Die Zelle ist die kleinste funktionelle Einheit allen Lebens und ist gekennzeichnet durch wesentliche Eigenschaften:
1) Die Zelle ist die kleinste Einheit des Lebens.
2) Alle Organismen sind aus Zellen aufgebaut.
3) Jede Zelle geht aus einer bereits existierenden Zelle hervor.
Durch Zellteilung entstehen aus einer Mutterzelle zwei identische Tochterzellen (Zweiteilung, Mitose) oder vier Keimzellen (Meiose).
4) Die Zellgröße ist durch das Oberflächen-Volumen-Verhältnis begrenzt.
Wenn sich ein Objekt vergrößert, wächst sein Volumen deutlich stärker als die Oberfläche. Doch um zu funktionieren, sind Zellen darauf angewiesen, dass ihr Volumen im Verhältnis zur Oberfläche nicht zu groß wird, damit der Weg zwischen den einzelnen Zellorganellen im Zellkörper klein bleibt. Es muss demnach eine gute Oberflächen-Volumen-Relation erhalten bleiben. Deswegen sind Organismen auch aus vielen kleinen Zellen aufgebaut anstatt weniger großer. Die Oberfläche bestimmt vor allem den Stoffaustausch, wohingegen das Volumen den Reaktionsraum bietet.
Grundbausteine, die Leben möglich machen
Die chemischen Grundbausteine der Zelle sind biologische Makromoleküle (Polymere), aufgebaut aus den Grundelementen Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff (Mengenelemente). Diese Polymere gehen aus Monomeren hervor, welche durch Kondensationsreaktionen miteinander verknüpft bzw. durch Hydrolysereaktionen wieder getrennt werden. Man unterscheidet hierbei Kohlenhydrate (Zucker), Lipide, Nukleinsäuren und Proteine.
Welche Makromoleküle gibt es und welche Funktionen haben sie?
- Kohlenhydrate
Zucker – Energieträger (Grundeinheit: Monosaccharide, Di- oder Polysaccharide) - Proteine
Eiweiße – Bausubstanz, Biokatalysatoren, Signaltransduktion, Stofftransport, Signalstoffe (Grundeinheit: Aminosäuren [AS], Peptide, Proteine) - Nukleinsäuren (DNA, RNA)
Erbsubstanz/Informationsträger/Energiespeicher/Proteinbiosynthese (4 Grundeinheiten – Nukleotide: Desoxy-/Ribose + Phosphat + stickstoffhaltige Base) - Lipide
Fette – Biomembran/Energiespeicher/Signalstoffe/Isolierung/Schutz – (Grundeinheit: Lipid aus Glycerin + 3 Fettsäuren)
Merke
Kohlenhydrate, Proteine und Nukleinsäuren sind Polymere im klassischen Sinne. Fette bilden keine echten Polymere, sondern die Monomere aggregieren nur.
Bausteine der Zelle
Nachfolgende Tabelle führt nochmals alle Bausteine der Zelle auf:
Proteine | Polymer aus Aminosäuren (=AS); insgesamt 21 AS, diese sind über Peptidbindungen miteinander zu AS-Ketten verknüpft; diese nehmen räumliche Anordnungen an (Primär-, Sekundär-, Tertiär-, Quartärstruktur), und sind nur in einer bestimmten dreidimensionalen Struktur funktionell |
Kohlenhydrate | Aus C, H und O aufgebaute Moleküle, Monosaccharide, über o-glykosidische Bindungen miteinander verknüpft, Disaccharid, Polysaccharid, Ring-Kettenmoleküle |
Fette | Kombination aus Glycerin und 3 Fettsäuren über eine Veresterungs-Reaktion, Triacylglyceride |
Nukleinsäuren | Base + Zucker (Ribose/Desoxyribose) = Nukleosid; Nukleosid + Phosphat = Nukleotid, über Phosphorsäureanhydrid-Bindungen zu Ketten verknüpft = Polynukleotid |
Die in der Tabelle genannten Makromoleküle bauen die Zelle auf. Sie tragen verschiedene funktionelle Gruppen mit spezifischen Eigenschaften, die für ihre biologischen Funktionen und Wechselwirkungen wesentlich sind. Die einzelnen Stoffgruppen und die Prozesse bei denen diese zum Einsatz kommen werden in den folgenden Kapiteln noch detailliert beleuchtet.
Den Ursprung von Zellen sieht man in stabilen Tröpfchen, Aggregaten aus Makromolekülen, die sich von der Umgebung abgrenzen. Diese werden auch als Mikrosphären bezeichnet. Sie sind keine Lebewesen, können aber eine bestimmte chemische Zusammensetzung erhalten. Bei mikroskopischer Vergrößerung sind sie zellähnlich und werden deshalb auch als Protobionten bezeichnet.
Merke
Aggregation = Anhäufung, Ansammlung
