Die Struktur von Zellen

Untersuchung von Zellen mittels Mikroskopie und Biochemie

Mikroskopie

Die technische Entwicklung von Instrumenten, die die menschlichen Sinne erweitern, hat den Fortschritt der Wissenschaft überhaupt erst ermöglicht. Die Entdeckung von Zellen und erste, frühe Untersuchungen sind mit der Erfindung des Mikroskops um das Jahr 1590 und seiner technischen Verbesserungen 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 im Unterricht benutzt haben - Lichtmikroskope. Beim Lichtmikroskop (LM) wird sichtbares Licht durch das Untersuchungsmaterial 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 aufgefan-gen 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 Aufbau 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 Membranen umgebenen Organellen, sind einfach zu klein oder von nicht ausreichendem Kontrast, um ohne Zuhilfenahme spezieller, erst im 20. Jahrhundert entwickelter Techniken sichtbar zu sein (=> Abbildung 6.1).

Die Zellbiologie machte ab etwa 1950 rasche Fortschritte, als kommerzielle Elektronenmikroskope verfügbar wurden. Statt Licht benutzt ein Elektronenmikroskop (EM) einen Elektronenstrahl, um das untersuchte Objekt zu durch- oder zu beleuchten. Mit dem Elektronenmikroskop ist die Beobachtung 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 Elektronenmikroskops.

Das Rasterelektronenmikroskop (REM oder SEM, engl. scanning electron microscope) ist besonders für die detaillierte Betrachtung und Untersuchung von Oberflächen geeignet. Das REM verfügt über eine im Vergleich zu Lichtmikroskopen sehr große Schärfentiefe, die den Bildern einen räumlichen Charakter verleiht.

Das Transmissionselektronenmikroskop (TEM = Durchstrahlungselektronenmikroskop) wird eingesetzt, um die innere Ultrastruktur von Zellen zu erforschen.

Das Elektronenmikroskop zeigt viele Organellen und andere subzelluläre Strukturen, die in diesem Detailreichtum im Lichtmikroskop nicht darstellbar ^re.n . ?OC^ Mietet das Lichtmikroskop gewisse Vorteile, insbesondere die Möglichkeit, lebende 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.

Das Größenspektrum von Zellen

Abbildung 6.1: Das Größenspektrum von Zellen.

Zellfraktionierung

Eine nützliche Technik zum Studium des Aufbaus und der Abläufe innerhalb von Zellen ist die Zellfraktionierung Dabei werden Zellen zerteilt und die Organellen und andere Zellbestandteile mehr oder weniger intakt voneinander getrennt, so dass schließlich eine Reihe von Fraktionen entsteht, in der verschiedene, typische Komponenten der Zelle stark konzentriert vorliegen. Das wichtigste Instrument hierbei ist die Zentrifuge, mit der Zellhomogenate bei verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten durch die Zentrifugalkraft aufgetrennt werden.

 
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