Zelle (Biologie)

Damit überhaupt ein vielzelliger Organismus entstehen kann, müssen die unterschiedlichen Zelltypen zu Geweben und Organen zusammengefasst werden. Benachbarte Zellen höherer Pflanzen sind durch Zytoplasmabrücken in den Zellwandlücken (Plasmodesmen) miteinander verknüpft; ihre Zellwände bilden eine wabenartige Struktur. Bei den meisten Tieren sind die Zellen durch die extrazelluläre Matrix verbunden, ein relativ lockeres Fasergeflecht, das große organische Moleküle (Makromoleküle) wie Glykoproteine (Kohlenhydrat-Protein-Verbindungen) oder Kollagen enthält.

In Epithelien haften die Plasmamembranen benachbarter Zellen eng aneinander, so dass Stoffe nicht vorbei-, sondern nur durch die Zellen hindurchfließen können. Der Stofffluss wird also durch die Plasmamembran und das Zytoplasma der Epithelzellen kontrolliert bzw. eingeschränkt (siehe oben), die damit auch für die Abgrenzung der Organe sorgen. Bei der Entstehung von Skelettmuskeln verschmelzen embryonale Muskelzellen (Myoblasten) miteinander und bilden eine einzige Muskelfaser mit zahlreichen Zellkernen.

Für das Funktionieren eines vielzelligen Organismus ist es notwendig, dass die Zellen miteinander in Verbindung treten und ihre Tätigkeit koordinieren. Dies geschieht in erster Linie durch das Nervensystem und durch Hormone. In beiden Fällen müssen Rezeptormoleküle in der Plasmamembran vorhanden sein. Wenn ein passendes Molekül an einen solchen Membranrezeptor bindet, löst dieses Signal in der Zelle eine biochemische Reaktion aus. Rezeptoren reagieren nur auf bestimmte Moleküle, so dass die Signalübertragung eindeutig ist.

Das Nervensystem besteht aus Nervenzellen, die über Synapsen miteinander verknüpft sind. Nervenzellen empfangen von anderen Zellen Signale und leiten sie weiter (siehe Neurophysiologie); die signalübertragenden Moleküle heißen Neurotransmitter. Mit ihren baumähnlich verzweigten Ausläufern (Dendriten) an ihrem Zellkörper stehen die Nervenzellen oft mit zahlreichen anderen Nerven- oder Sinneszellen in Verbindung und bilden so im Körper ein komplexes Netz.

Hormone sind Botenstoffe, also Moleküle, die in den Zellen von Drüsen oder speziellen Geweben des endokrinen Systems produziert werden. Sie werden im Blut oder im Lymphsystem von einer Zelle zur anderen transportiert. An jeder Zielzelle der hormonellen Signalübertragung bindet das Hormonmolekül an einen bestimmten Rezeptor und löst so eine bestimmte biochemische Reaktion aus. Einige Hormone durchdringen die Plasmamembran und binden innerhalb der Zelle (meist am Zellkern) an Rezeptoren.

Zwischen den Zellen von Eukaryonten und den Zellen von Prokaryonten gibt es grundlegende Unterschiede. Prokaryontenzellen – die Zellen von Bakterien, Archaebakterien und Cyanobakterien – sind meist relativ klein (0,5 bis 5 Mikrometer) und einfach gebaut. Ihre Zellwand besteht vorwiegend aus Murein, einem an eine Peptidkette gebundenen Oligosaccharid (Peptidoglykan). Prokaryontenzellen haben keinen Zellkern – der Name Prokaryont bedeutet „vor dem Kern”. Ihr Genom liegt in Form eines geschlossenen Knäuels frei im Zytoplasma. Außerdem besitzen viele Bakterien ein kleineres, ringförmiges DNA-Molekül, das Plasmid.

Statt Zellorganellen enthalten Prokaryontenzellen zur Speicherung von Reservestoffen Lipidtröpfchen, Stärke- und Polyphosphatkörnchen sowie Polyhydroxybuttersäure. Sie haben außerdem andere Ribosomen und Geißeln (soweit überhaupt vorhanden) als Eukaryontenzellen; Mikrotubuli und Mikrofilamente gibt es nicht. Prokaryontenzellen sind nicht zur Endozytose bzw. Exozytose in der Lage, ebenso wenig zur Meiose. Sie können jedoch genetisches Material mit Hilfe fadenförmiger Proteinröhren (Pili; Einzahl: Pilus) auf ihrer Zelloberfläche austauschen.

Mitochondrien und Plastiden in den Eukaryontenzellen sind mit großer Sicherheit aus Prokaryontenzellen entstanden, die in eine größere Zelle aufgenommen wurden. Daraufhin deutet neben den genannten Unterschieden zwischen den beiden Zelltypen auch die Tatsache, dass Mitochondrien und Plastiden über ein eigenes Genom verfügen und sich teilen können. Man vermutet, dass Prokaryontenzellen während der frühen Evolution durch Endozytose in eine größere Zelle gelangt sind, aber dort nicht wie üblich abgebaut wurden. Stattdessen gingen sie mit ihrer Wirtszelle offenbar eine dauerhafte Symbiose ein; man bezeichnet die entsprechende Theorie daher auch als Endosymbiontentheorie.