Wie Zellen entdeckt wurden und die Zelltheorie
Eine Zelle ist die kleinste Einheit, die lebt. Die meisten Zellen sind zu klein für das bloße Auge, deshalb brauchen wir ein Mikroskop (ein Gerät, das kleine Dinge groß aussehen lässt).
- 1665 – Robert Hooke sah winzige Kästchen in einer Korkscheibe und nannte sie Zellen (lateinisch cella = kleine Kammer). Das waren tote Zellen.
- 1674 – Leeuwenhoek sah mit einer besseren Linse lebende Zellen, zum Beispiel Bakterien, im Teichwasser.
- 1831 – Robert Brown entdeckte den Zellkern.
- 1838–39 – Schleiden und Schwann sagten, dass alle Pflanzen und Tiere aus Zellen bestehen.
- 1855 – Virchow ergänzte, dass neue Zellen nur aus bereits vorhandenen Zellen entstehen.
Die Zelltheorie in drei Sätzen
- Alle Lebewesen bestehen aus einer oder mehreren Zellen.
- Die Zelle ist die kleinste Einheit des Baus und der Funktion.
- Alle Zellen stammen von bereits vorhandenen Zellen ab.
Lebewesen mit einer Zelle (Amöbe, Bakterien) heißen einzellig. Lebewesen mit vielen Zellen (du, ein Mangobaum) heißen vielzellig.
Probier es zu Hause aus
Ziehe die dünne Haut von der Innenseite einer Zwiebelschale ab, lege sie mit einem Tropfen Wasser auf einen Objektträger und schau mit einem Schulmikroskop oder einer starken Makrolinse am Handy hin. Du siehst ordentliche, ziegelartige Zellen.
Prokaryoten und Eukaryoten, Pflanzen- und Tierzelle
Prokaryotisch und eukaryotisch
| Prokaryotisch | Eukaryotisch |
|---|---|
| Sehr klein (1–10 µm) | Größer (5–100 µm) |
| Keine Kernhülle; die DNA liegt in einem Bereich namens Nukleoid | Echter Zellkern mit Kernhülle |
| Keine Organellen mit Membran (keine Mitochondrien, kein Chloroplast) | Viele Organellen mit Membran |
| Bakterien, Blaualgen | Pflanzen, Tiere, Pilze, Amöbe |
Pflanzenzelle und Tierzelle
| Pflanzenzelle | Tierzelle |
|---|---|
| Zellwand aus Zellulose außerhalb der Membran | Keine Zellwand |
| Feste, kastenförmige Gestalt | Form kann sich ändern, oft rund |
| Chloroplasten vorhanden (in grünen Teilen) | Keine Chloroplasten |
| Eine große zentrale Vakuole | Kleine oder keine Vakuolen |
| Zentriolen meist nicht vorhanden | Zentriolen vorhanden |
Beide haben eine Zellmembran, Zytoplasma, Zellkern, Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat und Ribosomen.
Zellorganellen und ihre Aufgaben
Organellen sind winzige Teile in der Zelle, jedes mit einer Aufgabe – wie Räume in einer Fabrik.
- Zellmembran (Plasmamembran): dünne äußere Haut. Sie ist selektiv durchlässig – sie lässt manches durch und hält anderes zurück.
- Zellwand (Pflanzen, Pilze): feste Schicht aus Zellulose außerhalb der Membran. Sie gibt Form und Stärke und verhindert, dass die Zelle im Wasser platzt.
- Zellkern: die Schaltzentrale. Er enthält die Chromosomen aus DNA, die Bauanleitungen tragen und Merkmale an die nächste Generation weitergeben.
- Zytoplasma: die gelartige Masse, die die Zelle ausfüllt; die Organellen liegen darin.
- Mitochondrien: die Kraftwerke. Sie bauen Nährstoffe ab und setzen Energie als ATP frei. Sie haben eigene DNA und eigene Ribosomen.
- Plastiden: Chloroplasten (grün, mit Chlorophyll – bilden durch Photosynthese Nahrung), Leukoplasten (farblos, speichern Stärke, Öl, Eiweiß). Auch Plastiden haben eigene DNA.
- Endoplasmatisches Retikulum (ER): ein Netz aus Röhren. Das raue ER trägt Ribosomen und hilft bei der Eiweißherstellung; das glatte ER bildet Fette (Lipide) und hilft in Leberzellen, Gifte zu entfernen. Zusammen bilden sie Membranen (Membranaufbau).
- Ribosomen: stellen Eiweiße (Proteine) her.
- Golgi-Apparat: lagert Stoffe, verändert sie, verpackt sie und schickt sie hinaus; er bildet auch Lysosomen.
- Lysosomen: Bläschen voller Verdauungsenzyme, die Abfall und verbrauchte Teile beseitigen. Wird die Zelle schwer beschädigt, platzen sie und verdauen die Zelle selbst. Deshalb nennt man sie Selbstmordsäcke.
- Vakuolen: Speicherbläschen. In Pflanzenzellen sind sie sehr groß (sie können fast die ganze Zelle füllen) und halten die Zelle prall (turgeszent).
Diffusion und Osmose
Diffusion: Teilchen verteilen sich von selbst von dem Ort, an dem es eng ist, dorthin, wo es weniger eng ist. Sauerstoff gelangt durch Diffusion in die Zelle und Kohlenstoffdioxid verlässt sie.
Osmose: Bewegung von Wasser durch eine selektiv durchlässige Membran von einem Bereich mit mehr Wasser (verdünnte Lösung) zu einem Bereich mit weniger Wasser (konzentrierte Lösung).
Drei Arten von Lösung außen
- Hypotonisch (außen stärker verdünnt, z. B. reines Wasser): Wasser strömt hinein, die Zelle schwillt an. Tierzellen können platzen; Pflanzenzellen bleiben dank der Wand fest.
- Isotonisch (gleich stark): keine Netto-Bewegung, keine Veränderung.
- Hypertonisch (außen konzentrierter, z. B. Salzwasser): Wasser tritt aus, die Zelle schrumpft. In Pflanzenzellen löst sich der Zellinhalt von der Wand – das ist die Plasmolyse.
Zellen nehmen auch Nahrung durch Endozytose auf: Die Amöbe umschließt Nahrung mit ihrer Membran. Das geht, weil die Membran flexibel ist.
Probier es zu Hause aus
Nimm zwei Schüsseln: eine mit klarem Wasser, eine mit sehr salzigem Wasser. Lege in jede 5 Rosinen. Vergleiche nach 2 Stunden. Sage erst voraus, dann prüfe nach.
Zellteilung: Mitose und Meiose
Neue Zellen braucht man zum Wachsen, zum Ersetzen alter oder verletzter Zellen und zur Bildung von Keimzellen (Gameten).
| Mitose | Meiose |
|---|---|
| 1 Zelle → 2 Tochterzellen | 1 Zelle → 4 Tochterzellen (zwei Teilungen) |
| Gleich viele Chromosomen wie die Mutterzelle | Halb so viele Chromosomen |
| Tochterzellen sind identisch | Tochterzellen sind verschieden |
| Für Wachstum und Heilung (Haut, Wurzelspitze) | Nur in den Fortpflanzungsorganen zur Bildung von Spermien und Eizellen |
Warum die Hälfte? Wenn sich Spermium und Eizelle vereinen, ergeben die beiden Hälften wieder die volle Zahl. Beim Menschen: Körperzellen 46 Chromosomen, Keimzellen 23.
Wichtige Formeln und Definitionen
- Zelle = kleinste Einheit des Baus und der Funktion des Lebens
- Prokaryot: keine Kernhülle (Nukleoid); Eukaryot: echter Zellkern
- Nur Pflanzenzelle: Zellwand, Chloroplasten, große Vakuole
- Mitochondrien = Kraftwerk (ATP); Lysosom = Selbstmordsack
- Osmose: Wasser wandert von verdünnt zu konzentriert durch eine selektiv durchlässige Membran
- Hypotonisch → schwillt an; Isotonisch → keine Veränderung; Hypertonisch → schrumpft (Plasmolyse)
- Mitose: 1 → 2 identische, gleiche Chromosomenzahl; Meiose: 1 → 4, halbe Zahl
Gelöste Beispiele
1. Eine Zelle hat keine Kernhülle und keine Mitochondrien. Ist sie prokaryotisch oder eukaryotisch? Nenne ein Beispiel.
Keine Kernhülle heißt: Die DNA liegt lose in einem Nukleoid, und es gibt keine Organellen mit Membran. Also ist sie prokaryotisch, z. B. ein Bakterium.
2. Eine Zelle hat eine Zellwand und eine große Vakuole, aber keine Chloroplasten. Kann es trotzdem eine Pflanzenzelle sein?
Ja. Zellwand und große zentrale Vakuole zeigen eine Pflanzenzelle. Zellen in Wurzeln sind nicht grün, haben also keine Chloroplasten (sie können Leukoplasten haben, die Stärke speichern).
3. Warum quellen Rosinen im Wasser auf, aber ein gesalzenes Mangostück wird wässrig?
Rosinen sind innen konzentrierter als das Wasser, also strömt Wasser durch Osmose hinein (außen hypotonisch). Salz außen macht die Umgebung konzentrierter (hypertonisch), also verlässt das Wasser die Zellen.
4. Menschliche Körperzellen haben 46 Chromosomen. Wie viele hat jede Zelle nach der Mitose? Nach der Meiose?
Mitose behält die Zahl: 46 in jeder der 2 Zellen. Meiose halbiert sie: 23 in jeder der 4 Zellen.
5. Warum kann eine Pflanzenzelle in reinem Wasser nicht platzen, ein rotes Blutkörperchen aber schon?
In beide strömt Wasser durch Osmose. Die feste Zellulosewand der Pflanzenzelle drückt dagegen und verhindert das Platzen (die Zelle wird prall). Ein rotes Blutkörperchen hat keine Wand, schwillt weiter an und kann platzen.
6. Wenn der Golgi-Apparat einer Zelle ausfällt, was ist dann betroffen?
Der Golgi-Apparat verpackt und verschickt Stoffe aus dem ER und bildet Lysosomen. Verpackung und Abgabe (z. B. von Enzymen und Hormonen) fallen also aus, und neue Lysosomen entstehen nicht.
Häufige Fehler
- Zu sagen, Robert Hooke habe lebende Zellen gesehen. Die Korkzellen waren tot; lebende Zellen sah zuerst Leeuwenhoek.
- Zu denken, Bakterien hätten keine DNA. Sie haben welche; sie ist nur nicht von einer Kernhülle umgeben.
- Diffusion und Osmose zu verwechseln. Osmose betrifft nur Wasser, das durch eine selektiv durchlässige Membran wandert.
- Zu schreiben, Meiose ergebe 2 Zellen. Meiose ergibt 4 Zellen mit halber Chromosomenzahl; Mitose ergibt 2.