Zellen entstehen, arbeiten und sterben
Eine Zelle ist keine Maschine, die ewig läuft. Sie entsteht, erledigt ihre Aufgabe, und eines Tages hört sie auf. Viele Zellen in deinem Körper sterben jeden Tag, und neue Zellen ersetzen sie.
In dieser Lektion geht es um zwei große Ideen: das Altern (langsame Veränderung mit der Zeit) und den Zelltod (das Ende). Der Tod kann geplant sein (Apoptose) oder zufällig (Nekrose).
Merkmale einer alternden Zelle
Eine alte Zelle sieht anders aus und arbeitet anders als eine junge. Achte auf diese Zeichen:
- Geringere Größe: Die Zelle verliert Wasser und schrumpft ein wenig.
- Langsamere Arbeit: Enzyme arbeiten schlechter, darum stellt die Zelle Energie und neues Material langsamer her.
- Abfall sammelt sich an: Ein brauner Farbstoff (zum Beispiel Lipofuszin) lagert sich innen ein, weil alter Abfall nicht schnell genug entsorgt wird.
- Der Zellkern verändert sich: Er kann größer, dunkler oder seltsam geformt werden.
- Schwächere Membran: Die Zelle lässt die richtigen Stoffe schlechter hinein und hinaus.
- Teilung hört auf: Viele alte Zellen können sich nicht mehr teilen.
Warum passiert das? Mit der Zeit sammelt die DNA Schäden an, schädliche Stoffe, die im normalen Leben entstehen (sogenannte freie Radikale), verletzen die Zellteile, und die Schutzkappen an den Enden der Chromosomen (Telomere) werden bei jeder Teilung kürzer. Sind die Kappen zu kurz, hört die Zelle auf, sich zu teilen.
Das Altern von Zellen verläuft langsam und schrittweise. Das Altern des ganzen Körpers entsteht, weil viele Zellen zusammen altern.
Apoptose: geplanter Zelltod
Apoptose (sprich: a-po-PTO-se) ist ein Todesprogramm, das in jeder Zelle steckt. Die Zelle bekommt ein Signal, etwa „du bist beschädigt“ oder „du wirst nicht mehr gebraucht“, und schaltet Enzyme namens Caspasen ein, die die Teile der Zelle kontrolliert zerschneiden.
- Die Zelle schrumpft und löst sich von ihren Nachbarn.
- Der Zellkern und die DNA werden in Stücke geschnitten.
- Die Zelloberfläche wirft Blasen, und die Zelle zerfällt in kleine dichte Päckchen.
- Nachbarzellen oder spezielle Putzzellen (Fresszellen, Phagozyten) fressen die Päckchen auf.
Es läuft nichts aus, darum gibt es keine Schwellung (keine Entzündung). Apoptose braucht Energie (ATP), weil die Zelle aktiv arbeitet, um sich selbst abzubauen.
Nekrose: Tod durch Verletzung
Nekrose entsteht, wenn eine Zelle von außen schwer geschädigt wird: durch eine Verbrennung, ein starkes Gift, fehlende Durchblutung oder eine Infektion. Die Zelle kann nicht steuern, was passiert.
- Die Zelle quillt auf, weil ihre Membran nicht mehr funktioniert.
- Die Membran platzt.
- Der Inhalt fließt in die Umgebung.
- Der Körper reagiert mit einer Entzündung: Rötung, Schwellung und Schmerz, und auch Nachbarzellen können Schaden nehmen.
Apoptose und Nekrose im Vergleich
| Merkmal | Apoptose | Nekrose |
|---|---|---|
| Ursache | Inneres Signal; normal oder Schaden entdeckt | Verletzung von außen, Gift, kein Blut |
| Geplant? | Ja, ein Programm | Nein, zufällig |
| Zellgröße | Schrumpft | Quillt auf |
| Membran | Bleibt heil; bildet Päckchen | Platzt |
| Energie (ATP) | Nötig | Nicht nötig |
| Nachbarn | Nicht geschädigt; sie fressen die Päckchen | Durch den ausgelaufenen Inhalt geschädigt |
| Entzündung | Nein | Ja |
Warum Apoptose wichtig ist
- Den Körper formen: Sie entfernt die Haut zwischen Fingern und Zehen und den Schwanz der Kaulquappe.
- Alte Zellen beseitigen: Alte Blutzellen und Zellen der Darmwand werden abgebaut und ersetzt.
- Gefährliche Zellen entfernen: Eine Zelle mit stark geschädigter DNA bekommt den Befehl zu sterben, damit sie nicht zu Krebs heranwächst. Fällt die Apoptose aus, können geschädigte Zellen überleben und sich immer wieder teilen. Mehr dazu in Krebsbiologie.
- Gleichgewicht: Die Zahl der Zellen in einem Gewebe bleibt gleich, wenn neu gebildete Zellen gleich verlorene Zellen sind.
Zu wenig Apoptose kann Krebs verursachen. Zu viel Apoptose kann Gewebe schaden, wie bei manchen Krankheiten, bei denen nützliche Nervenzellen sterben.
Probier es aus: den Unterschied erkennen
Im 3D-Modell: Gehe zum letzten Schritt. Drücke Apoptose, bewege den Zeitregler langsam und schreibe auf, welche Größe die Zelle bekommt. Mache dasselbe mit Nekrose. Kontrolle: Apoptose schrumpft, Nekrose quillt auf.
Zu Hause: Nimm eine frische Weintraube und eine trockene Rosine. Die Rosine ist kleiner und faltig, wie eine alte, geschrumpfte Zelle. Lege die Rosine nun eine Stunde ins Wasser und sieh zu, wie sie aufquillt. Welches von beiden (Schrumpfen oder Aufquellen) sieht aus wie Apoptose und welches wie Nekrose?
Wichtige Formeln und Definitionen
- Apoptose = geplant, schrumpft, dichte Päckchen, keine Entzündung, braucht ATP
- Nekrose = durch Verletzung, quillt auf, platzt, Entzündung, schadet den Nachbarn
- Wichtige Enzyme der Apoptose: Caspasen
- Zellzahl im Gewebe bleibt gleich, wenn: neu gebildete Zellen = verlorene Zellen
- Zeichen des Alterns: kleiner, langsamer, Abfall (Farbstoff), veränderter Zellkern, kürzere Telomere
Gelöste Beispiele
1. Ein Gewebe hat 1000 Zellen. Jeden Tag sterben 10 Zellen durch Apoptose, und 10 neue Zellen entstehen. Wie viele Zellen sind es nach 5 Tagen?
Es entstehen genauso viele Zellen, wie verloren gehen, darum ändert sich die Zahl nicht. Nach 5 Tagen sind es immer noch 1000 Zellen. Dieses stabile Gleichgewicht hilft die Apoptose zu halten.
2. Die Hand eines Bauern wird von heißem Öl verbrannt. Die Haut wird rot und geschwollen. Ist der Zelltod Apoptose oder Nekrose? Nenne zwei Gründe.
Es ist Nekrose. Grund 1: Die Ursache ist eine Verletzung von außen (Hitze), kein geplantes Signal. Grund 2: Es gibt Schwellung und Rötung (Entzündung), und die entstehen, wenn Zellen platzen und auslaufen.
3. Im Leben eines Frosches verschwindet der Schwanz der Kaulquappe. Welcher Vorgang sorgt dafür, und warum ist das nützlich?
Apoptose. Die Schwanzzellen bekommen das Signal, planmäßig zu sterben, und werden aufgefressen, ohne dass etwas ausläuft. So verschwindet ein Teil, den der Frosch nicht mehr braucht, ohne den Rest des Körpers zu schädigen.
Häufige Fehler
- Zu denken, jeder Zelltod sei schlecht. Apoptose ist gesund und geplant, und dein Körper braucht sie.
- Die Größenänderung zu verwechseln: Apoptose lässt die Zelle schrumpfen, Nekrose lässt sie aufquellen.
- Zu sagen, Apoptose verursache Schwellung. Das tut sie nicht, weil der Inhalt in dichten Päckchen bleibt.
- Zu denken, Nekrose sei ein Programm. Sie ist ein zufälliger Schaden, den die Zelle nicht steuern kann.