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4.2: Größen von Zellen
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Cell Size
 
PROTOKOLLE

4.2: Cell Size

4.2: Größen von Zellen

The size of cells varies widely among and within organisms. For instance, the smallest bacteria are 0.1 micrometers (μm) in diameter—about a thousand times smaller than many eukaryotic cells. Most other bacteria are larger than these tiny ones—between 1-10 μm—but they still tend to be smaller than most eukaryotic cells, which typically range from 10-100 μm.

Surface Area

Larger is not necessarily better when it comes to cells. For instance, cells need to take in nutrients and water through diffusion. The plasma membrane surrounding cells limits the rate at which these materials are exchanged. Smaller cells tend to have a higher surface area to volume ratio than larger cells. That is because changes in volume are not linear to changes in surface area. When a sphere increases in size, the volume grows proportional to the cube of its radius (r3), while its surface area grows proportional to only the square of its radius (r2). Therefore, smaller cells have relatively more surface area compared to their volume than larger cells of the same shape. A larger surface area means more area of the plasma membrane where materials can pass into and out of the cell. Substances also need to travel within cells. Hence the rate of diffusion may limit processes in large cells.

Adaptations

Prokaryotes are often small and divide before they face limitations due to cell size. Larger eukaryotic cells have organelles that facilitate intracellular transport. Also, structural changes help overcome limitations. Some cells that need to exchange large amounts of substances with the environment developed long, thin extrusions that maximize the surface area to volume ratio. An example of such structures are the root hairs of plant cells that facilitate the intake of water and nutrients. Therefore, cell size and surface area to volume ratio are crucial factors in the evolution of cellular characteristics.

Die Größe der Zellen variiert stark zwischen und innerhalb von Organismen. Die kleinsten Bakterien messen beispielsweise nur 0,1 Mikrometer (µm) im Durchmesser. Sie sind somit etwa tausendmal kleiner als viele eukaryontische Zellen. Die meisten anderen Bakterien sind jedoch größer als diese Winzlinge. Sie messen gewöhnlich zwischen 1-10 µm, sind in der Regel aber immer noch kleiner als eukaryontische Zellen. Diese sind meistens zwischen 10-100 µm groß.

Die Oberfläche

Größer bedeutet nicht zwangsläufig immer besser, wenn es um Zellen geht. So müssen Zellen beispielsweise durch Diffusion Nährstoffe und Wasser aufnehmen. Die Plasmamembran, welche die Zellen umgibt, begrenzt die Geschwindigkeit, mit der diese Materialien ausgetauscht werden können. Kleinere Zellen neigen dazu, ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu haben als größere Zellen. Das liegt daran, dass Volumenänderungen nicht linear zur Veränderung der Oberfläche verlaufen. Wenn eine Kugel an Größe zunimmt, wächst das Volumen proportional zum Würfel ihres Radius (r3), während ihre Oberfläche nur proportional zum Quadrat ihres Radius wächst (r2). Daher haben kleinere Zellen im Vergleich zu ihrem Volumen relativ gesehen mehr Oberfläche als größere Zellen gleicher Form. Eine größere Oberfläche bedeutet gleichzeitig eine größere Fläche der Plasmamembran. An dieser können Materialien in die Zelle hinein und aus der Zelle heraus gelangen. Substanzen müssen auch innerhalb der Zellen wandern. Daher verlangsamt sich die Diffusionsrate in großen Zellen gewöhnlich.

Adaptionen

Prokaryonten sind oft klein und teilen sich, bevor sie an die Grenzen ihrer Zellgröße stoßen. Größere eukaryontische Zellen haben Organellen, die den intrazellulären Transport erleichtern. Auch strukturelle Veränderungen helfen, Begrenzungen zu überwinden. Einige Zellen, die große Mengen an Substanzen mit der Umgebung austauschen müssen, haben lange, dünne Extrusionen entwickelt. Sie maximieren das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Ein Beispiel für solche Strukturen sind die Wurzelhaare von Pflanzenzellen, welche die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen erleichtern. sind Zellgröße und das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen sind also entscheidende Faktoren für die Entwicklung von zellulären Eigenschaften.


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