CAMBELL ZELLSTRUKTUR DEUTSCH

6 Die Struktur von Zellen
10 m
1 m
0,1 m
1 cm
1 mm
100 µm
10 µm
1 µm
100 µm
10 nm
1 nm
0,1 nm
Körpergröße
des Menschen
Länge mancher
Nerven- und
Muskelzellen
Hühnerei
Froschei
die meisten
Pflanzen- und
Tierzellen
Zellkern
die meisten
Bakterien
Mitochondrium
die kleinsten Bakterien
Viren
Ribosomen
Proteine
Lipide
kleine Moleküle
Atome
unbewaffnetes Auge
Lichtmikroskop
1 Zentimeter (cm) = 10 –2 Meter (m)
1 Millimeter (mm) = 10 –3 m
1 Mikrometer (µm) = 10 –3 mm = 10 –6 m
1 Nanometer (nm) = 10 –3 µm = 10 –9 m
Elektronenmikroskop
Abbildung 6.1: Das Größenspektrum von Zellen.
6.1 Untersuchung von Zellen mittels Mikroskopie
und Biochemie
6.1.1 Mikroskopie
Die technische Entwicklung von Instrumenten, die die menschlichen Sinne
erweitern, hat den Fortschritt der Wissenschaft über haupt erst ermöglicht. Die
Entdeckung von Zellen und erste, frühe Untersuchungen sind mit der Erfindung
des Mikroskops um das Jahr 1590 und seiner technischen Ver besserungen im
17. Jahrhundert verbunden. Mikroskope sind bis heute beim Studium von Zellen
unverzichtbar und werden noch immer weiterentwickelt.
Die Mikroskope, die die ersten Wissenschaftler der Moderne am Ende der
Renaissance verwendet haben, waren – ebenso wie die, die Sie vielleicht schon
bei einem Praktikum benutzt haben – Lichtmikroskope. Beim Lichtmikroskop
(LM) wird sichtbares Licht durch das Unter su chungs material und durch Systeme
aus Glaslinsen geleitet. Die Linsen beugen das Licht derart, dass ein vergrößertes
Abbild erzeugt wird, das von den Okularen projiziert und vom Auge aufgefangen
werden kann. Eine Abbildung auf einen Film oder den lichtempfindlichen
Sensor einer analogen oder digitalen Kamera ist ebenso möglich.
Zellen von Lebewesen wurden erstmals von Robert Hooke im Jahr 1665 beobachtet,
als dieser mit einem Mikroskop den Auf bau der Borke (Korkgewebe)
eines Eichenbaumes untersuchte. Ungeachtet dieser frühen Entdeckungen
blieb die „Geografie der Zelle“ für lange Zeit danach großenteils „unkartiert“.
Die meisten subzellulären Strukturen, einschließlich der von Mem branen umgebenen
Organellen, sind einfach zu klein oder von nicht ausreichendem
Kontrast, um ohne Zuhilfenahme spezieller, erst im 20. Jahrhundert entwickelter
Techniken, sichtbar zu sein.
Die Zellbiologie machte ab etwa 1950 rasche Fortschritte, als kommerzielle
Elektronenmikroskope verfügbar wurden. Statt Licht benutzt ein
Elektronenmikroskop (EM) einen Elek tro nen strahl, um das untersuchte Objekt
zu durch- oder zu beleuchten (siehe Anhang D). Mit dem Elektronenmikroskop
ist die Be obachtung lebender Zellen nicht möglich – ein entscheidender
Nachteil. Der Begriff Ultrastruktur (von Zellen) bezieht sich auf die elektronenmikroskopische
Ebene, also auf zellanatomische Strukturen, die nur das
Elektronenmikroskop sichtbar machen kann. Man unterscheidet zwei verschiedene
Typen des Elek tro nen mikroskops.
Das Rasterelektronenmikroskop (REM oder SEM, engl. scanning electron
microscope) ist besonders für die detaillierte Be trachtung und Untersuchung
von Oberflächen geeignet (⇒ Ab bildung 6.3 a). Das REM verfügt über eine im
Vergleich zu Lichtmikroskopen sehr große Schärfentiefe, die den Bildern ei nen
räumlichen Charakter verleiht.
Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM = Durchstrahlungs elektronenmikroskop)
wird eingesetzt, um die innere Ultrastruktur von Zellen zu
erforschen (⇒ Abbildung 6.3 b).
Das Elektronenmikroskop zeigt viele Organellen und andere sub zelluläre
Strukturen, die in diesem Detailreichtum im Licht mikroskop nicht darstellbar
wären. Doch bietet das Licht mikroskop gewisse Vorteile, insbesondere die
Möglichkeit, le bende Zellen zu betrachten. Weiterhin ist der Zeitaufwand bei
der Herstellung elektronenmikroskopischer Präparate immer sehr hoch, in der
Lichtmikroskopie aber sehr variabel.
Mikroskope gehören zu den wichtigsten Werkzeugen in der Cytologie (Zellbiologie),
dem Teilgebiet der Biologie, das sich mit dem Aufbau, der Funktion
und den Eigenschaften von Zellen befasst.
2