Während eines Lebens werden viele der Zellen, aus denen der Körper besteht, altern und sterben. Diese Zellen müssen ersetzt werden, damit der Körper weiterhin optimal funktionieren kann. Zu den Gründen, warum Zellen verloren gehen und ersetzt werden müssen, gehören:
- Abstoßen von Epithelzellen, wie sie Haut und Darm auskleiden. Die alten, abgenutzten Zellen auf der Oberfläche der Gewebe werden ständig ersetzt. Ein besonderer Fall davon ist der monatliche Ersatz der Zellen, die den Uterus bei Frauen vor der Menopause auskleiden.,
- Die Wundheilung erfordert, dass sich Zellen im Bereich des Schadens vermehren, um die verlorenen zu ersetzen. Viruserkrankungen wie Hepatitis können auch Organe schädigen, die dann verlorene Zellen ersetzen müssen.
- Ersatz der Zellen, aus denen Blut besteht. Rote Blutkörperchen transportieren Sauerstoff zu Geweben. Weiße Blutkörperchen wie B – und T-Lymphozyten sind Teil des körpereigenen Immunsystems und helfen, Infektionen abzuwehren. Die meisten dieser Zellen haben eine sehr kurze Lebensdauer und müssen ständig ersetzt werden. Die Vorläufer dieser Zellen befinden sich im Knochenmark., Diese Vorläufer oder Stammzellen müssen sich mit einer sehr hohen Rate vermehren, um ausreichende Mengen der Blutzellen aufrechtzuerhalten.
Der Prozess, mit dem sich eine Zelle reproduziert, um zwei identische Kopien von sich selbst zu erstellen, wird als Mitose bezeichnet. Das Ziel der Mitose ist die Bildung von zwei identischen Zellen aus einer einzigen Elternzelle. Die gebildeten Zellen werden als Tochterzellen bezeichnet. Dazu muss Folgendes geschehen:
- Das genetische Material, die DNA in Chromosomen, muss originalgetreu kopiert werden. Dies geschieht über einen Prozess, der als Replikation bezeichnet wird.,
- Die Organellen, wie Mitochondrien, müssen so verteilt werden, dass jede Tochterzelle eine ausreichende Menge erhält, um zu funktionieren.
- Das Zytoplasma der Zelle muss physikalisch in zwei verschiedene Zellen getrennt sein.
Wie wir sehen werden, sind viele Merkmale von Krebszellen auf Defekte in den Genen zurückzuführen, die die Zellteilung steuern. Der Zellteilungsprozess erfolgt als geordnetes Fortschreiten durch vier verschiedene Stufen. Diese vier Stufen werden gemeinsam als Zellzyklus bezeichnet., Weitere Informationen zu den Themen auf dieser Seite finden Sie auch in den meisten einführenden Biologie Lehrbüchern, empfehlen wir Campbell Biology, 11.1 Auf den folgenden Seiten wird der Zellzyklus detailliert beschrieben.,
Abschnitte auf dieser Seite:
- Normale Zellteilung
- Krebszellteilung
- Zusammenfassung der Zellteilung
Normale Zellteilung
In den Zellteilungsprozess sind mehrere Sicherheitsvorkehrungen integriert, um sicherzustellen, dass sich Zellen nicht teilen, es sei denn, sie haben den Replikationsprozess korrekt abgeschlossen und die Umgebungsbedingungen, unter denen die Zellen existieren, sind günstig für die Zellteilung. Unter anderem gibt es Systeme, um Folgendes zu bestimmen:
- Ist die DNA vollständig repliziert?
- Ist die DNA beschädigt?,
- Gibt es genügend Nährstoffe, um das Zellwachstum zu unterstützen?
Wenn diese Prüfungen fehlschlagen, hören normale Zellen auf sich zu teilen, bis die Bedingungen korrigiert sind. Krebszellen gehorchen diesen Regeln nicht und werden weiter wachsen und sich teilen.
Nachdem wir nun den Zellzyklus besprochen haben, werden wir kurz auf die Art und Weise eingehen, wie Zellen signalisiert werden, sich zu teilen.
Die meisten Zellen im Körper teilen sich nicht aktiv. Sie erfüllen ihre Funktionen, wie die Produktion von Enzymen, um Nahrung zu verdauen oder die Arme oder Beine zu bewegen., Nur ein kleiner Prozentsatz der Zellen durchläuft tatsächlich den gerade beschriebenen Prozess.
Zellen teilen sich als Reaktion auf externe Signale, die sie ‚anweisen‘, in den Zellzyklus einzutreten. Diese Signale können die Form von Östrogen oder Proteinen wie Thrombozyten-abgeleiteten Wachstumsfaktor (PDGF) annehmen., Diese Signalmoleküle, die in der Animation unten als X-förmiges Molekül dargestellt sind, binden an ihre Zielzellen und senden Signale in den Kern. Das Ergebnis ist, dass die für die Zellteilung verantwortlichen Gene eingeschaltet sind und sich die Zelle teilt. Zum Beispiel führt ein Schnitt in der Haut dazu, dass bestimmte Blutzellen, Blutplättchen, einen Wachstumsfaktor produzieren (der bewirkt, dass sich die Hautzellen vermehren und die Wunde füllen. Die Zellteilung ist ein normaler Prozess, der den Ersatz abgestorbener Zellen ermöglicht.
Normale Zellteilung II
Was sind die Signale, die die Zellteilung stoppen lassen?,
Ein Mangel an positiven externen Signalen bewirkt, dass sich die Zellen nicht mehr teilen.
Kontakthemmung
Zellen können auch ihre Umgebung spüren und auf Veränderungen reagieren. Wenn eine Zelle beispielsweise erkennt, dass sie von allen Seiten von anderen Zellen umgeben ist, hört sie auf, sich zu teilen. Auf diese Weise wachsen die Zellen bei Bedarf, hören jedoch auf, wenn ihr Ziel erreicht wurde. Um unser Wundbeispiel noch einmal zu besuchen, füllen die Zellen die Lücke, die die Wunde hinterlassen hat, aber dann hören sie auf, sich zu teilen, wenn die Lücke versiegelt wurde. Krebszellen zeigen keine Kontakthemmung., Sie wachsen sogar, wenn sie von anderen Zellen umgeben sind, wodurch sich eine Masse bildet. Das Verhalten von normalen (obere Animation) und Krebszellen (untere Animation) in Bezug auf Kontakthemmung ist unten dargestellt.
Die runden Behälter, in denen die Zellen in den Animationen dargestellt sind, heißen Petrischalen. Im Labor werden oft Zellen gezüchtet, die mit einer nährstoffreichen Flüssigkeit bedeckt sind.
Zelluläre Seneszenz
Die meisten Zellen scheinen auch eine vorprogrammierte Grenze für die Anzahl der Male, die sie teilen können., Interessanterweise scheint die Grenze teilweise auf der Fähigkeit der Zelle zu beruhen, die Integrität ihrer DNA aufrechtzuerhalten. Ein Enzym, Telomerase, ist für die Erhaltung der Chromosomenenden verantwortlich. Bei Erwachsenen nutzen die meisten unserer Zellen keine Telomerase, so dass sie schließlich sterben. In Krebszellen ist Telomerase oft aktiv und ermöglicht es den Zellen, sich auf unbestimmte Zeit weiter zu teilen. Weitere Informationen zur Telomerase finden Sie im Abschnitt Krebsgene
Krebszellteilung
Wenn es um die Zellteilung geht, brechen Krebszellen fast alle Regeln!
- Krebszellen können sich ohne entsprechende externe Signale teilen.Dies ist analog zu einem Auto, das sich bewegt, ohne dass Druck auf das Gaspedal ausgeübt wird. Ein Beispiel wäre das Wachstum einer Brustkrebszelle ohne Östrogen, einen normalen Wachstumsfaktor., Einige Brustkrebszellen verlieren tatsächlich die Fähigkeit, auf Östrogen zu reagieren, indem sie die Expression des Rezeptors für Östrogen in der Zelle ausschalten. Diese Zellen können sich immer noch reproduzieren, indem sie die Notwendigkeit des externen Wachstumssignals umgehen.
- Krebszellen zeigen keine Kontakthemmung.Während die meisten Zellen feststellen können, ob sie von nahe gelegenen Zellen „überfüllt“ werden, reagieren Krebszellen nicht mehr auf dieses Stoppsignal. Wie oben gezeigt, führt das fortgesetzte Wachstum zum Anhäufen der Zellen und zur Bildung einer Tumormasse.
- Krebszellen können sich teilen, ohne das Signal „alles klar“ zu empfangen.,Während normale Zellen die Teilung bei genetischen (DNA -) Schäden stoppen, teilen sich Krebszellen weiter. Die Ergebnisse davon sind „Tochterzellen“, die abnormale DNA oder sogar abnormale Chromosomenzahlen enthalten. Diese mutierten Zellen sind noch abnormaler als die „Elternzelle“. Auf diese Weise können sich Krebszellen entwickeln, um zunehmend abnormaler zu werden.
Fortgesetzte Zellteilung führt zur Bildung von Tumoren. Die genetische Instabilität, die sich aus einer abweichenden Teilung ergibt, trägt zur Arzneimittelresistenz bei vielen Krebsarten bei., Mutationen in bestimmten Genen können das Verhalten von Zellen in einer Weise verändern, die zu erhöhtem Tumorwachstum oder-entwicklung führt.
Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in Kapitel 8 der Krebsbiologie von Robert A. Weinberg.
Zusammenfassung der Zellteilung
Kontrolle der Zellteilung
- Die Zellteilung ist ein normaler Prozess.
- Mechanismen existieren, um sicherzustellen, dass die DNA-Replikation korrekt erfolgt und die Umweltbedingungen für die Zellteilung günstig sind. Replikationsfehler können auch korrigiert werden, nachdem sie auftreten.,
- Normale Zellen hören auf sich zu teilen, wenn genetische Schäden vorliegen oder die Bedingungen nicht günstig sind. Krebszellen teilen sich auch dann weiter, wenn die Bedingungen nicht angemessen sind.
Zellteilungssignal
- Die meisten Zellen im Körper teilen sich nicht aktiv, sondern führen ihre normalen Funktionen aus.
- Zellen teilen sich als Reaktion auf externe Signale in Form von Protein-oder Steroidwachstumsfaktoren.,
- Zellen hören aus mehreren Gründen auf, sich zu teilen, darunter:
- Ein Mangel an positiven externen Signalen
- Die Zelle spürt, dass sie von allen Seiten von anderen Zellen umgeben ist-kontaktabhängige (dichteabhängige) Hemmung
- Die meisten Zellen scheinen eine vorprogrammierte Grenze für die Häufigkeit zu haben, mit der sie sich teilen können
Zellteilung in Krebszellen
- Krebszellen können sich ohne geeignete externe Signale teilen.
- Krebszellen zeigen keine Kontakthemmung.
- Krebszellen teilen sich bei genetischen Schäden weiter.,
- Die ungehemmte, fortgesetzte Teilung genetisch geschädigter Zellen kann zur Tumorbildung führen.
Wenn Sie das Material nützlich finden, sollten Sie auf unsere Website
- 1 verlinken. Urry, L. A., Cain M. L., Wasserman S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biologie (11th ed.). Pearson.