EUKARYONTISCHE ZELLE: EIGENSCHAFTEN, TYPEN, TEILE, STOFFWECHSEL - BIOLOGIE - 2025

Die eukaryotischen Zellen sind Strukturkomponenten einer breiten Reihe von Organismen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Zellen mit einem durch eine Membran begrenzten Kern und einen Satz von Organellen aufweisen.

Zu den bekanntesten Organellen von Eukaryoten gehören die Mitochondrien, die für die Zellatmung und andere mit der Energieerzeugung verbundene Wege verantwortlich sind, sowie Chloroplasten, die in Pflanzen vorkommen und für den Photosynthesevorgang verantwortlich sind.

Tierische eukaryotische Zelle. Quelle: Von Nikol valentina romero ruiz, aus Wikimedia Commons

Darüber hinaus gibt es andere durch Membranen begrenzte Strukturen wie den Golgi-Apparat, das endoplasmatische Retikulum, Vakuolen, Lysosomen und Peroxisomen, die nur bei Eukaryoten vorkommen.

Die Organismen, die Teil von Eukaryoten sind, sind sowohl in ihrer Größe als auch in ihrer Morphologie ziemlich heterogen. Die Gruppe reicht von einzelligen Protozoen und mikroskopisch kleinen Hefen bis zu Pflanzen und Großtieren, die in der Tiefsee leben.

Eukaryoten unterscheiden sich von Prokaryoten hauptsächlich durch das Vorhandensein des Kerns und anderer innerer Organellen sowie durch eine hohe Organisation des genetischen Materials. Man kann sagen, dass Eukaryoten in verschiedenen strukturellen und funktionellen Aspekten viel komplexer sind.

Allgemeine Charakteristiken

Die wichtigsten Merkmale, die eine eukaryotische Zelle definieren, sind: das Vorhandensein eines definierten Kerns mit dem darin enthaltenen genetischen Material (DNA), den subzellulären Organellen, die bestimmte Aufgaben ausführen, und dem Zytoskelett.

Daher haben einige Linien besondere Eigenschaften. Zum Beispiel haben Pflanzen Chloroplasten, eine große Vakuole und eine dicke Zellulosewand. Bei Pilzen ist die Chitinwand charakteristisch. Schließlich haben tierische Zellen Zentriolen.

In ähnlicher Weise gibt es eukaryotische einzellige Organismen in Protisten und Pilzen.

Teile (Organellen)

Eine der charakteristischen Eigenschaften von Eukaryoten ist das Vorhandensein von Organellen oder subzellulären Kompartimenten, die von einer Membran umgeben sind. Zu den auffälligsten gehören:

Ader

Eukaryotische Darstellung menschlicher Zellen. Sie können den Kern sehen

Der Kern ist die auffälligste Struktur in eukaryotischen Zellen. Es wird durch eine doppelt poröse Lipidmembran begrenzt, die den Austausch von Substanzen zwischen dem Zytoplasma und dem Kerninneren ermöglicht.

Es ist die Organelle, die für die Koordination aller zellulären Prozesse verantwortlich ist, da sie alle notwendigen Anweisungen in der DNA enthält, die die Durchführung einer immensen Vielfalt von Prozessen ermöglichen.

Der Kern ist keine perfekt kugelförmige und statische Organelle, in der zufällig DNA verteilt ist. Es ist eine Struktur von exquisiter Komplexität mit verschiedenen Komponenten wie: der Kernhülle, dem Chromatin und dem Nucleolus.

Es gibt auch andere Körper im Kern wie die Cajal-Körper und die PML-Körper (Promyelozyten-Leukämie).

Mitochondrien

Mitochondrien

Mitochondrien sind Organellen, die von einem Doppelmembransystem umgeben sind und sowohl in Pflanzen als auch in Tieren vorkommen. Die Anzahl der Mitochondrien pro Zelle variiert je nach Bedarf: In Zellen mit hohem Energiebedarf ist die Anzahl relativ höher.

Die Stoffwechselwege, die in den Mitochondrien stattfinden, sind: Zitronensäurezyklus, Elektronentransport und oxidative Phosphorylierung, Beta-Oxidation von Fettsäuren und Aminosäureabbau.

Chloroplasten

Chloroplasten

Chloroplasten sind typische Organellen von Pflanzen und Algen, die komplexe Membransysteme aufweisen. Der wichtigste Bestandteil ist Chlorophyll, ein grünes Pigment, das direkt an der Photosynthese beteiligt ist.

Zusätzlich zu den mit der Photosynthese verbundenen Reaktionen können Chloroplasten ATP erzeugen, Aminosäuren und Fettsäuren synthetisieren. Jüngste Studien haben gezeigt, dass dieses Kompartiment mit der Produktion von Substanzen gegen Krankheitserreger zusammenhängt.

Chloroplasten haben wie Mitochondrien ein eigenes genetisches Material in Kreisform. Aus evolutionärer Sicht ist diese Tatsache ein Beweis, der die Theorie des möglichen endosymbiotischen Prozesses stützt, der zu Mitochondrien und Chloroplasten geführt hat.

Endoplasmatisches Retikulum

Endoplasmatisches Retikulum

Das Retikulum ist ein Membransystem, das sich mit dem Kern fortsetzt und sich in Form eines Labyrinths durch die Zelle erstreckt.

Es wird in ein glattes endoplasmatisches Retikulum und ein raues endoplasmatisches Retikulum unterteilt, abhängig vom Vorhandensein von Ribosomen darin. Das raue Retikulum ist in erster Linie für die Proteinsynthese verantwortlich - dank verankerter Ribosomen. Das Glatte seinerseits hängt mit den Stoffwechselwegen der Lipide zusammen

Golgi-Apparat

Es besteht aus einer Reihe abgeflachter Scheiben, die als "Golgianische Zisternen" bezeichnet werden. Es hängt mit der Sekretion und Modifikation von Proteinen zusammen. Es ist auch an der Synthese anderer Biomoleküle wie Lipide und Kohlenhydrate beteiligt.

Eukaryontische Organismen

1980 konnten der Forscher Carl Woese und Mitarbeiter mithilfe molekularer Techniken Beziehungen zwischen Lebewesen herstellen. Durch eine Reihe von bahnbrechenden Experimenten gelang es ihnen, drei Domänen (auch "Superkönigreiche" genannt) zu etablieren, wobei die traditionelle Sichtweise der fünf Königreiche hinter sich gelassen wurde.

Nach Woeses Ergebnissen können wir die lebenden Formen der Erde in drei auffällige Gruppen einteilen: Archaea, Eubacteria und Eukarya.

In der Eukarya-Domäne befinden sich die Organismen, die wir als Eukaryoten kennen. Diese Linie ist sehr unterschiedlich und umfasst eine Reihe von sowohl einzelligen als auch mehrzelligen Organismen.

Einzellig

Einzellige Eukaryoten sind äußerst komplexe Organismen, da sie in einer einzigen Zelle alle typischen Funktionen eines Eukaryoten besitzen müssen. Protozoen werden historisch als Rhizopoden, Ciliaten, Flagellaten und Sporozoen klassifiziert.

Als prominenteste Beispiele haben wir die Euglena: photosynthetische Spezies, die sich durch ein Flagellum bewegen können.

Es gibt auch Flimmer-Eukaryoten wie die berühmte Paramecia der Gattung Paramecium. Diese haben eine typische Pantoffelform und bewegen sich dank zahlreicher Zilien.

In dieser Gruppe gibt es auch pathogene Arten von Menschen und anderen Tieren, wie die Gattung Trypanosoma. Diese Gruppe von Parasiten zeichnet sich durch einen länglichen Körper und ein typisches Flagellum aus. Sie sind die Ursache für die Chagas-Krankheit (Trypanosoma cruzi) und die Schlafkrankheit (Trypanosoma brucei).

Die Gattung Plasmodium ist der Erreger von Malaria oder Malaria beim Menschen. Diese Krankheit kann tödlich sein.

Es gibt auch einzellige Pilze, aber die herausragendsten Eigenschaften dieser Gruppe werden in späteren Abschnitten beschrieben.

Pflanzen

Die große Komplexität der Pflanzen, die wir täglich beobachten, gehört zur eukaryotischen Linie, von Gräsern und Gräsern bis zu komplexen und großen Bäumen.

Die Zellen dieser Individuen zeichnen sich durch eine Zellwand aus Cellulose aus, die der Struktur Steifheit verleiht. Darüber hinaus enthalten sie Chloroplasten, die alle biochemischen Elemente enthalten, die für den Photosynthesevorgang erforderlich sind.

Pflanzen stellen eine sehr unterschiedliche Gruppe von Organismen dar, mit komplexen Lebenszyklen, die sich nur in wenigen Merkmalen zusammenfassen lassen.

Pilze

Der Begriff "Pilz" wird verwendet, um verschiedene Organismen wie Schimmelpilze, Hefen und Individuen zu bezeichnen, die in der Lage sind, Pilze zu produzieren.

Je nach Art können sie sich sexuell oder asexuell vermehren. Sie zeichnen sich hauptsächlich durch die Produktion von Sporen aus: kleine latente Strukturen, die sich bei geeigneten Umgebungsbedingungen entwickeln können.

Sie könnten denken, dass sie Pflanzen ähnlich sind, da beide durch eine sessile Lebensweise gekennzeichnet sind, das heißt, sie bewegen sich nicht. Pilzen fehlen jedoch Chloroplasten und sie verfügen nicht über die für die Photosynthese erforderlichen enzymatischen Mechanismen.

Ihre Art zu füttern ist heterotrophe, wie die der meisten Tiere, daher müssen sie nach einer Energiequelle suchen.

Tiere

Die Tiere stellen eine Gruppe von fast einer Million Arten dar, die korrekt katalogisiert und klassifiziert wurden, obwohl Zoologen schätzen, dass der wahre Wert näher bei 7 oder 8 Millionen liegen könnte. Sie sind so vielfältig wie die oben genannten.

Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie heterotrop sind (sie suchen nach ihrer eigenen Nahrung) und eine bemerkenswerte Mobilität haben, die es ihnen ermöglicht, sich zu bewegen. Für diese Aufgabe verfügen sie über eine Reihe verschiedener Fortbewegungsmechanismen, die es ihnen ermöglichen, sich an Land, zu Wasser und in der Luft zu bewegen.

In Bezug auf ihre Morphologie finden wir unglaublich heterogene Gruppen. Obwohl wir eine Unterteilung in Wirbellose und Wirbeltiere vornehmen könnten, wobei das Merkmal, das sie unterscheidet, das Vorhandensein der Wirbelsäule und des Notochords ist.

Innerhalb der Wirbellosen haben wir Porifere, Nesseltiere, Anneliden, Nematoden, Plattwürmer, Arthropoden, Weichtiere und Stachelhäuter. Zu den Wirbeltieren zählen bekanntere Gruppen wie Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere.

Eukaryontische Zelltypen

Es gibt eine große Vielfalt an eukaryotischen Zellen. Obwohl Sie vielleicht denken, dass die komplexesten in Tieren und Pflanzen zu finden sind, ist dies falsch. Die größte Komplexität wird bei protistischen Organismen beobachtet, bei denen alle für das Leben erforderlichen Elemente in einer einzigen Zelle eingeschlossen sein müssen.

Der Evolutionsweg, der zum Auftreten mehrzelliger Organismen führte, brachte die Notwendigkeit mit sich, Aufgaben innerhalb des Individuums zu verteilen, was als Zelldifferenzierung bekannt ist. Somit ist jede Zelle für eine Reihe begrenzter Aktivitäten verantwortlich und weist eine Morphologie auf, die es ihr ermöglicht, diese auszuführen.

Während des Prozesses der Gametenfusion oder -befruchtung durchläuft die resultierende Zygote eine Reihe nachfolgender Zellteilungen, die zur Bildung von mehr als 250 Zelltypen führen.

Bei Tieren werden die Differenzierungswege, denen der Embryo folgt, durch Signale gesteuert, die er von der Umwelt empfängt, und hängen weitgehend von seiner Position im sich entwickelnden Organismus ab. Unter den bekanntesten Zelltypen haben wir:

Neuronen

Die Neuronen oder Zellen, die auf die Weiterleitung des Nervenimpulses spezialisiert sind und Teil des Nervensystems sind.

Muskelzellen

Skelettmuskelzellen, die kontraktile Eigenschaften besitzen und in einem Netzwerk von Filamenten ausgerichtet sind. Diese ermöglichen die typischen Bewegungen von Tieren wie Laufen oder Gehen.

Knorpelzellen

Knorpelzellen sind auf Unterstützung spezialisiert. Aus diesem Grund sind sie von einer Matrix umgeben, die Kollagen enthält.

Blutzellen

Die zellulären Bestandteile des Blutes sind rote und weiße Blutkörperchen sowie Blutplättchen. Die ersteren sind scheibenförmig, haben im reifen Zustand keinen Kern und haben die Funktion, Hämoglobin zu transportieren. Weiße Blutkörperchen sind an der Immunantwort und Blutplättchen am Blutgerinnungsprozess beteiligt.

Stoffwechsel

Eukaryoten präsentieren eine Reihe von Stoffwechselwegen wie Glykolyse, Pentosephosphatwege und Beta-Oxidation von Fettsäuren, die in bestimmten Zellkompartimenten organisiert sind. Beispielsweise wird ATP in den Mitochondrien erzeugt.

Pflanzenzellen haben einen charakteristischen Stoffwechsel, da sie über die enzymatische Maschinerie verfügen, die erforderlich ist, um Sonnenlicht aufzunehmen und organische Verbindungen zu erzeugen. Dieser Prozess ist Photosynthese und verwandelt sie in autotrophe Organismen, die die für ihren Stoffwechsel erforderlichen energetischen Komponenten synthetisieren können.

Pflanzen haben einen spezifischen Weg, der als Glyoxylatzyklus bezeichnet wird und im Glyoxysom auftritt und für die Umwandlung von Lipiden in Kohlenhydrate verantwortlich ist.

Tiere und Pilze sind als Heterotrophe gekennzeichnet. Diese Linien sind nicht in der Lage, ihre eigenen Lebensmittel zu produzieren, daher müssen sie diese aktiv suchen und abbauen.

Unterschiede zu Prokaryoten

Der entscheidende Unterschied zwischen einem Eukaryoten und einem Prokaryoten ist das Vorhandensein eines Kerns, der von einer Membran begrenzt und in der ersten Gruppe von Organismen definiert wird.

Wir können zu dieser Schlussfolgerung gelangen, indem wir die Etymologie beider Begriffe untersuchen: Prokaryot kommt von den Wurzeln pro, was "vorher" bedeutet, und Karyon, das Kern ist; während sich Eukaryoten auf das Vorhandensein eines "wahren Kerns" beziehen (eu bedeutet "wahr" und Karyon bedeutet Kern)

Wir finden jedoch einzellige Eukaryoten (dh der gesamte Organismus ist eine einzelne Zelle) wie das bekannte Paramecium oder Hefen. Auf die gleiche Weise finden wir mehrzellige eukaryotische Organismen (die aus mehr als einer Zelle bestehen) wie Tiere, einschließlich Menschen.

Dem Fossilienbestand zufolge konnte geschlossen werden, dass sich Eukaryoten aus Prokaryoten entwickelten. Daher ist es logisch anzunehmen, dass beide Gruppen ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie das Vorhandensein einer Zellmembran, unter anderem gemeinsame Stoffwechselwege. Die auffälligsten Unterschiede zwischen den beiden Gruppen werden nachstehend beschrieben:

Quelle: Von Kein maschinenlesbarer Autor angegeben. Mortadelo2005 angenommen (basierend auf urheberrechtlichen Ansprüchen). über Wikimedia Commons

Größe

Eukaryontische Organismen sind normalerweise größer als Prokaryoten, da sie viel komplexer sind und mehr zelluläre Elemente aufweisen.

Im Durchschnitt liegt der Durchmesser eines Prokaryoten zwischen 1 und 3 um, während eine eukaryotische Zelle in der Größenordnung von 10 bis 100 um liegen kann. Obwohl es bemerkenswerte Ausnahmen von dieser Regel gibt.

Vorhandensein von Organellen

In prokaryotischen Organismen gibt es keine durch eine Zellmembran begrenzten Strukturen. Diese sind extrem einfach und es fehlen diese inneren Körper.

Normalerweise sind die einzigen Membranen, die Prokaryoten besitzen, für die Abgrenzung des Organismus mit der äußeren Umgebung verantwortlich (beachten Sie, dass diese Membran auch in Eukaryoten vorhanden ist).

Ader

Wie oben erwähnt, ist das Vorhandensein eines Kerns ein Schlüsselelement zur Unterscheidung zwischen beiden Gruppen. Bei Prokaryoten wird das genetische Material nicht durch irgendeine Art von biologischer Membran begrenzt.

Im Gegensatz dazu sind Eukaryoten Zellen mit einer komplexen inneren Struktur und präsentieren je nach Zelltyp die spezifischen Organellen, die im vorherigen Abschnitt ausführlich beschrieben wurden. Diese Zellen haben normalerweise einen einzelnen Kern mit zwei Kopien jedes Gens - wie in den meisten Zellen beim Menschen.

In Eukaryoten ist DNA (Desoxyribonukleinsäuren) auf verschiedenen Ebenen hoch organisiert. Dieses lange Molekül ist mit Proteinen, sogenannten Histonen, assoziiert und so weit verdichtet, dass es in einen kleinen Kern gelangen kann, der an einem bestimmten Punkt der Zellteilung als Chromosomen beobachtet werden kann.

Prokaryoten haben keine so ausgefeilten Organisationsebenen. Im Allgemeinen tritt genetisches Material als einzelnes zirkuläres Molekül auf, das an der die Zelle umgebenden Biomembran anhaften kann.

Das DNA-Molekül ist jedoch nicht zufällig verteilt. Obwohl es nicht in eine Membran eingewickelt ist, befindet sich das genetische Material in einer Region, die als Nukleoid bezeichnet wird.

Mitochondrien und Chloroplasten

Im speziellen Fall von Mitochondrien sind dies zelluläre Organellen, in denen die für zelluläre Atmungsprozesse notwendigen Proteine ​​gefunden werden. Prokaryoten - die diese Enzyme für oxidative Reaktionen enthalten müssen - sind in der Plasmamembran verankert.

Ebenso findet in einem solchen Fall, dass der prokaryotische Organismus photosynthetisch ist, der Prozess in den Chromatophoren statt.

Ribosomen

Ribosomen sind die Strukturen, die für die Translation der Messenger-RNA in die Proteine ​​verantwortlich sind, für die das Molekül kodiert. Sie sind ziemlich häufig, zum Beispiel kann ein verbreitetes Bakterium wie Escherichia coli bis zu 15.000 Ribosomen besitzen.

Zwei Einheiten, aus denen das Ribosom besteht, können unterschieden werden: eine Dur- und eine Moll-Einheit. Die prokaryotische Linie ist durch die Präsentation von 70S-Ribosomen gekennzeichnet, die aus der großen 50S-Untereinheit und der kleinen 30S-Untereinheit bestehen. Im Gegensatz dazu bestehen sie bei Eukaryoten aus einer großen 60S- und einer kleinen 40S-Untereinheit.

In Prokaryoten sind Ribosomen im gesamten Zytoplasma verteilt. In Eukaryoten sind sie wie im rauen endoplasmatischen Retikulum an Membranen verankert.

Zytoplasma

Das Zytoplasma in prokaryotischen Organismen hat dank der Anwesenheit von Ribosomen ein größtenteils körniges Aussehen. Bei Prokaryoten findet die DNA-Synthese im Zytoplasma statt.

Zellwandpräsenz

Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische Organismen werden durch eine doppelte lipidische biologische Membran von ihrer äußeren Umgebung abgegrenzt. Die Zellwand ist jedoch eine Struktur, die die Zelle umgibt und nur in der prokaryotischen Linie, in Pflanzen und in Pilzen vorhanden ist.

Diese Wand ist starr und die intuitivste allgemeine Funktion besteht darin, die Zelle vor Umweltstress und möglichen osmotischen Veränderungen zu schützen. Auf kompositorischer Ebene ist diese Wand in diesen drei Gruppen jedoch völlig unterschiedlich.

Die Wand der Bakterien besteht aus einer Verbindung namens Peptidoglycan, die aus zwei Strukturblöcken besteht, die durch Bindungen vom Typ β-1,4 verbunden sind: N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure.

Bei Pflanzen und Pilzen - beides Eukaryoten - variiert auch die Zusammensetzung der Wand. Die erste Gruppe besteht aus Cellulose, einem Polymer, das durch Wiederholung von Einheiten der Zuckerglucose gebildet wird, während Pilze Wände aus Chitin und anderen Elementen wie Glykoproteinen und Glykanen aufweisen. Beachten Sie, dass nicht alle Pilze eine Zellwand haben.

DNA

Das genetische Material zwischen Eukaryoten und Prokaryoten variiert nicht nur in der Art und Weise, wie es verdichtet wird, sondern auch in seiner Struktur und Menge.

Prokaryoten zeichnen sich durch geringe DNA-Mengen zwischen 600.000 Basenpaaren und bis zu 8 Millionen aus. Das heißt, sie können von 500 bis zu einigen tausend Proteinen codieren.

Introns (DNA-Sequenzen, die nicht für Proteine ​​kodieren und Gene stören) sind in Eukaryoten und nicht in Prokaryoten vorhanden.

Der horizontale Gentransfer ist bei Prokaryoten ein bedeutender Prozess, während er bei Eukaryoten praktisch nicht vorhanden ist.

Zellteilungsprozesse

In beiden Gruppen nimmt das Zellvolumen zu, bis es eine angemessene Größe erreicht. Eukaryoten teilen sich durch einen komplexen Mitoseprozess, der zu zwei Tochterzellen ähnlicher Größe führt.

Die Funktion der Mitose besteht darin, nach jeder Zellteilung eine angemessene Anzahl von Chromosomen sicherzustellen.

Eine Ausnahme von diesem Verfahren bildet die Zellteilung von Hefen, insbesondere der Gattung Saccharomyces, bei der die Teilung zur Bildung einer kleineren Tochterzelle führt, da diese mittels einer "Ausbuchtung" gebildet wird.

Prokaryontische Zellen unterliegen keiner Mitosezellteilung - eine intrinsische Folge des Fehlens eines Kerns. In diesen Organismen erfolgt die Teilung durch binäre Teilung. Somit wächst die Zelle und teilt sich in zwei gleiche Teile.

Es gibt bestimmte Elemente, die an der Zellteilung in Eukaryoten beteiligt sind, wie z. B. Zentromere. Bei Prokaryoten gibt es keine Analoga zu diesen und nur wenige Bakterienarten haben Mikrotubuli. Die Fortpflanzung des sexuellen Typs ist bei Eukaryoten häufig und bei Prokaryoten selten.

Zytoskelett

Eukaryoten haben eine sehr komplexe Organisation auf der Ebene des Zytoskeletts. Dieses System besteht aus drei Arten von Filamenten, die nach ihrem Durchmesser in Mikrofilamente, Zwischenfilamente und Mikrotubuli unterteilt sind. Darüber hinaus gibt es Proteine ​​mit motorischen Eigenschaften, die mit diesem System verbunden sind.

Eukaryoten haben eine Reihe von Prozessen, die es der Zelle ermöglichen, sich in ihrer Umgebung zu bewegen. Dies sind die Flagellen, deren Form an eine Peitsche erinnert und deren Bewegung bei Eukaryoten und Prokaryoten unterschiedlich ist. Zilien sind kürzer und in der Regel in großer Zahl vorhanden.

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