Körperzellen – Zelltypen, Zellfunktionen, Zellaufbau und Bestandteile

Zellen sind wahre Wunderwerke, denn obwohl wir sie mit bloßem Auge nicht erkennen können, sind sie es, die alle Lebewesen zum größten Teil ausmachen – von Bakterien über Pflanzen bis zu Tieren und Menschen. Um alle für unseren Körper lebenswichtigen Prozesse zu steuern und die Struktur des Organismus zu erhalten, vollbringen die spezialisierten Zellen wie Blutzellen oder Bindegewebszellen permanent Höchstleistungen. Doch nicht alle Zellen begleiten uns ein Leben lang, die meisten werden regelmäßig ausgetauscht. Hier lernst Du alles über Aufbau und Funktion der Zellen im Körper, welche verschiedenen Zelltypen es gibt und welche grundlegenden Eigenschaften und Fähigkeiten sie besitzen.

Was sind die Zellen des menschlichen Körpers?

Es ist kaum vorstellbar, dass aus nur zwei Zellen mehrere Billionen werden, über die erwachsene Menschen in etwa verfügen. Doch genau das geschieht, wenn menschliches Leben entsteht. Nach der Befruchtung beginnt eine rasante Zellteilung, welche die Bildung der Organe und Gewebe ermöglicht und den menschlichen Körper formt. Die Zelle ist somit der Grundbaustein unseres Körpers. Allerdings sind die meisten Zellen nicht genauso alt wie wir. Das liegt daran, dass sich die einzelnen Zellen regelmäßig erneuern, um funktionsfähig zu bleiben. Pro Sekunde sterben rund 50 Millionen Zellen ab und nahezu genauso viele werden neugebildet. Wie alt eine Körperzelle wird hängt davon ab, für welche Aufgabe sie bestimmt ist. Darmschleimhautzellen beispielsweise erneuern sich alle paar Tage, während Nervenzellen uns ein Leben lang begleiten.

Zelltypen: Welche Arten von Körperzellen gibt es und welche Aufgaben haben sie?

Kleinste Einheit, größte Differenzierung: Auch wenn jede Körperzelle, auch als somatische Zelle bezeichnet, dieselbe genetische Information in ihrem Zellkern trägt, so sind nicht alle gleich. Es gibt unzählige verschiedene Arten. Bereits im Mutterleib werden die Stammzellen zu Spezialisten entwickelt, die jeweils eine spezifische Funktion übernehmen (sogenannte Zelldifferenzierung). Neben embryonalen Stammzellen gibt es ferner adulte Stammzellen, die der Reparatur und dem Erhalt der Gewebe dienen. Insgesamt besitzt der Mensch mehr als 200 unterschiedliche Zelltypen, von denen folgende Zelltypen zu den wichtigsten gehören:

• Keimzelle (Gamete): Keimzellen wie Spermien oder Eizellen sind für die Fortpflanzung bestimmt. Sie werden in den Geschlechtsorganen gebildet und besitzen nur einen einfachen Chromosomensatz. Kommt es im Rahmen der Befruchtung zur Verschmelzung weiblicher und männlicher Keimzellen, entsteht eine Zygote, die jeweils die Chromosomen der männlichen und weiblichen Keimzelle enthält.
• Rote Blutzellen (Erythrozyten): Die roten Blutkörperchen bilden die größte Fraktion der Zellen im Blut. Ihr Funktion liegt darin, Sauerstoff durch den Körper zu transportieren. Dank ihrer Form sind die roten Blutkörperchen sehr flexibel und können ungehindert auch durch ganz dünne Blutgefäße hindurchgleiten.
• Weiße Blutzellen (Leukozyten): Weiße Blutzellen spielen in unserem Immunsystem eine wichtige Rolle. Anders als der Name es vermuten lässt, kommen sie nicht nur im Blut, sondern auch in anderen Geweben wie der Lymphe oder dem Knochenmark vor. Ihrem Aufbau und der Funktion entsprechend unterscheidet man bei den weißen Blutkörperchen zwischen Granulozyten (basophile Granulozyten, eosinophile Granulozyten, neutrophile Granulozyten), Monozyten und Lymphozyten. Zu den Lymphozyten gehören zum Beispiel T-Zellen und B-Lymphozyten sowie die natürlichen Killerzellen.
• Nervenzelle (Neuron): Die Nervenzelle ist eine hochkomplexe Körperzelle, deren Aufbau sich in 3 Abschnitte gliedert. Der Zellkörper und die Dendriten nehmen elektrische Signale von anderen Nervenzellen auf. Axone wiederum haben die Funktion, die Informationen bis zum synaptischen Spalt weiterzuleiten, wo sie schließlich über Nervenbotenstoffe zur nächsten Nervenzelle übermittelt werden. Insgesamt sind in unserem zentralen Nervensystem rund 1 Milliarde Nervenzellen zu finden, die gemeinsam die Kommunikation von den Organen zum Gehirn und umgekehrt ermöglichen.
• Muskelzelle (Myozyt): Muskelzellen bilden die Grundlage aller Muskeln in unserem Körper. Je nach Muskelgewebe wird nochmal zwischen verschiedenen Zellen unterschieden: glatte Muskelzellen, Skelettmuskelzellen und Herzmuskelzellen. Während die glatten Muskelzellen für unwillkürliche Muskelbewegungen in Organen wie der Blase oder Lunge verantwortlich sind, haben Skelettmuskelzellen die Funktion, willkürliche Bewegungen zu steuern.

Neben den genannten Zelltypen gibt es in unserem Körper weitere wichtige Arten, darunter Knorpel- und Knochenzellen (Struktur, Stabilität und Beweglichkeit des Körpers), Epithelzellen (Auskleidung der Körperhöhlen, z.B. Darm, Lunge), Endothelzellen (Auskleidung der Blutgefäße) oder Hautzellen.

Aufbau und Bestandteile menschlicher Zellen

Jede Körperzelle arbeitet wie eine kleine Fabrik, in der unterschiedliche „Abteilungen“ jeweils eine spezialisierte Funktion übernehmen. Diese „Abteilungen“ werden in der Biologie als Zellorganellen bezeichnet. Im Folgenden sind der Zellaufbau sowie die Funktion der wichtigsten Bestandteile der Zellen im Körper des Menschen aufgeführt:

• Zellmembran: Die Membran ist ein essentieller Bestandteil lebender Systeme. Sie grenzt das Innere der Zelle gegen die Außenwelt ab und umhüllt die einzelnen Organellen, damit diese in Ruhe ihren Aufgaben nachgehen können. Die Zellmembran besteht typischerweise aus einer Lipiddoppelschicht und Membranproteinen. Diese erlauben den Transport bestimmter Moleküle durch die Zellmembran hindurch und dienen der Zellkommunikation.
• Zellkern (Nukleus): Als Informations- und Steuerzentrale reguliert der Zellkern sämtliche Zellstoffwechselprozesse und ist Speicherort unserer DNA. Im Rahmen der Genexpression wird diese im Zellkern abgelesen, in mRNA umgeschrieben und an die Ribosomen geleitet. Charakteristisch für den Aufbau des Zellkerns ist die Kernhülle, die sich aus einer äußeren und inneren Kernmembran zusammensetzt. Die Membran ist zudem von Kernporen durchsetzt, die das Innere mit dem Zytoplasma verbinden. Im Zellkern liegt auch das Kernkörperchen bestehend aus Erbmaterial, Protein und Enzym, welches eine wichtige Rolle bei der Zellteilung spielt und die korrekte Faltung von Protein überwacht.
• Endoplasmatisches Retikulum: Das endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein Kanalsystem aus Membranen, das das Zytosol durchzieht und mit der äußeren Zellwand des Zellkerns verbunden ist. Sein Aufbau und seine Funktion können sich je nach Zustand des ER unterscheiden. Sitzen Ribosomen auf dem ER, wird es als raues endoplasmatisches Retikulum bezeichnet, das die Herstellung von Protein unterstützt. Ist es nicht mit Ribosomen assoziiert, wird es glattes endoplasmatisches Retikulum genannt und ist für die Lipidsynthese sowie für die Speicherung von Kohlenhydraten und Calcium verantwortlich. Letzteres ist insbesondere für die Reizweiterleitung in Muskel- und Nervenzellen wichtig.
• Ribosom: Ribosomen haben die Aufgabe, die im Zellkern gebildete mRNA abzulesen und basierend auf der genetischen Information Protein herzustellen. Der Aufbau der Ribosomen unterscheidet sich von anderen Organellen, da sie keine Zellmembran besitzen. Ribosomen liegen entweder frei im Zytoplasma oder lagern sich an das endoplasmatische Retikulum an. Je nachdem, wo sie sich befinden, wird das von ihnen hergestellten Protein unterschiedlich verwendet.
• Golgi-Apparat: Der Golgi-Apparat besteht aus einem gestapelten System von Hohlräumen und ist die „Poststelle“ der Zelle. Seine Funktion ist es, das Protein vom endoplasmatischen Retikulum weiterzuverarbeiten, und in Vesikel verpackt an das Zytoplasma zu schicken. Darüber hinaus bildet der Golgi-Apparat die Lysosomen.
• Lysosom: Lysosomen sind kleine Bläschen, die Verdauungsenzyme enthalten und zelleigene sowie zellfremde Stoffe abbauen können. Daher sind Lysosomen für die Apoptose, dem programmierten Zelltod, und das Immunsystem von besonderer Bedeutung. Damit die Enzyme gut arbeiten können, brauchen sie einen niedrigen pH-Wert, den die Lysosomen durch einen aktiven Transport von Wasserstoffteilchen gewährleisten können.
• Peroxisom: Peroxisomen gelten als Entgiftungsabteilung der Zelle. Sie kommen v.a. in Leber- und Nierenzellen vor und enthalten Enzyme wie Oxidasen und Katalasen, die Fettsäuren und Proteine abbauen. Gleichzeitig beseitigt das Peroxisom mithilfe der Peroxidasen, das beim Fettsäureabbau entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid.
• Zytoskelett: Das Zytoskelett ist eine röhrenförmige Struktur aus Protein, welche das Zytosol durchzieht. Je nach Größe und Aufbau der „Röhren“ (sogenannte Filamente) wird zwischen Aktinfilamenten, Mikrotubuli und Intermediärfilamenten unterschieden. Neben der Stabilisierung der Zelle, ermöglicht das Zytoskelett die Fortbewegung und den Stofftransport der Zelle.
• Mikrotubuli: Mikrotubuli bilden nicht nur die Grundlage des Zytoskeletts, sondern haben auch für das Zellwachstum und die Fortpflanzung eine wichtige Bedeutung. Gemeinsam mit dem Zentrosom formen sie während der Zellteilung die Hauptbestandteile des Spindelapparates.
• Zytosol: Das Zytosol ist die wässrige Zellflüssigkeit, die von der Zellmembran umschlossen wird. Es enthält verschiedene Lipide, Nukleinsäuren, Proteine, Enzyme, Ionen sowie weitere Moleküle. Dadurch kommt dem Zytosol eine besondere Funktion für den Stofftransport der Zelle zu. Zudem finden im Zytosol bestimmte Stoffwechselprozesse, wie z.B. die Glykolyse, statt.
• Mitochondrium: Mitochondrien sind die Kraftwerke der Zelle, denn in ihnen wird die Energie der Nährstoffe in Stoffwechselenergie für die Zelle umgewandelt, das sogenannte ATP (Adenosintriphosphat). Für den Aufbau der Mitochondrien ist ihre ovale Form, eine doppelte Membran sowie das Röhrensystem im Inneren der Organelle charakteristisch. Mitochondrien enthalten zudem eine eigene DNA, die sie separat vererben. Forscher vermuten, dass Störungen in den Mitochondrien eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Krankheiten spielen.

Phasen der Zellteilung einfach erklärt      

Die Zellteilung ist Voraussetzung dafür, dass Gewebe wie die Haut sich erneuern und der Körper wächst. Damit aus der Mutterzelle zwei Tochterzellen mit gleichem Erbmaterial entstehen können, muss zunächst die Teilung des Zellkerns erfolgen (sogenannte Mitose). Dafür wird eine identische Kopie der DNA erstellt (Interphase). Anschließend ziehen sich die verdoppelten Chromosomen zusammen, die Kernmembran wird aufgelöst und der sogenannte Spindelapparat bildet sich aus (Prophase). In einem nächsten Schritt ordnen sich die Chromosomen dann in der Mitte der Zelle an (Metaphase) und werden mithilfe des Spindelapparates so aufgeteilt, dass sich auf jeder Seite der Zelle ein Chromosomensatz befindet (Anaphase). Dieser wird nun jeweils von einer neuen Kernhülle umgeben (Telophase). Sind die beiden Zellkerne umschlossen, wird die Zelle durch Abschnürung der Zellmembran geteilt.

Bei Keimzellen wird die Kernteilung als Meiose bezeichnet und läuft in zwei Schritten ab. Zunächst wird in der Reduktionsteilung (Mitose I) die Anzahl der Chromosomen von 46 auf 23 halbiert, so dass die jeweilige Zelle nur noch 1 Chromosomensatz aufweist. Dies ist erforderlich, weil eine befruchtete Eizelle stets Erbinformationen beider Elternteile enthält. Geschähe die Reduktion nicht, würde die Gesamtzahl der Chromosomen mit jeder Generation zunehmen. Der zweite Schritt (Meiose II) verläuft analog der Mitose. Letztlich werden bei der Meiose also aus einer Vorläuferzelle vier neue Keimzellen gebildet, die in ihren Zellkernen die Hälfte des ursprünglichen Erbguts tragen. Mütterliches und väterliches Erbmaterial werden dabei miteinander vermischt.