Zellorganellen einfach erklärt: Aufbau und Funktion mit Übungen

Alle Lebewesen bestehen aus Zellen. Ein Bakterium ist nur eine einzige Zelle. Der Körper eines Erwachsenen hat etwa 30 Billionen Zellen. Die Zelle ist die kleinste Einheit, die selbst leben und sich vermehren kann.

Der Forscher Robert Hooke sah sich ein dünnes Stück Kork unter seinem Mikroskop an. Er sah viele kleine Kästchen und nannte sie Zellen. Im Jahr 1665 beschrieb er das in einem Buch. Seitdem heißen die Bausteine aller Lebewesen so.

Im Inneren einer Zelle liegen viele kleine Teile. Man nennt sie Zellorganellen oder kurz Organellen. Das Wort bedeutet „kleines Organ“. Dein Körper hat Organe mit festen Aufgaben: Das Herz pumpt, der Magen verdaut. So hat auch jedes Organell seine Aufgabe in der Zelle.

Viele Organellen sind von einer Membran umgeben. Eine Membran ist eine sehr dünne Hülle. Sie besteht aus fettähnlichen Molekülen, den Lipiden, und aus Eiweißen. Moleküle sind winzige Teilchen, aus denen viele Stoffe bestehen. Membranen teilen den Raum innerhalb der Zelle in viele kleine Bereiche. So können verschiedene Prozesse zur selben Zeit ablaufen und stören sich nicht. In den Lysosomen, kleinen Bläschen für den Abbau, ist es zum Beispiel sauer. Viele andere Vorgänge würden dort nicht klappen.

Diese Tabelle zeigt die wichtigsten Strukturen einer Zelle und ihre Funktionen. Lerne zuerst die Namen. Danach merkst du dir zu jedem Namen eine Funktion.

Zellmembran, Zellwand und Zellplasma sind keine Organellen im engeren Sinn. Sie bilden die Hülle und den Innenraum der Zelle. Viele Schulbücher nennen sie aber mit in der Liste. Für Tests solltest du alle kennen.

Die Zeichnung zeigt das Schema einer Zelle aus einem Tier oder Menschen. Echte Zellen sind räumliche Strukturen und sehen je nach Aufgabe verschieden aus. Eine Nervenzelle ist lang und verzweigt, eine Eizelle ist rund. Die Teile im Inneren sind aber fast immer gleich.

Die Zellmembran umgibt jede Zelle. Sie ist dünn und biegsam. Sie trennt das Innere der Zelle von der Umgebung. Sie lässt nur bestimmte Stoffe hinein oder hinaus. Bei tierischen Zellen ist sie die äußere Grenze.

Das Zellplasma füllt die Zelle aus. Ein anderes Wort dafür ist Cytoplasma. Es besteht zu 70 bis 80 % aus Wasser. Doch es ist zäh wie Gel. Das liegt an den vielen Eiweißen darin. Im Zellplasma liegen alle Organellen. Hier laufen auch viele chemische Vorgänge ab.

Der Zellkern ist meist das auffälligste Organell. In ihm liegt der größte Teil der Erbinformation, die DNA. Die DNA ist wie ein Bauplan. Sie legt fest, welche Proteine die Zelle bauen kann. So steuert der Kern, was in der Zelle passiert.

Der Kern hat eine doppelte Hülle, die Kernhülle. Sie hat kleine Löcher, die Kernporen. Durch sie wandern Stoffe hinein und hinaus. Im Kern liegt oft ein dunkler Fleck, das Kernkörperchen. Dort entstehen Bauteile für die Ribosomen.

Ribosomen sind winzige Körnchen ohne Membran. Sie bauen Proteine, also Eiweiße. Proteine sind große Moleküle. Dafür lesen die Ribosomen eine Abschrift der DNA aus dem Kern. Dann hängen sie Baustein an Baustein, wie Perlen an einer Kette. Manche Ribosomen schwimmen frei im Zellplasma. Andere sitzen außen auf dem rauen ER.

Das endoplasmatische Retikulum, kurz ER, ist ein Netz aus Röhren und flachen Säckchen. „Endoplasmatisch“ heißt „innerhalb des Plasmas“, „Retikulum“ heißt „kleines Netz“. Das endoplasmatische Retikulum ist also ein Netz im Zellplasma. Das ER hängt mit der Kernhülle zusammen.

Auf dem rauen ER sitzen außen Ribosomen. Deshalb sieht es im Elektronenmikroskop rau aus. Das ist ein besonders starkes Mikroskop. Hier werden neue Proteine bearbeitet und weitergeschickt. Das glatte ER hat keine Ribosomen. Es baut Lipide, zum Beispiel für neue Membranen. Es hilft auch, Medikamente und Gifte abzubauen.

Der Golgi-Apparat ist ein Stapel aus flachen Säckchen. Er bekommt Eiweiße und Lipide aus dem ER. Er verändert sie, sortiert sie und verpackt sie. Wie bei der Post hat jedes Paket eine Art Adresse.

Die Pakete heißen Vesikel. Das sind kleine Bläschen mit einer Membran. Sie bringen Stoffe an ihr Ziel. Manche Vesikel wandern zur Zellmembran und geben ihren Inhalt nach draußen ab. So geben Zellen etwa Hormone ab. Das sind Botenstoffe, die Nachrichten durch den Körper tragen.

Mitochondrien heißen oft die Kraftwerke der Zelle. Die Einzahl ist Mitochondrium. Sie haben eine glatte äußere Membran und eine stark gefaltete innere Membran. In ihnen läuft der größte Teil der Zellatmung ab. Bei diesem Prozess wird Zucker mit Sauerstoff abgebaut. Ein Teil der Energie daraus steckt danach in einem Stoff namens ATP. Der Rest wird zu Wärme. ATP ist wie ein kleiner Akku. Die Zelle kann ihn überall nutzen.

Genau genommen stellen Mitochondrien keine Energie her. Energie kann nicht neu entstehen. Mitochondrien machen die Energie aus der Nahrung für die Zelle nutzbar. Muskeln brauchen viel Energie. Ihre Zellen haben darum sehr viele Mitochondrien.

Lysosomen sind kleine Bläschen voller Enzyme. Enzyme sind Eiweiße, die chemische Vorgänge schneller machen. Die Enzyme der Lysosomen zerlegen große Moleküle in ihre Bausteine. So kann die Zelle alte Organellen abbauen und die Teile neu nutzen. Manche weißen Blutkörperchen fressen Keime. Lysosomen bauen sie dann ab. In den Lysosomen ist es sauer. Nur dann arbeiten ihre Enzyme gut. Die meisten Pflanzenzellen haben keine Lysosomen. Bei ihnen verdaut die Vakuole.

Ähnlich klein sind die Peroxisomen. Auch sie haben eine einfache Membran. Sie bauen etwa Fettsäuren ab. In der Leber helfen sie, Alkohol abzubauen.

Tiere haben in ihren Zellen nahe am Kern zwei kleine Bündel aus Röhrchen, die Zentriolen. Sie stehen quer zueinander. Wahrscheinlich helfen sie bei der Zellteilung. Dabei wird die DNA auf zwei neue Zellen verteilt. Wie das Schritt für Schritt abläuft, zeigt Mitose und Meiose einfach erklärt. Pflanzenzellen haben meist keine Zentriolen und teilen sich doch. In unserer Zeichnung fehlen sie, damit das Bild klar bleibt.

Pflanzliche Zellen haben fast alle Strukturen, die du schon kennst. Dazu kommen drei Teile, die du sofort siehst. Sie machen die Zelle eckig, grün und prall.

Die Zellwand liegt außen um die Zellmembran. Sie besteht vor allem aus Cellulose. Das ist ein fester Stoff aus langen Ketten von Zucker. Die Wand schützt die Zelle und gibt ihr Form und Halt. Darum sehen Pflanzenzellen im Mikroskop oft eckig aus.

Chloroplasten sind grüne Organellen. Ihre Farbe kommt vom Blattgrün, dem Chlorophyll. In ihnen läuft die Fotosynthese ab, auch Photosynthese geschrieben. Dabei stellt die Pflanze mit Licht Zucker her. Dafür nimmt sie Wasser und Kohlenstoffdioxid auf. Dabei entsteht Sauerstoff.

Die grünen Organellen sind etwa 2 bis 10 µm lang. Ein Mikrometer (µm) ist ein Tausendstel Millimeter. Eine Zelle in einem Laubblatt kann mehrere hundert davon enthalten. Wie Mitochondrien haben sie eine Doppelmembran und eigene DNA.

Nicht jede Pflanzenzelle hat Chloroplasten. Zellen in Wurzeln oder in der Zwiebel sind nicht grün. Sie haben dafür oft farblose Speicher-Organellen, etwa für Stärke.

Die Vakuole ist ein großer Raum innerhalb der Zelle mit einer eigenen Membran. Sie ist mit Zellsaft gefüllt. Das ist vor allem Wasser mit gelösten Stoffen. In ausgewachsenen Pflanzenzellen füllt die Vakuole fast die ganze Zelle. Zellplasma, Kern und Chloroplasten liegen dann als dünne Schicht am Rand.

Die Vakuole drückt von innen gegen die Wand. Diesen Druck nennt man Turgor. Er hält Blätter und Stängel prall. Bekommt eine Pflanze zu wenig Wasser, schrumpfen die Vakuolen. Die Wände verlieren ihre Stütze. Die Pflanze welkt.

In der Vakuole lagern auch Zucker und Farbstoffe. So steckt die Farbe der roten Zwiebel in den Vakuolen ihrer Zellen. Manche Pflanzen speichern hier auch Stoffe, die Fressfeinde abschrecken.

Gemeinsam haben beide Zellen: Zellmembran, Zellplasma, Zellkern, Mitochondrien, Ribosomen, raues und glattes ER, Golgi-Apparat und Vesikel.

Nur die Pflanzenzelle hat eine Zellwand aus Cellulose, Chloroplasten und eine große Vakuole. Eine Merkhilfe für diese drei Extras: Wand, Grün, Saft.

Typisch für die Tierzelle sind Zentriolen und Lysosomen. Eine große Vakuole hat sie nicht, höchstens kleine Bläschen. Ohne feste Wand kann sie ihre Form ändern.

Im Mikroskop siehst du den Unterschied schnell. Pflanzliche Zellen liegen eckig nebeneinander wie Mauersteine. Tierische Zellen sind oft rundlich und weich begrenzt.

Diese Frage kommt in Tests oft vor. Ordne die Organellen nach ihrer Hülle.

Mitochondrien und Chloroplasten haben eigene DNA und eigene Ribosomen. Forscher erklären das mit der Endosymbiontentheorie. Vor sehr langer Zeit nahm eine größere Zelle kleinere Bakterien auf, die Sauerstoff nutzen. Sie verdaute sie aber nicht. Die Zelle und die Bakterien lebten von da an zusammen und hatten beide Vorteile davon. Aus diesen Bakterien wurden die Mitochondrien. Viel später nahmen Vorfahren der Pflanzen auf dieselbe Weise Cyanobakterien auf. Das sind Bakterien, die mit Licht Zucker herstellen. Aus ihnen wurden die grünen Organellen. Darum haben Tiere Mitochondrien, aber keine grünen Organellen. In der Oberstufe lernst du die Belege dafür genauer kennen.

Die meisten Zellen von Tieren und Pflanzen sind 10 bis 100 µm groß. Mit bloßem Auge siehst du sie nicht. In der Schule nutzt du ein Lichtmikroskop. Es vergrößert etwa bis zu 400-fach.

Damit siehst du die großen Strukturen: Wand, Kern, Zellplasma, Vakuole und Chloroplasten. Bei tierischen Zellen siehst du die Zellmembran als Grenze des Zellplasmas. Mitochondrien, Ribosomen, ER und Golgi-Apparat erkennst du damit nicht. Sie sind zu klein oder zu blass.

Genaue Bilder dieser Organellen kommen aus dem Elektronenmikroskop. Es arbeitet mit Elektronen statt mit Licht. So zeigt es viel feinere Strukturen. Lebende Zellen kann man damit aber nicht ansehen. Die Proben werden dafür haltbar gemacht und sterben dabei ab.

Im Häutchen siehst du viele längliche Zellen wie Mauersteine. Jede hat eine deutliche Wand. Den Kern siehst du ungefärbt oft nur als blassen, runden Fleck. Hier gibt es keine Chloroplasten. Die Schuppen der Zwiebel bekommen kaum Licht. Sie speichern Nährstoffe und machen keine Fotosynthese. Willst du die grünen Organellen sehen, nimm ein Blättchen Moos. In der Schule nimmt man oft Wasserpest. Diese Blättchen sind so dünn, dass du sie direkt ansehen kannst.

Tierische Zellen untersuchst du in der Schule oft an der Mundschleimhaut. Man schabt dafür mit einem Holzspatel etwas von der Innenseite der Wange ab. Ein Tropfen Methylenblau färbt die Zellen. So siehst du den Kern viel deutlicher. Eine Wand siehst du nicht, denn tierische Zellen haben keine.

Ein Mikroskop zeigt immer nur eine dünne Ebene scharf. Man spricht von einem optischen Schnitt. Dreh beim Betrachten langsam am Feintrieb, dem kleinen Drehrad zum Scharfstellen. So siehst du nach und nach, wie die Zelle räumlich gebaut ist.

Mit einem Modell merkst du dir die Teile leichter. Ein Modell ist ein einfacher Nachbau. Für eine essbare Pflanzenzelle brauchst du diese Zutaten:

Ein Erwachsener kocht die Götterspeise nach Packung, denn dafür brauchst du heißes Wasser. Lass sie etwas abkühlen. Leg die Teile hinein, solange die Masse noch weich ist. Nach einigen Stunden im Kühlschrank ist das Modell fest. Erkläre beim Essen jedes Teil. Denk daran: Im Modell stimmen die Größen nicht. Echte Zellen haben auch viel mehr Teile.

Die Zellen von Tieren und Pflanzen haben einen echten Zellkern, ebenso Pilzzellen. Lebewesen mit solchen Zellen heißen Eukaryoten. Bakterien sind anders gebaut. Sie gehören zu den Prokaryoten. Sie haben keinen Kern. Ihre DNA liegt in einem Bereich innerhalb des Zellplasmas. Er heißt Nucleoid. Bakterien haben auch keine Organellen mit Membran. Ribosomen haben sie aber. Die meisten Bakterien haben eine feste Wand, aber nicht aus Cellulose.

Bakterien sind viel kleiner: meist 0,1 bis 5 µm. Zum Vergleich: Die Zellen von Tieren und Pflanzen sind 10 bis 100 µm groß.

Auch Pilzzellen sind von einer Wand umgeben. Ein wichtiger Baustoff darin ist Chitin. Chitin steckt auch im Panzer von Insekten. Grüne Organellen für die Fotosynthese haben Pilze nicht.

Löse die Aufgaben zuerst ohne Hilfe. Schau erst danach in die Lösungen. Die Zellen kannst du auch abzeichnen und selbst beschriften.

Aufgabe 1: Benenne in der Tierzelle die Bauteile 1 bis 10.

Aufgabe 2: Benenne in der Pflanzenzelle die Bauteile 1 bis 10. Welche drei davon fehlen bei Tieren?

Weiter geht es ohne Bild.

3. Was ist ein Zellorganell? Erkläre es in einem Satz.
4. Ordne zu: Zellkern, Ribosom, Mitochondrium, Chloroplast. A: baut Eiweiße. B: stellt mit Licht Zucker her. C: enthält die DNA. D: macht Energie nutzbar.
5. Nenne die drei Bauteile, die nur die Pflanzenzelle hat.
6. Nenne fünf Bauteile, die Zellen von Tieren und Pflanzen gemeinsam haben.
7. Welche drei Organellen haben eine Doppelmembran?
8. Welches Organell ohne Membran haben Bakterien, Tiere und Pflanzen gemeinsam?
9. Erkläre den Unterschied zwischen Zellwand und Zellmembran.
10. Warum heißt das raue endoplasmatische Retikulum „rau“?
11. Ein Eiweiß soll die Zelle verlassen. Ordne seine Stationen der Reihe nach: Golgi-Apparat, Zellmembran, Ribosom am rauen ER, Vesikel.
12. Richtig oder falsch? „Pflanzenzellen haben keine Mitochondrien.“ Begründe.
13. Im Zwiebelhäutchen findest du keine Chloroplasten. Warum nicht?
14. Ein Salat welkt, wenn er lange ohne Wasser liegt. Erkläre das mit der Vakuole.
15. Hat jede Zelle einen Zellkern? Nenne zwei Beispiele für Zellen ohne Kern.

1. 1 Mitochondrium, 2 Golgi-Apparat, 3 Vesikel, 4 raues ER, 5 Zellmembran, 6 Zellplasma, 7 Ribosomen, 8 glattes ER, 9 Lysosom, 10 Zellkern. Das raue ER erkennst du an den Pünktchen. Das sind Ribosomen.
2. 1 Zellkern, 2 Chloroplast, 3 Zellwand, 4 Zellmembran, 5 Vakuole, 6 Ribosomen, 7 Zellplasma, 8 Mitochondrium, 9 Golgi-Apparat, 10 raues ER. Bei Tieren fehlen Wand (3), Grün (2) und Saft (5).
3. Ein Zellorganell ist ein Bauteil in der Zelle mit einer bestimmten Aufgabe, so wie ein Organ im Körper.
4. Zellkern – C, Ribosom – A, Mitochondrium – D, Chloroplast – B.
5. Zellwand, Chloroplasten und große Vakuole.
6. Zum Beispiel Zellmembran, Zellplasma, Zellkern, Mitochondrien und Ribosomen. Auch ER, Golgi-Apparat und Vesikel sind richtig.
7. Zellkern, Mitochondrien und Chloroplasten. Beim Kern heißt die doppelte Hülle Kernhülle.
8. Ribosomen. Sie sind so klein, dass man sie nur im Elektronenmikroskop sieht.
9. Die Zellmembran ist eine dünne, biegsame Hülle um jede Zelle. Sie lässt nur bestimmte Stoffe durch. Die Zellwand ist eine feste Schicht aus Cellulose außen um die Membran. Sie gibt Pflanzen Form und Halt.
10. Auf dem rauen ER sitzen Ribosomen. Im Elektronenmikroskop sieht es dadurch körnig und rau aus.
11. Ribosom am rauen ER → Golgi-Apparat → Vesikel → Zellmembran. Auch vom ER zum Golgi-Apparat reisen Eiweiße in Vesikeln.
12. Falsch. Auch Pflanzen haben in ihren Zellen Mitochondrien. Sie brauchen sie Tag und Nacht, um die Energie aus Zucker nutzbar zu machen.
13. Die Zwiebelschuppen sind Speicherblätter. Sie liegen innen in der Zwiebel und bekommen kaum Licht. Ohne Licht bilden sich keine Chloroplasten. Darum sind die Schuppen nicht grün und machen keine Fotosynthese.
14. Ohne Wasser schrumpfen die Vakuolen. Sie drücken nicht mehr gegen die Wand. Der Turgor sinkt, und die Blätter werden schlaff.
15. Nein. Bakterien haben keinen Zellkern. Auch reife rote Blutkörperchen des Menschen haben keinen.

Arbeitsblatt zu Zellorganellen als PDF herunterladen. Auf vier Seiten findest du beide Zellen zum Beschriften, vier neue Aufgaben und die Lösungen. Die Lösungen stehen auf der letzten Seite. Leg sie beim Üben zur Seite.

So lernst du die Zellorganellen in vier kurzen Runden:

Lass zwischen den Runden ruhig einen Tag Pause. Das Abfragen aus dem Kopf heißt Active Recall. Es bringt mehr als bloßes Wiederlesen. Wie die DNA im Kern gebaut ist, zeigt DNA einfach erklärt. Was in den Chloroplasten genau passiert, lernst du bei Photosynthese einfach erklärt. Wie rote Blutkörperchen den Sauerstoff durch den Körper bringen, steht in Herz und Blutkreislauf.

Hängst du beim Üben an einer Stelle, hilft dir Lerntwin weiter. Lerntwin fragt nach, statt dir die Lösung vorzusagen. So erklärst du Kern, Vakuole und Co. bald in eigenen Worten. So funktioniert Lerntwin.

Das hängt vom Bundesland und von der Schulform ab. Am Gymnasium in NRW lernst du schon in Klasse 5 oder 6, Tier- und Pflanzenzellen im Lichtmikroskop zu unterscheiden. Bis zum Ende der Klasse 10 kommt dort der Bau der Bakterienzelle dazu. In anderen Bundesländern kann das Thema in einer anderen Klasse liegen. Das regelt jedes Bundesland selbst.

In der Oberstufe geht es um die eukaryotische Zelle und alle Organellen im Detail. Dazu gehören die Kompartimentierung und die Endosymbiontentheorie. Kompartimentierung heißt: Membranen teilen die Zelle in viele getrennte Räume.