Der Aufbau der Zelle

Eine Zelle ist die kleinste Einheit, die für sich allein leben kann. Sie nimmt Stoffe auf, baut sie um, gibt Abfall ab, wächst und teilt sich. Manche Lebewesen bestehen aus einer einzigen Zelle, etwa das Pantoffeltierchen. Du selbst bestehst aus etwa 30 Billionen Zellen, und jede einzelne davon erledigt ihre eigene Arbeit, koordiniert mit allen anderen.

In jeder Zelle findest du dieselben Grundbauteile. Die Zellmembran ist die äußere Hülle. Sie ist nicht einfach eine Wand, sondern kontrolliert, was hinein- und hinausgelangt – man nennt sie deshalb selektiv durchlässig. Im Inneren liegt das Zellplasma, eine zähe Flüssigkeit, in der alle übrigen Bestandteile schwimmen. Der Zellkern enthält die Erbinformation und steuert von dort aus, welche Stoffe die Zelle gerade herstellt.

Dazu kommen die Mitochondrien. In ihnen wird Traubenzucker mithilfe von Sauerstoff abgebaut, und die dabei frei werdende Energie steht der Zelle zur Verfügung. Deshalb heißen sie oft „Kraftwerke der Zelle“. Muskelzellen, die viel Energie verbrauchen, haben besonders viele davon. Sichtbar wird all das erst unter dem Mikroskop, denn eine typische Zelle ist nur 10 bis 100 Mikrometer groß – ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter.

Der häufigste Fehler ist die Verwechslung von Zellwand und Zellmembran. Jede Zelle, ob Pflanze oder Tier, besitzt eine Zellmembran – sie ist dünn, elastisch und aus Fett und Eiweiß aufgebaut. Nur Pflanzenzellen haben zusätzlich außen eine Zellwand aus Cellulose, die stabil und starr ist. Wer in der Klassenarbeit schreibt „die Zellwand lässt Wasser hinein und heraus“, meint eigentlich die Zellmembran, denn die Zellwand ist grob durchlässig wie ein Sieb und übernimmt keine Steuerungsfunktion.

Ein zweiter Fehler betrifft die Chloroplasten: Nicht jede Pflanzenzelle hat welche. Wurzelzellen, die Zellen der Zwiebelhaut oder Zellen im Stamm liegen im Dunkeln und bilden deshalb keine Chloroplasten aus, obwohl sie eindeutig Pflanzenzellen mit Zellwand und Vakuole sind. Chloroplasten sind also ein Hinweis auf Fotosynthese, aber kein alleiniges Kriterium für „Pflanzenzelle“.

Drittens wird oft die Größe falsch eingeschätzt: Zellen sind mit bloßem Auge fast nie erkennbar. Eine Ausnahme ist das Hühnereidotter, das eine einzige riesige Zelle ist – ein Sonderfall, der in Prüfungen gern als Fangfrage auftaucht, weil er der Regel „Zellen sind mikroskopisch klein“ scheinbar widerspricht.

Du musst kein Mikroskop besitzen, um Zellphänomene zu beobachten. Wenn Salat welkt, weil er zu lange draußen lag, verlieren seine Zellen Wasser aus der Vakuole, und der Innendruck sinkt – die Blätter werden schlaff. Stellst du den Salat für eine Weile in Wasser, füllt sich die Vakuole wieder, und die Blätter richten sich auf. Denselben Effekt nutzt du unbewusst, wenn du welke Blumen ins Wasser stellst.

Auch beim Kochen begegnet dir Zellbiologie: Rohe Kartoffeln sind fest, weil ihre Zellwände intakt sind und die Zellen prall mit Wasser gefüllt bleiben. Beim Kochen platzen die Zellmembranen, Stärke tritt aus den Zellen aus, und die Kartoffel wird weich. Bei eingelegtem Gemüse in stark gesalzenem Essig entziehen die Salzlösung und die Säure den Zellen Wasser, wodurch sie schrumpfen und das Gemüse knackig-schrumpelig statt matschig bleibt.

Selbst deine Hautfarbe hängt an Zellen: In bestimmten Hautzellen produzieren Zellorganellen den Farbstoff Melanin, der vor UV-Strahlung schützt. Je mehr Sonne, desto mehr Melanin – daher die Bräunung im Sommer. Das zeigt, dass Zellen nicht nur ein abstraktes Thema für den Biologieunterricht sind, sondern ständig im Hintergrund arbeiten.

Um sich die Größe einer Zelle vorzustellen, hilft ein Vergleich: Ein Millimeter besteht aus 1000 Mikrometern. Eine typische tierische Zelle ist etwa 10 bis 30 Mikrometer groß, würde also rund 30- bis 100-mal in einen einzigen Millimeter passen. Ein menschliches Haar ist im Vergleich mit etwa 70 Mikrometern Durchmesser schon deutlich dicker als die meisten Zellen.

Innerhalb der Zelle gibt es noch kleinere Maßstäbe. Ein Mitochondrium ist meist nur 1 bis 2 Mikrometer lang, also selbst innerhalb der Zelle winzig. Der Zellkern dagegen nimmt oft ein Zehntel des gesamten Zellvolumens ein und ist unter dem Mikroskop meist gut zu erkennen, wenn man Zellen zuvor mit einem Farbstoff angefärbt hat, zum Beispiel mit Methylenblau im Schulversuch.

Diese Größenordnungen erklären, warum lichtmikroskopische Aufnahmen aus dem Biologieunterricht Zellwand, Zellkern und manchmal Chloroplasten gut zeigen, einzelne Mitochondrien aber kaum. Für solche feinen Strukturen braucht man ein Elektronenmikroskop, das mit einer viel höheren Auflösung arbeitet als ein Lichtmikroskop im Klassenraum.