ZELLTYPEN: PROKARYOTISCHE ZELLEN, EUKARYOTISCHE ZELLEN - BIOLOGIE - 2025

Zwei Arten von Zellen bilden alle lebenden Organismen, die wir in der Natur identifizieren können. Diese sind als Prokaryoten und Eukaryoten bekannt. Die ersteren sind typisch für einige Mikroorganismen, während die letzteren mehrzellige Organismen bilden, die so komplex sind wie Pflanzen und Tiere.

Zellen stellen die grundlegende Grundeinheit des Lebens dar, die seit 1840 mehr oder weniger bekannt ist. Es wird gesagt, dass sie "Grundeinheiten" sind, da in jedem die gleichen Prozesse stattfinden, die wir in "höheren" oder höheren Organismen erkennen. Komplex.

Schema der beiden Zelltypen in der Natur: Eukaryoten und Prokaryoten. Die Hauptteile werden gezeigt und zeigen die Unterschiede zwischen ihnen (Quelle: Kein maschinenlesbarer Autor angegeben. Mortadelo2005 angenommen (basierend auf Urheberrechtsansprüchen). Über Wikimedia Commons)

Somit ist eine Zelle das kleinste Lebewesen, das sich ernähren, metabolisieren, wachsen und vermehren kann und Nachkommen hinterlässt (eine Zelle kann nur aus einer anderen bereits vorhandenen Zelle stammen).

Die Größe der Zellen kann stark variieren. Wenn wir die Größe eines kleinen Bakteriums betrachten, das etwas mehr als 100 Mikrometer messen kann, und es mit der des Neurons eines erwachsenen Menschen vergleichen, das bis zu 1 Meter messen kann, werden wir einen Unterschied von ungefähr 6 Größenordnungen feststellen.

Da jedoch die darin ablaufenden Prozesse ähnlich sind, weisen die verschiedenen Zelltypen viele Merkmale auf. Zum Beispiel sind alle von einer Membran umgeben, die sie von der Umgebung umgibt und den selektiven Durchgang von Substanzen von einer Seite zur anderen ermöglicht.

Der von dieser Membran umgebene Raum enthält eine Art Flüssigkeit oder Flüssigkeit namens Cytosol, in der sich die intrazellulären Komponenten befinden, die den Stoffwechsel und die Reproduktion ermöglichen, um nur einige Prozesse zu nennen.

Das Cytosol aller Zellen enthält (durch innere Membranen getrennt oder nicht) das aus Nukleinsäuren bestehende Erbmaterial; große Menge an Strukturproteinen und mit enzymatischer Aktivität; Ionen, Kohlenhydrate und andere Moleküle unterschiedlicher chemischer Natur.

Einige Zellen haben eine Zellwand, die ihre Plasmamembran bedeckt und ihnen eine gewisse Steifigkeit, Unterstützung sowie mechanische und chemische Beständigkeit verleiht. Darüber hinaus können sowohl prokaryotische als auch eukaryotische Organismen Strukturen wie Zilien und Flagellen aufweisen, die mehreren Zwecken dienen.

Prokaryotische Zellen

Prokaryontische Zellen sind relativ einfache Zellen. Sein Name kommt vom griechischen "Pro", was vorher bedeutet, und "Karyon", was Kern bedeutet, und dies wird verwendet, um Organismen mit einem ursprünglichen oder "primitiven" Kern zu bezeichnen, denen ein membranöser Kern fehlt.

Prokaryontische Organismen sind Bakterien und Archaeen. Bakterien stellen eine der wichtigsten Gruppen von Lebewesen dar, sowohl aus ökologischer und praktischer Sicht (anthropozentrisch gesehen) als auch in Bezug auf ihre Häufigkeit (Anzahl der Individuen).

Diagramm einer «durchschnittlichen» prokaryotischen Zelle (Quelle: Mariana Ruiz Villarreal (LadyofHats). Spanische Etiketten von Alejandro Porto. Über Wikimedia Commons)

Archaea, reichlich wie Bakterien, bewohnen unwirtliche und feindliche Orte wie Salzlaken, Vulkanquellen oder stark saure und heiße Orte.

Es gibt viele Unterschiede zwischen Archaeen und Bakterien, aber im Folgenden werden nur die charakteristischsten Merkmale von Bakterien erwähnt, da sie die bekannteste Gruppe sind.

- Eigenschaften

Prokaryoten haben sehr unterschiedliche Größen und Formen, die grundsätzlich von der Art und der betrachteten Lebensweise abhängen. Bakterien werden beispielsweise morphologisch in Kokken und Bazillen unterschieden.

Kokken sind nahezu kugelförmige Formen und können sich zu Zellaggregaten (ähnlich einer Weintraube) verbinden, die für einige Arten charakteristisch sind.

Die Bazillen sind stabförmig, aber ihre Breite und Länge sind sehr variabel; Diese können auch miteinander assoziiert werden und Ketten bilden, die einer „Kette“ von Chorizo ​​ähneln.

Salmonella typhimurium (rot) dringt in menschliche Zellen ein. Autor: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH Von der US-Regierung (Datei: SalmonellaNIAID.jpg) über Wikimedia Commons

Prokaryontische Zellen haben eine Vielzahl von Strukturen, die für die Ausführung aller ihrer lebenswichtigen Prozesse verantwortlich sind. Eine der Eigenschaften, die ein Bakterium von jeder eukaryotischen Zelle unterscheidet, ist das Fehlen innerer Membranstrukturen.

Mit anderen Worten, Bakterien fehlen zytosolische Organellen wie die in Eukaryoten (Mitochondrien, Zellkern, endoplasmatischen Retikulum usw.).

- Teile einer prokaryotischen Zelle

Ein Bakterium; prokaryotische Zelle, einzellige Organismen

Die Teile, die bei den meisten Prokaryoten unterschieden werden können, sind die Plasmamembran, Ribosomen, Einschlusskörper, Nukleoidregion, periplasmatischer Raum, Zellwand, Kapsel, Fimbrien sowie Pili und Flagellen.

Plasma oder Zellmembran

Die Membran, die Bakterienzellen bedeckt, erfüllt verschiedene Funktionen als Schnittstelle zwischen ihnen und ihrer Umgebung. Es besteht aus Lipiden, die in Form einer Doppelschicht angeordnet sind, und einigen assoziierten Proteinen, die zusammen eine Struktur bilden, die nicht dicker als 10 nm ist.

Die Flächen der Doppelschicht, die in Zellen "hinein" und "heraus" blicken, enthalten den hydrophilen Teil der Lipide, während ihr Inneres stark hydrophob ist. Assoziierte Proteine ​​können je nach chemischer Natur ihrer Assoziation ganzheitlich oder peripher sein.

Prokaryoten haben keine inneren Membranstrukturen, ihre Plasmamembranen können jedoch Invaginationen oder markante Falten in ihrem Inneren bilden und diese erfüllen unterschiedliche Funktionen.

Zytoplasma

Das Zytoplasma ist der Raum zwischen der Zellmembran und dem Zellkern; enthält das Cytosol. Es ist dem Zytoplasma eukaryotischer Zellen ziemlich ähnlich.

Cytosol

Die Plasmamembran umschließt eine flüssige Substanz, die als Cytosol bekannt ist. In dieser Flüssigkeit befinden sich keine Zytoskelettproteine ​​oder Membranorganellen, es können jedoch „Regionen“ mit definierten Funktionen und spezifischen Komponenten unterschieden werden.

Ein gutes Beispiel für einige "Strukturen", die mit dem Cytosol von Bakterien assoziiert sind, sind Einschlusskörper, bei denen es sich um Granulate handelt, die aus organischem oder anorganischem Material bestehen, das in die cytosolische Matrix eingebettet ist.

Ribosomen und molekulare Chaperone

Im Cytosol einer prokaryotischen Zelle ist eine große Anzahl von Partikeln zu sehen (manchmal in Verbindung mit der Plasmamembran), die für die Synthese von zellulären Proteinen verantwortlich sind; Diese sind als Ribosomen bekannt und kommen auch in eukaryotischen Zellen vor, obwohl sie in letzteren größer sind.

In enger Verbindung mit Ribosomen gibt es auch Proteine, die als molekulare Chaperone bezeichnet werden und für die Zusammenarbeit bei der Faltung von durch Ribosomen synthetisierten Proteinen verantwortlich sind.

Das Nukleoid

Prokaryontische Zellen besitzen normalerweise ein DNA-Molekül, das ein doppelsträngiges zirkuläres Chromosom bildet. Dieses Chromosom ist nicht in einem durch eine Membran begrenzten Kern eingeschlossen, sondern in einem definierten Bereich des Cytosols verpackt.

Diese Region ist als Nukleoid- oder Kernregion bekannt. Dies ist diejenige, die alle genetischen Informationen enthält, die die Eigenschaften eines Bakteriums definieren, und diejenige, die sich zum Zeitpunkt der Zellteilung repliziert.

Die Zellwand von Bakterien

Alle Bakterien haben eine Zellwand, die die Plasmamembran umgibt. Diese Struktur ist sehr wichtig für das Überleben von Prokaryoten, da sie ihnen eine gewisse Resistenz gegen osmotische Lyse verleiht.

Abhängig von den Eigenschaften der Zellwand wurden zwei große Gruppen von Bakterien unterschieden: Grampositiv und Gramnegativ.

Die Zellwand von grampositiven Bakterien besteht aus einer homogenen Schicht aus Peptidoglycan (N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure), die die Plasmamembran umgibt.

Gramnegative Bakterien haben auch eine Peptidoglycan-Zellwand auf der Plasmamembran, aber auch eine zusätzliche äußere Membran, die sie umgibt.

Der Raum zwischen der Zellwand und der Plasmamembran beider Arten von Bakterien wird als periplasmatischer Raum bezeichnet, in dem eine große Anzahl von Enzymen und anderen Proteinen mit wichtigen Funktionen untergebracht ist.

Einige Bakterien enthalten zusätzlich zur Zellwand eine Schicht aus Polysacchariden und Glykoproteinen, die vor Austrocknung oder Befall durch Krankheitserreger wie Bakteriophagen schützen. Es funktioniert auch bei Zelladhäsionsprozessen.

Plasmide

Plasmide sind zirkuläre Strukturen der DNA. Sie sind Träger von Genen, die nicht an der Reproduktion beteiligt sind.

Kapsel

Es kommt in einigen Bakterienzellen vor und hilft, Feuchtigkeit zu speichern, und hilft der Zelle, an Oberflächen und Nährstoffen zu haften. Es ist eine zusätzliche äußere Beschichtung, die die Zelle schützt, wenn sie von anderen Organismen absorbiert wird.

Pili

Prokaryontische Zellen haben auch äußere Strukturen, die als "Pili" bekannt sind und eine Art "Haar" auf der Oberfläche dieser Zellen darstellen und häufig eine wichtige Rolle beim Austausch genetischer Informationen zwischen Bakterien spielen.

Genetisches Material (DNA und RNA)

Prokaryontische Zellen haben große Mengen an genetischem Material in Form von DNA und RNA. Da prokaryotischen Zellen ein Zellkern fehlt, enthält das Zytoplasma den einzigen großen zirkulären DNA-Strang, der die meisten Gene enthält, die für das Zellwachstum, die Reproduktion und das Überleben erforderlich sind.

Eukaryontische Zellen

Beispiel einer eukaryotischen Zelle (Tierzelle) und ihrer Teile (Quelle: Alejandro Porto über Wikimedia Commons)

Eukaryontische Zellen machen die meisten Organismen aus, die wir in der Natur sehen. Eukaryoten sind Hefen und andere einzellige Pilze, Riesenbäume wie Mammutbäume und majestätische Säugetiere wie Blauwale.

Im Vergleich zu prokaryotischen Zellen sind eukaryotische Zellen erheblich größer und komplexer, da sie eine große Anzahl interner Organellen und komplexer Membransysteme in ihrem Cytosol eingebettet haben.

Das Wort "Eukaryot" kommt aus dem Griechischen "eu", was "wahr" bedeutet, und "Karyon", was "Kern" bedeutet, und wird verwendet, um Zellen zu benennen, die einen "wahren Kern" haben, der durch eine Membran begrenzt ist.

- Eigenschaften

Tiere, Pflanzen, Pilze und einige einzellige Organismen wie Amöben und Hefen bestehen aus eukaryotischen Zellen.

Mit ihren Unterschieden haben die Zellen, aus denen diese Organismen bestehen, eine komplexe innere Organisation: Sie haben einen Membrankern und eine große Vielfalt innerer Organellen, getrennte Membranen.

- Teile einer eukaryotischen Zelle

Zytoplasma

Es befindet sich zwischen der Plasmamembran und dem Zellkern, darin befinden sich die Organellen und das Zytoskelett. Die Räume, die in den Membranen der Organellen enthalten sind, bilden die intrazellulären Mikrokompartimente.

Plasma Membran

Eukaryotischer Zellkern

Der Kern ist die bekannteste und charakteristischste intrazelluläre Organelle einer eukaryotischen Zelle. Es ist der "Behälter", in dem das genetische Material (Nukleinsäuren) in enger Verbindung mit Proteinen eingeschlossen ist, die "Histone" genannt werden und eukaryotische Chromosomen bilden.

Diese Organelle wird durch die Kernhülle begrenzt, die einem Paar konzentrischer Membranen entspricht, die die Kernkomponenten vom Rest des Cytosols trennen, und die unter dem Gesichtspunkt der Genexpression wichtige Funktionen hat.

Mitochondrien

Mitochondrien

Das Cytosol einer eukaryotischen Zelle hat auch andere sehr wichtige Membranorganellen, die für die Erzeugung der Energie verantwortlich sind, die von der Zelle verwendet werden kann: die Mitochondrien.

Dank dieser Organellen können lebende Organismen in Gegenwart von Sauerstoff leben.

Mitochondrien sind "stäbchenförmige" Strukturen, ähnlich einem Bakterium (siehe endosymbiotische Theorie), sie haben ihr eigenes Genom, sie replizieren sich also fast unabhängig von der Zelle, in der sie sich befinden, und sie haben zwei Membranen, eine stark gefaltete innere und eine äußere. , die dem Cytosol zugewandt ist.

Zwischen den Mitochondrien, dem Cytosol und einigen der Membranorganellen eukaryotischer Zellen, die für die Funktion der Zelle wesentlich sind, findet ein ständiger Austausch von Metaboliten und Informationen statt.

Ribosomen

Sie sind wesentliche Strukturen für die Proteinsynthese. Sie bestehen aus ribosomaler RNA und Proteinen. Ribosomen dienen zur Herstellung von Proteinen.

Chloroplasten

Chloroplasten

Pflanzen, Algen und Cyanobakterien haben neben Mitochondrien Organellen (Plastiden), die auf die Photosynthese spezialisiert sind. Diese enthalten zahlreiche Invaginationen und innere Membranprozesse, die reich an spezifischen Pigmenten und Enzymen sind.

Raues endoplasmatisches Retikulum (RER)

Es ist ein Bereich des Retikulums, in dem Ribosomen mit der Organellenmembran assoziiert sind. Darin werden Proteine ​​modifiziert und synthetisiert. Seine Hauptfunktion besteht darin, Proteine ​​zu produzieren, die außerhalb der Zelle oder innerhalb eines Vesikels wirken.

Glattes endoplasmatisches Retikulum (REL)

Diese Region des Retikulums hat keine Ribosomen, daher ist sein glattes Aussehen für die Synthese von Lipiden und Steroiden verantwortlich.

Golgi-Komplex oder Apparat

Der Golgi-Komplex ist definiert als ein "Stapel abgeflachter Säcke", die von einer Membran bedeckt sind. Es ist eine der Modifikationsstellen der im endoplasmatischen Retikulum synthetisierten Proteine ​​und für deren Verteilung auf andere Regionen der Zelle und nach außen verantwortlich.

Endosomen

Endosomen können als Kompartimente beschrieben werden, die durch eine Membran begrenzt sind, die Teil der Endozytosemechanismen ist. Die Hauptfunktion ist die Klassifizierung der Proteine, die durch die Vesikel geschickt und an ihre endgültigen Ziele weitergeleitet werden, bei denen es sich um verschiedene Zellkompartimente handelt.

Lysosomen

Lysosomen sind kleine Organellen und für den intrazellulären Verdau von "veralteten" Proteinen verantwortlich, wobei nahrhafte Verbindungen an das Cytosol freigesetzt werden.

Perosixome

Peroxisomen hingegen sind hauptsächlich für den Abbau reaktiver Sauerstoffspezies verantwortlich und auch an der Oxidation von Fettsäuren beteiligt.

In einigen parasitären Mikroorganismen gibt es modifizierte und spezialisierte Peroxisomen für den Glukosekatabolismus, weshalb sie als Glykosomen bekannt sind.

Vakuolen

Pflanzenzellen haben üblicherweise eine Vakuole, große Organellen, die für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen von großer Bedeutung sind, da sie mehr als 80% des Gesamtzellvolumens einnehmen, Wasser enthalten und ein bekanntes Endomembransystem aufweisen wie der Tonplast.

Zytoskelett

Ein weiterer Aspekt, der eukaryotische Zellen von Prokaryoten unterscheidet, ist das Vorhandensein eines Netzwerks interner filamentöser Proteine, die eine Art Gerüst im Cytosol bilden.

Dieses "Gerüst" trägt nicht nur zur mechanischen Stabilität von Zellen bei, sondern hat auch wichtige Funktionen für die intrazelluläre Kommunikation, den internen Transport und die Zellbewegungen.

Mikrotubuli

Es ist zusammen mit Filamenten Teil der Elemente des Zytoskeletts. Sie können sich verlängern und verkürzen, was als dynamische Instabilität bekannt ist.

- Zilien und Flagellen

Wie bei Bakterien haben viele eukaryotische, tierische und pflanzliche Zellen äußere Strukturen, die aus Mikrotubuli bestehen, die insbesondere bei der Fortbewegung und Bewegung funktionieren.

Flagellen sind Strukturen mit einer Länge von bis zu 1 mm, während Zilien 2 bis 10 Mikrometer lang sein können. Diese Strukturen sind in Mikroorganismen und in kleinen mehrzelligen Organismen reichlich vorhanden.

Bei Tieren und Pflanzen gibt es auch Zellen mit Zilien und Flagellen. Dies ist der Fall bei den Flagellen der Spermien und den Zilien, die die Zelloberflächen auskleiden, aus denen die inneren Epithelien einiger Organe bestehen.

Centriolen

Zentriolen sind hohle, zylinderförmige Strukturen, die aus Mikrotubuli bestehen. Seine Derivate erzeugen die Basalkörper der Zilien und kommen nur in tierischen Zellen vor.

Filamente

Sie können in Aktinfilamente und Zwischenfilamente eingeteilt werden. Aktinzellen sind flexible Filamente von Aktinmolekülen und Zwischenprodukte sind seilartige Fasern, die sich aus verschiedenen Proteinen bilden.

Proteasomen

Sie sind die Proteinkomplexe, die beschädigte Proteine ​​enzymatisch abbauen.

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