Was sind Organellen?
Organellen sind winzige Strukturen, die innerhalb von Zellen sehr spezifische Funktionen erfüllen. Der Begriff bezieht sich auf Organe und vergleicht die Funktionsweise dieser Strukturen in Zellen mit der Funktionsweise der Organe im Körper. In verschiedenen Arten von Pflanzen-, Tier- und Bakterienzellen finden sich verschiedene Organellen. Jeder hat seine eigene wichtige Aufgabe, zum Beispiel die Energieerzeugung oder die Herstellung von Proteinen.
Typen
Diese Strukturen haben eine Vielzahl von Funktionen, von denen die meisten für das Leben der Zelle von entscheidender Bedeutung sind. Die wichtigsten Strukturen sind der Zellkern, das endoplasmatische Retikulum (ER), der Golgi-Apparat, Mitochondrien und Chloroplasten. Jedes dieser Elemente befindet sich in der Regel in bestimmten Bereichen von Zellen. Typischerweise befindet sich der Kern in der Nähe des Zentrums, der ER und der Golgi befinden sich in der Nähe, und die verbleibenden Organellen breiten sich in der Zelle aus.
Die Art und Anzahl der in einer Zelle vorhandenen Organellen hängt vom Zweck der Zelle ab. Beispielsweise enthalten fast alle pflanzlichen und tierischen Zellen einen Zellkern, mit Ausnahme reifer roter Blutkörperchen, die keine Organellen oder genetisches Material enthalten. Ein anderes Beispiel ist, dass Muskelzellen typischerweise viel mehr Mitochondrien als andere Zelltypen haben, da mehr Energie benötigt wird, um die Muskelzellen effektiv arbeiten zu lassen.
Struktur
Die Forscher glauben, dass der Hauptgrund für die Entwicklung der Organellen darin besteht, dass die Zellen von der Isolierung der vielen komplexen chemischen Reaktionen profitieren, die in ihnen stattfinden. In pflanzlichen und tierischen Zellen ist jede Zelle von einer eigenen Membran umgeben, die die Funktion der Einheit unterstützt. Einer der Hauptvorteile dieses Schutzes besteht darin, dass in einer membranumhüllten Einheit chemische Bedingungen wie der pH-Wert geändert werden können, ohne die gesamte Zelle zu beeinträchtigen. In ähnlicher Weise wird der Inhalt von jedem von dem isoliert, was in der Zelle insgesamt vorkommt.
Bestimmte Organellen sind so groß, dass ihre Form und Oberfläche unter einem Lichtmikroskop sichtbar ist. Dazu gehören Mitochondrien und Golgi sowie der Zellkern. Ein Elektronenmikroskop ist jedoch erforderlich, um sie genauer zu betrachten. Erst als diese Strukturen mittels Elektronenmikroskopie untersucht werden konnten, begannen die Forscher zu verstehen, wie sie funktionierten.
Energie Produktion
Mitochondrien sind dafür verantwortlich, Zellen mit nutzbarer Energie zu versorgen. Sie sind in den meisten komplexen Organismen zu finden, einschließlich Pilzen und Pflanzen sowie Tieren. Die Hauptfunktion dieser Strukturen besteht darin, ein Molekül namens Adenosintriphosphat oder ATP zu produzieren, das die Hauptenergiequelle in Tier- und Pilzzellen und eine sekundäre Quelle für Pflanzen darstellt. Mitochondrien haben auch zusätzliche Funktionen, einschließlich der Regulation des Zellstoffwechsels und der Kalziumspeicherung.
Bestimmte Organellen kommen nur innerhalb eines bestimmten Organismustyps vor. Das bekannteste Beispiel sind Chloroplasten, die nur in den Zellen von Pflanzen und Algen zu finden sind. Chloroplasten verwenden Sonnenlicht, um durch den als Photosynthese bekannten Prozess Glukose zu produzieren. Ein weiteres Beispiel ist das Carboxysom, das nur in bestimmten Bakterienarten vorkommt. Carboxysomen ermöglichen es den Bakterien, Kohlenstoff in organische Moleküle umzuwandeln, die sie zur Energiegewinnung nutzen können.
Proteinproduktion und DNA-Wechselwirkungen
Viele Organellen können aufgrund ihrer Nähe oder durch chemische Signale miteinander kommunizieren. Beispielsweise ist das endoplasmatische Retikulum mit dem Golgi-Apparat verbunden, und beide Einheiten sind an der Produktion neuer Proteine beteiligt. Neue Proteine werden im endoplasmatischen Retikulum hergestellt und wandern von dort zum Golgi, wo sie modifiziert und für den Transport zu anderen Orten in der Zelle verpackt werden.
Ein weiteres Beispiel für diese Kommunikation ist das, was zwischen dem Zellkern und den anderen darin befindlichen Organellen stattfindet. Obwohl der Kern und die DNA, die er enthält, physikalisch nicht mit anderen Zellstrukturen verbunden sind, kommuniziert er mit dem Rest der Zelle über Proteinsignalmoleküle. Die Membran, die den Kern umhüllt, kontrolliert, was in die Struktur eindringen und aus ihr austreten kann, indem der Verkehr auf spezielle Proteine beschränkt wird, die mit DNA-Strängen interagieren können.
Krankheiten
So wie die größeren Organe von gesundheitlichen Problemen betroffen sein können, können auch einzelne Organellen Erkrankungen und angeborenen Störungen unterliegen. Diese Strukturen sind für die Zellfunktion so wichtig, dass sie häufig schwere Symptome hervorrufen und in einigen Fällen tödlich verlaufen. Funktionsstörungen können weitreichende und unerwartete Folgen haben.
Die Funktionsstörung des endoplasmatischen Retikulums wurde bei Erkrankungen wie Mukoviszidose sowie bei Alzheimer-, Huntington- und Parkinson-Erkrankungen beobachtet. In jedem Fall wird angenommen, dass eine zelluläre Dysfunktion, die die Notaufnahme belastet, zu den auftretenden Symptomen beiträgt. Zu den Erkrankungen, die die Golgi betreffen, gehören angeborene Erkrankungen, die zu Lebererkrankungen, geistigen Behinderungen und Krampfanfällen führen. Sie führen in der Regel zum Tod, bevor ein Kind zwei Jahre alt wird.
Eine große Familie von Erkrankungen, die als Mitochondrienerkrankungen bekannt sind, kann abhängig von der spezifischen Art der Erkrankung, von der eine Person betroffen ist, alles von Verdauungsproblemen bis hin zur Erblindung verursachen. Diese Zustände können schwierig zu behandeln sein, da sie normalerweise angeborene Defekte beinhalten, die alle beteiligten Organellen eines bestimmten Zelltyps schädigen.