Zelle

Aufbau und Funktion der Zelle

Zellen sind biologische Organisationseinheiten, aus denen alle Lebewesen aufgebaut sind. So besteht auch der Mensch aus Zellen, genauer aus rund 100 Billionen Zellen. Davon sind allein 25 Billionen rote Blutzellen im Körperkreislauf enthalten. Trotz der Unterschiede in Art und Aufbau haben die Zellen etwas gemeinsam: Sie verbrauchen Sauerstoff. Zusätzlich wird durch die Nahrungsaufnahme eine dauerhafte Energieversorgung der Zellen gewährleistet, indem die einzelnen Bestandteile der Ernährung in energiereiche Substrate gespalten und somit für die Zellen zugänglich gemacht werden.

Auch die Funktionen der Zellen sind sehr unterschiedlich. So sorgt eine Muskelzelle für die Kontraktion und somit die Bewegung des Muskels, eine Nervenzelle hingegen leitet wertvolle Informationen weiter. Alles in allem sind es aber meist solche Eigenschaften, die auch als Merkmale des Lebens bekannt sind. Zellen lassen sich als wichtigste Grundbestandteile des Lebens bezeichnen.

Im Bereich von Fitness und Ernährung stellen die Zellen eine besondere Funktion dar. Das Wissen über Zellen dient vor allem dazu, physiologische Vorgänge im menschlichen Körper verstehen und bewusst beeinflussen zu können. So benötigt man Fachwissen zu den Muskelzellen, um zu wissen, wie man diese gezielt trainieren und vergrößern kann. Dabei handelt es sich primär um die Grundlagen der Zellphysiologie, aber eben diese müssen verstanden und verinnerlicht werden, weil darauf künftige Prozesse aus der Trainings- und Ernährungslehre basieren.

Bestandteile der Zelle

Die Zellen bestehen aus verschiedenen Teilen, welche zusammen die Eigenschaften, den Aufbau und die Funktionen der jeweiligen Zellart bestimmen.

Wasser

Mit rund 70 bis 85 Prozent Zellanteil nimmt das Wasser den größten Part ein. Das Wasser dient als Füllmaterial und bringt die Eigenschaft mit, zelluläre Stoffe chemisch auflösen zu können. So können chemische Reaktionen innerhalb oder auch außerhalb der Strukturen eingeleitet werden.

Ionen

Die Ionen sind ebenfalls Bestandteil einer Zelle und gehen aus Salzen hervor, deren Kristallstruktur im Wasser aufgelöst wird. Ionen sind elektrisch geladen und bewegen sich somit auch entlang elektrischer Felder. Sie sorgen dafür, dass chemische Interaktionen zwischen Molekülen stattfinden können, indem der Austausch von elektrischen Impulsen stattfindet.

Proteine

Etwa 10 bis 20 Prozent der Zellmasse besteht aus Proteinen. Man unterscheidet auf zellulärer Ebene zwischen strukturellen und globulären Proteinen. Die strukturellen Proteine sind für die verschiedenen Zellformen verantwortlich, indem sie durch ihren Aufbau aneinandergereiht den Zellen Struktur verleihen. Demgegenüber stehen die völlig verschiedenen globulären Proteine, welche für chemische und enzymatische Reaktionen der Zelle verantwortlich sind. Ohne sie wäre Leben undenkbar, da sie wichtige Funktionen und Aufgaben übernehmen.

Lipide

Als Lipide werden Substanzen bezeichnet, welche fett-, aber nicht wasserlöslich sind. Durch ihre hydrophobe Wirkung bringen sie die besondere Möglichkeit der strukturellen Abgrenzung zweier Flüssigkeitsräume mit sich. So machen Lipide zwar nur zwei Prozent der Gesamtzellmasse aus, sind aber wichtiger Bestandteil der Zellmembran und dienen als eine Art Barriere zu den extrazellulären Räumen.

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate werden im menschlichen Körper als Glykogen gespeichert. Das Glykogen befindet sich primär in den Muskelzellen, aber auch in der Leber und eben auch in diversen anderen Zellen. Es dient als Energiespeicher und versorgt die jeweiligen Zellen mit der nötigen Energie zur Ausführung derer Funktionen. Beim Muskel ist die Hauptfunktion die Ausführung einer gewünschten Bewegung.

Zellstruktur

Jede Zelle weist eine ähnliche Grundstruktur auf. Mit Struktur sind sowohl äußere als auch innere Merkmale der Zelle gemeint, die ihr unter anderem die Merkmale des Lebens verleihen und die Zelle zu dem machen, was sie ist. Nachfolgend wird eine kleine Auswahl der wichtigsten Strukturbausteine kurz erläutert, damit ein allgemeines Verständnis erlangt werden kann.

Zellmembran

Jede Zelle hat eine Membran. Sie grenzt die Zelle von der Umgebung ab. Durch diese Membran wird kontrolliert, was in die Zelle aufgenommen und was hinaustransportiert wird.

Der Aufbau der Zellmembran besteht aus Proteinbausteinen sowie Phospholipiden, welche gemeinsam die Membranwand bilden. Dadurch entsteht ein hydrophober (wasserunlöslicher) Innenbereich sowie eine hydrophile (wasserlösliche) Außenseite der Membran. Besondere Arten der Proteine ermöglichen dann eine Art Kanal, durch welchen Substanzen wandern können.

Auf jeder Seite der Zellmembran befinden sich zudem Ionen, elektrostatisch geladene Atome oder Moleküle unterschiedlicher Konzentrationen, die durch die Zellmembran getrennt gehalten werden. Dadurch wird ein Konzentrationsunterschied oder auch elektrochemisches Potenzial aufrechterhalten. Das Grundprinzip besteht darin, nur die Substanzen durch die Membran zu lassen, die erwünscht sind. Dafür steht der Zellmembran der Konzentrationsunterschied zur Verfügung, der es biochemisch erlaubt, die Substanzen durch die Membran zu transportieren.

Zellkern

Der Zellkern enthält die Erbinformationen der Zelle und ist essenziell für das Fortbestehen von Leben auf der Erde. Die Erbinformationen sind vereinfacht ausgedrückt als eine Art Bauplan für die Zelle zu verstehen. Dieser Bauplan ist in langen chemischen Molekülen gespeichert. Dazu zählt unter anderem die DNA (Desoxyribonukleinsäure). Der Zellkern zählt zur Kategorie der Organellen. Dies ist ein Überbegriff für die Funktionseinheiten der Zelle.

Ribosomen

Auch bekannt als Proteinfabrik sind die Ribosomen für die Synthese von Proteinen aus Aminosäuren zuständig. Dieser Prozess wird als Proteinbiosynthese verstanden und ist Hauptbestandteil von neu gebildeten oder reparierten Zellen. Ein Vorgang, der im menschlichen Körper zu jedem Zeitpunkt des Tages konstant stattfindet. Ribosomen sind durch ihre wichtige Aufgabe in einer Vielzahl innerhalb der Zellen verfügbar und versorgen diese mit den notwendigen Proteinketten.

Mitochondrien

Die Mitochondrien gehören zu den Organellen. Sie enthalten ein eigenes Genom, das viele, aber nicht alle der für die Mitochondrien wichtigen genetischen Informationen enthält. Die anderen Gene befinden sich auf den Chromosomen im Zellkern. Deshalb sind die Mitochondrien semiautonom, sie können sich nämlich zum Teil selbst vermehren, brauchen aber andererseits gezielt auch die Informationen durch den Zellkern. Mitochondrien gelten umgangssprachlich als Energiekraftwerke der Zelle.

Weitere Bestandteile der Zelle

Neben der Zellmembran als Stütz- und Schutzfunktion der Zelle gibt es auch ein Zellskelett, welches aus Proteinbausteinen aufgebaut ist. Das Zellskelett unterstützt nicht nur die Bewegungen der gesamten Zelle, sondern auch die Transporte hinein und hinaus. Jede Zelle enthält zudem eine Zellflüssigkeit, das Zytoplasma. Es besteht aus Proteinen, Fetten, Zucker, Wasser sowie Salzen. Innerhalb des Zytoplasmas findet eine Verwertung der Glukose statt, welche später für die Energieprozesse benötigt wird.

Zu guter Letzt gibt es weitere Bestandteile der Zelle, die besonders für den Transport von Stoffen oder gar Informationen notwendig sind. Dazu dienen innerhalb der Zelle primär das endoplasmatische Retikulum und der Golgi-Apparat. Das endoplasmatische Retikulum ist ein verflochten aussehendes System der Zelle, welches für den schnellen Transport chemischer Stoffe sowie den Transport und die Spaltung von Proteinen verantwortlich ist. Der Golgi-Apparat sorgt danach dafür, dass die Proteine „verteilt“ werden.

Neben dem Transport fester Stoffe gibt es auf Zellebene auch einen Transport von elektrischen Impulsen durch die Neuronen. Diese beschreiben das Grundprinzip des menschlichen Nervensystems. Eine starke Verästelung sorgt für eine schnellere und bessere Verbindung der Neuronen untereinander. Verarbeitung und Speicherung von Informationen findet für die Zelle entweder als Sender oder als Empfänger statt. Die neuronalen Verästelungen umgeben die einzelne Zelle.