Einführung: Zellbiologische Grundlagen

Im Laufe der Erdgeschichte haben sich verschieden Zelltypen  entwickelt, in Abhängigkeit verschiedener Umweltvoraussetzungen. Heute werden prokaryotische von eukaryotische Zellen unterschieden, die sich durch ihren Aufbau und die enthaltenen Zellorganellen grundlegend unterscheiden. Hierdurch ergeben sich gleichfalls verschiedene Entwicklungsstufen. Procyten sind einfach gebaute Einzelzellen mit wenigen Zellorganellen, die sehr differenzierte Lebensräume besiedeln können (z.B. Milchsäurebakterien). Im Vergleich dazu enthalten Eucyten viele Zellorganellen (z.B. Muskelzellen) und bilden meist aufgrund ihrer Spezialisierung Zellverbände (= Gewebe, z.B. Muskelgewebe) aus. Verschiedene Gewebe können Organe (z.B. Herzmuskel) bilden und verschiedene Organe können einen Organismus (z.B. Mensch) bilden.

ur Gewährleistung der Funktionalität der einzelnen Zelltypen haben sich verschiedene Transportmöglichkeiten innerhalb der Zellen und zwischen den Zellen herausgebildet. Der Stofftransport kann passiv durch Diffusion und Osmose oder auch aktiv durch z.B. Carrier erfolgen. Für die Zellen notwendige Stoffe werden entweder von der Umgebung aufgenommen oder von den eigenen Zellorganellen synthetisiert.

Der Zellkern als Steuerzentrale in jeder Zelle besitzt die größte Bedeutung, er enthält die Erbsubstanz (= DNA). Diese kann kompakt als Chromosomen (= Transportform) oder entspiralisiert als Chromatin (= Arbeitsform) vorliegen. Als kompakte Chromosomen lässt sich die DNA einfach durch spezielle Kernteilungsprozesse (Mitose, Meiose) auf die entstehenden Tochterzellen verteilen. Durch Mitose entstehen neue Körperzellen (z.B. Hautzellen), Geschlechtszellen (z.B. Eizelle, Spermium) entstehen durch Meiose. Befindet sich die DNA in der Arbeitsform, so kann Replikation (= Verdopplung), Transkription (= Kopiervorgang) und Translation (= Proteinbiosynthese) in der Zelle erfolgen.

Alle Organismen benötigen zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensvorgänge wie Wachstum, Bewegung, Reizbarkeit und Fortpflanzung Energie. Diese gewinnen sie durch Umsetzung energiereicher organischer Verbindungen in energieärmere. Solche stoffabbauenden (katabolischen) Prozesse bei denen Energie freigesetzt wird  bezeichnet man als Dissimilation. Die Umwandlung von aufgenommenen körperfremden Stoffen in körpereigene bezeichnet man als Assimilation. Bei diesen stoffaufbauenden (anabolischen) Reaktionen wird Energie benötigt.

Grüne Pflanzen sind in der Lage unter Adsorption von Sonnenlicht aus den energiearmen anorganischen Verbindungen Kohlenstoffdioxid und Wasser energiereiche Kohlenhydrate aufzubauen. Dieser anabolische Vorgang wird als Fotosynthese bezeichnet.

Jedes Lebewesen, sowohl Einzeller als auch Vielzeller, Tiere wie Pflanzen, benötigen zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensvorgänge Energie. Dazu muss jeder lebenden Zelle Energie aus Nährstoffen bereitgestellt werden. Einen wichtigen Energielieferanten stellt dabei die Glucose dar. Über zahlreiche Teilschritte wird dieser energiereiche Stoff in den Zellen abgebaut. Da es sich bei diesen katabolischen Abbaureaktionen überwiegend um Oxidationsvorgänge handelt spricht man auch von Zellatmung oder innerer Atmung. Als Endprodukte entstehen energiearme Stoffe wie Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die frei werdende Energie entsteht nicht schlagartig, sondern wird in kleinen Portionen frei und steht der Zelle in Form eines energiereichen Moleküls, dem Trägermolekül Adenosintriphosphat (ATP) zur Verfügung.