Zu Beginn der Entwicklung des Lebens auf der Erde wurden alle Zellformen durch Bakterien repräsentiert. Sie nahmen organische Substanzen, die im Urmeer gelöst waren, über die Körperoberfläche auf.

Im Laufe der Zeit haben sich einige Bakterien daran angepasst, aus anorganischen Substanzen organische Substanzen herzustellen. Dazu nutzten sie die Energie des Sonnenlichts. Es entstand das erste Ökosystem, in dem diese Organismen als Produzenten fungierten. Dadurch gelangte der von diesen Organismen freigesetzte Sauerstoff in die Erdatmosphäre. Mit seiner Hilfe können Sie aus derselben Nahrung viel mehr Energie gewinnen und die zusätzliche Energie nutzen, um die Struktur des Körpers zu komplizieren: den Körper in Teile zu teilen.

Eine der wichtigsten Errungenschaften des Lebens ist die Trennung von Zellkern und Zytoplasma. Der Zellkern enthält Erbinformationen. Eine spezielle Membran um den Kern ermöglichte den Schutz vor unbeabsichtigter Beschädigung. Bei Bedarf erhält das Zytoplasma vom Zellkern Befehle, die das Leben und die Entwicklung der Zelle steuern.

Organismen, bei denen der Zellkern vom Zytoplasma getrennt ist, haben das nukleare Superreich gebildet (dazu gehören Pflanzen, Pilze und Tiere).

So entstand und entwickelte sich die Zelle – die Grundlage der Organisation von Pflanzen und Tieren – im Laufe der biologischen Evolution.

Schon mit bloßem Auge, oder noch besser unter einer Lupe, kann man erkennen, dass das Fruchtfleisch einer reifen Wassermelone aus sehr kleinen Körnern bzw. Körnern besteht. Dies sind Zellen – die kleinsten „Bausteine“, aus denen der Körper aller lebenden Organismen, einschließlich Pflanzen, besteht.

Das Leben einer Pflanze erfolgt durch die gemeinsame Aktivität ihrer Zellen, wodurch ein einziges Ganzes entsteht. Bei der Vielzelligkeit von Pflanzenteilen kommt es zu einer physiologischen Differenzierung ihrer Funktionen, einer Spezialisierung verschiedener Zellen je nach ihrer Lage im Pflanzenkörper.

Eine Pflanzenzelle unterscheidet sich von einer tierischen Zelle dadurch, dass sie eine dichte Membran hat, die den inneren Inhalt von allen Seiten bedeckt. Die Zelle ist nicht flach (wie es normalerweise dargestellt wird), sondern sieht höchstwahrscheinlich wie eine sehr kleine Blase aus, die mit schleimigem Inhalt gefüllt ist.

Struktur und Funktionen einer Pflanzenzelle

Betrachten wir eine Zelle als strukturelle und funktionelle Einheit eines Organismus. Die Außenseite der Zelle ist mit einer dichten Zellwand bedeckt, in der sich dünnere Abschnitte, sogenannte Poren, befinden. Darunter befindet sich ein sehr dünner Film – eine Membran, die den Zellinhalt – das Zytoplasma – bedeckt. Im Zytoplasma gibt es Hohlräume – mit Zellsaft gefüllte Vakuolen. In der Mitte der Zelle oder in der Nähe der Zellwand befindet sich ein dichter Körper – ein Zellkern mit einem Nukleolus. Der Kern ist durch die Kernhülle vom Zytoplasma getrennt. Kleine Körper, sogenannte Plastiden, sind im Zytoplasma verteilt.

Struktur einer Pflanzenzelle

Struktur und Funktionen pflanzlicher Zellorganellen

Organoid	Zeichnung	Beschreibung	Funktion	Besonderheiten
Zellwand oder Plasmamembran		Farblos, transparent und sehr langlebig	Leitet Substanzen in die Zelle hinein und aus ihr heraus.	Die Zellmembran ist semipermeabel
Zytoplasma		Dickflüssige Substanz	Alle anderen Teile der Zelle befinden sich darin	Ist in ständiger Bewegung
Zellkern (wichtiger Teil der Zelle)		Rund oder oval	Sorgt für die Übertragung erblicher Eigenschaften auf Tochterzellen während der Teilung	Zentraler Teil der Zelle
		Kugelförmige oder unregelmäßige Form	Beteiligt sich an der Proteinsynthese
		Ein durch eine Membran vom Zytoplasma getrenntes Reservoir. Enthält Zellsaft	Überschüssige Nährstoffe und Abfallprodukte, die die Zelle nicht benötigt, sammeln sich an.	Während die Zelle wächst, verschmelzen kleine Vakuolen zu einer großen (zentralen) Vakuole
Plastiden		Chloroplasten	Sie nutzen die Lichtenergie der Sonne und erzeugen aus Anorganischem Organisches	Die Form von Scheiben, die durch eine Doppelmembran vom Zytoplasma abgegrenzt sind
		Chromoplasten	Entsteht durch die Ansammlung von Carotinoiden	Gelb, Orange oder Braun
		Leukoplasten	Farblose Plastiden
Atomhülle		Besteht aus zwei Membranen (äußere und innere) mit Poren	Trennt den Zellkern vom Zytoplasma	Ermöglicht den Austausch zwischen Zellkern und Zytoplasma

Der lebende Teil der Zelle ist ein membrangebundenes, geordnetes, strukturiertes System aus Biopolymeren und inneren Membranstrukturen, die an einer Reihe von Stoffwechsel- und Energieprozessen beteiligt sind, die das gesamte System als Ganzes aufrechterhalten und reproduzieren.

Ein wichtiges Merkmal ist, dass die Zelle keine offenen Membranen mit freien Enden hat. Zellmembranen begrenzen Hohlräume oder Bereiche immer und verschließen sie nach allen Seiten.

Modernes verallgemeinertes Diagramm einer Pflanzenzelle

Plasmalemma(äußere Zellmembran) ist ein ultramikroskopischer Film mit einer Dicke von 7,5 nm, der aus Proteinen, Phospholipiden und Wasser besteht. Dabei handelt es sich um einen sehr elastischen Film, der von Wasser gut benetzt wird und nach einer Beschädigung schnell seine Integrität wiederherstellt. Es hat eine universelle Struktur, d. h. typisch für alle biologischen Membranen. In Pflanzenzellen gibt es außerhalb der Zellmembran eine starke Zellwand, die für äußere Unterstützung sorgt und die Form der Zelle beibehält. Es besteht aus Ballaststoffen (Cellulose), einem wasserunlöslichen Polysaccharid.

Plasmodesmen Pflanzenzellen sind submikroskopisch kleine Röhrchen, die die Membranen durchdringen und mit einer Plasmamembran ausgekleidet sind, die so ohne Unterbrechung von einer Zelle zur anderen gelangt. Mit ihrer Hilfe kommt es zu einer interzellulären Zirkulation von Lösungen, die organische Nährstoffe enthalten. Sie übertragen auch Biopotentiale und andere Informationen.

Porami sogenannte Öffnungen in der Sekundärmembran, wo die Zellen nur durch die Primärmembran und die mittlere Lamina getrennt sind. Die Bereiche der Primärmembran und der Mittelplatte, die die benachbarten Poren benachbarter Zellen trennen, werden Porenmembran oder Verschlussfilm der Pore genannt. Der Verschlussfilm der Pore wird von plasmodesmalen Tubuli durchstoßen, in den Poren bildet sich jedoch meist kein Durchgangsloch. Poren erleichtern den Transport von Wasser und gelösten Stoffen von Zelle zu Zelle. Poren bilden sich in den Wänden benachbarter Zellen, meist einander gegenüber.

Zellmembran hat eine gut definierte, relativ dicke Schale aus Polysacchariden. Die Hülle einer Pflanzenzelle ist ein Produkt der Aktivität des Zytoplasmas. An seiner Entstehung sind der Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum aktiv beteiligt.

Struktur der Zellmembran

Die Basis des Zytoplasmas ist seine Matrix oder Hyaloplasma, ein komplexes farbloses, optisch transparentes kolloidales System, das zu reversiblen Übergängen vom Sol zum Gel fähig ist. Die wichtigste Aufgabe des Hyaloplasmas besteht darin, alle Zellstrukturen in einem einzigen System zu vereinen und die Interaktion zwischen ihnen in den Prozessen des Zellstoffwechsels sicherzustellen.

Hyaloplasma(oder zytoplasmatische Matrix) bildet die innere Umgebung der Zelle. Es besteht aus Wasser und verschiedenen Biopolymeren (Proteine, Nukleinsäuren, Polysaccharide, Lipide), von denen der Hauptteil aus Proteinen unterschiedlicher chemischer und funktioneller Spezifität besteht. Das Hyaloplasma enthält außerdem Aminosäuren, Monosaccharide, Nukleotide und andere niedermolekulare Substanzen.

Biopolymere bilden mit Wasser ein kolloidales Medium, das je nach Bedingungen sowohl im gesamten Zytoplasma als auch in seinen einzelnen Abschnitten dicht (in Form eines Gels) oder flüssiger (in Form eines Sols) sein kann. Im Hyaloplasma sind verschiedene Organellen und Einschlüsse lokalisiert und interagieren miteinander und mit der Hyaloplasmaumgebung. Darüber hinaus ist ihr Standort meist spezifisch für bestimmte Zelltypen. Über die Bilipidmembran interagiert das Hyaloplasma mit der extrazellulären Umgebung. Folglich ist Hyaloplasma eine dynamische Umgebung und spielt eine wichtige Rolle für die Funktion einzelner Organellen und das Leben von Zellen im Allgemeinen.

Zytoplasmatische Formationen - Organellen

Organellen (Organellen) sind strukturelle Bestandteile des Zytoplasmas. Sie haben eine bestimmte Form und Größe und sind obligatorische zytoplasmatische Strukturen der Zelle. Fehlen sie oder sind sie beschädigt, verliert die Zelle meist ihre Überlebensfähigkeit. Viele der Organellen sind zur Teilung und Selbstreproduktion fähig. Ihre Größe ist so klein, dass sie nur mit einem Elektronenmikroskop sichtbar sind.

Kern

Der Zellkern ist das prominenteste und meist größte Organell der Zelle. Es wurde erstmals 1831 von Robert Brown im Detail erforscht. Der Zellkern stellt die wichtigsten Stoffwechsel- und genetischen Funktionen der Zelle bereit. Die Form ist sehr unterschiedlich: Sie kann kugelförmig, oval, gelappt oder linsenförmig sein.

Der Zellkern spielt eine wichtige Rolle im Leben der Zelle. Eine Zelle, deren Kern entfernt wurde, scheidet keine Membran mehr aus und hört auf zu wachsen und Substanzen zu synthetisieren. Die Zerfalls- und Zerstörungsprodukte verstärken sich darin, wodurch es schnell stirbt. Die Bildung eines neuen Zellkerns aus dem Zytoplasma findet nicht statt. Neue Kerne entstehen nur durch Teilung oder Zerkleinerung des alten.

Der innere Inhalt des Kerns ist Karyolymphe (Kernsaft), der den Raum zwischen den Strukturen des Kerns ausfüllt. Es enthält einen oder mehrere Nukleolen sowie eine beträchtliche Anzahl von DNA-Molekülen, die mit bestimmten Proteinen – Histone – verbunden sind.

Kernstruktur

Nukleolus

Der Nukleolus enthält wie das Zytoplasma überwiegend RNA und spezifische Proteine. Seine wichtigste Funktion besteht darin, dass es Ribosomen bildet, die in der Zelle die Synthese von Proteinen durchführen.

Golgi-Apparat

Der Golgi-Apparat ist ein Organell, das in allen Arten eukaryontischer Zellen universell verbreitet ist. Es handelt sich um ein mehrschichtiges System flacher Membransäcke, die sich entlang der Peripherie verdicken und Blasenfortsätze bilden. Es befindet sich am häufigsten in der Nähe des Kerns.

Golgi-Apparat

Der Golgi-Apparat umfasst notwendigerweise ein System kleiner Vesikel (Vesikel), die von verdickten Zisternen (Scheiben) abgelöst werden und sich entlang der Peripherie dieser Struktur befinden. Diese Vesikel spielen die Rolle eines intrazellulären Transportsystems für bestimmte Sektorgranula und können als Quelle für zelluläre Lysosomen dienen.

Zu den Funktionen des Golgi-Apparats gehört auch die Ansammlung, Trennung und Freisetzung außerhalb der Zelle mit Hilfe von Vesikeln intrazellulärer Syntheseprodukte, Zerfallsprodukte und toxischer Substanzen. Produkte der synthetischen Aktivität der Zelle sowie verschiedene Substanzen, die aus der Umgebung über die Kanäle des endoplasmatischen Retikulums in die Zelle gelangen, werden zum Golgi-Apparat transportiert, sammeln sich in diesem Organell an und gelangen dann in Form von Tröpfchen oder Körnern in das Zytoplasma und werden entweder von der Zelle selbst genutzt oder nach außen ausgeschieden. In Pflanzenzellen enthält der Golgi-Apparat Enzyme für die Synthese von Polysacchariden und das Polysaccharidmaterial selbst, das zum Aufbau der Zellwand verwendet wird. Es wird angenommen, dass es an der Bildung von Vakuolen beteiligt ist. Der Golgi-Apparat wurde nach dem italienischen Wissenschaftler Camillo Golgi benannt, der ihn 1897 erstmals entdeckte.

Lysosomen

Lysosomen sind kleine, von einer Membran begrenzte Vesikel, deren Hauptfunktion darin besteht, die intrazelluläre Verdauung durchzuführen. Die Nutzung des lysosomalen Apparats erfolgt während der Keimung eines Pflanzensamens (Hydrolyse von Reservenährstoffen).

Struktur eines Lysosoms

Mikrotubuli

Mikrotubuli sind membranöse, supramolekulare Strukturen, die aus spiralförmig oder geraden Reihen angeordneten Proteinkügelchen bestehen. Mikrotubuli erfüllen überwiegend eine mechanische (motorische) Funktion und sorgen für die Beweglichkeit und Kontraktilität der Zellorganellen. Sie befinden sich im Zytoplasma, geben der Zelle eine bestimmte Form und sorgen für die Stabilität der räumlichen Anordnung der Organellen. Mikrotubuli erleichtern die Bewegung von Organellen an Orte, die durch die physiologischen Bedürfnisse der Zelle bestimmt werden. Eine beträchtliche Anzahl dieser Strukturen befindet sich im Plasmalemma, in der Nähe der Zellmembran, wo sie an der Bildung und Ausrichtung von Cellulose-Mikrofibrillen pflanzlicher Zellwände beteiligt sind.

Mikrotubuli-Struktur

Vakuole

Die Vakuole ist der wichtigste Bestandteil pflanzlicher Zellen. Es handelt sich um eine Art Hohlraum (Reservoir) in der Masse des Zytoplasmas, gefüllt mit einer wässrigen Lösung aus Mineralsalzen, Aminosäuren, organischen Säuren, Pigmenten, Kohlenhydraten und vom Zytoplasma durch eine Vakuolenmembran – den Tonoplasten – getrennt.

Nur in den jüngsten Pflanzenzellen füllt Zytoplasma den gesamten inneren Hohlraum aus. Während die Zelle wächst, verändert sich die räumliche Anordnung der zunächst zusammenhängenden Zytoplasmamasse deutlich: Es entstehen kleine, mit Zellsaft gefüllte Vakuolen und die gesamte Masse wird schwammig. Bei weiterem Zellwachstum verschmelzen einzelne Vakuolen und drängen die Zytoplasmaschichten an die Peripherie, wodurch die gebildete Zelle meist eine große Vakuole enthält und sich das Zytoplasma mit allen Organellen in der Nähe der Membran befindet.

Wasserlösliche organische und mineralische Verbindungen der Vakuolen bestimmen die entsprechenden osmotischen Eigenschaften lebender Zellen. Diese Lösung einer bestimmten Konzentration ist eine Art osmotische Pumpe für das kontrollierte Eindringen in die Zelle und die Freisetzung von Wasser, Ionen und Metabolitenmolekülen aus dieser.

In Kombination mit der Zytoplasmaschicht und ihren Membranen, die sich durch semipermeable Eigenschaften auszeichnen, bildet die Vakuole ein wirksames osmotisches System. Osmotisch bestimmt werden Indikatoren lebender Pflanzenzellen wie osmotisches Potenzial, Saugkraft und Turgordruck.

Struktur der Vakuole

Plastiden

Plastiden sind (nach dem Zellkern) die größten zytoplasmatischen Organellen, die nur den Zellen pflanzlicher Organismen innewohnen. Sie kommen nicht nur in Pilzen vor. Plastiden spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel. Sie sind durch eine doppelte Membranhülle vom Zytoplasma getrennt und einige Arten verfügen über ein gut entwickeltes und geordnetes System innerer Membranen. Alle Plastiden sind vom gleichen Ursprung.

Chloroplasten- die häufigsten und funktionell wichtigsten Plastiden photoautotropher Organismen, die photosynthetische Prozesse durchführen, die letztendlich zur Bildung organischer Substanzen und der Freisetzung von freiem Sauerstoff führen. Chloroplasten höherer Pflanzen haben eine komplexe innere Struktur.

Chloroplastenstruktur

Die Größe der Chloroplasten in verschiedenen Pflanzen ist nicht gleich, aber im Durchschnitt beträgt ihr Durchmesser 4–6 Mikrometer. Chloroplasten können sich unter dem Einfluss der Bewegung des Zytoplasmas bewegen. Darüber hinaus wird unter dem Einfluss von Licht eine aktive Bewegung von Chloroplasten vom Amöbentyp in Richtung der Lichtquelle beobachtet.

Chlorophyll ist der Hauptstoff der Chloroplasten. Dank Chlorophyll können grüne Pflanzen Lichtenergie nutzen.

Leukoplasten(farblose Plastiden) sind klar definierte zytoplasmatische Körper. Ihre Größe ist etwas kleiner als die Größe von Chloroplasten. Ihre Form ist auch gleichmäßiger und nähert sich der Kugelform.

Leukoplast-Struktur

Kommt in Epidermiszellen, Knollen und Rhizomen vor. Bei Beleuchtung verwandeln sie sich sehr schnell in Chloroplasten mit entsprechender Veränderung der inneren Struktur. Leukoplasten enthalten Enzyme, mit deren Hilfe aus überschüssiger Glukose, die bei der Photosynthese entsteht, Stärke synthetisiert wird, deren Großteil sich in Form von Stärkekörnern in Speichergeweben oder Organen (Knollen, Rhizome, Samen) ablagert. Bei einigen Pflanzen lagern sich Fette in Leukoplasten ab. Die Reservefunktion von Leukoplasten äußert sich gelegentlich in der Bildung von Reserveproteinen in Form von Kristallen oder amorphen Einschlüssen.

Chromoplasten In den meisten Fällen handelt es sich um Derivate von Chloroplasten, gelegentlich auch von Leukoplasten.

Chromoplast-Struktur

Die Reifung von Hagebutten, Paprika und Tomaten geht mit der Umwandlung von Chloro- oder Leukoplasten der Pulpazellen in Caratinoidplasten einher. Letztere enthalten überwiegend gelbe Plastidenpigmente – Carotinoide, die im reifen Zustand darin intensiv synthetisiert werden und farbige Lipidtröpfchen, feste Kügelchen oder Kristalle bilden. In diesem Fall wird Chlorophyll zerstört.

Mitochondrien

Mitochondrien sind für die meisten Pflanzenzellen charakteristische Organellen. Sie haben eine variable Form von Stäbchen, Körnern und Fäden. 1894 von R. Altman mit einem Lichtmikroskop entdeckt und die innere Struktur später mit einem Elektronenmikroskop untersucht.

Die Struktur der Mitochondrien

Mitochondrien haben eine Doppelmembranstruktur. Die äußere Membran ist glatt, die innere bildet Auswüchse unterschiedlicher Form – Röhren in Pflanzenzellen. Der Raum im Mitochondrium ist mit halbflüssigem Inhalt (Matrix) gefüllt, der Enzyme, Proteine, Lipide, Kalzium- und Magnesiumsalze, Vitamine sowie RNA, DNA und Ribosomen umfasst. Der enzymatische Komplex der Mitochondrien beschleunigt den komplexen und miteinander verbundenen Mechanismus biochemischer Reaktionen, die zur Bildung von ATP führen. In diesen Organellen wird den Zellen Energie zugeführt – die Energie chemischer Nährstoffbindungen wird im Prozess der Zellatmung in hochenergetische ATP-Bindungen umgewandelt. In den Mitochondrien erfolgt der enzymatische Abbau von Kohlenhydraten, Fettsäuren und Aminosäuren unter Freisetzung von Energie und deren anschließender Umwandlung in ATP-Energie. Die angesammelte Energie wird für Wachstumsprozesse, für neue Synthesen etc. aufgewendet. Mitochondrien vermehren sich durch Teilung und leben etwa 10 Tage, danach werden sie zerstört.

Endoplasmatisches Retikulum

Das endoplasmatische Retikulum ist ein Netzwerk aus Kanälen, Röhren, Vesikeln und Zisternen, die sich im Zytoplasma befinden. Es wurde 1945 vom englischen Wissenschaftler K. Porter entdeckt und ist ein Membransystem mit ultramikroskopischer Struktur.

Struktur des endoplasmatischen Retikulums

Das gesamte Netzwerk ist mit der äußeren Zellmembran der Kernhülle zu einem Ganzen verbunden. Es gibt glatte und raue ER, die Ribosomen tragen. Auf den Membranen des glatten ER befinden sich Enzymsysteme, die am Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel beteiligt sind. Dieser Membrantyp überwiegt in Samenzellen, die reich an Speichersubstanzen (Proteine, Kohlenhydrate, Öle) sind; Ribosomen werden an die körnige ER-Membran gebunden, und während der Synthese eines Proteinmoleküls wird die Polypeptidkette mit Ribosomen in den ER-Kanal eingetaucht. Die Funktionen des endoplasmatischen Retikulums sind sehr vielfältig: Stofftransport sowohl innerhalb der Zelle als auch zwischen benachbarten Zellen; Aufteilung einer Zelle in separate Abschnitte, in denen verschiedene physiologische Prozesse und chemische Reaktionen gleichzeitig ablaufen.

Ribosomen

Ribosomen sind zelluläre Organellen ohne Membran. Jedes Ribosom besteht aus zwei Partikeln, deren Größe nicht identisch ist und die in zwei Fragmente geteilt werden können, die nach der Vereinigung zu einem ganzen Ribosom weiterhin die Fähigkeit zur Proteinsynthese behalten.

Ribosomenstruktur

Ribosomen werden im Zellkern synthetisiert, verlassen ihn dann und wandern in das Zytoplasma, wo sie an der Außenfläche der Membranen des endoplasmatischen Retikulums befestigt werden oder sich frei befinden. Abhängig von der Art des zu synthetisierenden Proteins können Ribosomen einzeln funktionieren oder zu Komplexen – Polyribosomen – zusammengefasst sein.

(nuklear). Prokaryontische Zellen haben eine einfachere Struktur; offenbar sind sie früher im Evolutionsprozess entstanden. Eukaryontische Zellen sind komplexer und später entstanden. Die Zellen, aus denen der menschliche Körper besteht, sind eukaryotisch.

Trotz der Formenvielfalt unterliegt die Organisation der Zellen aller lebenden Organismen gemeinsamen Strukturprinzipien.

Prokaryotische Zelle

Eukaryotische Zelle

Struktur einer eukaryotischen Zelle

Oberflächenkomplex einer tierischen Zelle

Besteht aus Glykokalyx, Plasmamembranen und die darunter liegende kortikale Zytoplasmaschicht. Die Plasmamembran wird auch Plasmalemma genannt, die äußere Membran der Zelle. Dabei handelt es sich um eine biologische Membran mit einer Dicke von etwa 10 Nanometern. Bietet in erster Linie eine Abgrenzungsfunktion gegenüber der Umgebung außerhalb der Zelle. Darüber hinaus übernimmt es eine Transportfunktion. Die Zelle verschwendet keine Energie, um die Integrität ihrer Membran aufrechtzuerhalten: Die Moleküle werden nach dem gleichen Prinzip zusammengehalten, durch das Fettmoleküle zusammengehalten werden – thermodynamisch ist es vorteilhafter, wenn die hydrophoben Teile der Moleküle in unmittelbarer Nähe liegen zueinander. Die Glykokalyx besteht aus Molekülen aus Oligosacchariden, Polysacchariden, Glykoproteinen und Glykolipiden, die im Plasmalemma „verankert“ sind. Die Glykokalyx übernimmt Rezeptor- und Markerfunktionen. Die Plasmamembran tierischer Zellen besteht hauptsächlich aus Phospholipiden und Lipoproteinen, durchsetzt mit Proteinmolekülen, insbesondere Oberflächenantigenen und Rezeptoren. In der kortikalen (an die Plasmamembran angrenzenden) Schicht des Zytoplasmas befinden sich spezifische Zytoskelettelemente – Aktin-Mikrofilamente, die auf eine bestimmte Weise angeordnet sind. Die wichtigste und wichtigste Funktion der kortikalen Schicht (Kortex) sind pseudopodiale Reaktionen: Auswurf, Anheftung und Kontraktion von Pseudopodien. Dabei werden die Mikrofilamente neu angeordnet, verlängert oder verkürzt. Die Form der Zelle (zum Beispiel das Vorhandensein von Mikrovilli) hängt auch von der Struktur des Zytoskeletts der kortikalen Schicht ab.

Zytoplasmatische Struktur

Der flüssige Bestandteil des Zytoplasmas wird auch Zytosol genannt. Unter einem Lichtmikroskop schien es, als sei die Zelle mit etwas wie flüssigem Plasma oder Sol gefüllt, in dem der Zellkern und andere Organellen „schwebten“. Eigentlich stimmt das nicht. Der Innenraum einer eukaryotischen Zelle ist streng geordnet. Die Bewegung der Organellen wird mit Hilfe spezialisierter Transportsysteme koordiniert, den sogenannten Mikrotubuli, die als intrazelluläre „Straßen“ dienen, und speziellen Proteinen Dyneinen und Kinesinen, die die Rolle von „Motoren“ spielen. Auch einzelne Proteinmoleküle diffundieren nicht frei im gesamten intrazellulären Raum, sondern werden über spezielle Signale auf ihrer Oberfläche, erkannt von den Transportsystemen der Zelle, zu den notwendigen Kompartimenten geleitet.

Endoplasmatisches Retikulum

In einer eukaryotischen Zelle gibt es ein System aus ineinander übergehenden Membrankompartimenten (Röhren und Zisternen), das als endoplasmatisches Retikulum (oder endoplasmatisches Retikulum, ER oder EPS) bezeichnet wird. Der Teil des ER, an dessen Membranen Ribosomen befestigt sind, wird als bezeichnet körnig(oder rauh) Endoplasmatisches Retikulum, auf dessen Membranen die Proteinsynthese stattfindet. Die Kompartimente, deren Wände keine Ribosomen aufweisen, werden als klassifiziert glatt(oder agranulär) ER, das an der Lipidsynthese beteiligt ist. Die Innenräume des glatten und körnigen ER sind nicht isoliert, sondern gehen ineinander über und kommunizieren mit dem Lumen der Kernhülle.

Golgi-Apparat

Kern

Zytoskelett

Zentriolen

Mitochondrien

Vergleich pro- und eukaryontischer Zellen

Als wichtigster Unterschied zwischen Eukaryoten und Prokaryoten gilt seit langem das Vorhandensein eines gebildeten Zellkerns und von Membranorganellen. Allerdings in den 1970er und 1980er Jahren. Es wurde klar, dass dies nur eine Folge tieferer Unterschiede in der Organisation des Zytoskeletts war. Lange Zeit glaubte man, dass das Zytoskelett nur für Eukaryoten charakteristisch sei, doch Mitte der 1990er Jahre wurde dies erreicht. Proteine, die zu den Hauptproteinen des Zytoskeletts von Eukaryoten homolog sind, wurden auch in Bakterien entdeckt.

Es ist das Vorhandensein eines spezifisch strukturierten Zytoskeletts, das es Eukaryoten ermöglicht, ein System mobiler innerer Membranorganellen zu schaffen. Darüber hinaus ermöglicht das Zytoskelett das Auftreten von Endo- und Exozytose (es wird angenommen, dass dank der Endozytose intrazelluläre Symbionten, einschließlich Mitochondrien und Plastiden, in eukaryotischen Zellen entstanden). Eine weitere wichtige Funktion des eukaryotischen Zytoskeletts besteht darin, die Teilung des Zellkerns (Mitose und Meiose) und des Körpers (Zytotomie) der eukaryotischen Zelle sicherzustellen (die Teilung prokaryotischer Zellen ist einfacher organisiert). Unterschiede in der Struktur des Zytoskeletts erklären auch andere Unterschiede zwischen Pro- und Eukaryoten – zum Beispiel die Konstanz und Einfachheit der Formen prokaryotischer Zellen und die erhebliche Formvielfalt und die Fähigkeit, sie in eukaryotischen Zellen zu verändern, sowie die Letztere ist relativ groß. So beträgt die durchschnittliche Größe prokaryotischer Zellen 0,5 bis 5 Mikrometer, die eukaryotischer Zellen durchschnittlich 10 bis 50 Mikrometer. Darüber hinaus gibt es nur bei Eukaryoten wirklich riesige Zellen, wie die massiven Eier von Haien oder Straußen (in einem Vogelei ist das gesamte Eigelb ein einziges riesiges Ei), Neuronen großer Säugetiere, deren Prozesse durch das Zytoskelett verstärkt werden , kann eine Länge von mehreren zehn Zentimetern erreichen.

Anaplasie

Die Zerstörung der Zellstruktur (z. B. bei bösartigen Tumoren) wird Anaplasie genannt.

Geschichte der Zellentdeckung

Der erste Mensch, der Zellen sah, war der englische Wissenschaftler Robert Hooke (uns bekannt durch das Hookesche Gesetz). Um zu verstehen, warum der Korkbaum so gut schwimmt, begann Hooke im selben Jahr, dünne Abschnitte des Korks mit einem von ihm verbesserten Mikroskop zu untersuchen. Er entdeckte, dass der Korken in viele winzige Zellen unterteilt war, die ihn an Klosterzellen erinnerten, und nannte diese Zellen Zellen (auf Englisch bedeutet cell „Zelle, Zelle, Zelle“). Im selben Jahr nutzte der niederländische Meister Anton van Leeuwenhoek (-) erstmals ein Mikroskop, um „Tiere“ – sich bewegende lebende Organismen – in einem Wassertropfen zu sehen. So wussten Wissenschaftler zu Beginn des 18. Jahrhunderts, dass Pflanzen bei starker Vergrößerung eine Zellstruktur haben, und sie sahen einige Organismen, die später als einzellig bezeichnet wurden. Die zelluläre Theorie der Struktur von Organismen entstand jedoch erst Mitte des 19. Jahrhunderts, nachdem leistungsfähigere Mikroskope auf den Markt kamen und Methoden zur Fixierung und Färbung von Zellen entwickelt wurden. Einer ihrer Begründer war Rudolf Virchow, doch seine Ideen enthielten eine Reihe von Fehlern: Er ging beispielsweise davon aus, dass Zellen nur schwach miteinander verbunden seien und jede „für sich“ existiere. Erst später konnte die Integrität des Zellsystems nachgewiesen werden.

siehe auch

• Vergleich der Zellstruktur von Bakterien, Pflanzen und Tieren

Links

• Molecular Biology Of The Cell, 4. Auflage, 2002 – Lehrbuch zur Molekularbiologie in englischer Sprache
• Zytologie und Genetik (0564-3783) veröffentlicht Artikel nach Wahl des Autors auf Russisch, Ukrainisch und Englisch, übersetzt ins Englische (0095-4527).

Wikimedia-Stiftung. 2010.

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Die Zellen aerober sporenbildender Bakterien sind stäbchenförmig und im Vergleich zu nicht sporenbildenden Bakterien meist größer. Vegetative Formen sporentragender Bakterien haben eine schwächere aktive Bewegung, obwohl sie... ... Biologische Enzyklopädie

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Zytologie (griechisch κύτος blasenartige Bildung und λόγος Wort, Wissenschaft) ist ein Zweig der Biologie, der lebende Zellen, ihre Organellen, ihre Struktur, Funktion, Prozesse der Zellreproduktion, Alterung und Tod untersucht. Die Begriffe Mobilfunk werden auch verwendet... Wikipedia

allgemeine Informationen

Die Zelltheorie ist eine grundlegende Theorie der Biologie und wird in der Mitte formuliert 19. Jahrhundert, die die Grundlage für das Verständnis der Gesetze der lebenden Welt und für deren Entwicklung bildete Evolutionslehre. Matthias Schleiden Und Theodor Schwann formuliert Zelltheorie, basierend auf vielen Studien darüber Käfig (1838 ). Rudolf Virchow später ( 1858 ) ergänzte es um die wichtigste Position (jede Zelle kommt von einer anderen Zelle).

Schleiden und Schwann fassten das vorhandene Wissen über die Zelle zusammen und bewiesen, dass die Zelle die Grundeinheit von allem ist Körper. Zellen Tiere, Pflanzen Und Bakterien haben eine ähnliche Struktur. Später wurden diese Schlussfolgerungen zur Grundlage für den Beweis der Einheit der Organismen. T. Schwann und M. Schleiden führten das grundlegende Konzept der Zelle in die Wissenschaft ein: Außerhalb von Zellen gibt es kein Leben. Die Zelltheorie wurde jedes Mal ergänzt und überarbeitet.

Bestimmungen der Schleiden-Schwann-Zellentheorie

Alle Tiere und Pflanzen bestehen aus Zellen.

Pflanzen und Tiere wachsen und entwickeln sich durch die Entstehung neuer Zellen.

Eine Zelle ist die kleinste Einheit von Lebewesen, und ein ganzer Organismus ist eine Ansammlung von Zellen.

Grundbestimmungen der modernen Zelltheorie

Zelle- Dies ist eine elementare, funktionale Einheit der Struktur aller Lebewesen. (Außer Viren die keine Zellstruktur haben)

Zelle- ein einzelnes System, das viele natürlich miteinander verbundene Elemente umfasst und eine integrale Formation aus konjugierten Funktionseinheiten - Organellen - darstellt.

Zellen aller Organismen homolog.

Eine Zelle entsteht nur durch die Teilung der Mutterzelle.

Ein mehrzelliger Organismus ist ein komplexes System aus vielen Zellen, die in miteinander verbundenen Gewebe- und Organsystemen vereint und integriert sind.

Zellen vielzelliger Organismen totipotent.

Eine Zelle kann nur aus einer vorherigen Zelle entstehen.

Zusätzliche Bestimmungen der Zelltheorie

Um die Zelltheorie besser mit den Daten der modernen Zellbiologie in Einklang zu bringen, wird die Liste ihrer Bestimmungen häufig ergänzt und erweitert. In vielen Quellen unterscheiden sich diese zusätzlichen Bestimmungen; ihr Satz ist recht willkürlich.

Zellen Prokaryoten Und Eukaryoten sind Systeme unterschiedlicher Komplexität und nicht vollständig homolog zueinander (siehe unten).

Die Grundlage der Zellteilung und Reproduktion von Organismen ist das Kopieren von Erbinformationen – Nukleinsäuremolekülen („jedes Molekül eines Moleküls“). Die Bestimmungen zur genetischen Kontinuität gelten nicht nur für Käfig als Ganzes, sondern auch auf einige seiner kleineren Bestandteile - auf Mitochondrien, Chloroplasten, Gene Und Chromosomen.

Ein mehrzelliger Organismus ist ein neues System, ein komplexes Ensemble aus vielen Zellen, die in einem System von Geweben und Organen vereint und integriert sind und durch chemische, humorale und nervöse Faktoren (molekulare Regulation) miteinander verbunden sind.

Mehrzellige Zellen sind totipotent, das heißt, sie verfügen über das genetische Potenzial aller Zellen eines bestimmten Organismus, sind in der genetischen Information gleich, unterscheiden sich jedoch voneinander in der unterschiedlichen Expression (Funktion) verschiedener Gene, was zu ihrer morphologischen und funktionellen Bestimmung führt Vielfalt – zur Differenzierung.

17. Jahrhundert

1665 - Englischer Physiker R. Hooke In seiner Arbeit „Mikrographie“ beschreibt er die Struktur von Kork, an dessen dünnen Abschnitten er korrekt lokalisierte Hohlräume fand. Hooke nannte diese Hohlräume „Poren oder Zellen“. Das Vorhandensein einer ähnlichen Struktur war ihm auch in einigen anderen Pflanzenteilen bekannt.

1670er Jahre – italienischer Arzt und Naturforscher M. Malpighi und englischer Naturforscher N. wuchs beschrieben „Säcke oder Vesikel“ in verschiedenen Pflanzenorganen und zeigten die weit verbreitete Verteilung der Zellstruktur in Pflanzen. Die Zellen wurden in seinen Zeichnungen von einem niederländischen Mikroskopiker dargestellt A. Levenguk. Er war der Erste, der die Welt der Einzeller entdeckte – er beschrieb Bakterien und Protisten (Ciliaten).

Forscher des 17. Jahrhunderts, die die Verbreitung der „Zellstruktur“ von Pflanzen aufzeigten, erkannten die Bedeutung der Entdeckung der Zelle nicht. Sie stellten sich Zellen als Hohlräume in einer zusammenhängenden Masse pflanzlichen Gewebes vor. Grew betrachtete Zellwände als Fasern und prägte daher den Begriff „Gewebe“ in Analogie zu Textilgewebe. Untersuchungen der mikroskopischen Struktur tierischer Organe erfolgten zufällig und lieferten keine Erkenntnisse über deren Zellstruktur.

XVIII Jahrhundert

Im 18. Jahrhundert wurden erste Versuche unternommen, die Mikrostruktur pflanzlicher und tierischer Zellen zu vergleichen. K. F. Wolf In seinem Werk „Theory of Generation“ (1759) versucht er, die Entwicklung der mikroskopischen Struktur von Pflanzen und Tieren zu vergleichen. Laut Wolf entwickelt sich der Embryo sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren aus einer strukturlosen Substanz, in der durch Bewegungen Kanäle (Gefässe) und Hohlräume (Zellen) entstehen. Die von Wolff zitierten Sachdaten wurden von ihm falsch interpretiert und fügten keine neuen Erkenntnisse zu dem hinzu, was den Mikroskopikern des 17. Jahrhunderts bekannt war. Allerdings nahmen seine theoretischen Ideen die Ideen der zukünftigen Zelltheorie weitgehend vorweg.

19. Jahrhundert

Im ersten Viertel des 19. Jahrhunderts kam es zu einer deutlichen Vertiefung der Vorstellungen über die Zellstruktur von Pflanzen, die mit erheblichen Verbesserungen im Design des Mikroskops (insbesondere der Herstellung) verbunden war achromatische Linsen).

Verknüpfung und Moldnhower belegen das Vorhandensein unabhängiger Wände in Pflanzenzellen. Es stellt sich heraus, dass die Zelle eine bestimmte morphologisch getrennte Struktur ist. Im Jahr 1831 G. Mol beweist, dass sich auch scheinbar nichtzellulare Pflanzenstrukturen, etwa wasserführende Röhren, aus Zellen entwickeln.

F. Meyen beschreibt in „Phytotomy“ (1830) Pflanzenzellen, die „entweder einzeln stehen, sodass jede Zelle ein besonderes Individuum darstellt, wie es bei Algen und Pilzen vorkommt, oder sie bilden höher organisierte Pflanzen und sind zu mehr oder weniger bedeutenden Massen zusammengefasst.“ ". Meyen betont die Unabhängigkeit des Stoffwechsels jeder Zelle.

Im Jahr 1831 Robert Braun beschreibt Kern und legt nahe, dass es ein dauerhafter Bestandteil der Pflanzenzelle ist.

Purkinje-Schule

Im Jahr 1801 führte Vigia das Konzept des tierischen Gewebes ein, isolierte das Gewebe jedoch anhand einer anatomischen Sektion und verwendete kein Mikroskop. Die Entwicklung von Ideen über die mikroskopische Struktur tierischer Gewebe ist vor allem mit den Forschungen von Purkinje verbunden, der seine Schule in Breslau gründete.

Purkinje und seine Schüler (besonders hervorzuheben ist G. Valentin) enthüllten in der ersten und allgemeinsten Form die mikroskopische Struktur der Gewebe und Organe von Säugetieren (einschließlich des Menschen). Purkinje und Valentin verglichen einzelne Pflanzenzellen mit einzelnen mikroskopischen Gewebestrukturen von Tieren, die Purkinje am häufigsten „Körner“ nannte (für einige Tierstrukturen verwendete seine Schule den Begriff „Zelle“).

Im Jahr 1837 hielt Purkinje eine Reihe von Vorträgen in Prag. Darin berichtete er über seine Beobachtungen zum Aufbau der Magendrüsen, des Nervensystems usw. Die seinem Bericht beigefügte Tabelle enthielt klare Bilder einiger Zellen tierischen Gewebes. Dennoch gelang es Purkinje nicht, die Homologie von Pflanzenzellen und Tierzellen festzustellen:

Erstens verstand er unter Körnern entweder Zellen oder Zellkerne;

Zweitens wurde der Begriff „Zelle“ damals wörtlich als „ein von Wänden begrenzter Raum“ verstanden.

Purkinje führte den Vergleich von Pflanzenzellen und tierischen „Körnern“ im Hinblick auf die Analogie und nicht auf die Homologie dieser Strukturen durch (wobei die Begriffe „Analogie“ und „Homologie“ im modernen Sinne verstanden werden).

Müllers Schule und Schwanns Werk

Die zweite Schule, in der die mikroskopische Struktur tierischer Gewebe untersucht wurde, war das Labor Johannes Müller in Berlin. Müller untersuchte die mikroskopische Struktur der Rückensehne (Notochord); sein Schüler Henle veröffentlichte eine Studie über Darmepithel, in der er die verschiedenen Typen und deren Zellstruktur beschrieb.

Hier wurden die klassischen Forschungen von Theodor Schwann durchgeführt und der Grundstein für die Zelltheorie gelegt. Schwanns Werk wurde stark von der Purkinje-Schule beeinflusst Henle. Schwann fand das richtige Prinzip für den Vergleich pflanzlicher Zellen und elementarer mikroskopischer Strukturen von Tieren. Schwann konnte eine Homologie herstellen und die Übereinstimmung im Aufbau und Wachstum der elementaren mikroskopischen Strukturen von Pflanzen und Tieren nachweisen.

Die Bedeutung des Zellkerns in einer Schwannschen Zelle wurde durch die Forschungen von Matthias Schleiden angeregt, der 1838 sein Werk „Materialien zur Phytogenese“ veröffentlichte. Daher wird Schleiden oft als Mitautor der Zelltheorie bezeichnet. Der Grundgedanke der Zelltheorie – die Entsprechung pflanzlicher Zellen und der Elementarstrukturen von Tieren – war Schleiden fremd. Er formulierte die Theorie der Zellneubildung aus einer strukturlosen Substanz, nach der zunächst ein Nukleolus aus der kleinsten Körnung kondensiert und um ihn herum ein Zellkern entsteht, der der Zellbildner (Zytoblast) ist. Diese Theorie basierte jedoch auf falschen Fakten.

Im Jahr 1838 veröffentlichte Schwann drei vorläufige Berichte und im Jahr 1839 erschien sein klassisches Werk „Mikroskopische Studien über die Entsprechung in der Struktur und im Wachstum von Tieren und Pflanzen“, dessen Titel bereits den Grundgedanken der Zelltheorie zum Ausdruck bringt:

Im ersten Teil des Buches untersucht er den Aufbau der Chorda und des Knorpels und zeigt, dass sich ihre Elementarstrukturen – Zellen – auf die gleiche Weise entwickeln. Er beweist außerdem, dass die mikroskopischen Strukturen anderer Gewebe und Organe des tierischen Körpers ebenfalls Zellen sind, durchaus vergleichbar mit den Zellen des Knorpels und der Chorda.

Der zweite Teil des Buches vergleicht pflanzliche und tierische Zellen und zeigt ihre Entsprechung.

Im dritten Teil werden theoretische Positionen entwickelt und die Prinzipien der Zelltheorie formuliert. Es waren Schwanns Forschungen, die die Zelltheorie formalisierten und (auf dem damaligen Wissensstand) die Einheit der Elementarstruktur von Tieren und Pflanzen bewiesen. Schwanns Hauptfehler war die Meinung, die er im Anschluss an Schleiden über die Möglichkeit der Entstehung von Zellen aus strukturloser, nichtzellulärer Materie äußerte.

Der Aufbau von Tieren basiert wie bei allen anderen Organismen auf der Zelle. Es handelt sich um ein komplexes System, dessen Komponenten durch verschiedene biochemische Reaktionen miteinander verbunden sind. Die genaue Struktur einer bestimmten Zelle hängt von den Funktionen ab, die sie im Körper ausführt.

Die Zellen von Pflanzen, Tieren und Pilzen (alle Eukaryoten) haben einen gemeinsamen Strukturplan. Sie verfügen über eine Zellmembran, einen Zellkern mit Nukleolus, Mitochondrien, Ribosomen, ein endoplasmatisches Retikulum und eine Reihe weiterer Organellen und anderer Strukturen. Trotz ihrer Ähnlichkeiten weisen tierische Zellen jedoch ihre eigenen charakteristischen Merkmale auf, die sie sowohl von Pflanzenzellen als auch von Pilzen unterscheiden.

Es werden nur tierische Zellen abgedeckt Zellmembran. Sie haben weder eine Zellwand aus Zellulose (wie Pflanzen) noch eine Zellwand aus Chitin (wie Pilze). Die Zellwand ist starr. Daher stellt es einerseits eine Art äußeres Skelett (Stütze) für die Zelle dar, andererseits verhindert es jedoch, dass Pflanzen- und Pilzzellen Stoffe durch Einfangen (Phagozytose und Pinozytose) aufnehmen können. Sie saugen sie auf. Tierische Zellen sind zu dieser Ernährungsweise fähig. Die Zellmembran ist elastisch, wodurch es möglich ist, die Form der Zelle bis zu einem gewissen Grad zu verändern.

Tierische Zellen sind im Allgemeinen kleiner als Pflanzen- und Pilzzellen.

Zytoplasma- Dies ist der innere Flüssigkeitsinhalt der Zelle. Es ist viskos, weil es eine Lösung von Stoffen ist. Die ständige Bewegung des Zytoplasmas sorgt für die Bewegung von Stoffen und Zellbestandteilen. Dies fördert das Auftreten verschiedener chemischer Reaktionen.

Den zentralen Platz in der Tierzelle nimmt ein großer ein Kern. Der Kern hat eine eigene Membran (Kernhülle), die seinen Inhalt vom Inhalt des Zytoplasmas trennt. Die Kernmembran verfügt über Poren, durch die der Transport von Stoffen und Zellstrukturen erfolgt. Im Kern befindet sich Kernsaft (seine Zusammensetzung unterscheidet sich etwas vom Zytoplasma), Nukleolus Und Chromosomen. Wenn sich eine Zelle teilt, rollen sich die Chromosomen zusammen und können unter einem Lichtmikroskop gesehen werden. In einer sich nicht teilenden Zelle sind die Chromosomen fadenförmig. Sie sind in „funktionsfähigem Zustand“. Zu diesem Zeitpunkt synthetisieren sie verschiedene Arten von RNA, die anschließend für die Synthese von Proteinen sorgen. Chromosomen speichern genetische Informationen. Hierbei handelt es sich um einen Code, dessen Umsetzung die Lebensaktivität der Zelle bestimmt; er wird auch an Tochterzellen weitergegeben, wenn sich die Elternzelle teilt.

Mitochondrien, das endoplasmatische Retikulum (ER) und der Golgi-Komplex verfügen ebenfalls über eine Membranhülle. IN Mitochondrien Es findet eine ATP-Synthese (Adenosintriphosphorsäure) statt. In ihren Verbindungen ist eine große Menge Energie gespeichert. Wenn diese Energie für das Leben der Zelle benötigt wird, wird ATP nach und nach abgebaut, um Energie freizusetzen. An EPS werden oft gefunden Ribosomen Auf ihnen findet die Proteinsynthese statt. Durch die EPS-Kanäle erfolgt ein Abfluss von Proteinen, Fetten und Kohlenhydraten Golgi-Komplex Dort reichern sich diese Stoffe an und werden bei Bedarf in Form von von einer Membran umgebenen Tröpfchen freigesetzt.

Ribosomen haben keine Membranen. Ribosomen sind einer der ältesten Bestandteile der Zelle, da Bakterien über sie verfügen. Im Gegensatz zu Eukaryoten verfügen Bakterienzellen nicht über echte Membranstrukturen.

In einer Tierzelle gibt es Lysosomen, die Substanzen enthalten, die von der Zelle aufgenommene organische Stoffe abbauen.

Im Gegensatz zu einer Pflanzenzelle besitzt eine tierische Zelle keine Plastiden, einschließlich Chloroplasten. Dadurch ist die tierische Zelle nicht zur autotrophen Ernährung fähig, sondern ernährt sich heterotroph.

In einer tierischen Zelle gibt es Zentriolen (Zellzentrum), die bei der Zellteilung für die Bildung der Spindel und die Divergenz der Chromosomen sorgen. Eine Pflanzenzelle verfügt nicht über eine solche Zellstruktur.