Zelle und Gewebe (RD)

Der menschliche Körper besteht aus etwa 10–100 Billionen Zellen. Je nach Funktion unterscheiden sich Zellen stark in Form und Aufbau, so sehen Nervenzellen ganz anders aus als Muskelzellen.

Trotz dieser Vielfalt haben die meisten Zellen einen ähnlichen Grundaufbau. Zu den wichtigsten Bestandteilen gehören:

• Die Zellmembran trennt das Zellinnere vom Außenraum
• Der Zellkern steuert alle Zellprozesse und enthält die DNA
• Das Zytoplasma enthält Zellorganellen, Zytosol und das Zytoskelett
• Die Zellorganellen übernehmen spezifische Aufgaben innerhalb der Zelle

 Tipp

Die Zelle - eine kleine Fabrik

Zellen sind wie kleine Fabriken - die Zellmembran schützt, das Zytoplasma füllt, der Zellkern steuert und die Organellen arbeiten.

 Definition

Die Zellmembran umgibt die Zelle und trennt den intrazellulären vom extrazellulären Raum. Sie besteht aus einer Lipiddoppelschicht mit eingelagerten Proteinen.

• Funktionen:
  • Schutz und Abgrenzung
  • Stoffaustausch
  • Signalaufnahme
  • Zellkommunikation

 Merke

Die Zellmembran ist wie ein Türsteher, der entscheidet, wer rein und raus darf.

Phospholipide:

Phospholipide sind ein Hauptbestandteil der Lipiddoppelschicht. 

• Ein Phospholipid besteht aus 3 Teilen:
  • 1 wasserliebender Kopf (hydrophil)
  • 2 wasserabweisende Schwanzregionen (hydrophob)
• Dadurch ordnen sich die Moleküle automatisch zu einer Doppelschicht an

Cholesterin:

Cholesterin sorgt dafür, dass die Membran nicht zu starr, aber auch nicht zu flüssig wird (= Membranfluidität).

• Wenn die Membran viele gesättigte Fettsäuren hat (die eher starr sind), macht Cholesterin sie beweglicher
• Wenn die Membran viele ungesättigte Fettsäuren hat (die eher locker sind), macht Cholesterin sie fester
• Es wirkt also wie ein Feinregler für die Beweglichkeit der Membran

 Merke

Warum ist das wichtig?

• Die Zellmembran muss elastisch genug sein, um sich anpassen zu können, Stoffe zu transportieren oder miteinander verschmelzen zu können
• Gleichzeitig darf sie nicht zu „flüssig“ sein, damit sie stabil bleibt
• Die richtige Fluidität ist also entscheidend für die Funktion der Zelle

 Definition

Das Zytoplasma umfasst den gesamten lebenden Inhalt einer Zelle. Dieser wird nach außen hin beim Menschen von der Plasmamembran umschlossen. Das Zytoplasma besteht aus Zellflüssigkeit (Zytosol), dem Zellskelett (Zytoskelett) und den Zellorganellen.

Zytosol: 

• Wässrige Grundsubstanz der Zelle

• Enthält gelöste Stoffe
• Ort wichtiger Stoffwechselprozesse (z.B. Glykolyse)

Zytoskelett: 

• Das Zytoskelett ist wie ein Gerüst und Schienennetz in der Zelle:
  • Stabilisiert die Zelle und hilft, ihre Form zu erhalten oder zu verändern
  • Ermöglicht der Zelle, sich zu bewegen 
  • Transportiert Zellbestandteile
• Das Zytoskelett besteht aus drei Bauteilen:
  1. Aktinfilamente → Bewegung & Zellverformung
  2. Intermediärfilamente → stabilisieren die Zellform
  3. Mikrotubuli → Transport & Zellteilung

 Merke

Das Zytoplasma ist der Arbeitsraum der Zelle, in dem alle Prozesse ablaufen.

 Definition

Der Zellkern (Nukleus) ist das Steuerzentrum der Zelle.

Aufbau:

• Von einer Doppelmembran umgeben (Kernhülle)
• Kernporen für Stoffaustausch
• Verbindung zum endoplasmatischen Retikulum
• Die Form des Zellkerns kann sehr unterschiedlich sein → hängt von der Form der Zelle ab
• Innerhalb des Zellkerns befinden sich Nukleoli (Kernkörperchen)

Funktionen:

• Er enthält das Erbgut der Zelle in Form von doppelsträngiger DNA
• Replikation und Transkription finden im Zellkern statt
• Von einer Doppelmembran umgeben
• Der Raum zwischen den Membranen geht in das Lumen des endoplasmatischen Retikulums (ER) über
• Die äußere Membran des Zellkerns ist direkt mit dem endoplasmatischen Retikulum verbunden
• Kernporen kontrollieren den Durchtritt von Molekülen wie RNA und Proteinen
• In den Nukleoli findet die Transkription der rRNA-Gene statt

 Merke

Der Zellkern ist wie das „Gehirn“ der Zelle. Er steuert, was in der Zelle passiert, und enthält die Erbinformationen (DNA), den Bauplan für alle Zellfunktionen.

 Definition

Zellorganellen sind spezialisierte Strukturen im Inneren der Zelle, die jeweils bestimmte Aufgaben erfüllen, ähnlich wie Organe im menschlichen Körper. Sie arbeiten eng zusammen, um die Funktion und das Überleben der Zelle sicherzustellen. Manche Organellen sind von einer Membran umgeben, andere nicht. 

Übersicht der Zellorganellen 

Mitochondrien:

Die Mitochondrien sind eine der wichtigsten Organellen in der Zelle und haben eine Vielzahl von Funktionen:

• Die Mitochondrien besitzen eine Doppelmembran. Sie setzen sich aus einer äußeren und einer inneren Membran zusammen
• Die Hauptfunktion der Mitochondrien ist die ATP-Synthese → Energiequelle für die meisten zellulären Prozesse
• Mitochondrien sind auch die Orte vieler wichtiger biochemischer Prozesse, einschließlich des Citratzyklus, der Fettsäureoxidation, der oxidativen Phosphorylierung sowie Teilschritte der Gluconeogenese
• In der Mitochondrienmatrix befinden sich unter anderem Proteine, Lipide, Ribosomen und ringförmige DNA-Moleküle

 Merke

Mitochondrien sind wie die Kraftwerke der Zelle, weil sie ATP produzieren und damit Energie für die Zelle bereitstellen.

Lysosomen:

Lysosomen sind wichtige Organellen in Zellen, die für den Abbau von zellulären Abfällen, Makromolekülen und Fremdpartikeln zuständig sind.

• Enthalten saure Hydrolasen (Verdauungsenzyme) die Makromoleküle abbauen
• Die Abbauprodukte werden ins Zytosol abgegeben und können für neue Synthesen wiederverwendet werden
• Lysosomen spielen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des zellulären Stoffwechsels

 Merke

Lysosome sind die Müllabfuhr der Zelle

Peroxisomen:

Peroxisomen sind kleine, runde Vesikel, die im Zytosol vorkommen. Sie oxidieren Aminosäuren und Fettsäuren unter Verbrauch von Sauerstoff.

• Die wichtigsten Funktionen von Peroxisomen sind der Abbau von langkettigen Fettsäuren, der Abbau von Wasserstoffperoxid 
• Während des Fettsäureabbaus wird Wasserstoffperoxid produziert. Peroxisomen enthalten das Enzym Katalase, das Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff umwandelt und so vor einer Schädigung der Zelle schützt
• Sie sind besonders zahlreich in der Leber vorhanden 

 Merke

Peroxisomen klären das Gift - Katalase macht H₂O₂ dicht.

 Tipp

Das Zellweger-Syndrom ist eine erbliche Störung der Peroxisomenbildung und -funktion, die zu neurologischen und hepatointestinalen Symptomen führen kann und häufig im ersten Lebensjahr zum Tod führt.

Endoplasmatisches Retikulum:

Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein membranöses System, das die Zelle durchzieht und aus vesikulären und tubulären Strukturen besteht. Es ist direkt mit der äußeren Membran des Zellkerns verbunden. 

Das ER lässt sich in zwei Arten unterteilen:

1. Raue endoplasmatische Retikulum (rER): 
   1. Mit Ribosomen besetzt 
   2. Synthese von Proteinen für die Zellmembran
2. Das glatte endoplasmatische Retikulum (sER):
   1. Hat keine Ribosomen 
   2. Synthese von Lipiden, Steroidhormonen 
   3. Entgiftung von toxischen Substanzen
   4. In der quergestreiften Muskulatur → Calciumspeicher

 Merke

Rau macht Eiweiß, glatt macht Fett - das ER weiß, wie’s richtig geht!

Golgi-Apparat:

Der Golgi-Apparat ist ein wichtiges membranöses Organell, das an der Sortierung und Modifikation von Proteinen und Lipiden beteiligt ist.

• Aufbau: cis → medial → trans
• Aufnahme von ER-Vesikeln (cis-Seite)
• Abgabe von Vesikeln (trans-Seite)
• Der Golgi-Apparat führt auch Modifikationen von Proteinen und Lipiden durch

 Merke

Golgi-Apparat = Zellpost - sortiert und verpackt Proteine und Lipide für den Versand.

Diffusion:

• Moleküle bewegen sich von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration
• Diffusion ist ein passiver Transport, es wird keine Energie benötigt
• Es wird ein Gleichgewicht angestrebt
• Beispiel: Der Sauerstoffgehalt im Blut und in den Zellen

Osmose:

• Bei der Osmose diffundiert Wasser durch eine semipermeable Membran von einem Bereich höherer Wasserkonzentration (niedrige Teilchenkonzentration = niedrige Osmolarität) zu einem Bereich niedrigerer Wasserkonzentration (hohe Teilchenkonzentration = hohe Osmolarität)
• Passiver Transport, es wird keine Energie benötigt
• Ziel ist der Ausgleich des osmotischen Drucks bzw. ein Gleichgewicht der Wasserverteilung auf beiden Seiten der Membran
• Beispiel: Der Wasserhaushalt in den Nieren

Transportprozesse

 Merke

Zellen nutzen verschiedene Mechanismen für den Transport von Stoffen:

• Passiver Transport: keine Energie benötigt
• Aktiver Transport: Energie benötigt (in Form von ATP)

Passiver Transport:

Der passive Transport erfolgt primär durch die Diffusion von Teilchen

1. Einfache Diffusion: 
   • Findet ohne Hilfsproteine statt
   • Diffusionsgeschwindigkeit hängt vom Konzentrationsunterschied und den Stoffeigenschaften wie Molekülgröße, Größe der Hydrathülle und lipophilem Charakter ab
2. Erleichterte Diffusion: 
   1. Erfolgt durch Hilfsproteine
   2. Geladene Teilchen können die Phospholipiddoppelschicht der Membran nicht passieren und erfordern daher Kanalproteine oder spezifische Transportproteine, um die Membran zu passieren
   3. Kanäle erlauben eine Diffusion durch die Zellmembran entlang des Konzentrationsgradienten
   4. Carrier erleichtern die Diffusion

 Tipp

Ein Beispiel für einen Carrier-vermittelten Transport ist der Transport von Glucose durch Glucosetransporter (GLUTs).

Aktiver Transport:

• Aktiver Transport erfordert Energie und hat eine begrenzte Transportkapazität. Es gibt verschiedene Formen des aktiven Transports. Hierzu gehören:
  1. Cotransport → 2 Moleküle werden gekoppelt in gleiche (Symport) oder entgegengesetzte (Antiport) Richtung transportiert
  2. Elektrogene Transport → Membranpotenzial entsteht
  3. Elektroneutrale Transport → Membranpotenzial bleibt gleich 
• Der primär aktive Transport erfordert unmittelbar ATP
• Der sekundär aktive Transport nutzt den aufgebauten Konzentrationsgradienten als treibende Kraft

 Merke

Die Na⁺ / K⁺-ATPase ist ein wichtiger primär aktiver Transportprozess, der für die Aufrechterhaltung des Membranpotenzials und der Ionenkonzentrationen verantwortlich ist. Im Darm und in den Nierentubuli wird ein Na⁺-Ionen-Gradient genutzt, um Glucose und Aminosäuren gegen ihren Konzentrationsgradienten zu transportieren.

Apoptose

Die Apoptose ist ein kontrollierter Prozess des Zellsterbens, der genetisch programmiert und wichtig für das Überleben von Zellen und Organen ist. 

• Genetisch programmiert und kontrolliert
• Wichtig für die Aufrechterhaltung der Zellzahl und Größe eines Organs
• Erfolgt durch einen geordneten Abbau der zellulären Strukturen: Schrumpfung der Zelle und des Zellkerns, Chromatinkondensation und DNA- sowie Zellfragmentierung
• Entstandene Apoptosekörperchen werden von Makrophagen durch Phagozytose beseitigt

Nekrose 

Im Gegensatz zur Apoptose tritt eine Nekrose auf, wenn eine Zelle so stark beschädigt ist, dass alle Zellfunktionen irreversibel ausfallen.

• Nicht programmiertes Ereignis
• Führt zum Aufplatzen der Zelle und zur Freisetzung des Zellinhaltes

Der genaue pathophysiologische Ablauf wird hier exemplarisch am Beispiel einer Hypoxie dargestellt.

 Merke

Relevanz im Einsatz:

Zellen benötigen ständig Sauerstoff zur Energiegewinnung (ATP-Produktion in den Mitochondrien). Bei Sauerstoffmangel (Hypoxie) stellen Zellen ihren Stoffwechsel auf anaerobe Energiegewinnung um. 

• Bei einem Kreislaufstillstand beginnt das Nervengewebe (z. B. Gehirn) bereits nach 3–5 Minuten ohne Sauerstoff irreversibel zu sterben
• Schnelle Herz-Lungen-Wiederbelebung (CPR) ist entscheidend, um Hirnschäden zu verhindern
• Auch bei Hypoxie durch Atemstörungen (z. B. COPD, Lungenembolie, Ertrinken) ist schnelles Handeln nötig, um Gewebeuntergang zu verhindern

Gewebe bestehen aus Zellverbänden, deren Zellen in der Regel gleichartig aufgebaut und auf eine gemeinsame Funktion spezialisiert sind. Zwischen den Zellen liegt der sogenannte Interzellularraum. Er kann sehr unterschiedlich ausgeprägt sein, je nachdem wie die extrazelluläre Matrix aufgebaut ist oder ob sie fast fehlt:

• Kaum vorhanden → z. B. im Epithel
• Deutlich ausgeprägt → z. B. im Bindegewebe

 Definition

Extrazelluläre Matrix

Die extrazelluläre Matrix (EZM) ist der Teil eines Gewebes, der außerhalb der Zellen liegt. Sie füllt den Raum zwischen den Zellen und besteht aus Fasern und einer gelartigen Grundsubstanz.

Man kann sich die extrazelluläre Matrix wie ein Gerüst und Füllmaterial vorstellen. Sie umgibt die Zellen, hält sie zusammen und stabilisiert das Gewebe. Je nach Zusammensetzung macht sie das Gewebe fest, elastisch oder formbar.

 Info

Bestandteile der extrazellulären Matrix:

1. Fasern → sorgen für Stabilität und Form:
   1. Kollagen: macht das Gewebe zugfest und stabil (z. B. in Sehnen)
   2. Elastin: macht das Gewebe dehnbar und elastisch (z. B. in der Haut)
   3. Retikuläre Fasern: bilden ein lockeres Stütznetz (z. B. in Lymphknoten oder Milz)
2. Grundsubstanz → füllt die Räume und versorgt die Zellen:
   1. Besteht größtenteils aus Wasser und gelartigen Stoffen
   2. Proteoglykane & Glykosaminoglykane (z. B. Hyaluronsäure): binden Wasser und machen das Gewebe druckfest
   3. Glykoproteine (z. B. Fibronektin, Laminin): helfen den Zellen, sich an der Matrix zu „verankern“

Unterschieden werden vier Hauptgewebearten, die sich in Aufbau und Funktion grundlegend unterscheiden:

1. Epithelgewebe
2. Binde- und Stützgewebe
3. Muskelgewebe
4. Nervengewebe

Zelle

Der menschliche Körper besteht aus etwa 10–100 Billionen Zellen. Je nach Funktion unterscheiden sich Zellen stark in Form und Aufbau, so sehen Nervenzellen ganz anders aus als Muskelzellen.

Trotz dieser Vielfalt haben die meisten Zellen einen ähnlichen Grundaufbau. Zu den wichtigsten Bestandteilen gehören:

• Die Zellmembran trennt das Zellinnere vom Außenraum
• Der Zellkern steuert alle Zellprozesse und enthält die DNA
• Das Zytoplasma enthält Zellorganellen, Zytosol und das Zytoskelett
• Die Zellorganellen übernehmen spezifische Aufgaben innerhalb der Zelle

• Diffusion = Moleküle bewegen sich von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration
  • Beispiel: der Sauerstoffgehalt im Blut und in den Zellen
• Osmose = bei der Osmose diffundiert Wasser durch eine semipermeable Membran von einem Bereich höherer Wasserkonzentration (niedrige Teilchenkonzentration = niedrige Osmolarität) zu einem Bereich niedrigerer Wasserkonzentration (hohe Teilchenkonzentration = hohe Osmolarität)
  • Beispiel: der Wasserhaushalt in den Nieren

Zelltod:

• Apoptose: kontrollierter Prozess des Zellsterbens, der genetisch programmiert und wichtig für das Überleben von Zellen und Organen ist
• Nekrose: im Gegensatz zur Apoptose tritt eine Nekrose auf, wenn eine Zelle so stark beschädigt ist, dass alle Zellfunktionen irreversibel ausfallen

 Merke

Relevanz im Einsatz:

Zellen benötigen ständig Sauerstoff zur Energiegewinnung (ATP-Produktion in den Mitochondrien). Bei Sauerstoffmangel (Hypoxie) stellen Zellen ihren Stoffwechsel auf anaerobe Energiegewinnung um. 

• Bei einem Kreislaufstillstand beginnt das Nervengewebe (z. B. Gehirn) bereits nach 3–5 Minuten ohne Sauerstoff irreversibel zu sterben
• Schnelle Herz-Lungen-Wiederbelebung (CPR) ist entscheidend, um Hirnschäden zu verhindern
• Auch bei Hypoxie durch Atemstörungen (z. B. COPD, Lungenembolie, Ertrinken) ist schnelles Handeln nötig, um Gewebeuntergang zu verhindern

Gewebe

Unterschieden werden vier Hauptgewebearten, die sich in Aufbau und Funktion grundlegend unterscheiden:

1. Epithelgewebe
2. Binde- und Stützgewebe
3. Muskelgewebe
4. Nervengewebe

 Tipp

Wenn ihr mehr wissen möchtet, empfehlen wir euch die verlinkten Artikel aus der Vorklinik.

• Zellmembran
• Zellfortsätze
• Zytoplasma
• Zellorganellen