Was die Organellen tun

Eine Zelle der Bauchspeicheldrüse, die Verdauungsenzyme herstellt, ist voller Ribosomen, weil jedes Enzym ein Protein ist, das an einem Ribosom gebaut wird.

Einem Protein folgen

Am leichtesten lernst du die Organellen, wenn du einem einzigen Produkt durch die Zelle folgst. Angenommen, eine Zelle in deiner Bauchspeicheldrüse stellt ein Verdauungsenzym her, das in den Darm geschickt wird. Die Anleitung beginnt im Zellkern, dem größten Organell, in dem die DNA aufbewahrt wird. Von einem Gen wird eine Kopie als Boten-RNA (mRNA) angefertigt, und diese verlässt den Zellkern durch Poren in der Kernhülle, einer Doppelmembran, die den Kern umgibt.

Im Zellkern gibt es eine dunklere Stelle, das Kernkörperchen (Nucleolus). Es stellt selbst keine Proteine her. Es setzt ribosomale RNA und Proteine zu den beiden Hälften der Ribosomen zusammen, die dann durch dieselben Poren hinausgeschickt werden. Ribosomen lesen die Boten-RNA und verknüpfen Aminosäuren in der Reihenfolge, die sie vorgibt. Manche Ribosomen schwimmen frei im Cytosol und stellen Proteine her, die dort bleiben. Andere sitzen außen auf dem rauen endoplasmatischen Retikulum.

Raues ER und Golgi-Apparat

Das raue ER ist ein System aus gefalteten Membranstapeln, das mit der Kernhülle verbunden ist. Die Ribosomen auf seiner Oberfläche lassen es im Elektronenmikroskop wie mit Noppen besetzt aussehen, daher sein Name. Ein Protein, das die Zelle verlassen soll, wird schon während seiner Herstellung ins Innere des ER geschleust. Dort wird es gefaltet und bekommt eventuell Seitenketten wie Zucker. Zellen, die viel Protein abgeben, etwa Leberzellen, haben viel raues ER. Das glatte ER ist mit dem rauen ER verbunden, hat aber wenige oder keine Ribosomen. Es stellt Lipide und Steroidhormone her, baut manche Medikamente und Gifte ab und speichert Calcium-Ionen. In Muskelzellen setzt ein besonderes glattes ER das Calcium frei, das jede Kontraktion auslöst.

Als Nächstes verlässt das Protein das ER in einem kleinen Membranbläschen, einem Transportvesikel, und wandert zum Golgi-Apparat, einem Stapel abgeflachter Säckchen. Die Vesikel kommen an der Seite an, die zum ER zeigt, der cis-Seite. Während das Protein den Stapel durchläuft, werden weitere Zucker angehängt, und es bekommt kleine chemische Markierungen, die wie eine Versandadresse wirken. Auf der anderen Seite, der trans-Seite, wird es in ein sekretorisches Vesikel verpackt. Dieses Vesikel verschmilzt mit der Zellmembran und gibt das Enzym nach außen ab. Zellen der Speicheldrüsen und Immunzellen, die Antikörper bilden, geben viel ab und haben einen großen Golgi-Apparat. In Pflanzenzellen stellt der Golgi-Apparat außerdem einige der Polysaccharide für die Zellwand her. Drück im Modell auf „Abspielen“, dann siehst du, wie Vesikel vom Golgi-Apparat zur Membran wandern.

Recycling und Energie

Lysosomen sind kleine Säckchen voller Verdauungsenzyme. Die Enzyme arbeiten am besten im Sauren, und das Innere eines Lysosoms ist saurer als das Cytoplasma, deshalb können die Enzyme anderswo keinen Schaden anrichten. Lysosomen bauen Proteine, Zucker, Fette, Nukleinsäuren und verbrauchte Organellen ab. In einem weißen Blutkörperchen namens Makrophage (Fresszelle) legt sich die Membran um ein Bakterium, schnürt sich zu einem Vesikel ab, und ein Lysosom verschmilzt damit und verdaut den Erreger.

All diese Arbeit braucht Energie. Mitochondrien bilden durch die Zellatmung den größten Teil des ATP der Zelle; dabei verbrauchen sie Sauerstoff und geben Kohlenstoffdioxid ab. Das Kohlenstoffdioxid, das du ausatmest, stammt aus diesen Reaktionen. Jedes Mitochondrium hat zwei Membranen; die innere ist zu Cristae gefaltet, die mehr Fläche für die ATP-Bildung bieten. Schneide im Modell ein Mitochondrium auf, dann siehst du die Falten. Muskelzellen, die viel Energie verbrauchen, sind voller Mitochondrien. Mitochondrien und Chloroplasten haben außerdem eigene DNA und eigene Ribosomen, ein Hinweis auf ihre Geschichte, der in der nächsten Einheit wieder auftaucht.

Biologen fassen das oft so zusammen: Die Form folgt der Funktion. Die Teile einer Zelle passen zu ihrer Aufgabe. Eine Zelle der Bauchspeicheldrüse ist voller Ribosomen und rauem ER, eine Muskelzelle voller Mitochondrien, und bei einer Zelle der Dünndarmwand ist die Membran zu winzigen Fingern gefaltet, den Mikrovilli, die zusätzliche Fläche für die Aufnahme der Nahrung schaffen.