SinnesphysiologieSinnesphysiologie

Die Zellbiologie (früher Zytologie) ist eine wissenschaftliche Disziplin, die Zellen strukturell und funktionell untersucht.

Übersicht

Sie befasst sich mit dem zellulären Ökosystem, d. h. mit dem dynamischen, selbstregulierenden Gleichgewicht der Zellfunktionen in einem normalen oder gestörten Kontext. Das Feld der Zellbiologie betrifft eine Vielzahl von koordinierten chemischen Reaktionen und feinen Regulationsmechanismen zwischen Millionen von mikro- und nanoskopischen Bestandteilen. Diese Bestandteile sorgen dauerhaft für den Aufbau und die Funktion der Zelle.

Die Praxis der Zellbiologie beinhaltet sowohl die Anwendung einfacher, handwerklicher Techniken als auch komplexer Technologien in Bezug auf Verfahren und Ausrüstung. Je nach Art des untersuchten Zellelements (z. B. DNA, RNA, Protein, Proteinkomplex, Metabolit, Organell, Membran...) und je nach den analysierten Zellfunktionen (Bewegung, Stoffwechsel, Morphologie, Enzymaktivität, Signalweg, Zellgesundheit...) werden verschiedene Technologien gewählt.

Das wachsende Wissen in der Biologie (parallel zu spektakulären technologischen Fortschritten) verbindet heute die Begriffe Zellbiologie und Molekularbiologie, die dann unter dem Begriff "Zell- und Molekularbiologie" zusammengefasst werden, und vermischt sie manchmal sogar.

Methoden

Die zellbiologische Forschung befasst sich mit verschiedenen Möglichkeiten, Zellen außerhalb eines lebenden Körpers zu kultivieren und zu manipulieren, um die Forschung im Bereich der menschlichen Anatomie und Physiologie voranzutreiben und Medikamente zu entwickeln. Dank des Fortschritts in der Mikroskopie haben Techniken und Technologien den Wissenschaftlern ein besseres Verständnis der Struktur und Funktion von Zellen ermöglicht.
Im Folgenden sind viele Techniken aufgeführt, die häufig zur Untersuchung der Zellbiologie verwendet werden:

Zelltypen

Es gibt 2 grundlegende Klassifizierungen von Zellen: prokaryotische und eukaryotische Zellen. Prokaryotische Zellen unterscheiden sich von eukaryotischen Zellen durch das Fehlen eines Zellkerns oder anderer membrangebundener Organellen.

Prokaryotische Zellen sind viel kleiner als eukaryotische Zellen und damit die kleinste Form des Lebens. Zu den prokaryotischen Zellen gehören Bakterien und Archaeen, die keinen geschlossenen Zellkern haben.

Eukaryotische Zellen finden sich in Pflanzen, Tieren, Pilzen und Protisten. Sie haben einen Durchmesser von 10 bis 100 μm und ihre DNA ist in einem membranumschlossenen Zellkern enthalten. Eukaryoten sind Organismen, die eukaryotische Zellen enthalten. Die 4 eukaryotischen Reiche sind Animalia, Plantae, Fungi und Protista.

Zellen sind fähig zu Wachstum und Entwicklung, Zellteilung und Fortpflanzung. Die Zellen von Organismen differenzieren sich in eine Vielzahl von Zelltypen:

Tierische Zelltypen: Nervenzelle, Blutzelle, Hautzelle, Muskelzelle, weiße Blutkörperchen
Pflanzliche Zelltypen: Kambiumzelle, Parenchymzelle, Sklerenchymzelle, Holzfaser, Kollenchymzelle, Holzgefäß, Siebgefäß

Struktur

Das Zytoplasma, der Inhalt der Zelle mit Ausnahme des Zellkerns, besteht größtenteils aus Wasser, enthält aber auch viele von der Zelle benötigte Makromoleküle, wie Nukleinsäuren, Nukleotide, Proteine, Enzyme, Aminosäuren, Lipide und Zucker. Die chemischen, physiologischen und strukturellen Wechselwirkungen zwischen diesen Molekülen sind ein zentrales Thema der modernen Zellbiologie.

Eukaryontische Zellen enthalten viele komplexe zelluläre Strukturen, dazu zählen u.a.:

Stoffwechsel

Der Zellstoffwechsel ist für die Energieerzeugung und damit für das Überleben der Zelle notwendig und umfasst zahlreiche Stoffwechselwege sowie die Aufrechterhaltung der wichtigsten Zellorganellen wie des Zellkerns, der Mitochondrien, der Zellmembran usw. Bei der Zellatmung findet, sobald Glukose verfügbar ist, im Zytosol der Zelle eine Glykolyse statt, bei der Pyruvat entsteht. Pyruvat wird mit Hilfe des Multienzymkomplexes zu Acetyl-CoA decarboxyliert, das im TCA-Zyklus leicht zur Herstellung von NADH und FADH2 verwendet werden kann. Diese Produkte sind an der Elektronentransportkette beteiligt und bilden schließlich einen Protonengradienten über die innere Mitochondrienmembran. Dieser Gradient kann dann die Produktion von ATP undH2Owährend der oxidativen Phosphorylierung antreiben.

Der Stoffwechsel in Pflanzenzellen umfasst auch die Photosynthese, die das genaue Gegenteil der Atmung ist, da sie letztendlich Glukosemoleküle erzeugt.

Kommunikation

Die Zellsignalübertragung oder Zellkommunikation ist wichtig für die Zellregulierung und dafür, dass Zellen Informationen aus der Umwelt verarbeiten und entsprechend reagieren können. Die Signalübertragung kann durch direkten Zellkontakt oder durch endokrine, parakrine und autokrine Signalübertragung erfolgen.

Direkter Zell-Zell-Kontakt liegt vor, wenn ein Rezeptor auf einer Zelle ein Molekül bindet, das an der Membran einer anderen Zelle befestigt ist. Die endokrine Signalübertragung erfolgt über Moleküle, die in den Blutkreislauf abgegeben werden. Die parakrine Signalübertragung nutzt Moleküle, die zwischen zwei Zellen diffundieren, um zu kommunizieren. Autokrin bedeutet, dass eine Zelle ein Signal an sich selbst sendet, indem sie ein Molekül absondert, das an einen Rezeptor auf ihrer Oberfläche bindet.

Literatur