Die Algenzelle
Algenzellen sind eukaryotisch und enthalten drei Arten von Organellen mit Doppelmembranen: den Zellkern, den Chloroplasten und das Mitochondrium. In den meisten Algenzellen gibt es nur einen einzigen Zellkern, obwohl einige Zellen mehrkernig sind. Außerdem sind einige Algen siphonartig, d. h. die vielen Zellkerne sind nicht durch Zellwände getrennt. Der Zellkern enthält den größten Teil des genetischen Materials oder der Desoxyribonukleinsäure (DNA) der Zelle. Bei den meisten Algen liegen die DNA-Moleküle als lineare Stränge vor, die erst bei der Kernteilung (Mitose) zu eindeutigen Chromosomen verdichtet werden. Es gibt jedoch zwei taxonomisch umstrittene Algenklassen, Dinophyceae und Euglenophyceae, bei denen die Kern-DNA immer zu Chromosomen kondensiert ist. Bei allen Algen werden die beiden Membranen, die den Zellkern umgeben, als Kernhülle bezeichnet. Die Kernhülle verfügt in der Regel über spezialisierte Kernporen, die die Bewegung von Molekülen in den und aus dem Kern regulieren.
Chloroplasten sind die Orte der Photosynthese, der komplexen Reihe von biochemischen Reaktionen, die die Energie des Lichts nutzen, um Kohlendioxid und Wasser in Zucker umzuwandeln. Jeder Chloroplast enthält abgeflachte, membranartige Säcke, Thylakoide genannt, die die photosynthetischen Lichtsammelpigmente, die Chlorophylle, Carotinoide und Phycobiliproteine enthalten (siehe unten Photosynthese).
Die Mitochondrien sind die Orte, an denen Nahrungsmoleküle abgebaut und Kohlendioxid, Wasser und chemische Bindungsenergie freigesetzt werden, ein Prozess, der Zellatmung genannt wird (siehe unten Zellatmung). Photosynthese und Atmung sind annähernd gegensätzliche Prozesse, wobei die Photosynthese Zuckermoleküle aufbaut und die Atmung sie abbaut. Die innere Membran des Mitochondriums ist stark gefaltet, wodurch die für die Atmung notwendige Oberfläche entsteht. Die Ausstülpungen, die sogenannten Cristae, haben drei Morphologien: (1) abgeflacht oder blattförmig, (2) fingerförmig oder röhrenförmig und (3) schaufelartig. Die Mitochondrien von Landpflanzen und -tieren haben im Vergleich dazu im Allgemeinen abgeflachte Cristae.
Chloroplasten und Mitochondrien haben auch ihre eigene DNA. Diese DNA ist jedoch nicht wie die Kern-DNA zirkulär (oder besser gesagt in Endlosschleifen) und nicht linear und ähnelt daher der DNA von Prokaryonten. Die Ähnlichkeit der chloroplastischen und mitochondrialen DNA mit der prokaryotischen DNA hat viele Wissenschaftler dazu veranlasst, die Hypothese der Endosymbiose zu akzeptieren, die besagt, dass sich diese Organellen als Ergebnis einer langen und erfolgreichen symbiotischen Verbindung von Prokaryontenzellen in Eukaryonten-Wirtszellen entwickelt haben.
Algenzellen haben auch mehrere membrangebundene Organellen, einschließlich des endoplasmatischen Retikulums, des Golgi-Apparats, der Lysosomen, der Peroxisomen, der kontraktilen oder nicht kontraktilen Vakuolen und, in einigen Fällen, der Auswurforganellen. Das endoplasmatische Retikulum ist ein komplexes Membransystem, das intrazelluläre Kompartimente bildet, als Transportsystem innerhalb der Zelle fungiert und als Ort für die Synthese von Fetten, Ölen und Proteinen dient. Der Golgi-Apparat, eine Reihe abgeflachter, membranartiger Säcke, die in einem Stapel angeordnet sind, erfüllt vier verschiedene Funktionen: Er sortiert viele Moleküle, die an anderer Stelle in der Zelle synthetisiert werden; er produziert Kohlenhydrate wie Zellulose oder Zucker und bindet die Zucker manchmal an andere Moleküle; er verpackt Moleküle in kleine Vesikel; und er markiert die Vesikel, damit sie an den richtigen Bestimmungsort weitergeleitet werden. Das Lysosom ist eine spezialisierte Vakuole, die Verdauungsenzyme enthält, die alte Organellen, Zellen oder Zellbestandteile in bestimmten Entwicklungsstadien sowie Partikel, die von Arten, die Nahrung aufnehmen können, abgebaut werden. Peroxisomen sind darauf spezialisiert, bestimmte organische Moleküle und gefährliche Verbindungen wie Wasserstoffperoxid, die bei bestimmten biochemischen Reaktionen entstehen können, abzubauen. Vakuolen sind Membransäcke, die je nach Organismus und Stoffwechselzustand viele verschiedene Substanzen speichern. Kontraktile Vakuolen sind spezialisierte Organellen, die den Wassergehalt der Zellen regulieren und daher nicht an der langfristigen Speicherung von Substanzen beteiligt sind. Wenn zu viel Wasser in die Zellen gelangt, dienen die kontraktilen Vakuolen dazu, es auszustoßen. Einige Algen haben spezielle Ausstoßorganellen, die offenbar als Schutzstrukturen dienen. Die Dinophyceae haben harpunenartige Trichocysten unter der Zelloberfläche, die aus einer gestörten oder gereizten Zelle heraussprengen können. Trichozysten können dazu dienen, Beute an Algenzellen anzuheften, bevor diese verzehrt wird. Ejektosomen sind Strukturen, die den Auswurforganellen ähneln und in der Klasse der Cryptophyceae zu finden sind. Mehrere Algenklassen in der Abteilung Chromophyta haben schleimige Organellen, die Schleim absondern. Gonyostomum semen, ein Süßwassertier der Klasse Raphidophyceae, hat zahlreiche Mucocysten, die, wenn solche Zellen in einem Planktonnetz gesammelt werden, ausströmen und das Netz und seinen Inhalt etwas gummiartig machen.
Zu den nicht membrangebundenen Organellen der Algen gehören die Ribosomen, Pyrenoide, Mikrotubuli und Mikrofilamente. Ribosomen sind die Orte der Proteinsynthese, an denen die genetische Information in Form von Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) in Protein übersetzt wird. Die Ribosomen interpretieren den genetischen Code der DNA genau, so dass jedes Protein genau nach den genetischen Vorgaben hergestellt wird. Das Pyrenoid, eine dichte Struktur innerhalb oder neben den Chloroplasten bestimmter Algen, besteht größtenteils aus Ribulosebiphosphatcarboxylase, einem der Enzyme, die bei der Photosynthese zur Kohlenstofffixierung und damit zur Zuckerbildung notwendig sind. Stärke, eine Speicherform von Glukose, ist häufig um Pyrenoide herum zu finden. Mikrotubuli, röhrenförmige Strukturen, die aus Tubulinproteinen gebildet werden, sind in den meisten Zellen vorhanden. In vielen Algen erscheinen und verschwinden die Mikrotubuli je nach Bedarf. Mikrotubuli bilden eine starre Struktur oder ein Zytoskelett in der Zelle, das dazu beiträgt, die Form der Zelle zu bestimmen und aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Arten ohne Zellwände. Mikrotubuli stellen auch eine Art „Schienensystem“ dar, auf dem Vesikel transportiert werden. Der Spindelapparat, der die Chromosomen während der Kernteilung trennt, besteht aus Mikrotubuli. Schließlich bilden bestimmte Arten von Mikrotubuli auch die Grundstruktur oder das Axonem einer Geißel, und sie sind ein Hauptbestandteil des Wurzelsystems, das eine Geißel in der Zelle verankert. Mikrofilamente werden durch die Polymerisation von Proteinen wie Aktin gebildet, die sich zusammenziehen und entspannen können und somit als winzige Muskeln im Inneren der Zellen fungieren.
