Von einzelligen Organismen wie Bakterien bis hin zum Menschen sind Zellen die grundlegenden strukturellen und funktionellen Einheiten des Lebens. Ein erwachsener menschlicher Körper besteht aus mehr als 37 Billionen Zellen, so eine Schätzung, die in der November-Dezember-Ausgabe 2013 der "Annals of Human Biology" veröffentlicht wurde. In komplexen Organismen wie dem Menschen gibt es Hunderte von verschiedenen Zelltypen, die in Körper, Organe und Gewebe organisiert sind. Jeder Zelltyp hat spezielle Funktionen, die es dem Körper ermöglichen, effektiv zu funktionieren. Im Großen und Ganzen sind jedoch einige allgemeine Funktionen für praktisch alle Zellen gemeinsam.
Energieerzeugung
Lebende Zellen existieren in einem ständig aktiven biologischen Zustand. Alle Zellen benötigen Energie, um die notwendigen Aktivitäten durchzuführen, um am Leben zu bleiben. Dies macht die Energieerzeugung zum wichtigsten und grundlegendsten aller zellulären Funktionen. Menschliche Zellen erzeugen Energie unter Verwendung von Chemikalien, die aus Nahrungsmitteln als Brennstoff stammen. Mitochondrien - oft als Kraftwerke von Zellen bezeichnet - dienen als letzter Ort der Energieproduktion in menschlichen Zellen. Unter Verwendung von Molekülen, die aus der Verdauung und Verarbeitung von Zuckern, Proteinen und Fetten aus der Nahrung stammen, erzeugt eine Reihe komplexer chemischer Reaktionen in den Mitochondrien ein Molekül, das Adenosintriphosphat (ATP) genannt wird. ATP-Moleküle fangen die chemische Energie aus Nahrung ein, die die Zellen dann für ihre biologischen Funktionen nutzen.
Molekularer Transport
Jede Zelle ist von einer Membran umgeben, die ihre Grenzen abgrenzt und als Torwächter fungiert, der die Bewegung von Molekülen in die Zelle und aus der Zelle steuert. Dieser molekulare Transport dient der essentiellen Rolle der Aufrechterhaltung einer gesunden inneren Umgebung, so dass die Zelle überleben und ihre spezialisierten Funktionen ausüben kann. Einige kleine Moleküle, wie Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser, durchdringen menschliche Zellmembranen, ohne Energie zu verbrauchen. Der Transport vieler wichtiger Moleküle hängt jedoch von energiebetriebenen Zellmembranpumpen ab. Zum Beispiel sind Natrium- und Kaliummembranpumpen essentiell für die Übertragung von Nervenimpulsen und die Aufrechterhaltung des Wasserhaushalts im menschlichen Körper. Der molekulare Transport erlaubt auch spezialisierten Zellen, die wichtige Chemikalien - wie Hormone - produzieren, um sie freizusetzen, so dass sie an anderer Stelle im Körper verwendet werden können.
Reproduktion
Alle Lebewesen, einschließlich Zellen, haben eine begrenzte Lebensdauer. Daher ist die Reproduktion eine wesentliche Funktion für Zellen. Die zelluläre Reproduktion beim Menschen ermöglicht es dem Körper, sterbende, kranke oder geschädigte Zellen zu ersetzen - und im Falle einer Schwangerschaft die menschliche Spezies zu verewigen. Die meisten menschlichen Zellen vermehren sich durch einen Prozess, der Mitose genannt wird. Mit diesem Reproduktionsprozess produziert die Zelle eine exakte Kopie ihres genetischen Materials, bevor sie sich in zwei genetisch identische Zellen aufspaltet.
Meiose ist ein spezieller zellulärer Reproduktionsprozess, der von Eiern und Sperma in Organismen verwendet wird, die sexuelle Fortpflanzung einsetzen. Humangenetisches Material ist in 23 Chromosomenpaare organisiert, jeweils eine vom Vater und der Mutter. Bei Meiose enthalten die Eier und Spermien mit zwei Kopien jedes Chromosoms nur eine einzige Kopie. Wenn sich das Ei und das Sperma zum Zeitpunkt der Befruchtung vereinigen, paaren sich die Chromosomen. Die nachfolgende Teilung des befruchteten Eies erfolgt über die Mitose, wobei jede neue Zelle das neu gebildete Chromosomenpaar enthält.
Bewertet von: Tina M. St. John, M.D.
