet.
Besonderheiten der Organellen bei verschiedenen Organismen
Organellen sind konstante, spezialisierte Strukturen des Cytoplasmas. Ihr Inventar unterscheidet sich je nach Typ der Zellorganisation grundlegend.
Prokaryoten (Vorkerne):
- Entbehren jeglicher membranbegrenzter Organellen vollständig.
- Ihre Funktionen werden teilweise von Mesosomen übernommen — spezifischen Einstülpungen des Plasmalemms, die am Stoffwechsel und am Prozess der Zellteilung beteiligt sind.
- Enthalten eine enorme Menge an kleinen Ribosomen (Typ 70S), die gleichmäßig im gesamten Cytosol verteilt sind. Auf sie können bis zu 40 % der Gesamtzellmasse entfallen.
Eukaryoten (Echte Kerne):
- Verfügen über ein komplexes und ausgeprägtes System von Membranstrukturen: das endoplasmatische Retikulum (ER), den Golgi-Apparat, Lysosomen, Mitochondrien und (bei Pflanzen) Plastiden.
- Das Centrosom (Zellzentrum) ist nicht membranbegrenzt vorhanden.
- Die cytoplasmatischen Hauptribosomen sind groß (80S-Typ). Sie können frei im Hyaloplasma schwimmen oder sich an die Membranen des ER anheften. Interessanterweise befinden sich innerhalb der doppelmembranigen Organellen (Mitochondrien und Plastiden) eigene, kleinere Ribosomen des 70S-Typs, die den prokaryotischen ähneln.
Klassifikation der Organellen
Zur Systematisierung des Wissens werden alle Zellorganellen nach zwei Hauptkriterien in Gruppen eingeteilt: nach ihren Funktionen (Zweck) und nach ihren Struktureigenarten.
1. Nach Zweck:
- Allgemeine Organellen. Kommen in praktisch allen Zellen vor, da sie die grundlegenden Lebensprozesse sichern. Dazu gehören Mitochondrien, das ER, der Golgi-Apparat, Lysosomen, Ribosomen, das Zellzentrum und Plastiden.
- Spezielle Organellen. Bilden sich nur in hochspezialisierten Geweben zur Erfüllung spezifischer Aufgaben heraus. Beispiele: Myofibrillen (Kontraktion von Muskelzellen), Neurofibrillen (Stütz- und Transportfunktion in Nervenzellen) sowie Bewegungsorganellen — Cilien und Flagellen.
2. Nach Struktur:
- Nicht-membranöse Organellen (haben keine Lipidhülle).
- Membranöse Organellen. Werden ihrerseits in einmembranige und doppelmembranige Strukturen unterteilt.
Kurz gefasst: Antworten auf Fragen zum Thema
Welche Organellen gehören zu den einmembranigen Organellen?
Zu den einmembranigen Organellen gehören die Strukturen des vakuolären Systems und verschiedene Mikrobody-Strukturen.
- Endoplasmatisches Retikulum (ER) — eine Gesamtheit von Zisternen und Tubuli (glatt und rauh).
- Golgi-Apparat — Stapel flacher Zisternen mit Vesikeln.
- Endosomen und Lysosomen — Vesikel mit hydrolytischen Enzymen.
- Mikrokörperchen (Microbodies) — Peroxisomen, Glyoxisomen und Glykosomen.
- Vakuolen — Hohlräume, die bei Pflanzen mit Zellsaft gefüllt sind.
Welche Zellorganellen sind doppelmembranig?
Zu den doppelmembranigen Zellorganellen gehören Mitochondrien und Plastiden.
- Mitochondrien — eigenständige Strukturen, die zwei Membranen besitzen, wobei die innere Einstülpungen — Cristae — bildet.
- Plastiden — doppelmembranige Organellen, die für Pflanzenzellen charakteristisch sind und eigene Ribosomen vom 70S-Typ enthalten.
Welche Zellstrukturen gehören zu den nicht-membranösen Organellen?
Zu den nicht-membranösen Organellen gehören granuläre und fibrilläre Strukturen sowie Derivate von fibrillären Strukturen.
- Ribosomen — Ribonukleoproteinkomplexe aus zwei Untereinheiten; bestehen aus rRNA und Protein.
- Fibrilläre Organellen des Cytoskeletts — Mikrofilamente (Actin), Intermediärfilamente und Mikrotubuli (Tubulin).
- Kontraktile Strukturen — Myofibrillen und Myofilamente.
- Zentriolen und Zellzentrum — Zentriolen sind hohle Zylinder aus Mikrotubuli; ein Paar von Zentriolen (Diplosom) bildet das Zellzentrum.
- Derivate fibrillärer Strukturen — das Gerüst von Mikrovilli und das Axonem als axiale Struktur von Cilien und Flagellen.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Worin besteht der Unterschied zwischen Zytoplasma und Hyaloplasma?
Das Cytoplasma ist ein weiter Begriff, der das gesamte innere Milieu der Zelle samt Organellen umfasst. Das Hyaloplasma (Cytosol) ist hingegen nur die flüssige Grundsubstanz, in der sich diese Organellen befinden.
Haben Bakterien einen Golgi-Apparat und Mitochondrien?
Nein, Bakterien gehören zu den Prokaryoten, bei denen membranöse Organellen vollständig fehlen. Einige ihrer Funktionen werden durch Mesosomen kompensiert.
Worin unterscheiden sich eukaryotische und prokaryotische Ribosomen?
Bei Eukaryoten befinden sich große Ribosomen des 80S-Typs im Cytoplasma, während bei Prokaryoten kleine Ribosomen des 70S-Typs vorkommen. Allerdings enthalten Mitochondrien und Plastiden von Eukaryoten ebenfalls 70S-Ribosomen.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Aufbau und Funktionen des endoplasmatischen Retikulums (ER)
- Morphologie des Golgi-Apparats und seine Verbindung zu Lysosomen
- Doppelmembranige Organellen: Mitochondrien und Plastiden
- Das Zellzentrum und seine Rolle bei der Zellteilung
- Cytoplasmatische Einschlüsse: Klassifikation und Bedeutung
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