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4.1 Zellorganellen
Bestandteile von Zellen, die durch Membranen begrenzt sind und so Reaktionsräume/ Kompartimente bilden, bezeichnet man als Zellorganellen. Sie erfüllen verschiedene Aufgaben.
4.2 Die Zelle
4.2.1 Definition Zelle
Zellen sind die kleinsten lebensfähigen Bau- und Funktionseinheiten. Sie werden aus verschiedenen Zellorganellen gebildet. Zellen erfüllen bestimmte Aufgaben.
4.2.2 Differenzierung der Zelle
Differenzierung ist ein Entwicklungsprozess bei dem sich ürsprünglich gleichartige Zellen strukturell und funktionell spezialisieren. Es entstehen verschiedene Zelltypen.
Differenzierung der tierischen Zelle
Zelltyp Vorkommen
(in welchen Geweben/
Organen) Funktion der Gewebe, die aus den Zellen bestehen Funktion Bau
(a) Eizelle In Keimzellen produzierenden Geweben (Eierstöcke) Keimzellen ermöglichen durch Teilung Zelldifferenzierung Übertragung arttypischer Erbinformationen auf Tochter-generation aus Eiplasma, von Dotterhaut umgeben, Dotter, Eiplasma, Eikern, von Eihülle umgeben
(b)Bindegewebszelle Binde-, Stützgewebe Verbindung oder Begrenzung verschiedener Organe
(c) Knorpelzelle Binde-, (Knorpelgewebe) Stützgewebe Vorstufe fast aller Knochen, Überzug der Knochenenden, in Ohr, Nase, Kehldeckel, Zwischenwirbelscheiben und Rippen Erzeugung neuer Grundsubstanzen, Abgabe weiterer Zellen nach Außen hochelastisch, druckfest, wenig zerreisfest
(d) Knochenzelle Binde-, (Knochengewebe) Stützgewebe Stütze, Schutz, Bewegung mit Hilfe der Gelenke und Muskeln, Blutbildung bauen Knochen auf asymetrisch; calcium und kaliumreich
Zellfortsätze
(e) Wimpern-epithelzelle Deckgewebe (Epithelgewebe) Begrenzung der Außenflächen des Körpers und seiner Innenräume; Schutz bei niederen Tieren zur Fortbewegung im Wasser; bei höheren nur noch als Auskleidung von Innenräumen (Atemwege/Ei-leiter), Wimpernschlag dient dem Stofftransport Bildungen des Plasmas
(f) Drüsenzelle Deckgewebe (Drüsengewebe) Bedeckung von Körperober-flächen; Auskleidung von Hohlräumen; Schutz des Körpers; Stoffaustausch zwischen Körper und Umwelt Erzeugung/ Ausscheidung bestimmter Absonderungs-stoffe (Schleim, Speichel, Verdauungssäfte, Schweiß, Harn, u.ä.) Verbände lebender Zellen
(g) Sinneszelle Sinnesorgane Aufnahme und Beantwortung von Reizen dienen der Reizaufnahme,
wandeln Reize in Nervenimpulse um Soma asymmetrisch; Deutrid und Neurit; Axon
(h) Nervenzelle, Ganglienzelle, Neuronen
Nervengewebe Aufnahme und Beantwortung von Reizen vermitteln mit ihren Fortsätzen zwischen Empfangsorgan (Rezeptor) und Erfolgsorgan (Effektor) besitzen meist zwei verzweigte Fortsätze
(i) glatte Muskelzelle Muskelgewebe,
Hohlorgane, Eingeweide-muskulatur Kontraktion der lebenswichtigen Organe aktive Bewegung; können kontrahieren,
und passiv gestreckt werden langgestreckt, spindelförmig, miteinander verschmolzen, nur ein Zellkern
(k) Samenzelle (Spermium) Hoden Verschmelzung mit Eizelle zu diploidem Chromosomen-satz (Vorraussetzung für Teilung) Übertragung arttypischer Erbinformationen auf Tochter-generation Bestehen aus Kopf, Hals, Mittelstück und dünnen langem Schwanz
Differenzierung der pflanzlichen Zelle
Zelltyp lebend / tot Bau Vorkommen Funktion
(a) undifferenzierte Zelle lebend Dünne Zellwand; Zellkern im Bildungsgewebe Zellteilung
(b) Epidermiszelle lebend lückenlos miteinander verbundene Zellen, oft durch zackige oder wellige Umrisse miteinander verzahnt, Zellwände vielfach verdickt, Außenwände stets mit Kutikula bedeckt Absorptionsgewebe/Abschlussgewebe (Sprossachse, Wurzel, Blatt) Aufnahme von Wasser und darin gelöster Salze /
Schutz gegen Verdunstung, Feuchtigkeit, starke Sonneneinstrahlung, mechanische Verletzungen, Schädlinge;
trennt Gewebekomplexe
(c) Assimilationszelle lebend meist mehrschichtig; längs nach oben ausgerichtet; zahlreiche Chloroplasten; großvolumig; direkt unter lichtdurchlässigen Epidermis Grundgewebe, Assimilations-parenchym) Laubblatt, Sprossachse Photosynthese
(d) Speicherzelle lebend Großvolumig; lückenlose Anordnung Speichergewebe (Speicherorgan) Speichert Reservestoffe wie Stärke oder Eiweißstoffe und Wasser
(e) Wurzelhaarzelle
(differenzierte Epidermiszelle) lebend Langgestreckt; dünne Zellwand;
An Rhizodermis-zelle Absorptionsgewebe (Wurzel) Vergrößerung der wasseraufnehmenden Oberfläche
(f) Siebröhrenzelle mit Geleitzelle lebend Gefäßzellen=tot; bestehen nur aus Zellwand
Siebzellen=lebend; plasmareich; Zellwand porig Leitgewebe des Sprosses Leitung von Assimilaten (Eiweißstoffe/Zucker) von den Orten ihrer Bildung zu den Orten ihres chemischen Umbaus, ihrer Speicherung
(g) Tracheide tot langerstreckte Einzelzellen, deren Innenräume durch dünnwandige Poren, Tüpfel, zusammenhängen Leitgewebe des Sprosses Wasserleitung
(h) Trachee tot durch Auflösung der Querwände zu Röhren verschmolzene Zellereihen
ca. 10cm lang, Wände verholzt und durch Netz-, Ring- oder Spiralrippen versteifen Leitgewebe des Sprosses Wasserleitung
(i) Bastfaser tot Grundgewebe,
Festigungsgewebe
(Leitbündel)
(k) Steinzelle tot Wände mit Schraubenstruktur= hohe Biegungs- und Zugfähigkeit Festigungsgewebe Verleihen Gewebe hohe Druckfestigkeit
(l) Sternhaar lebend Leitgewebe
Die Beziehung zwischen Bau und Funktion der Nervenzelle
Zur Aufgabe der Nervensysteme gehört es Informationen aus der Umwelt aufzunehmen und auszuwerten. Nervensysteme veranlassen sinnvolle Reaktionen des Organismus oder seiner Teile. Sie steuern rasch ablaufende Vorgänge.
Nervenzellen können durch einen Reiz erregt werden, diesen Reiz wird verarbeitet und als Erregung weitergeleitet. Die Erregungsleitung erfolgt innerhalb einer Nervenzelle elektrisch, zwischen zwei verschiedenen Nervenzellen chemisch.
Nervenzellen enthalten alle Bestandteile tierischer Zellen.
Aufbau eines Muskels
Muskelgewebe
Muskelgewebe besteht aus hoch spezialisierten Zellen, die sich zusammenziehen und wieder entspannen können. Man unterscheidet drei Arten von Muskelgewebe: die gestreifte Muskulatur, die glatte Muskulatur und die Herzmuskulatur. Gestreifte Muskulatur, auch willkürliche oder Skelettmuskulatur genannt, wird durch das willkürliche Nervensystem aktiviert. Die Zellen dieser Muskeln besitzen mehrere Kerne, die von der Verschmelzung mehrerer Muskelzellen herrühren. Die glatte oder unwillkürliche Muskulatur wird vom autonomen Nervensystem innerviert. Diese Muskeln befinden sich hauptsächlich in den inneren Organen. Sie bestehen aus einfachen Zellschichten. Der Herzmuskel vereint beide Muskeltypen. Dieses Gewebe besteht aus einer engen Verzahnung von Zellen und Muskelzellen.
Aufbau des Auges
Das Auge ist das Sinnesorgan für die Wahrnehmung von Lichtreizen. Es besteht beim Menschen aus einem optischen System (Hornhaut, Linse, Iris, Pupille, Glaskörper), das die Bilder der Gegenstände auf den Augenhintergrund projiziert, und einem nervalen Teil (Netzhaut mit Nervenzellen und Sehnerv), in dem die Lichtenergie in Nervenimpulse umgewandelt wird.
4.3 Gewebe
Ein Gewebe ist ein Verband von Zellen gleichen Baus, die auch gleiche Funktionen ausüben.
4.3.1 Gewebe der Pflanzen
Vorbemerkung
Die wichtigsten Gewebearten sind: Bildungsgewebe und Folgegewebe, welches sich wiederum unterteilt in Abschlussgewebe, Grundgewebe, Festigungs-/Stützgewebe, Leitungsgewebe
Wenn man die Differenzierung innerhalb der Pflanze genauer betrachtet fällt auf, dass gleich gebaute Zellen meist in größeren Verbänden vorkommen. Diese Zellverbände gleichen Typs mit gleichen Aufgaben nennt man bekanntlich Gewebe.
Die primitivsten vielzelligen Pflanzen (niedere Algen) jedoch bestehen nur aus gleichartigen Zellen ohne Arbeitsteilung. Mit steigender Organisation wächst die Differenzierung der Gewebe. Man unterscheidet zwei Hauptgruppen: Bildungsgewebe, deren Aufgabe es ist, neue Gewebe zu erzeugen. Man findet sie unter anderem an den Wurzelspitzen und in den Knospen an der Sprossachse, aus ihnen können sich durch Differenzierung die Zellen der verschiedenen anderen Gewebetypen bilden. Und Folgegewebe/Dauergewebe, die aus den Bildungsgeweben hervorgehen wenn diese ihre endgültige Gestalt und Größe erreicht haben. Sie haben verschiedenartige Funktionen.
Mit dem Mikroskop erkennt man in einem Blattquerschnitt verschiedene Gewebe.
Die äußeren Zellen dienen als Abschlussgewebe/Deckgewebe dem Schutz des Blattes. Hier als Beispiel die Cuticula und die obere Epidermis, sie bilden also die Grenzschicht am Blatt. Sie schützen gegen Verdunstung Feuchtigkeit, starke Sonneneinstrahlung, mechanische Verletzungen und Schädlinge. Im Pflanzeninneren trennt es ganze Gewebekomplexe. Zum Beispiel die Endodermis von der Wurzel und das zentrale Leitbündel von der Rinde.
Die oben genannte Epidermis besteht für gewöhnlich nur aus einer Zellschicht, deren vielfach verdickte Zellen lückenlos miteinander verbunden sind. Die Außenwände sind stets von einer Cuticula bedeckt. Sie ist ein wasserabstoßendes Häutchen mit eingelagertem Kutin (wachsartiger, wasserundurchlässiger Überzug) und verringert den Wasserverlust durch Verdunstung an der Pflanzenoberfläche
Feine Poren in der Epidermis, Spaltöffnungen genannt, ermöglichen den Gasaustausch mit der Umgebung. Diese Spaltöffnungen sind von so genannten Schließzellen umgeben, die durch aktive Veränderung ihrer Form und Größe die Spaltöffnungen vergrößern oder verkleinern und so den Gasaustausch regulieren können. Dies spielt eine wichtige Rolle für das Überleben der Pflanzen unter ungünstigen Bedingungen. Für den Ablauf der Photosynthese sind die Spaltöffnungen eine unbedingt notwendige Voraussetzung, da durch sie das Kohlendioxid der Luft - als Ausgangsstoff für diese Prozesse - eindringen kann. Unter der Epidermis bilden langgestreckte, senkrecht zur Oberfläche stehende Zellen das Palisadengewebe. Die Zellen dieses meist einschichtigen Gewebes enthalten viele Chloroplasten. Weniger chloroplastenreich sind die unregelmäßig geformten Zellen des anschließenden Schwammgewebes. Zwischen seinen Zellen liegen luftgefüllte Hohlräume.
Desweiteren erkennt man das Grundgewebe. Es besteht aus drei Gewebetypen, dem Parenchym, Kollenchym und dem Sklerenchym. Das Parenchym befindet sich überall in der Pflanze und besteht aus lebenden Zellen, die sich auch im Reifezustand noch teilen können. In der Regel finden sich nur Primärzellwände (unverdickte und nicht verholzte und durch andere Einlagerungen veränderte Zellwände), die gleichmäßig und unverdickt sind. Die einzelnen Zellen des Parenchyms sind auf viele verschiedene physiologische Funktionen spezialisiert (beispielsweise auf die Photosynthese, auf Speicherfunktionen, Sekretion bestimmter Stoffe oder die Wundheilung). Auch im Xylem und im Phloem finden sich Parenchymzellen.
Das Kollenchym, die zweite Form des Grundgewebes, besteht ebenfalls aus im Reifezustand lebenden Zellen, deren Primärzellwände jedoch ungleichmäßig verdickt sind. Das Kollenchym ist wachstums- und dehnungsfähig und dient in jungen, noch wachsenden Pflanzenteilen als Stützgewebe.
Der dritte Typ des Grundgewebes ist das Sklerenchym, dessen Zellen im Reifezustand kein Protoplasma haben und stark verdickte Sekundärwände aufweisen, die in der Regel Lignin enthalten. Das Sklerenchym dient den bereits ausgewachsenen Pflanzenteilen zur Stützung und Festigung.
Das Leitungsgewebe besteht aus zwei verschiedenen Gewebearten, die als röhrenartigen Gebilde den Pflanzenkörper durchziehen. Dem Xylem, mit dem Wasser und gelöste Mineralstoffe nach oben (von den Wurzeln in die Triebe und Blätter) transportiert werden, und dem Phloem, das die in den Blättern produzierten organischen Produkte der Photosynthese und anderer Stoffwechselvorgänge in diejenigen Pflanzenteile befördert, die sie gerade zur Ernährung benötigen. Xylem und Phloem liegen als so genanntes Leitbündel immer direkt beieinander. Meist ist dabei das Xylem nach innen und das Phloem nach außen orientiert. Man bezeichnet das Phloem auch als Siebteil und das Xylem als Holzteil. Zwischen Xylem und Phloem liegt die dünne Schicht des Kambiums, die teilungsfähige Zellen enthält. Im Xylem verholzen die Zellen stark und bilden den Holzkörper der Pflanzen. Sie dienen dann neben der Wasserleitung auch der Stützung der Pflanze und sorgen für deren Stabilität und Speicherung von Nährstoffen.
Xylem
Das Xylem besteht aus zwei verschiedenen leitfähigen Zellformen, den dünneren Tracheiden und den dickeren Tracheen oder Gefäßen. Die Tracheen ermöglichen einen besonders effektiven und raschen Wassertransport. Sie stellen die höchst entwickelten Wasserleitungsbahnen dar. Beide Zellarten sterben während der Gefäßbildung ab, sie weisen also kein Cytoplasma auf, was für die Leitungsfunktion auch hinderlich wäre. Ihre Wände sind durch spiralige, verholzte Strukturen verstärkt, um dem Wasserdruck standzuhalten. Es gibt aber auch fast durchgehend verholzte Tracheiden bzw. Tracheen, in denen kleine, fensterartige Lücken - die so genannten "Tüpfel" - unverholzt bleiben, über die der Stoffaustausch der Gefäßzellen untereinander und zu anderen Nachbarzellen erfolgt.
Phloem
Das Phloem ist aus noch lebenden Zellen aufgebaut, den so genannten Siebzellen bzw. Siebröhren und den Geleitzellen. Die stärker spezialisierten Siebröhren übernehmen die Funktion der Stoffleitung. Die Siebröhrenzellen bilden insgesamt ein echtes Röhrensystem. Jeweils seitlich sitzen den Siebröhrenzellen so genannte Geleitzellen auf. Dies sind Schwesterzellen der Siebröhrenglieder, gehen also durch Teilung aus einer gemeinsamen Mutterzelle hervor. Sie enthalten einen Zellkern und stehen über zahlreiche Plasmabrücken mit den Siebröhrenzellen in Verbindung. Vermutlich beeinflussen sie deren Stoffwechselvorgänge; zumindest ist nachgewiesen, dass sie Stoffe an sie abgeben und außerdem deren Abfallprodukte entfernen.
4.3.2 Gewebe der Tiere
Vorbemerkung
Die wichtigsten Gewebearten sind: Deckgewebe, Binde- und Stützgewebe(Knorpel und Knochen), Muskelgewebe und Nervengewebe.
Den zu Geweben vereinten Zellen stehen freie Zellen gegenüber, so die Zellen des Blutes und die Geschlechtszellen.
Das Deck- oder Ephitelgewebe begrenzt die Außenfläche des Körpers und seine inneren Hohlräume. Es besteht aus einer oder aus mehreren Schichten von Zellen. Die Ephitelzellen sind eng aneinandergefügt mit wenig Interzellularsubstanz (Substanz zwischen den Zellen). Häufig scheiden sie nach außen eine Cuticula und gegen die tieferliegenden Gewebe eine dünne Lamelle (Basalmembran) ab.
Bei den Ephitelien unterscheidet man unter Platten-, Pflaster- und Zylinderephitelien.
Ephitelgewebe bilden ,zusammen mit tiefer gelegenden Geweben ,die Haut. Diese schützt gegen verschiedenartige Umwelteinflüsse, dient der Wärmeregulation (Schweißdrüsen), Ausscheidung von Feuchtigkeit, Kochsalz und verschiedenen Abfallstoffen und in geringerem Maße auch der Atmung.
Bei niederen Tieren kann die Cuticula auch ein festes Außenskelett bilden (Kalkschale der Weichtiere, Chitinpanzer der Insekten).
Das Bindegewebe ist sehr vielgestaltig und füllt Zwischenräume im Körper aus, umschließt und verbindet innere Organe und baut Innenskelette auf. Unter den Bindegeweben sind die faserigen, die elastischen und die Fett bildenden Gewebe sowie Knorpel und Knochen am weitesten verbreitet. Im Gegensatz zum Epithelgewebe sind die Zellen des Bindegewebes weiter voneinander entfernt, mit relativ großem Interzellularraum. Das faserige Bindegewebe kommt überall im Körper vor und bildet mit seinem unregelmäßigen Fasernetz weiche Polster, die u. a. Nerven, Blutgefäße und Organe umgeben. Sie weisen eine höhere Festigkeit auf. Das am einfachsten beschaffenste elastische Gewebe ist dabei das Gallertgewebe, welches man in Quallen und anderen niederen Tieren wiederfindet. Das Fettgewebe nimmt eine besondere Rolle als lockeres und faseriges Bindegewebe ein, in das große , prall mit Fett gefüllte Zellen eingelagert sind. Es hat eine ähnliche Stützfunktion wie das faserige Bindegewebe, eben mit dem Unterschied, dass die Zellen Fett speichern.
Knorpel geht dabei aus steifgallertigem Bindegewebe hervor, dass von vielen feinen Bindegewebsfasern durchzogen sein kann. Die darin einzeln verstreuten Bindegewebszellen werden zu Knorpelzellen. Während man Knorpel in seltenen Fällen auch bei höheren Wirbellosen findet, kommen Knochen nur bei den Wirbeltieren vor. Knochen sind Organe die aus verschiedenen Gewebearten gebildet werden, in erster Linie jedoch aus Knochengewebe. Dieses besteht wie das Knorpelgewebe, aus einer Grundsubstanz, in der einzelne Zellen eingelagert sind. Im unterschied dazu bleiben die Zellen hierbei jedoch durch Ausläufer miteinander in Kontakt.
Das Muskelgewebe der Wirbeltiere besteht aus langgestreckten, spindelförmigen Muskelzellen oder aus "Paketen" solcher Zellen(Muskelfasern). Durch die Kontraktion der Muskelfasern verkürzen sich die Muskeln, durch ihre Erschlaffung strecken sie sich. Gruppen von Muskelfasern werden von einer gemeinsamen Bindegewebshülle umgeben.
Mit Hilfe des Nervengewebe werden Reize aufgenommen, in Erregung umgewandelt, weitergeleitet und verarbeitet. Die Aufnahme und Umwandlung geschieht durch einzelne Sinneszellen (oder durch Sinnesorgane), die Weiterleitung und Verarbeitung durch Nervenzellen, die über fadenförmige Fortsätze mit den Sinneszellen, anderen Nervenzellen und Muskelfasern in Verbindung stehen. Es ist ein sehr komplexes System von Zellen (auch Ganglien genannt).
4.4 Organ
Ein Organ besteht aus verschiedenen Geweben und bildet eine Bau- und Funktionseinheit des Körpers.
Die Organe der Pflanze sind zum Beispiel Wurzel, Sprossachse und Blatt.
4.5 Organsystem
In einem Organsystem wirken mehrere Organe im Verband bei der Erfüllung von Lebensfunktionen zusammen.
Die Blüte einer Pflanze ist beispielweise ein Organsystem. Sie wird aus mehreren Organen gebildet, die einer gemeinsamen Aufgabe dienen- der Fortpflanzung.
4.6.Organismus
Organsysteme mit ihren Zellen, Geweben und Organen bilden zusammen den Organismus. Ein Organismus ist ein hochdifferenziertes Lebewesen mit Anpassungserscheinungen an den Lebensraum, der alle Lebensmerkmale zeigt.
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