Entscheidend ist nicht nur die Vergrößerung, sondern das Auflösungsvermögen: der kleinste Abstand, den zwei Punkte haben müssen, damit man sie noch getrennt sieht. Beim Lichtmikroskop begrenzt die Wellenlänge des Lichts die Auflösung auf etwa 0,2 µm (200 nm; 1 µm = 1000 nm). Elektronenstrahlen haben eine viel kürzere Wellenlänge, deshalb löst ein Elektronenmikroskop Strukturen im Nanometerbereich auf.

Beim Transmissionselektronenmikroskop (TEM) durchstrahlen Elektronen ultradünne Schnitte. Du siehst das Innere als Schnittbild: Ein Mitochondrium erscheint je nach Schnittrichtung rund oder länglich. Das Rasterelektronenmikroskop (REM) tastet Oberflächen ab.

Du beginnst mit dem schwächsten Objektiv, stellst scharf und wechselst erst dann zum stärkeren (nur mit dem Feintrieb nachstellen, sonst drückst du die Linse auf das Präparat). Präparate sind zum Beispiel das Abziehpräparat (Zwiebelhaut) und der dünne Schnitt, Farbstoffe machen Strukturen sichtbar.

Gezeichnet wird mit spitzem Bleistift in klaren Linien, ohne Schattierung und Farbe, und nur, was du siehst. Die Beschriftung steht neben der Zeichnung und wird mit waagerechten Linien verbunden.

Ein Zellorganell ist ein Bestandteil der Zelle mit eigener Aufgabe. Das Zellplasma besteht aus dem flüssigen Cytosol und den darin liegenden Organellen. Die meisten Organellen sind von Membranen umgeben und bilden eigene Reaktionsräume, die Kompartimente. Ribosomen haben keine Membran.

Plastiden sind die Organellen der Pflanzen und Algen, zu denen der Chloroplast gehört. Chromoplasten enthalten gelbe bis rote Farbstoffe (Paprika), Leukoplasten sind farblos und speichern Stärke (Kartoffelknolle).

Eukaryoten (Pflanzen, Tiere, Pilze und viele Einzeller) haben einen Zellkern und Organellen mit Membran. Prokaryoten (Bakterien und Archaeen) haben keinen Zellkern. Ihre DNA liegt als Ring im Nucleoid frei im Zellplasma. Eukaryotische Zellen sind meist 10 bis 100 µm groß, prokaryotische meist 1 bis 10 µm.

S misst, wie schnell ein Teilchen in der Zentrifuge absinkt: größere Zahl, größeres Ribosom.

Mitochondrien und Plastiden ähneln Bakterien. Die Endosymbiontentheorie erklärt das so: Eine Urzelle nahm ein Bakterium auf, verdaute es aber nicht, und beide lebten dauerhaft zusammen (Endosymbiose). Ein sauerstoffatmendes Bakterium wurde zum Mitochondrium. Nahm eine solche Zelle später ein Cyanobakterium auf (ein Bakterium mit Fotosynthese), wurde daraus ein Plastid. Belege:

• Doppelmembran: die innere entspricht der Bakterienmembran, die äußere der Membran des Aufnahmebläschens.
• Eigene ringförmige DNA und eigene 70S-Ribosomen wie bei Bakterien.
• Teilung wie bei Bakterien; die Organellen entstehen nur aus ihresgleichen.
• DNA-Vergleiche: Mitochondrien stehen den Alphaproteobakterien (einer Bakteriengruppe) nahe, Plastiden den Cyanobakterien.

Viele Gene der Bakterien wanderten später in den Zellkern. Zellkern und ER stammen vermutlich aus Einstülpungen der Zellmembran.

Die Unterteilung der Zelle durch Membranen in Reaktionsräume heißt Kompartimentierung. Ihre Vorteile:

• Jedes Kompartiment hat eigene Bedingungen: Im Lysosom herrscht pH 5, im Cytosol etwa pH 7.
• Gegensätzliche Reaktionen laufen gleichzeitig ab, ohne sich zu stören.
• Gefährliche Stoffe, etwa Verdauungsenzyme, bleiben eingeschlossen.
• Gefaltete Membranen (Cristae, Thylakoide) bieten viel Fläche für Vorgänge an Membranen.

Dafür müssen Stoffe kontrolliert zwischen den Kompartimenten wechseln (nächste Lektion).

Ein Einzeller besteht aus einer Zelle, ein Vielzeller aus vielen Zellen mit Arbeitsteilung (Zelle, Gewebe, Organ kennst du aus Klasse 7 und 8). Die Körperzellen entstehen aus der befruchteten Eizelle und enthalten (fast alle) dieselbe Erbinformation. Trotzdem sehen sie verschieden aus: Bei der Zelldifferenzierung spezialisieren sie sich, weil sie jeweils andere Teile der Erbinformation nutzen. Der Feinbau passt zur Aufgabe:

Zellwachstum ist die Zunahme von Masse und Volumen einer Zelle. Tierzellen bilden dafür neue Bestandteile, Pflanzenzellen strecken sich vor allem, indem die Vakuole Wasser aufnimmt und die Zellwand nachgibt. Eine Grenze setzt das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen: Alle Stoffe müssen durch die Membran, versorgt werden muss aber das Volumen. Wächst eine Zelle in jede Richtung auf das k-Fache, wächst ihre Oberfläche auf das $k^2$-Fache, ihr Volumen auf das $k^3$-Fache. Das Verhältnis sinkt, bis die Versorgung nicht mehr reicht. Dann teilt sich die Zelle, oder sie vergrößert ihre Oberfläche durch Ausstülpungen.