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Zelluläre Grundlagen

Für das Verständnis der folgenden Kapitel sind einige Grundlagen der Zellbiologie von Bedeutung. Unsere Körperzellen haben vielfältige Aufgaben zu erfüllen. Deshalb gibt es viele verschiedene, hochspezialisierte Zelltypen, die eng zusammenarbeiten. Dazu gehört zum Beispiel die Abwehr von Krankheiten durch Immunzellen, die Signalübertragung durch Nervenzellen, die Verdauung durch Zellen des Magen-Darm-Traktes, und die Bewegung durch Muskelzellen.

So unterschiedlich die verschiedenen Zellen aber auch ausdifferenziert sind, haben sie doch grob gesehen einen gemeinsamen Bauplan. Jede Zelle besteht aus dem Zytoplasma, das von einer doppelten Zellmembran umgeben ist. Im Zytoplasma befinden sich Organellen, Atome und Moleküle, die ebenfalls Spezialaufgaben erfüllen.

Die Zellen und Organellen sind von halbdurchlässigen Biomembranen umhüllt, die den Inhalt nach außen abgrenzen. Sie kontrollieren, welche Stoffe hinein und welche heraus dürfen. Das Gerüst einer solchen Biomembran wird von zwei Schichten sogenannter Phospholipide (Fettsäuren mit Phosphoranteil) gebildet. Stark vereinfacht kann man sagen, dass ein Phospholipid aus einem wasserliebenden (hydrophilen, lipophoben) Köpfchen und zwei fettliebenden (lipophilen, hydrophoben) Fettsäureschwänzchen besteht. Bei den Fettanteilen der Zellmembran spielt auch das wohl bekannte Cholesterin eine große Rolle.

Vereinfachte schematische Darstellung einer Biomembran (= Phospholipid-Doppelschicht). Die Zelle, der Zellkern und die Mitochondrien sind je von zwei solchen Biomembranen umhüllt. Dargestellt sind die hydrophilen Köpfchen, die zum wässrigen Milieu zeigen, die lipophilen Enden, die zueinander ausgerichtet sind und Tunnelproteine mit Zuckerresten (Glykoproteine).

Eine Zellmembran ist mit zahlreichen Proteinen durchsetzt, an die außen Zuckerreste angehängt sind. Man spricht deshalb von Glykoproteinen (Protein mit Zucker) oder Glykolipiden (Fettsäure mit Zucker). Diese Anlagerung von Zucker (= Verzuckerung) wird durch Enzyme gesteuert und sowohl die Membranproteine als auch die Zuckerreste erfüllen Spezialaufgaben. Einige dienen als Erkennungs- und Andockstellen für Hormone, Immunglobuline und andere wichtige Moleküle. Andere (Tunnelproteine) bilden Kanälchen, durch die der Stoffaustausch in die Zelle hinein und aus der Zelle heraus kontrolliert wird. Mit zunehmendem Alter und bei zu hohem Blutzucker können solche Glykoproteine auch ungewollt entstehen, was schwerwiegende Folgen hat (siehe Kapitel „Schutz vor schädlichen Glykoproteinen (AGE) durch Alpha-Liponsäure“). Eine Biomembran befindet sich nie im Ruhezustand. Ständig werden ihre Bestandteile abgebaut und wieder erneuert.

Später wird noch die Rede davon sein, dass Alpha-Liponsäure mit Fettsäuren verwandt ist, sie ist lipophil (siehe Kapitel „Ein Wort zur Chemie“). Diese Eigenschaft ermöglicht es ihr, ihre antioxidative Wirkung auch in beziehungsweise an der Zellmembran zu entfalten.

Befassen wir uns nun mit der Funktion einiger wichtiger Organellen. An erster Stelle steht der Zellkern: Er beherbergt in Form der DNA die gesamte Erbinformation des jeweiligen Organismus, ähnlich einer Bibliothek mit Tausenden von Büchern, die hoch komplizierte Bauanleitungen enthalten. Die DNA besteht aus Fäden (Chromosomen), von denen jeder Mensch zwei Sätze von jeweils 23 Chromosomen besitzt und jedes Einzelne etwa 100.000 Gene umfasst. Unter einem Gen wiederum versteht man einen Abschnitt (Sequenz) der DNA, der in verschlüsselter Form die Information für die Bildung eines ganz bestimmten Eiweißes enthält. Für das reibungslose Funktionieren der Vorgänge in unserem Organismus ist es äußerst wichtig, dass genau festgelegt ist, wann welches Gen aktiviert wird und welche Eiweiße dadurch in der jeweiligen Zelle gebildet werden. Dies wird über sehr komplexe Mechanismen und Kontrollfaktoren reguliert, die hier nicht im Einzelnen erläutert werden können. In späteren Kapiteln wird aber näher erklärt, wie die Alpha-Liponsäure die unerwünschte, durch freie Radikale ausgelöste Aktivierung von Genen beeinflusst (siehe Kapitel „Genschutz durch Alpha-Liponsäure – Steuerung des Transkriptionsfaktors NF-ΚB“.

In den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle, wird die Energie produziert, die der Organismus für seine Aktivitäten benötigt. Dabei spielt die Alpha-Liponsäure eine wichtige Rolle als Koenzym. Außerdem entstehen dadurch freie Radikale, bei deren Beseitigung die Alpha-Liponsäure ebenfalls von Bedeutung ist.

Das Endoplasmatische Retikulum (ER) ist ein Membransystem aus Bläschen und Kanälchen, das teilweise an der Außenseite Ribosomen trägt (raues ER). Die Ribosomen spielen eine wichtige Rolle bei der Produktion von Eiweißen nach dem genetischen Bauplan. Die Hauptaufgaben des ER sind die Speicherung und der Transport von Proteinen (zum Beispiel Immunglobuline, Keratin und Verdauungsenzyme). Im glatten ER werden Fettsäuren und Phospholipide (siehe Biomembran) gebildet. Im rauen ER werden Eiweiße gesammelt und in ein anderes Membransystem, den Golgiapparat transportiert. Von hier aus werden sie in kleinen membranumschlossenen Bläschen (Vesikel) zu ihrem Bestimmungsort transportiert. Sowohl im ER als auch im Golgiapparat erfolgt das schon erwähnte kontrollierte Anheften von Zuckermolekülen an die Membranproteine (Glykosilierung).

Weitere Organellen sind die Lysosomen und die Peroxisomen. Sie enthalten Enzyme, mit deren Hilfe Abfallprodukte und Fremdstoffe abgebaut werden. Damit diese Enzyme nicht wahllos in der ganzen Zelle ihre Verdauungsarbeit verrichten können, werden sie in membranumschlossenen Organellen vom Zytoplasma abgegrenzt. Die Peroxisomen verwenden außer Enzymen auch freie Radikale zum Abbau von Fettsäuren und Giften. Dabei entsteht das aggressive Wasserstoffperoxid (H₂O₂), das durch das ebenfalls in Peroxisomen enthaltene Enzym Katalase zu Wasser und Sauerstoff abgebaut wird. Es ist nachvollziehbar, dass die Beschädigung von Peroxisomen – zum Beispiel durch freie Radikale – zu einer Katastrophe in der betroffenen Zelle führt.

Einige Organellen beziehungsweise Strukturen gibt es nur bei Pflanzenzellen. So zum Beispiel die Chloroplasten, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Sie stehen am Anfang der Energiegewinnung durch Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie, die auch von uns genutzt werden kann. Auch eine Zellwand gibt es nur bei Pflanzen und einigen Bakterien, aber nicht bei tierischen Zellen.