Lehrbuch der Molekularen Zellbiologie

Bruce Alberts, Dennis Bray, Karen Hopkin, Alexander D. Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter, Jochen Graw, Bärbel Häcker, Claudia Horstmann

• Publisher: Wiley-Blackwell
• Year: 2020
• ISBN:
  9783527833269
• Edition: 4
• Topic: Scienze biologiche
• Subtopic: Biologia cellulare

Der "kleine" Alberts gilt als das beliebteste einführende Lehrbuch der Zellbiologie: wie die vierte, komplett überarbeitete Auflage zeigt, auch völlig zu Recht. Wieder ist besonders viel Wert auf eine anschauliche Präsentation in Text und Bild gelegt worden. Ein ausgefeiltes didaktisches Konzept vereinigt Bewährtes mit völlig Neuem: - inklusive CD-ROM "Essential Cell Biology Interactive" mit über 100 Video Clips, Molekülstrukturen und mikroskopischen Aufnahmen
- 20 Tafeln zu klassischen und modernen Experimenten der Biologie
- mit zwei neuen Kapiteln zu "Genetik, Meiose und die molekularen Grundlagen der Vererbung" sowie "Wie sich Gene und Genome entwickeln"
- Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte und Schlüsselbegriffe am Kapitelende
- durchgehend vierfarbige Illustrationen und Übersichtstafeln, die die grundlegenden Konzepte anschaulich darstellen
- mit über 400 Verständnisfragen, Übungsaufgaben und deren Lösungen
- um mehr als 10 % erweitertes, illustriertes Glossar mit 600 Ausdrücken Aus der Fülle der neuen und neuesten Erkenntnisse wurden die unentbehrlichen Grundlagen der molekularen Zellbiologie sowie ihre Anwendungen in Medizin, Gen- und Biotechnologie herausgearbeitet - ein Plus, das dieses Buch, zusammen mit seinem unverwechselbaren Stil, für Lehrende und Lernende gleichermaßen faszinierend und verlässlich macht.

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Einführung in die Zelle

1.1 Gleichheit und Vielfalt von Zellen

1.2 Zellen unter dem Mikroskop

1.3 Die Prokaryotenzelle

1.4 Die Eukaryotenzelle

1.5 Modellorganismen

Was bedeutet es eigentlich, zu „leben“? Menschen, Petunien und Algenschlamm sind allesamt lebendig – Steine, Sand und Sommerbrise dagegen nicht. Was aber sind die grundlegenden Eigenschaften, die Lebewesen charakterisieren und von unbelebter Materie unterscheiden?

Die Antwort beginnt mit einer Tatsache, die Biologen heute als selbstverständlich betrachten, die jedoch bei ihrer Entdeckung vor 170 Jahren eine Revolution in der Denkweise darstellte. Alle Lebewesen bestehen aus Zellen – kleinen, membranumhüllten Einheiten, die mit einer konzentrierten wässrigen Lösung von Chemikalien gefüllt sind und die außergewöhnliche Fähigkeit besitzen, Kopien von sich selbst anzufertigen, indem sie wachsen und sich teilen. Die einfachsten Lebensformen sind Einzelzellen. Höhere Organismen wie z. B. der Mensch sind Zellgemeinschaften, die durch Wachstum und Teilung aus einer einzigen Ursprungszelle hervorgehen. Jedes Tier, jede Pflanze und jeder Pilz stellt eine riesige Kolonie aus verschiedenen Zellen dar, die spezielle Funktionen ausüben und durch komplizierte Kommunikationssysteme koordiniert werden.

Zellen sind demnach die Grundeinheiten des Lebens, und wir müssen uns folglich mit Zellhiologie beschäftigen, um eine Antwort auf die Frage zu finden, was Leben ist und wie es funktioniert. Mit einem tieferen Einblick in Struktur, Arbeitsweise, Verhalten und Evolution von Zellen können wir beginnen, die großen historischen Fragestellungen über das Leben auf der Erde anzugehen: seinen rätselhaften Ursprung, seine überwältigende Vielfalt und sein Vordringen in jede erdenkliche Umgebung. Gleichzeitig kann uns die Zellbiologie auch Antworten auf Fragen zu uns selbst liefern: Woher stammen wir? Wie entwickeln wir uns aus einer einzigen befruchteten Eizelle? Wie stark unterscheidet sich jeder Einzelne von uns von allen anderen Menschen auf der Erde? Warum werden wir krank, warum altern wir und sterben?

Wir beginnen dieses Kapitel damit, uns die vielfältigen Gestalten anzusehen, die Zellen aufweisen können, und werfen einen kurzen Blick auf die chemische Maschinerie, die alle Zellen gemeinsam haben. Anschließend besprechen wir, wie Zellen unter dem Mikroskop sichtbar gemacht werden und was man erkennt, wenn man forschend in sie hineinblickt. Zum Schluss werden wir erörtern, wie man die Ähnlichkeiten von Lebewesen verwenden kann, um ein zusammenhängendes Verständnis von allen Lebensformen auf der Erde zu erhalten – vom winzigsten Bakterium bis hin zur mächtigsten Eiche.

1.1 Gleichheit und Vielfalt von Zellen

Zellbiologen sprechen häufig von „der Zelle“, ohne sich aufeine bestimmte Zelle festzulegen. Aber Zellen sind nicht alle gleich, sondern können äußerst verschieden sein. Auf der Welt gibt es schätzungsweise mindestens 10 Millionen – vielleicht sogar 100 Millionen – verschiedene Arten von Lebewesen. Bevor wir uns eingehender mit Zellbiologie beschäftigen, müssen wir zunächst eine Bestandsaufnahme machen: Was haben die Zellen all dieser Arten gemeinsam, das Bakterium mit den Zellen des Schmetterlings, der Rose oder des Delfins? Und worin unterscheiden sie sich?

1.1.1 Zellen variieren enorm in ihrem Aussehen und ihren Funktionen

Beginnen wir mit der Größe. Eine Bakterienzelle – etwa ein Lactohacillus in einem Stück Käse – ist nur ein paar Mikrometer (μm) lang. Das ist etwa 25 -mal kleiner als die Dicke eines menschlichen Haares. Ein Frosch-Ei, das ebenfalls eine einzelne Zelle ist, hat einen Durchmesser von 1 Millimeter. Würde man sie maßstabsgerecht vergrößern, sodass der Lactohacillus so groß wie ein Mensch wäre, hätte das Frosch-Ei eine Höhe von 800 Metern.

Genauso stark variieren Zellen in ihrem Aussehen und ihren Funktionen. Betrachten Sie die Zellen in Abb. 1–1. Eine typische Nervenzelle im Gehirn ist unwahrscheinlich lang. Sie besitzt einen dünnen Fortsatz, der 10.000-mal länger als dick ist. An ihm wandern die elektrischen Signale entlang, die die Zelle aussendet. Signale von anderen Zellen empfängt sie über zahlreiche kürzere Fortsätze, die von ihrem Zellkörper entspringen wie die Zweige eines Baums. Ein Pantoffeltierchen (Paramecium) in einem Tropfen Teichwasser sieht aus wie ein U-Boot und ist mit Zehntausenden von Cilien bedeckt. Diese haarähnlichen Anhängsel bewegen die Zelle durch ihr wellenförmiges Schlagen voran, wobei sie sich um ihre Längsachse dreht. Eine Zelle in der Oberflächenschicht einer Pflanze ist ein gedrungenes, unbewegliches Prisma und umgibt sich mit einer festen Wand aus Cellulose sowie einer äußeren Hülle aus wasserundurchlässigem Wachs. Ein Bdellovihrio–Bakterium ist ein würstchenförmiger Torpedo, der von einer rotierenden korkenzieherartigen Flagelle angetrieben wird. Sie befindet sich am hinteren Ende der Zelle und wirkt wie ein Propeller. Ein neutrophiler Granulocyt oder Makrophage im Körper eines Tiers kriecht durch die Gewebe, nimmt ständig andere Formen an und verschlingt Gewebstrümmer, fremde Mikroorganismen und tote oder sterbende Zellen.

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Frage 1.1

„Leben“ lässt sich leicht erkennen, aber nur schwer definieren. Im Lexikon wird Leben definiert als „Der Zustand, der Lebewesen von toten Organismen und anorganischer Materie unterscheidet. Er ist hauptsächlich charakterisiert durch Stoffwechsel, Wachstum sowie die Fähigkeit zur Fortpflanzung und zur Reaktion auf Reize“. Biologielehrbücher sind meistens etwas ausführlicher – dort steht häufig als Definition für Lebewesen:

1. 1. Sind im Vergleich zu unbelebten Gegenständen aus der Natur hoch organisiert.
2. 2. Zeigen Homöostase und halten ein relativ konstantes inneres Milieu aufrecht.
3. 3. Pflanzen sich fort.
4. 4. Wachsen und entwickeln sich aus einfachen Anfangsstadien.
5. 5. Nehmen Energie und Materie aus der Umgebung auf und wandeln sie um.
6. 6. Reagieren auf Reize.
7. 7. Zeigen Anpassungen an ihre Umwelt.

Prüfen Sie sich selbst einen Staubsauger und eine Kartoffel auf diese Eigenschaften.

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Manche Zellen umgeben sich nur mit einer dünnen Membran, andere bedecken diese Membranhülle noch mit einer Schleimschicht, einer festen Zellwand oder hartem mineralisierten Material, wie man es beispielsweise im Knochen findet.

Zellen variieren auch sehr stark in ihren chemischen Bedürfnissen und Aktivitäten. Manche benötigen Sauerstoff, um zu leben – für andere ist er tödlich. Einige brauchen als Rohstoffe nur wenig mehr als Luft, Sonnenlicht und Wasser– andere benötigen ein komplexes Gemisch aus Molekülen, die von anderen Zellen hergestellt werden. Manche machen den Eindruck von spezialisierten Fabriken, die b...