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Aufbau der Nervenzelle

Denkt man an den Begriff "Zelle" kommt einem vermutlich zuerst der Gedanke an die normale runde eukaryote Zelle. Klein ist sie, kann sich ohne Probleme teilen und ist daher relativ leicht ersetzbar.

Nervenzellen dagegen können zu Recht als Königinnen der Zellen in unserem Körper bezeichnet werden, sind sie doch groß, filigran und erfüllen die überaus wichtige Aufgabe der Weiterleitung von Reizen, ohne die unsere Intelligenz nicht möglich wäre.

Wie ist eine Nervenzelle aufgebaut?


Schon bei dem Betrachten des Bildes sollte dir auffallen, dass es hier einiges gibt, dass dir von normalen eukaryoten Zellen unbekannt ist und grundsätzlich kann man die Nervenzelle auch in drei Bereiche aufteilen: den Hauptkörper, das Axon und die Dendriten. Axon und Dendriten sind den Nervenzellen eigene Bestandteile - gleich jedoch ist der Hauptkörper der Nervenzelle - auch Soma oder Zellkörper genannt.

Der Hauptkörper:


In diesem Bereich sitzen wie bei normalen Zellen auch der Zellkern (2) mit dem Nucleolus (1), Mitochondrien, Ribosomen, sehr viele endoplasmatische Retikula (die sich hier vermehrt zu Nissl-Schollen sammeln), sowie alle anderen Zellorganellen, die du bereits kennst. Die Nervenzelle - auch Neuron genannt - ist ebenfalls umgeben von einer Zellmembran, die Neurolemm (3) genannt wird.

Im Hauptkörper sitzt das Kontrollzentrum der Zelle (Zellkern), der darüber verfügt, was zu tun ist. Neben der Selbstversorgung der Zelle (über Mitochondrien etc.) werden im Hauptkörper außerdem alle wichtigen Substanzen der Nervenzelle hergestellt - beispielsweise die Neurotransmitter.

Das Axon:


Das Axon (6) ist quasi mit einem elektrischen Kabel zu vergleichen, das den Strom weitergibt. Die Aufgabe des Axons ist es, (elektronische) Reize, die am Axonhügel durch das Aktionspotential generiert werden, weiterzugeben an die Synapsen. Das Axon wird auch Neurit genannt. 

Der Axonhügel (5) ist die Stelle am Neuron, wo das Soma endet und zum Axon übergeht. Das so genannte Schwellenpotential ist an dieser Stelle stark reduziert, sodass Aktionspotentiale hier schneller zustande kommen. Damit ist sichergestellt, dass die Reize vom Axon kommen und nicht von einer anderen Stelle der Zelle - denn theoretisch kann an jeder Stelle der Zelle ein Aktionspotential ausgelöst werden.

Das Axon selbst kann sowohl mikroskopisch kurz als auch sehr lang sein. Manche Axons sind sogar länger als einen Meter! Sie münden dabei immer in Synapsen, sodass die elektronischen Signale in chemische umgewandelt werden und auf die nächste Nervenzelle übergehen können.

Das Axon ist immer von den so genannt Myelischeiden (7) umhüllt, die die Weiterleitung des elektrischen Potentials leichter machen und schneller machen, da sie das Axon isolieren, sodass der Reiz nicht geringer wird. Im Zentralen Nervensystem (ZNS) ist das Axon dabei umhüllt von einer Myelinscheide aus Oligodendrozyten und im Peripheren Nervensystem (PNS) von Schwannschen Zellen.

Die Myelinscheiden sind immer durch kleine Lücken von einander getrennt. Diese werden Ranviersche Schnürringe (8) genannt. Durch diese Schnürringe wird das Aktionspotential bis zu 10-mal so schnell weitergeleitet, weil es immer von einem zum nächsten Schnürring springt.

Das Axon endet im Endknöpfchen - auch Präsynapse genannt (9). Hier wird der elektrische Reiz in einen chemischen übersetzt, der über den synaptischen Spalt hinweg an die nächste Nervenzelle weitergeleitet werden kann. Ein Axon dabei auch mehrere Endknöpfchen haben, also einen Reiz an mehrere Stationen weitergeben.

Der Dendrit


Die Dendriten (11) der Nervenzellen sind dafür da, empfangene (chemische) in elektronische zu übersetzen und weiterzuleiten. Sie bilden die Postsynapsen (10). Die Anzahl der vorhandenen Dendriten bestimmt darüber, ob man eine Unipolare, bipolare, multipolare oder pseudounipolare Nervenzelle vor sich hat.

Unipolare Nervenzellen beispielsweise haben dabei keine Dendrite, können also keine Reize von anderen Zellen empfangen, sondern nur selbst generierte Aktionspotentiale weitergeben. Dies ist beispielsweise bei Primären Sinneszellen wie Stäbchen und Zapfen der Fall.

Multipolare hingegen besitzen eine Vielzahl von Dendriten und können sehr viele Reize von vielen anderen Zellen empfangen, die sie über das Axon weiterleiten.

Aufgaben:
  • Zeichne das Bild schematisch ab oder drucke es aus und beschrifte die Zahlen mit den dazu gehörenden Namen. Versuche das, ohne Hilfe aus diesem Text zu tun.
  • Zeichne eine Tabelle und liste die Unterschiede zwischen Peripheren Zellen (z.B. Munschleimhauzelle) und der normalen Nervenzelle auf.
  • Was sind die Funktionen der Nervenzellen? Wo kommen sie im Körper überall vor?
Bild: CC 2.0 by Ethan Hein (Thanks a lot for this professional and FREE picture!)

Raues Endoplasmatisches Retikulum

Im Gegensatz zum glatten endoplasmatischen Retikulum ist das raue ER mit Ribosomen besetzt, die dem rauen ER (auch granuläres ER genannt) völlig neue Aufgaben eröffnen. Den Aufbau der ERs sowie die Aufgaben des glatten endoplasmatischen Retikulums und Übungsaufgaben zum Thema wurden schon hier beschrieben. In diesem Post findest du daher nur die Aufgaben des rauen ERs.


Funktionen des rauen Endoplasmatischen Retikulums:
  • Herstellung von Membranen: In den Ribosomen, die auf der Membran des ERs sitzen, wachsen Membranmoleküle heran, die für die Produktion von Membranen nötig sind. Besonders nach der Zellteilung ist dies ein wichtiger Prozess.
  • Proteinbiosynthese: Innerhalb der Ribosomen werden die Polypeptidketten aneinandergereiht, sodass wichtige Proteine wie beispielsweise das Insulin gebildet werden. Die Polypeptidketten werden in das ER gefaltet und erhalten somit ihre dreidimensionale Struktur.

Glattes Endoplasmatisches Retikulum

Das glatte Endoplasmatische Retikulum findet man in so gut wie allen eukaryoten (also tierischen Zellen) innerhalb des Zellplasmas vor. Es ist genauso aufgebaut wie das raue Endoplasmatische Retikulum mit dem Unterschied, dass das raue Ribosomen an seiner Membran hält und das glatte nicht.

Die Funktionen sind jedoch völlig verschieden, weswegen wir dich bitten möchten, die Funktionen des rauen Endoplasmatischen Retikulums in unserem anderen Artikel nachzulesen.


Wie ist ein glattes Endoplasmatisches Retikulum aufgebaut?
Das Endoplasmatische Retikulum ist meist noch komplexer aufgebaut als in der Skizze zu sehen ist. Dabei handelt es sich um stark verzweigte Zysternen- und Röhrensysteme (Hohlräume, die man mit Kanalrohsystemen vergleichen kann), die von einer Membran umgeben sind. Diese Membran geht teilweise direkt in die Kernmembran der Zelle über. Die Membran ist im Falle des glatten ERs, wie der Name schon sagt, glatt, beim rauen ERs ist sie jedoch mit Ribosomen besetzt. Das glatte ER nennt man daher auch agranuläres ER (also nicht mit Ribosomen belegtes ER) und das raue ER granuläres ER.

Das Innere des Endoplasmatischen Retikulums wird "Lumen" genannt. Im Lumen befinden sich beispielsweise Enzyme, die für wichtige Aufgaben wie die Entgiftung des Körpers zuständig sind.


Welche Aufgaben hat ein glattes Endoplasmatisches Retikulum?
  • Entgiftung: Körperfremde Gifte werden durch Enzyme, die im glatten ER vorkommen, wasserlöslich gemacht, sodass diese leichter vom Körper "herausgeschwemmt" werden können. Daher ist das glatte ER in den Nieren und in der Leber (die Entgiftungszentren des Körpers) sehr präsent.
  • Herstellung von Hormonen: Zellen, die in Geschlechtsorganen vorkommen, weisen oft ein besonders hohes Vorkommen von glatten ERs auf. Das liegt daran, dass innerhalb des endoplasmatischen Retikulums Hormone gebildet werden können. Die Herstellung von Hormonen nennt man auch Hormonsynthese.
  • Speicher: Glatte ERs haben außerdem die wichtige Aufgabe, Kohlenhydrate und Calcium zu speichern. Durch die Speicherung von Kohlenhydraten in Form von Glykogen wird eine erhöhte Kontrolle des Blutzuckerspiegels erhöht. Die Speicherung und kontrollierte Freisetzung von Calcium hat eine Reihe von Vorteilen wie die Kontrolle von Muskelkontraktionen, die Hemmung und Freisetzung von Enzymen, die Freisetzung von Antikörpern und die Regulation der Genexpression.

Aufgaben zum Endoplasmatischen Retikulum:
  • Nehme dir ein weißes Blatt und zeichne ein Endoplasmatisches Retikulum und den Zellkern.
  • Stell dir vor, einem Menschen würden alle ERs entzogen. Was würde passieren?



Das Lysosom

Lysosomen sind für viele Schüler eher unauffällige Teile der Zelle, weil sie klein, rund und zunächst ohne näheren Sinn erscheinen. Doch der Schein trügt. Lysosomen nehmen eine sehr wichtige Rolle innerhalb der eukaryoten (tierischen) Zelle ein (wie es alle Zellorganellen tun).

Das Lysosom ensteht, indem es vom Golgi-Apparat abgeschnürt wird, sodass es frei in der Zelle "herumschwirrt".

Im folgenden Bild ist das Lysosom die runde Zellorganelle, die mit 1. beschriftet ist.


Wie ist ein Lysosom aufgebaut?
Die rund oder oval aufgebauten Zellorganellen sind zwischen 0.1 und 1.2 Mikrometer groß und von einer einfachen Membran umgeben. Innerhalb dieser Membran finden sich in saurer Umgebung etliche Enzyme und Proteinkomplexe.


Welche sind die Aufgaben des Lysosoms?
  • Die Hauptaufgabe des Lysosoms besteht darin, Enzyme und Proteinkomplexe zu speichern, die zelleigenes und zellfremdes Material verdauen können.
  • Somit ist das Lysosom verantwortlich für den Abbau von Giften (auch Alkohol, Nikotin etc.).
  • Eine weitere wichtige Aufgabe besteht darin, dass durch die Enzyme beim programmierten Zelltod einer Zelle zelleigene Stoffe abgebaut (also zerlegt) werden, sodass sie in neuen Zellen wieder verwendet werden können.

    Aufgaben zum Lysosom:
    • Schreibe nochmal in eigenen Worten auf: Was ist die Aufgabe des Lysosoms?
    • Das Lysosom kommt nur in eukaryoten Zellen vor. Wie lösen Pflanzen den Magel an Lysosmen in ihren prokaryoten Zellen?


    Das Mitochondrium

    Das Mitochondrium wird umgangssprachlich auch das "Kraftwerk der Zelle" genannt. Das liegt daran, dass das Mitochondrium eine große Rolle in Energie-erzeugenden Prozessen wie dem Citratzyklus und der Atmungskette spielt. Das sind jedoch nicht die einzigen Aufgaben, die diese interessante Zellorganelle hat.


    Wie ist ein Mitochondrium aufgebaut?
    Betrachtet man das Mitochondrium, ohne dass man weiß, dass es sich um eine Zellorganelle handelt, könnte man es für eine eigenständige Zelle halten. Denn genau wie andere Zellen auch hat das Mitochondrium 2 Membranen sowie diverse eigene Zellorganellen.

    Betrachten wir einmal den Aufbau anhand der Schema-Zeichnung genau:
    1. Mitochondriale DNA: Hier sehen wir direkt das erstaunlichste, das diese Zellorganelle zu bieten hat: Nämlich ein eigenes ringförmiges Genom, das frei in der Matrix des Mitochondriums herumtreibt. Die DNA des Mitochondriums bietet zum größten Teil Informationen zum Bau von Einheiten, die für den Citratzyklus und die Atmungskette nötig sind. Die DNA ist meistens mehrfach vorhanden und unterliegt einem eigenen Replikations-Zyklus.

      Beim Thema Genetik wird das Mitochondrium besonders interessant, denn das Mitochondrium wird beinahe immer nur von der Mutter auf den Nachwuchs übertragen und damit auch die mitochondriale DNA, die immerhin zu 30 verschiedenen Krankheiten führen kann, wenn diese defekt ist.

    2. Ribosomen: Ribosomen werden auch innerhalb des Mitochondriums dringend benötigt, denn sie gewährleisten die Replikation der mitochondrialen DNA. An ihnen werden die entsprechenden Basenpaare zu einem neuen Strang aneinander gereiht und miteinander verbunden.

    3. Außenmembran: Genau wie die normale eukaryote (tierische) Zellmembran ist diese Membran semipermeabel, lässt also nur bestimmte "kleine" Moleküle durch, während größere Moleküle nur durch Ionen-Kanäle herein können. Die Außenmembran gibt dem Mitochondrium Schutz und hält die dem Mitochondrium eigenen Zellorganellen umschlossen.

    4. Innere Membran: Die innere Membran des Mitochondriums hat eine größere Fläche als die äußere Membran, sodass sich im Innenraum "Falten" bilden, die so genannten Cristae. Da sich die chemischen Reaktionen des Citratzyklus' und der Atmungskette an der inneren Membran abspielen, bedeuten die "Falten" oder Cristae eine erhebliche Oberflächenvergrößerung. Durch sie kann die Effizienz der Energiegewinnung erheblich vergrößert werden.

    5. Matrix: Die Flüssigkeit, mit der das Mitochondrium "gefüllt" ist, nennt man Matrix. Die Matrix enthält neben den Ribosomen, den DNA-Ringen und den Granula auch ATP-Synthese Moleküle sowie diverse Enzyme, die für den Citratzyklus und die Atmungskette nötig sind.

    6. Cristae: Das Wort "Crista" stammt aus dem griechischen und bedeutet "Kamm". Die kammähnlichen Ausstülpungen der mitochondrialen inneren Membran werden Cristae genannt. An ihrer inneren Oberfläche laufen lebenswichtige Prozesse wie der Citratzyklus und die Atmungskette ab. Durch die Cristae wird eine Oberflächenvergrößerung erreicht, die die Effizienz der Energiegewinnung deutlich erhöht.

    7. Granula: Sie sind die Speicher der Zelle - auch innerhalb des Mitochondriums. Es gibt verschiedene Arten von Granula, die meisten speichern Fette und Proteine sowie Pigmente und Sekrete.

    8. ATP-Synthese-Partikel: Sie kommen gehäuft an Stellen vor, wo sich die Cristae nahe sind. Sie sind für den Ablauf des Citratzyklus' und der Atmungkette zuständig.

    9. Membran-Zwischenraum: Der Raum zwischen der inneren und der äußeren Membran.


    Was sind die Aufgaben des Mitochondriums?
    • Energie-Gewinnung: Zwei lebenswichtige Prozesse laufen im Mitochondrium ab, der Citratzyklus und die Atmungskette. Beide Prozesse wandeln Zucker (Glukose und Fruktose) in eine chemisch verwertbare Art der Energie um, nämlich in ATP und NADH + H. Beide sind sehr energiereiche Verbindungen, die stabil die Energie speichern, bis sie benötigt wird.

    • Speicher-Medium: Das Mitochondrium hält für noble Zwecke her wie die Calcium-Speicherung.

    • Synthese: Mitochondrien sind außerdem in der Lage Eisen-Schwefel-Cluster zu synthetisieren.

    • Bestimmung des Zelltods: Das Mitochondrium hat als letztes die überaus wichtige Aufgabe zu bestimmen, wann die Zelle, in der es sich befindet, stirbt. Es entscheidet dies natürlich nicht anhand des Zufalls, sondern danach, wie viele Nährstoffe und Hormone zur Verfügung stehen. Sind nicht genug da, sendet das Mitochondrium einen Botenstoff los, der zum Tod der Zelle führt.

    Aufgaben zum Thema Mitochondrium:
    1. Zeichne dir das Schema des Mitochondrium auf ein weißes Blatt ab und beschrifte die Zahlen (natürlich ohne Abgucken)!  :)
    2. Erkläre nun in eigenen Worten, welche Aufgaben das Mitochondrium innerhalb der Zelle hat!
    3. Stelle dir vor, eine Zelle würde all ihrer Mitochondrien beraubt! Was würde passieren?
    4. Es gibt auch Zellen, die ohne Mitochondrien auskommen. Informiere dich im Internet (oder im Biobuch) und erkläre, wie Prokaryoten das Leben ohne Mitochondrien meistern!

    Aufbau einer tierischen (eukaryoten) Zelle

    In der Biologie unterscheidet man allgemein zwischen tierischen Zellen (Eukaryoten) und pflanzlichen Zellen (Prokaryoten). Obwohl sie auf den allerersten Blick nicht allzu verschieden aussehen, kann man beim zweiten Hinsehen große Unterschiede feststellen.


    In diesem Artikel behandeln wir ausschließlich die eukaryotischen (also tierischen) Zellen, deren Zellorganellen und die Funktionen der Zellorganellen. Wir möchten dir hier nur einen groben Überblick verschaffen, genauere Informationen zu den einzelnen Zellorganellen findest du in einzelnen Artikeln zu ihnen.

    Bestandteile einer eukaryoten (tierischen) Zelle:
    1. Mitochondrium: Mitochondrien sind die "Kraftwerke" der Zelle. Sie ist unter anderem Schauplatz der Zellatmung. Von ihr kommen mehrere in einer Zelle vor, sie haben eine eigene RNA und zwei schützende Membranen.
    2. Lysosom: Lysosome sind der Ort der intrazellulären Verdauung. Sie enthalten Verdauungsenzyme und werden vom Golgi-Apparat gebildet.
    3. Glattes endoplasmatisches Retikulum: Das endoplasmatische Retikulum ist eine Fortsetzung der Zellkernmembran und übernimmt vielfältige Aufgaben im Bereich der Entgiftung und Hormonsynthese. Es dient außerdem als Speicher für Calcium und Kohlenhydrate.
    4. Raues endoplasmatisches Retikulum: Mit Ribosomen "beladenes" endoplasmatisches Retikulum. Dieses hat andere Aufgaben als das glatte ER. Dazu gehören Aufaben bei der Proteinbiosynthese und Fortsetzung der Kernmembran.
    5. Golgi-Apparat: Er bildet und speichert Sekrete, die unter anderem Hormone enthalten und besteht aus mehreren Membranen.
    6. Peroxisom: Sie sind die "Entgiftungsapparate" der Zelle. Hier werden vor allem Fette, Alkohol etc. abgebaut.
    7. Zentriol: Sie sind Proteinkomplexe, die die Zelle stützen und wichtige Aufgaben während der Mitose und Meiose übernehmen.
    8. Zellmembran: Die Zellmembran ist eine Doppelmembran, die die Zelle umgibt und ihr so Form und tabilität verleiht. Sie ist semipermeabel und sorgt so dafür, dass bestimmt "kleine" Stoffe hereinkönnen, während "größere" nicht eindringen können.
    9. Lysosom: Sie werden vom Golgi-Apparat bereit gestellt und haben ihre Haupt-Aufgabe darin, Enzyme für den Abbau von zellinternen und -externen Stoffen zu speichern.
    10. Mikrotobulus: Mikrotobuli haben ihre Aufgabe darin, die Zelle von innen zu stützen und somit für Stabilität zu sorgen.
    11. Zellkern: Er ist das "Herz" der Zelle und wir auch Nucleus genannt. Er ist gleichzeitig Steuerzentrale der Zelle, beinhaltet das Erbmaterial in form von DNA und hat eine eigene Doppel-Porenmembran.
    12. Zellkörperchen: Es wird auch Nucleolus genannt und ist eine Verdichtung des Erbmaterials. Während bestimmten Phasen der Mitose und Meiose wird er komplett aufgelöst, bis er in der neuen Zelle auch wieder neu aufgebaut wird.

    Wie kannst du den Stoff möglichst effektiv pauken?
    Die Zellorganellen zu lernen ist einfach als du zunächst denken magst. Es ist hier besonders wichtig, dass du, bevor du dich ans Auswendiglernen machst, dich über jede einzelne Zellorganelle genau informierst. Nimm dazu dein Biobuch, diese Seite mit ihren weiterführenden Links und natürlich auch Wikipedia hinzu.

    Hinterfrage die Aufgaben der Zellorganellen genau, bis du sie alle verstanden hast.

    Nun machst du dich ans "Vokabel-Lernen" und schreibst dir am besten Karteikarten mit den Namen auf der einen Seite und der Funktion auf der anderen auf. Wenn du auch diesen Schritt erfolgreich gemeistert hast, kannst du dir zum Beispiel das Bild oben ausdrucken und die Zellorganellen beschriften.