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Mit der Entstehung der Vielzelligkeit und der damit verbundenen Differenzierung von Zellen in Keimbahn- und Körperzellen ist für die Körperzellen ein Alterungsprozess verbunden, der zum Tod der Zellen und des vielzelligen Organismus führt. Keimbahnzellen (Ei- und Spermazellen) sind potenziell unsterblich, d. h. sie können sich unbegrenzt weiter teilen. Bei ungünstigen Umwelteinflüssen zeigen aber auch diese Zellen Alterungserscheinungen, welche jedoch bei günstigen Bedingungen wieder beseitigt werden können.

Man hat herausgefunden, dass während des Elektronentransportes in der Atmungskette Peroxidionen $(O_2{}^{-})$ entstehen können, die über Wasserstoffperoxid aggressive freie Radikale bilden.

Radikale sind organische oder anorganische Verbindungen mit ein oder mehreren ungepaarten Elektronen. Da sie versuchen Elektronen einzufangen, um wieder vollständige Paare zu besitzen, sind sie sehr reatkionsfähig. Diese Radikale zerstören Proteine, Lipide und DNA. Mit dem Altern nimmt ihre Zahl zu und führt zur Einschränkung der ATP-Produktion. Gegenwärtig läuft die Forschung auf Hochtouren, um Schutzenzyme zu finden, die die freien Radikale ohne negative Folgen abfangen können.

Mitochondrien sind Zellorganellen, in denen Teile der Zellatmung als Citratzyklus und Atmungskette ablaufen. Hier entsteht der größte Teil der aus der Atmung gewonnenen Energie. Mitochondrien werden deshalb auch als die Kraftwerke der Zellen bezeichnet. Alle Mitochondrien zeigen im Prinzip den gleichen Grundaufbau. Ihre Dimensionen entsprechen in etwa denen von Prokaryoten (Durchmesser zwischen 0,5 und 0,8 µm).

In jeder Zelle laufen hunderte von chemischen Reaktionen ab, die in ihrer Gesamtheit als Stoffwechsel (Metabolismus) bezeichnet werden. Um zu leben, benötigen alle Zellen ständig organische und anorganische Stoffe sowie chemische Energie. Zuständig für die Energiegewinnung der Zellen sind die Mitochondrien. Unter Mitwirkung von bestimmten Enzymen und Coenzymen gewinnen die Mitochondrien insbesondere aus Glucose (Traubenzucker) und Fettsäuren Energie für alle in der Zelle ablaufenden Vorgänge.Die Stoffwechselleistungen einer Zelle hängen deshalb entscheidend von ihrer Enzymausstattung ab, welche bereits genetisch festgelegt ist. Nach der Art, welche Ausgangsstoffe für die Energiegewinnung verwertet werden, unterscheidet man autotrophe und heterotrophe Organismen. Die Energie wird in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert, so dass der Zelle stets ausreichend Energie zur Verfügung steht.Der wichtigste Weg zur ATP-Bildung ist die oxidative Phosphorylierung innerhalb der Atmungskette unter aeroben Bedingungen (Sauerstoffanwesenheit). Viele Organismen können unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffabwesenheit) auf ATP zurückgreifen, das in der Glykolyse entsteht. Diese Art der ATP-Bildung bezeichnet man als Gärung.

Zellen nehmen zu ihrer Energieversorgung Glucose (Traubenzucker) auf, welche im Cytoplasma und in den Mitochondrien von Eukaryoten (Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen) vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut wird. Am Ende des Abbauweges gewinnt die Zelle mit Hilfe der frei werdenden Energie die energiereiche Verbindung ATP, die für viele Stoffwechselvorgänge als universelle Energiequelle für den Organismus erforderlich ist. Zur Zellatmung zählen die Prozesse der Glykolyse, des Citratzyklus und der Atmungskette.

Die Atmungskette ist der letzte Schritt des in den Mitochondrien stattfindenden Glucoseabbaus und schließt sich an Glykolyse und Citratzyklus an. Die während des Citratzyklus entstandenen Coenzyme NADH und ${\text{FADH}}_{\text{2}}$ übertragen ihren Wasserstoff an Sauerstoff und bilden somit Wasser – eine Knallgasreaktion mitten in der Zelle - würde diese Reaktion nicht auf viele harmlose Schritte aufgespalten ablaufen – die Atmungskette. Als Endprodukt entsteht ATP, welches dem Organismus als Energie zur Verfügung steht.
Die Enzyme der Atmungskette sind bei Prokaryoten in der Cytoplasmamembran, bei Eukaryoten in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert. Sie bilden eine Reihe/Kette von Redoxsystemen, durch die Elektronen stufenweise in Richtung positiveres Potenzial transportiert werden. Integrale Membranproteine pumpen an drei Stellen der Reaktionskette Protonen durch die Membran, da diese nicht ohne Weiteres die Biomembranen passieren können. Es gibt drei verschiedene Transportarten für Elektronen in der Atmungskette: die ausschließliche Elektronenübertragung (${\text{Fe}}^{\text{3+}}$ zu ${\text{Fe}}^{\text{2+}}$), die Übertragung eines Wasserstoffatoms (${\text{H}}^{\text{+}}\text{+}{\text{e}}^{\text{-}}$) oder die Übertragung eines Hydridions (${\text{H}}^{\text{-}}$).

Die Zellatmung erfolgt in drei Komplexen: Glykolyse, Citratzyklus und Atmungskette.

Der Citratzyklus ist eine 1937 von HANS ADOLF KREBS (1900-1981), G. MARTIUS und F. KNOOP etwa gleichzeitig entdeckte zyklische biochemische Reaktionskette, welche in allen lebenden Zellen abläuft. Er verläuft unter Beteiligung von Zitronensäure (Citrat), die zum Zwecke der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten in andere organische Säuren umgewandelt wird. Er oxidiert in acht Schritten Acetyl-Reste zu Wasser und Kohlenstoffdioxid. Die dabei gewonnenen Reaktionsprodukte werden an die Atmungskette weitergegeben. Durch anschließende oxidative Phosphorylierung gewinnt die Zelle aus diesem Vorgang 10 ATP pro Acetyl-Gruppe.
Außerdem erfüllt der Citratzyklus eine Schlüsselfunktion im intermediären Stoffwechsel der Zelle. Er verbindet den energieliefernden Endabbau des aus dem Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel stammenden Zwischenprodukts Acetyl-Coenzym A mit der Erzeugung zahlreicher Vorstufen für anabole Biosynthesewege.

Die beiden Coenzyme ${\text{NAD}}^{\text{+}}$ und FAD übertragen Elektronen aus den Wasserstoffatomen der Glucose auf die Elektronentransportkette zur Energiegewinnung. Dieses Auf- und Abladen der Elektronen wird als Elektronenschaukel bezeichnet.

Der zelluläre Baustein aller Eukaryoten, gleichgültig ob Ein- oder Vielzeller, Pflanzen, Pilze oder Tiere, ist der Eucyt. Gegenüber dem Procyten zeichnet sich dieser Zelltyp grundsätzlich in erster Linie durch folgende Baueigenheiten aus:

Die genetische Information eines eukaryotischen Organismus ist vorwiegend in Form von DNA in den Chromosomen eines jeden Zellkerns lokalisiert. Außerdem enthalten Plastiden und Mitochondrien DNA und somit Erbinformation, und auch im Cytoplasma können Erbfaktoren vorliegen. Die Weitergabe solcher genetischen Informationen wird als extrachromosomale (außerhalb der Chromosomen stattfindende) Vererbung bezeichnet. Die Gesamtheit der Chromosomen-DNA heißt auch Genom, die DNA außerhalb des Zellkerns bildet das Plasmon. Nach der Unterscheidung von Plastiden- und Mitochondrien-DNA spricht man daher von Plastom als Gesamtheit der Gene aller Plastiden einer Zelle und Chondrom als Gesamtheit der Erbinformation aller Mitochondrien einer Zelle.
Grundlegend trägt die DNA von Mitochondrien und Plastiden zur Zellfunktion der Eukaryotenzelle bei. Besonders Enzyme des Energiestoffwechsels sind in ihnen codiert. Jedoch sind Mitochondrien und Plastiden nicht selbstständig lebensfähig, sondern funktionieren nur im engen Zusammenspiel mit dem Zellkern. Beispielsweise sind Teile der Mitochondrienmembran im Kern codiert und müssen erst in die Organellen transportiert werden.

Zellen sind Grundbausteine aller Lebewesen. Sie unterscheiden sich in Form, Größe und Funktion. Pflanzliche und tierische Zellen weisen im Bau Gemeinsamkeiten auf, wie Zellmembran, Zellplasma und Zellkern. Bei pflanzlichen Zellen sind neben den genannten Bestandteilen die Zellwand, Chloroplasten mit Chlorophyll und Vakuolen (Zellsafträume) vorhanden. Zellen ernähren sich, sie wachsen und teilen sich. Die Ernährung kann dabei autotroph (Zellen mit Chloroplasten) oder heterotroph erfolgen.

Der Zellkern ist das größte und wichtigste Zellorganell einer Zelle. Er macht ca. 10 % der gesamten Zelle aus.

Der Zellkern enthält die genetische Information in Form von Chromosomen. In ihm finden Prozesse wie die Replikation der DNA, die Transkription der RNA sowie Wachstumsprozesse statt.