Organellen sind winzige Strukturen, die innerhalb von Zellen ganz bestimmte Funktionen erfüllen. Der Begriff bezieht sich auf Organe und vergleicht die Funktionsweise dieser Strukturen in Zellen mit der Funktionsweise von Organen im Körper. Eine Reihe verschiedener Organellen können in verschiedenen Arten von Pflanzen-, Tier- und Bakterienzellen gefunden werden. Jeder hat seine eigene wichtige Aufgabe, wie die Energiegewinnung oder die Herstellung von Proteinen.
Arten
Diese Strukturen haben ein breites Spektrum an Funktionen, von denen die meisten Aufgaben sind, die für das Leben der Zelle entscheidend sind. Die wichtigsten Strukturen sind der Zellkern, das endoplasmatische Retikulum (ER), der Golgi-Apparat, Mitochondrien und Chloroplasten. Jeder von ihnen neigt dazu, sich in bestimmten Bereichen der Zellen zu befinden. Typischerweise befindet sich der Kern in der Nähe des Zentrums, das ER und der Golgi befinden sich in der Nähe, und die restlichen Organellen verteilen sich innerhalb der Zelle.
Die Art und Anzahl der in einer Zelle vorhandenen Organellen variiert je nach Zweck der Zelle. Fast alle pflanzlichen und tierischen Zellen enthalten beispielsweise einen Zellkern, mit Ausnahme der reifen roten Blutkörperchen, die keine Organellen oder genetisches Material enthalten. Ein weiteres Beispiel ist, dass Muskelzellen typischerweise viel mehr Mitochondrien haben als andere Zelltypen, da mehr Energie benötigt wird, um die Muskelzellen effektiv arbeiten zu lassen.
Struktur
Forscher glauben, dass der Hauptgrund für die Entwicklung von Organellen darin besteht, dass Zellen von der Isolierung der vielen komplexen chemischen Reaktionen profitieren, die in ihnen ablaufen. Innerhalb von Pflanzen- und Tierzellen ist jede von ihnen von einer eigenen Membran umgeben, die die Funktion der Einheit unterstützt. Einer der Hauptvorteile dieses Schutzes besteht darin, dass innerhalb einer membranumschlossenen Einheit chemische Bedingungen wie der pH-Wert verändert werden können, ohne die gesamte Zelle zu beeinträchtigen. In ähnlicher Weise wird der Inhalt jedes einzelnen von dem isoliert, was innerhalb der Zelle als Ganzes geschieht.
Bestimmte Organellen sind so groß, dass man ihre Form und Oberfläche unter einem Lichtmikroskop erkennen kann. Dazu gehören Mitochondrien und die Golgi sowie der Zellkern. Um sie genauer betrachten zu können, ist jedoch ein Elektronenmikroskop erforderlich. Erst als diese Strukturen mittels Elektronenmikroskopie untersucht werden konnten, begannen die Forscher zu verstehen, wie sie funktionieren.
Energie Produktion
Mitochondrien sind dafür verantwortlich, Zellen mit nutzbarer Energie zu versorgen. Sie kommen in den komplexesten Organismen vor, darunter Pilze und Pflanzen sowie Tiere. 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 ist. Mitochondrien haben auch zusätzliche Funktionen, einschließlich der Regulierung des Zellstoffwechsels und der Kalziumspeicherung.
Bestimmte Organellen kommen nur innerhalb einer bestimmten Art von Organismus vor. Das bekannteste Beispiel sind Chloroplasten, die nur in Pflanzen- und Algenzellen vorkommen. Chloroplasten nutzen Sonnenlicht, um Glukose durch den als Photosynthese bekannten Prozess zu produzieren. Ein weiteres Beispiel ist das Carboxysom, das nur bei 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 miteinander kommunizieren, entweder aufgrund ihrer Nähe oder über chemische Signale. Zum Beispiel ist das endoplasmatische Retikulum mit dem Golgi-Apparat verbunden, und beide dieser 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 an andere Stellen in der Zelle verpackt werden.
Ein weiteres Beispiel für diese Kommunikation ist die, die zwischen dem Zellkern und den anderen Organellen darin stattfindet. Obwohl der Zellkern und die darin enthaltene DNA nicht physikalisch mit anderen Zellstrukturen verbunden sind, kommuniziert er mit dem Rest der Zelle über Protein-Signalmoleküle. Die Membran, die den Kern umhüllt, kontrolliert, was in die Struktur eindringen und sie verlassen kann, indem sie den Verkehr auf spezielle Proteine begrenzt, die mit DNA-Strängen interagieren können.
Krankheiten
So wie die größeren Organe von gesundheitlichen Problemen betroffen sein können, können auch einzelne Organellen von Erkrankungen und angeborenen Erkrankungen betroffen sein. Diese Strukturen sind für die Zellfunktion so wichtig, dass Krankheiten, die sie betreffen, oft schwere Symptome verursachen und in einigen Fällen tödlich verlaufen. Funktionsstörungen können weitreichende und unerwartete Folgen haben.
Die Dysfunktion des endoplasmatischen Retikulums wurde mit Zuständen wie Mukoviszidose und mit Alzheimer-, Huntington- und Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. In jedem Fall wird angenommen, dass eine zelluläre Dysfunktion, die das ER stresst, zu den sich entwickelnden Symptomen beiträgt. Zu den Krankheiten, die den Golgi betreffen, gehören angeborene Erkrankungen, die Lebererkrankungen, geistige Behinderung und Krampfanfälle verursachen, und sie führen normalerweise zum Tod, bevor ein Kind zwei Jahre alt wird.
Eine große Familie von Erkrankungen, die als mitochondriale Erkrankungen bekannt sind, kann je nach Art der Erkrankung, von der eine Person betroffen ist, alles von Verdauungsproblemen bis hin zur Erblindung verursachen. Diese Erkrankungen können schwierig zu behandeln sein, da sie normalerweise angeborene Defekte beinhalten, die alle beteiligten Organellen eines bestimmten Zelltyps schädigen.