Zytologie, Histologie, allgemeine Pathologie. André Lauber

(Verpackung und Versand von Eiweissen)

       Lysosomen (intrazelluläre Verdauung)

       Nukleus (Hüter des Erbguts)

Die Mitochondrien – Kraftwerke der Zellen

      Als Energiezentrale dient das Mitochondrium der Energiegewinnung durch Oxidation (Abb. 3). In den Mitochondrien oxidieren («verbrennen») Glukose (Traubenzucker) oder Fettsäuren mit Hilfe von O2 (Sauerstoff) zu CO2 (Kohlendioxid) und H2O (Wasser).

      Abb. 3 Aufbau eines Mitochondriums [Mariana Ruiz Villarreal]

      Als Gewinn entsteht der Energieträger Adenosintriphosphat (ATP). Sämtliche energieverbrauchenden Vorgänge im Körper benötigen ATP: Die Mitochondrien liefern den Nachschub. Daraus geht hervor, dass es reichlich Mitochondrien in Zellen gibt, die viel Energie verbrauchen (Herzmuskelzellen, Nervenzellen). Denkt man das weiter, wird klar, dass solche Zellen auf eine optimale Sauerstoffversorgung angewiesen sind.

      Die Mitochondrien dienen auch als Kalziumspeicher und leiten die Apoptose (programmierter Zelltod) von Zellen ein. (Siehe Kapitel «Apoptose – programmierter Zelltod»)

      Exkurs Oxidation Ursprüngliche Definition der Oxidation: die Verbindung eines Elements mit Sauerstoff. Modernere Definition der Oxidation: Prozess, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden. Der gegenteilige Prozess heisst Reduktion.

      Wie bei den Körperzellen umschliesst eine Doppelmembran aus Phospholipiden die Mitochondrien. Die innere Schicht ist, anders als bei Körperzellen, gefaltet (Cristae). Hier finden komplexe chemische Reaktionen statt, die am Ende den Energieträger ATP liefern.

      Eine weitere Ähnlichkeit zu Körperzellen ist das Erbgut: Jedes Mitochondrium besitzt eine eigene zirkuläre (ringförmige) DNA (Desoxyribonukleinsäure). Diese DNA wird allein von der Mutter auf die Kinder vererbt.

      Forscher vermuten, dass in Urzeiten die heutigen Mitochondrien als Bakterien andere Lebewesen infizierten und daraus eine Symbiose entstand.

Die Ribosomen – Eiweissfabrik der Zelle

      Ribosomen sind die Zellorganellen der Proteinsynthese (Eiweissherstellung). Die Ribosomen setzen sich aus zwei Teilen zusammen: einer kleinen und einer grossen Untereinheit. Jede Untereinheit ist aus rRNA (ribosomale Ribonukleinsäure) und zahlreichen Proteinen aufgebaut. Braucht der Körper ein Protein, wird im Zellkern zuerst eine Kopie der DNA angefertigt – die mRNA (messenger-RNA = Boten-RNA). Sie wird aus dem Zellkern geschleust und im Zytoplasma durch das Ribosom «gezogen». Es liest die Informationen der mRNA ab und «übersetzt» sie in Aminosäuren – die Bausteine der Proteine. (Siehe Kapitel «Die Proteinsynthese – Aminosäurebaukasten»)

      Nach Anweisung der mRNA entsteht so eine Kette aus Aminosäuren und schliesslich das Protein (Abb. 4).

      MEMO Ribosom Ribosomen kommen freischwimmend im Zytoplasma vor, aber auch angeheftet an der Wand des rER (raues endoplasmatisches Retikulum).

      Abb. 4 Freies Ribosom (von zwei Seiten gesehen) mit einer grossen (1) und einer kleinen Untereinheit (2) [Dominus]

      Die an den freien Ribosomen hergestellten Proteine sind für den Eigenbedarf der Zelle gedacht; die Proteine des rER sind für den Export aus der Zelle bestimmt.

Das endoplasmatische Retikulum (ER) – Lagern und Bearbeiten von Proteinen

      Das ER (endoplasmatisches Retikulum) durchzieht als Hohlraumsystem netzartig (Retikulum = Netz) die Zellen (Abb. 5). Das ER kommt in fast allen Körperzellen vor, mit Ausnahme der roten Blutkörperchen (Erythrozyten).

      Abb. 5 sER und gER [Magnus Manske; bearbeitet von Dr. med. André Lauber]

      Es gibt ein rER (raues endoplasmatisches Retikulum) sowie ein gER (glattes endoplasmatisches Retikulum). Da die beiden Arten von ER ineinander übergehen können, handelt es sich um ein einziges System.

      Exkurs s oder g?Im englischen Sprachraum spricht man nicht von gER, sondern von sER. Das «s» steht dabei für «smooth».

      Das rER ist mit Ribosomen besetzt und hat daher eine raue Oberfläche. Die von den Ribosomen für den Export gebauten Proteine werden im rER gelagert und entweder direkt oder über den Golgi-Apparat aus der Zelle geschleust. Das gER ist frei von Ribosomen. Es kommt in den meisten Zellen nur in kleiner Zahl vor. Das gER produziert und modifiziert fettlösliche Substanzen wie Steroidhormone (Testosteron, Östradiol etc.) oder Phospholipide. In den Muskelzellen übernimmt das gER zusätzlich die Funktion des Kalziumspeichers. In der Leber dient das gER auch der «Entgiftung» (Detoxifikation) von körperfremden Substanzen.

      MEMO rER und Zellkern Das rER ist direkt mit dem Zellkern verbunden, damit die mRNA ohne Umwege zu den Ribosomen gelangt.

Der Golgi-Apparat – Postversand der Zelle

      Der Golgi-Apparat (sprich «Golschi») sieht aus wie ein Stapel flacher Schläuche (Abb. 6). Dabei ist die konvexe Cis-Seite dem endoplasmatischen Retikulum zugewandt und die konkave Trans-Seite der Zellhülle. Auf der Trans-Seite schnüren sich laufend Bläschen ab: die Golgi-Vesikel. Der Golgi-Apparat hat die Aufgabe, die im rER gebildeten Proteine zu lagern, zu modifizieren, zu verpacken und auszuliefern.

      Abb. 6 Golgi-Apparat [Magnus Manske; bearbeitet von Dr. med. André Lauber]

      In Drüsenzellen nimmt der Golgi-Apparat viel Raum ein. Bei Bedarf leiten Golgi-Vesikel die gespeicherten Sekrete an die Zellmembran, wo sie aus der Zelle ausgeschleust werden.

Die Lysosomen – Müllabfuhr der Zelle

      Lysosomen sind vom Golgi-Apparat abgeschnürte Vesikel, die jede Menge Enzyme enthalten. Sie «fressen» zellfremdes Material (Viren, Bakterien), kaputte Zellteile sowie Abfall des Zellstoffwechsels und bauen alles enzymatisch ab. Diesen Vorgang nennt man intrazelluläre Verdauung. Das funktioniert in einem sauren Milieu am besten, weshalb im Inneren der Lysosomen ein pH-Wert von etwa 5.0 herrscht. Lysosomen in grosser Zahl findet man in den «Fresszellen» des Immunsystems (Makrophagen, Granulozyten).

      Exkurs pH Der pH-Wert einer Flüssigkeit ist das Mass ihres sauren oder basischen Charakters. Ein pH-Wert von 7.0 bedeutet, dass die Flüssigkeit neutral ist (weder sauer noch basisch). Ein pH-Wert unter 7.0 ist sauer, ein pH-Wert über 7.0 basisch.

Der Nukleus – Hüter des Erbguts

      Mit Ausnahme der Erythrozyten (rote Blutkörperchen) besitzen alle Zellen einen Nukleus (Zellkern). Manche Zellen besitzen zwei oder mehr Kerne (zum Beispiel Leberzellen und Skelettmuskelzellen).

      Der Zellkern als «Zentrale der Zelle» ist Hüter der Erbinformation (DNA) und steuert den Zellstoffwechsel.

      Der Nukleus ist dreiteilig aufgebaut (Abb. 7).

      1. Die