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Zuletzt überprüft: 04.07.2025

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Nach modernen Konzepten ist jede Zelle eine universelle strukturelle und funktionelle Einheit des Lebens. Die Zellen aller lebenden Organismen haben eine ähnliche Struktur. Zellen vermehren sich nur durch Teilung.
Eine Zelle (Cellula) ist eine elementare, geordnete Einheit des Lebens. Sie erfüllt die Funktionen der Erkennung, des Stoffwechsels und der Energieversorgung, der Fortpflanzung, des Wachstums und der Regeneration sowie der Anpassung an veränderte Bedingungen der inneren und äußeren Umwelt. Zellen unterscheiden sich in Form, Struktur, chemischer Zusammensetzung und Funktion. Im menschlichen Körper gibt es flache, kugelförmige, eiförmige, kubische, prismatische, pyramidenförmige und sternförmige Zellen. Die Größe der Zellen reicht von wenigen Mikrometern (kleiner Lymphozyt) bis zu 200 Mikrometern (Eizelle).
Der Inhalt jeder Zelle ist durch das Zytolemma (Plasmolemma) von der Umgebung und den Nachbarzellen getrennt. Es stellt die Verbindung der Zelle zur extrazellulären Umgebung sicher. Die im Zytolemma befindlichen Zellbestandteile sind der Zellkern und das Zytoplasma, das aus Hyaloplasma und den darin befindlichen Organellen und Einschlüssen besteht.
Zytolemma
Das Zytolemma oder Plasmalemma ist eine 9–10 nm dicke Zellmembran. Es erfüllt Teilungs- und Schutzfunktionen und nimmt dank vorhandener Rezeptoren Umwelteinflüsse wahr (Rezeptionsfunktion). Das Zytolemma übernimmt Austausch- und Transportfunktionen und transportiert verschiedene Moleküle (Partikel) aus der Umgebung der Zelle in die Zelle und umgekehrt. Dieser Vorgang wird Endozytose genannt. Die Endozytose wird in Phagozytose und Pinozytose unterteilt. Bei der Phagozytose fängt die Zelle große Partikel (Partikel abgestorbener Zellen, Mikroorganismen) ein und absorbiert sie. Bei der Pinozytose bildet das Zytolemma Ausstülpungen, die sich zu Vesikeln entwickeln. Diese enthalten kleine, in Gewebsflüssigkeit gelöste oder suspendierte Partikel. Pinozytotische Vesikel mischen die darin enthaltenen Partikel in die Zelle.
Das Zytolemma ist auch an der Entfernung von Substanzen aus der Zelle beteiligt – der Exozytose. Die Exozytose erfolgt mit Hilfe von Vesikeln, Vakuolen, in denen die aus der Zelle entfernten Substanzen zunächst in das Zytolemma gelangen. Die Membran der Vesikel verschmilzt mit dem Zytolemma und ihr Inhalt gelangt in die extrazelluläre Umgebung.
Die Rezeptorfunktion wird auf der Oberfläche des Zytolemmas mithilfe von Glykolipiden und Glykoproteinen ausgeübt, die chemische Substanzen und physikalische Faktoren erkennen können. Zellrezeptoren können biologisch aktive Substanzen wie Hormone, Mediatoren usw. unterscheiden. Die Rezeption des Zytolemmas ist das wichtigste Bindeglied bei interzellulären Interaktionen.
Im Zytolemma, einer semipermeablen biologischen Membran, werden drei Schichten unterschieden: die äußere, die mittlere und die innere. Die jeweils etwa 2,5 nm dicke äußere und innere Schicht des Zytolemmas bilden eine elektronendichte Lipiddoppelschicht (Doppelschicht). Zwischen diesen Schichten befindet sich eine etwa 3 nm dicke, elektronenlichtdurchlässige hydrophobe Zone aus Lipidmolekülen. Jede Monoschicht der Lipiddoppelschicht enthält unterschiedliche Lipide: in der äußeren – Cytochrom, Glykolipide, deren Kohlenhydratketten nach außen gerichtet sind; in der inneren, dem Zytoplasma zugewandten Monoschicht – Cholesterinmoleküle, ATP-Synthetase. Proteinmoleküle befinden sich in der Dicke des Zytolemmas. Einige von ihnen (integral oder transmembranär) durchdringen die gesamte Dicke des Zytolemmas. Andere Proteine (peripher oder extern) liegen in der inneren oder äußeren Monoschicht der Membran. Membranproteine erfüllen unterschiedliche Funktionen: Manche sind Rezeptoren, andere Enzyme und wieder andere Träger verschiedener Substanzen, da sie Transportfunktionen erfüllen.
Die äußere Oberfläche des Zytolemmas ist mit einer dünnen fibrillären Schicht (7,5 bis 200 nm) aus Glykokalyx bedeckt. Die Glykokalyx wird durch die seitlichen Kohlenhydratketten von Glykolipiden, Glykoproteinen und anderen Kohlenhydratverbindungen gebildet. Kohlenhydrate in Form von Polysacchariden bilden verzweigte Ketten, die durch Lipide und Proteine des Zytolemmas verbunden sind.
Das Zytolemma auf der Oberfläche einiger Zellen bildet spezialisierte Strukturen: Mikrovilli, Zilien, interzelluläre Verbindungen.
Mikrovilli (Mikrovilli) sind bis zu 1–2 µm lang und haben einen Durchmesser von bis zu 0,1 µm. Sie sind fingerartige Auswüchse, die mit Zytolemma bedeckt sind. Im Zentrum der Mikrovilli befinden sich Bündel paralleler Aktinfilamente, die am oberen Ende und an den Seiten der Mikrovilli mit dem Zytolemma verbunden sind. Mikrovilli vergrößern die freie Oberfläche der Zellen. In Leukozyten und Bindegewebszellen sind die Mikrovilli kurz, im Darmepithel lang und es gibt so viele von ihnen, dass sie den sogenannten Bürstensaum bilden. Aufgrund der Aktinfilamente sind die Mikrovilli beweglich.
Zilien und Flagellen sind ebenfalls beweglich und bewegen sich pendelförmig und wellenförmig. Die freie Oberfläche des Flimmerepithels der Atemwege, der Samenleiter und der Eileiter ist mit Zilien von bis zu 5–15 µm Länge und 0,15–0,25 µm Durchmesser bedeckt. Im Zentrum jedes Ziliens befindet sich ein Axialfilament (Axonem), das aus neun miteinander verbundenen peripheren Doppelmikrotubuli besteht, die das Axonem umgeben. Der anfängliche (proximale) Teil des Mikrotubulus endet in Form eines Basalkörpers, der sich im Zytoplasma der Zelle befindet und ebenfalls aus Mikrotubuli besteht. Flagellen haben einen ähnlichen Aufbau wie Zilien und führen aufgrund des Gleitens der Mikrotubuli relativ zueinander koordinierte Schwingbewegungen aus.
Das Zytolemma ist an der Bildung interzellulärer Verbindungen beteiligt.
Interzelluläre Verbindungen bilden sich an den Kontaktstellen zwischen Zellen und ermöglichen interzelluläre Interaktionen. Solche Verbindungen (Kontakte) werden in einfache, gezähnte und dichte Verbindungen unterteilt. Eine einfache Verbindung ist die Konvergenz der Zytolemmas benachbarter Zellen (Interzellularraum) in einem Abstand von 15–20 nm. Bei einer gezähnten Verbindung dringen die Vorsprünge (Zähne) des Zytolemmas einer Zelle zwischen die Zähne einer anderen Zelle ein (verkeilen sich). Sind die Vorsprünge des Zytolemmas lang und tief zwischen die gleichen Vorsprünge einer anderen Zelle eingedrungen, spricht man von fingerartigen Verbindungen (Interdigitationen).
In besonders dichten interzellulären Verbindungen ist das Zytolemma benachbarter Zellen so nah, dass sie miteinander verschmelzen. Dadurch entsteht eine sogenannte Sperrzone, die für Moleküle undurchlässig ist. Kommt es in einem begrenzten Bereich zu einer dichten Verbindung des Zytolemmas, bildet sich ein Adhäsionspunkt (Desmosom). Ein Desmosom ist ein Bereich mit hoher Elektronendichte und einem Durchmesser von bis zu 1,5 μm, der die Funktion hat, eine Zelle mechanisch mit einer anderen zu verbinden. Solche Kontakte kommen häufiger zwischen Epithelzellen vor.
Es gibt auch spaltartige Verbindungen (Nexus), deren Länge 2–3 µm erreicht. Zytolemmata in solchen Verbindungen haben einen Abstand von 2–3 nm zueinander. Ionen und Moleküle passieren solche Kontakte problemlos. Daher werden Nexusus auch als leitende Verbindungen bezeichnet. Beispielsweise wird im Myokard die Erregung über Nexusus von einem Kardiomyozyten zum anderen übertragen.
Hyaloplasm
Hyaloplasma (Hyaloplasma; von griechisch hyalinos – durchsichtig) macht etwa 53–55 % des gesamten Zytoplasmavolumens aus und bildet eine homogene Masse komplexer Zusammensetzung. Das Hyaloplasma enthält Proteine, Polysaccharide, Nukleinsäuren und Enzyme. Unter Beteiligung von Ribosomen werden im Hyaloplasma Proteine synthetisiert und es finden verschiedene intermediäre Austauschreaktionen statt. Das Hyaloplasma enthält außerdem Organellen, Einschlüsse und den Zellkern.
Zellorganellen
Organellen (Organellen) sind für alle Zellen obligatorische Mikrostrukturen und erfüllen bestimmte lebenswichtige Funktionen. Man unterscheidet zwischen Membran- und Nicht-Membran-Organellen. Zu den Membran-Organellen, die durch Membranen vom umgebenden Hyaloplasma getrennt sind, gehören das Endoplasmatische Retikulum, der innere Netzapparat (Golgi-Komplex), Lysosomen, Peroxisomen und Mitochondrien.
Membranorganellen der Zelle
Alle Membranorganellen bestehen aus Elementarmembranen, deren Organisationsprinzip dem Aufbau von Zytolemmen ähnelt. Zytophysiologische Prozesse sind mit ständiger Adhäsion, Fusion und Trennung von Membranen verbunden, während Adhäsion und Vereinigung nur topologisch identischer Membranmonoschichten möglich sind. Somit ist die dem Hyaloplasma zugewandte äußere Schicht jeder Organellenmembran identisch mit der inneren Schicht des Zytolemmas, und die dem Hohlraum der Organelle zugewandte innere Schicht ähnelt der äußeren Schicht des Zytolemmas.
Nicht-Membran-Organellen der Zelle
Zu den nichtmembranösen Organellen der Zelle gehören Zentriolen, Mikrotubuli, Filamente, Ribosomen und Polysomen.
Nicht-Membran-Organellen der Zelle
Stofftransport und Membranen in der Zelle
Substanzen zirkulieren in der Zelle und sind in Membranen verpackt („Bewegung des Zellinhalts in Behältern“). Die Sortierung von Substanzen und ihre Bewegung sind mit dem Vorhandensein spezieller Rezeptorproteine in den Membranen des Golgi-Komplexes verbunden. Der Transport durch Membranen, einschließlich der Plasmamembran (Zytolemma), ist eine der wichtigsten Funktionen lebender Zellen. Es gibt zwei Transportarten: passiven und aktiven. Passiver Transport erfordert keinen Energieaufwand, aktiver Transport ist energieabhängig.
Stofftransport und Membranen in der Zelle
Zellkern
Der Zellkern (s. karyon) ist in allen menschlichen Zellen außer Erythrozyten und Thrombozyten vorhanden. Seine Funktion besteht darin, Erbinformationen zu speichern und an neue (Tochter-)Zellen weiterzugeben. Diese Funktionen sind mit der DNA im Zellkern verbunden. Auch die Synthese von Proteinen – Ribonukleinsäure (RNA) und ribosomalem Material – findet im Zellkern statt.
Zellteilung. Zellzyklus
Das Wachstum eines Organismus beruht auf der Zunahme der Zellzahl durch Zellteilung. Die wichtigsten Zellteilungsmethoden im menschlichen Körper sind Mitose und Meiose. Die Prozesse bei diesen Zellteilungsmethoden verlaufen ähnlich, führen aber zu unterschiedlichen Ergebnissen.