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B978-3-437-55696-8.00002-6

10.1016/B978-3-437-55696-8.00002-6

978-3-437-55696-8

Aufbau der Zellmembran. 1: Doppelschicht aus Lipiden, 2: „Schwänze“ (wasserabstoßender Teil), 3: „Köpfchen“ (wasserverträglicher Teil), 4: Zuckerreste, die sich extrazellulär anlagern, 5: Proteine.

[L106]

Übersicht über die Zelle. 1: Kernkörperchen (Nukleolus, Nucleolus), 2: Zellkern (Nukleus, Nucleus), 3: Raues endoplasmatisches Retikulum, 4: Golgi-Apparat, 5: Sekretkörnchen, 6: Zentralkörperchen (Zentriol), 7: Glattes endoplasmatisches Retikulum, 8: Mitochondrium, 9: Zellmembran, 10: Mikrotubuli, 11: Teil des Zellkerns, dem das raue endoplasmatische Retikulum angelagert ist, 12: Mikrovilli.

[L190]

Chromosomen des Menschen. Die insgesamt 46 Chromosomen in der menschlichen Zelle teilt man in 22 Paare Autosomen und 1 Paar Geschlechtschromosomen (Gonosomen) ein. Oben: Originalpräparat der ersten fünf Chromosomen.

[L190]

Watson-Crick-Modell. 1: Längsholme aus Zucker- und Phosphatgruppen, 2: Thymin, 3: Adenin, 4: Cytosin, 5: Guanin.

[L190]

Phasen der Zellteilung (Mitose). A: Interphase, B: Vorphase (Prophase), C: Mittelphase (Metaphase), D: Nachphase (Anaphase), E: Endphase (Telophase), 1: Zentriol (Zentralkörperchen), 2: Das Zentriol beginnt den Spindelapparat auszubilden, 3: Spindelapparat, 4: Funktionsform der Chromosomen (Chromatin), 5: Chromosomen werden als Chromosomenfäden sichtbar, 6: Chromosomen heften sich mit ihrem Zentromer an der Äquatorialebene fest, 7: Chromosomen wandern zu den entgegengesetzten Polen, 8: Kernmembran, 9: Die Kernmembran beginnt sich aufzulösen, 10: Die Kernmembran hat sich aus Teilen des endoplasmatischen Retikulums neu gebildet, 11: Nukleolus.

[L190]

Geschlechtsbestimmung. Weibliche Geschlechtszellen (Eizellen) enthalten ein X-Chromosom, männliche Spermien entweder ein X- oder ein Y-Chromosom. Nach der Verschmelzung von Eizelle und Spermium ergibt die Kombination XX ein Mädchen, XY ergibt dagegen einen Jungen.

[L143]

Zelle

  • 2.1

    Kennzeichen des Lebendigen86

  • 2.2

    Aufbau und Arbeitsweise der Zelle87

    • 2.2.1

      Zell- und Kernmembran87

    • 2.2.2

      Zellleib (Zytoplasma)88

    • 2.2.3

      Zellkern (Nukleus)89

  • 2.3

    Zellteilung und Geschlechtsbestimmung91

    • 2.3.1

      Mitose92

    • 2.3.2

      Meiose93

    • 2.3.3

      Geschlechtsbestimmung93

  • 2.4

    Chromosomenabweichungen94

    • 2.4.1

      Trisomie 21 (Down-Syndrom)94

    • 2.4.2

      Klinefelter-Syndrom95

    • 2.4.3

      Turner-Syndrom95

    • 2.4.4

      Andere Chromosomenabweichungen95

Wenn wir die Frage stellen, was „Leben“ ausmacht, so ist die Antwort sicher nicht leicht, da – chemisch betrachtet – lebende Organismen aus den gleichen chemischen Elementen aufgebaut sind, wie die unbelebte Materie. Was wir aber feststellen können ist, dass es bestimmte Kennzeichen gibt, die lebendige von toter Materie unterscheiden. Solche Merkmale des Lebens wollen wir nun an der Grundeinheit des Lebens, der Zelle, betrachten.

Kennzeichen des Lebendigen

Leben, KennzeichenUnter den Kennzeichen des Lebendigen finden wir solche, die der Selbsterhaltung des Individuums dienen (Stoffwechsel und Wachstum), solche, die zur Kommunikation mit der Umwelt da sind (Reizbarkeit und Leitfähigkeit), solche, die der Reaktionsfähigkeit dienen (Beweglichkeit und Anpassungsfähigkeit) und solche, die zur Erhaltung der Art da sind (Neubildung und Fortpflanzung). Betrachten wir die einzelnen Punkte etwas näher.
Stoffwechsel.Unter Stoffwechsel versteht man die Gesamtheit aller chemischen Reaktionen im Organismus und damit, dass bestimmte Stoffe, die aus der Umgebung aufgenommen wurden, vom Organismus in einfachere Bestandteile zerlegt werden (Katabolismus), um dann zu komplizierteren Strukturen wieder zusammengesetzt zu werden (Anabolismus), damit sie als Baustoffe für den Körper dienen können.
Wachstum.WachstumDiese so gewonnenen Körperbaustoffe erfüllen nun ihre Aufgabe für Wachstum und Neubildung des Organismus. Wachstum erfolgt hier sowohl durch Zellvergrößerung als auch durch Zellteilung.
Reizbarkeit (Erregbarkeit, Empfindlichkeit).ReizbarkeitUnter Reizbarkeit versteht man, dass ein Organismus bzw. eine Zelle mittels Rezeptoren aus der Umwelt Eindrücke aufnehmen kann und in der Lage ist, darauf zu reagieren.
Leitfähigkeit.LeitfähigkeitEs ist ein Kennzeichen des Lebens, dass nicht nur eine auf den Ort des Reizes begrenzte Reaktion erfolgt, sondern dass der Reiz weitergeleitet werden kann. Eine Zelle, ebenso wie auch ein kompliziert zusammengesetzter Organismus, reagiert als ein sinnvolles Ganzes. Er besteht nicht nur aus einzelnen Teilen, die unverbunden nebeneinander bestehen.
Beweglichkeit.BeweglichkeitLeben hat unmittelbar etwas mit Bewegung zu tun. Dabei kann Bewegung einmal als äußere Bewegung stattfinden, das heißt, dass sich die Zelle bzw. der Organismus als Ganzes bewegt. Aber es ist auch eine Fließbewegung innerhalb des Zellplasmas möglich.
Anpassungsfähigkeit.AnpassungsfähigkeitZellen und Organismen sind in der Lage, sich in gewissen Grenzen ihrer Umwelt anzupassen. Beispielsweise können sich Bakterien bei für sie ungünstigen Lebensbedingungen einkapseln, um so, wie im Winterschlaf, auf „bessere Zeiten“ zu warten.
Neubildung und Fortpflanzung.Neubildung der ZelleNeubildung und Fortpflanzung wird auf Zellebene durch Zellteilung erreicht. Bei dieser Zellteilung entstehen zwei gleichwertige Tochterzellen.

Kennzeichen des Lebendigen

  • Stoffwechsel

  • Wachstum

  • Reizbarkeit

  • Leitfähigkeit

  • Beweglichkeit

  • Anpassungsfähigkeit

  • Neubildung und Fortpflanzung

Die kleinste Einheit, die diese Kennzeichen des Lebens zeigt, ist, wie bereits erwähnt, die ZelleZelle. Es gibt nun Lebewesen, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen, wie z. B. das Pantoffeltierchen. Größere Lebewesen, wie Pflanzen, Tiere und Menschen, sind aus einer Vielzahl einzelner Zellen zusammengesetzt. Dabei lebt aber die einzelne Zelle nicht isoliert, sondern sie fügt sich sinnvoll in eine übergeordnete Struktur ein, indem sie sich auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert und so z. B. eine Stütz- oder Abwehrfunktion übernimmt. So ergeben alle Zellen zusammen ein sinnvolles Ganzes. In einem späteren Kapitel werden wir am Beispiel der Krebszelle die Folgen einer Störung dieses „Sich-Einordnens“ sehen. Die Krebszelle fügt sich nicht mehr in die sinnvolle Ordnung des sie umgebenden Zellverbandes ein, sondern beginnt ein eigenständiges Leben auf Kosten der sie umgebenden Zellen.
Um für all diese Vorgänge ein besseres Verständnis zu entwickeln, müssen wir uns zunächst mit dem Aufbau und der Funktion der einzelnen Zelle beschäftigen.

Aufbau und Arbeitsweise der Zelle

Jede Zelle besteht aus der sie umgebenden Zellmembran, einem Zellleib und einem Zellkern, der von einer Kernmembran umhüllt ist.

Zell- und Kernmembran

ZellmembranKernmembran, ZelleSchon bei der Betrachtung der Zellmembran (PlasmalemmPlasmalemm, NucleolemmNucleolemm) stehen wir einem wahren Wunderwerk gegenüber. Mittels dieser Membran grenzt sich jede Zelle gegenüber ihrer Nachbarzelle und der Umgebung ab. Trotzdem muss die Membran für viele Stoffe durchlässig sein, denn einerseits benötigt die Zelle bestimmte Stoffe von außen für ihre Arbeit, andererseits muss sie die Möglichkeit haben, nicht mehr benötigte Stoffe abzutransportieren.
Kleinere hydrophile Moleküle (Glukose, Aminosäuren), Wasser, bestimmte Ionen und gelöste Gase können durch passiven Transport (also ohne Energieverbrauch) durch die Membran diffundieren. Andere Stoffe werden mit Hilfe eines aktiven Transportes in die Zelle hinein- oder aus ihr herausgeschafft. Unter aktivem Transport, aktiverTransport versteht man die Beförderung von Stoffen mittels eines Transportsystems, das Energie aus dem Zellstoffwechsel benötigt. Durch ein solches Transportsystem können Stoffe auch entgegen einem Konzentrationsgefälle durch die Zellmembran befördert werden. Das Transportsystem besteht aus spezialisierten Eiweißen, die in die Zellmembran eingelagert sind. Es handelt sich in erster Linie um sogenannte Carrier (Trägersubstanzen), die v. a. bei der Aufrechterhaltung der unterschiedlichen Ionenkonzentration innerhalb und außerhalb der Zelle die wichtigste Rolle spielen. Diese unterschiedliche Ionenkonzentration ist Voraussetzung der Nerven- und Muskelerregbarkeit (Abschn. 3.4.5).
Aufbau der Zellmembran.Das Grundgerüst der Membran (Abb. 2-1) bildet eine Doppelschicht aus Lipiden, also aus Fettmolekülen, die horizontal innerhalb der Membranfläche frei beweglich sind. Dadurch wird die große Flexibilität der Membran bei gleichzeitig geordneter Struktur möglich. Dieser Fettschicht ist eine Vielzahl von Eiweißen (Proteinen) aufgelagert, die zwischen die Lipide hinein- oder durch beide Schichten hindurchragen. Diese Eiweißmoleküle spielen eine Rolle als Rezeptoren, Enzyme oder Kanäle und sind so die eigentlichen Vermittler zwischen Zellinnerem und Außenmilieu. Zum Teil tragen sie an ihrer Außenseite Kohlenhydratmoleküle (Glykokalyx). In diesem „Kohlenhydratsaum“ liegen Rezeptoren für Hormone und Haftstellen für Antikörper. Deshalb spielt diese Glykokalyx bei Blutgruppenzugehörigkeiten (Abschn. 7.5) und bei Gewebs(un)verträglichkeiten bei Organtransplantationen eine entscheidende Rolle, da die Kohlenhydratmoleküle Träger bestimmter Antigeneigenschaften sind.

Zellleib (Zytoplasma)

Im ZellleibZellleib (ZytoplasmaZytoplasma) werden alle lebenswichtigen Stoffe auf- und abgebaut. Es handelt sich also um das eigentliche Arbeits- und Speichergebiet, aus dem Fertigprodukte wie z. B. Hormone oder Enzyme abgegeben werden können. Betrachtet man den Zellleib mit einem Elektronenmikroskop, so sieht man nicht einfach eine homogene Flüssigkeit, sondern man kann verschiedene Bestandteile, die Zellorganellen, unterscheiden, die unterschiedliche Aufgaben haben. Die wichtigsten Zellorganellen wollen wir nun näher betrachten (Abb. 2-2, Atlas Abb. 2-1).
MitochondrienMitochondriumsind die Kraftwerke der Zelle. Sie dienen der Energiegewinnung, der Energiespeicherung und der Energieabgabe. Es handelt sich um ein stäbchen- bis kugelförmiges Doppelmembransystem. Mitochondrien kommen besonders zahlreich in den Zellen vor, die viel Energie benötigen, z. B. Nerven-, Leber- und Muskelzellen.
Zur EnergiegewinnungEnergiegewinnung werden Nährstoffe unter Sauerstoffverbrauch verbrannt (oxidiert). Die dabei freiwerdende Energie wird durch gleichzeitige Bildung des energiereichen Moleküls Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert. Bei Bedarf geben die Mitochondrien ATP ab, das unter Freisetzung von Energie in ADP umgewandelt wird. Anschließend wird das ADP in den Mitochondrien wieder zu ATP aufgebaut (Abschn. 3.3.4).

ATP → ADP + Phosphat + Energie

Diese Energieumwandlungsprozesse erfolgen unter Mitwirkung von Enzymen, die sich in den Mitochondrien befinden.
Endoplasmatisches Retikulum (ER).Das endoplasmatische Retikulum, endoplastischesRetikulum ist ein Hohlraumsystem, das aus Membranen aufgebaut ist. Es steht mit der Kern- und Zellmembran in Verbindung. Man unterscheidet ein glattes und ein raues endoplasmatisches Retikulum.
Die seltenere glatte Form kommt gehäuft in der quergestreiften Muskulatur vor und in Zellen, die Steroidhormone produzieren. Es erfüllt wichtige Aufgaben. beim Stofftransport. Die raue Form ist mit Ribosomen (s. u.) besetzt und kommt v. a. in Zellen mit starker Eiweißherstellung (Proteinsynthese, Abschn. 2.2.3, Eiweißherstellung) vor.
Ribosomensind kleine, kugelige RibosomKörperchen. Sie liegen entweder frei im Zytoplasma, sitzen außen auf der Kernmembran oder kommen zusammen mit dem endoplasmatischen Retikulum vor. Ribosomen bestehen aus RNS (Ribonukleinsäure) und Proteinen. An ihnen findet die Eiweißherstellung statt.
Lysosomensind membranumschlossene LysosomVesikel unterschiedlicher Gestalt. Sie besitzen Enzyme, mit deren Hilfe sie in der Lage sind, überflüssiges Material in der Zelle aufzulösen, z. B. Teile von Bakterien, Viren und nicht mehr funktionstüchtige Zellorganellen. Die dabei anfallenden Abbaustoffe werden teilweise gleich wieder für den eigenen Zellaufbau verwendet.
Golgi-Apparat und Diktyosomen.Vor allem in der Nähe des Zellkerns liegen zusammengefaltete Doppelmembransäckchen in Stapeln übereinander. Ein solcher Stapel wird als DiktyosomDiktyosom bezeichnet. Die Gesamtheit aller Diktyosomen einer Zelle bildet den Golgi-Golgi-ApparatApparat. Dieser wirkt bei der Sekretbildung mit, speichert die an den Ribosomen gebildeten und an das endoplasmatische Retikulum abgegebenen Eiweiße und transportiert sie in Vesikeln zur Zellmembran, wo sie nach außen abgegeben werden. Bei den Vesikeln handelt es sich um Bläschen, die vom Rand und der Innenseite der Diktyosomen abgeschnürt wurden. Der Golgi-Apparat ist nicht nur ein wichtiges Transportsystem, sondern hat auch die Aufgabe, die Zelle vor aggressiven Stoffen zu schützen, die hier produziert wurden und in entsprechender Konzentration die Zelle selbst schädigen könnten (z. B. eiweißverdauende Enzyme).
Mikrotubulisind ein MikrotubulusRöhrensystem, das einen Teil des Zellskeletts darstellt. Dieses hat eine wichtige Aufgabe bei der Bildung der Zellform. In Nervenzellen sind die Mikrotubuli am intrazellulären Transport beteiligt.
Man unterscheidet stabile (stationäre) und labile Mikrotubuli. Zu den stabilen zählen das Zentriol, Zilien und Geißeln; zu den labilen rechnet man den Spindelapparat, der nur während der Zellteilung vorhanden ist.
Zentriol (Zentrosom, Zentralkörperchen).Das ZentrosomZentriolZentralkörperchenZentriol bildet bei der Zellteilung den Spindelapparat aus (Abschn. 2.3.1). In hochspezialisierten Zellen, die nicht mehr teilungsfähig sind, fehlt es.

Zellorganellen

  • Mitochondrien

  • endoplasmatisches Retikulum

  • Ribosomen

  • Lysosomen

  • Golgi-Apparat

  • Zentriol

  • Mikrotubuli

Zellkern (Nukleus)

Der ZellkernZellkern (NukleusNukleus) ist von größter Wichtigkeit, da in ihm die gesamte Zellinformation gespeichert ist. Am Zellkern unterscheiden wir den Kernsaft, die Kernmembran, die Kernkörperchen und das Chromatin bzw. die Chromosomen. Der Zellkern ist die „Kommandozentrale“, die die Informationen an den Zellleib gibt und bestimmt, welche Stoffe dort hergestellt werden.
Die meisten Körperzellen besitzen einen Zellkern. Es gibt aber auch Zellen, bei denen der Zellkern fehlt, z. B. bei den roten Blutkörperchen (Erythrozyten). Dagegen haben sehr stoffwechselaktive Zellen wie Leberzellen, Osteoklasten (knochensubstanzabbauende Zellen) und die langen Muskelfasern der quergestreiften Skelettmuskulatur mehrere Zellkerne.
Kernsaft (Karyolymphe).Die eiweißhaltige Flüssigkeit, die sich im Zellkern befindet, heißt KernsaftKaryolympheKernsaft. In ihr liegen die Chromosomen und die Kernkörperchen.
Kernkörperchen (Nukleolus)liegen einzeln oder zu mehreren als kleine Gebilde innerhalb des NukleolusKernkörperchenZellkerns. Sie dürfen nicht mit dem Zellkern (Nukleus) verwechselt werden. Sie sind ein wichtiger Bildungs- und Speicherort der RNS.
Chromosomen (Erbkörperchen)sind die eigentlichen Träger der Erbanlagen. Unter dem Mikroskop sieht man ihre typische „Wäscheklammerform“ (Abb. 2-3). Jedes ErbkörperchenChromosomChromosom besteht aus zwei identischen Hälften (Chromatiden). Diese sind durch das Zentromer (Einschnürung) miteinander verbunden.
Die Chromosomen treten im Zellkern paarweise auf. Jedes autosome Paar entspricht sich hinsichtlich ihrer Größe, Form und Einschnürung. Die Chromosomenzahl ist jeweils bei einer Spezies konstant. Es ist aber nicht so, dass ein höher entwickeltes Lebewesen mehr Chromosomen besitzt als ein niedriger entwickeltes. In der menschlichen Zelle befinden sich 23 Chromosomenpaare (diploider Chromosomensatz), das sind 46 einzelne Chromosomen. Davon sind 22 Paare Autosomen und ein Paar Heterosomen, das heißt, es liegen 22 identische Paare und zwei nicht-identische Geschlechtschromosomen (Gonosomen) vor. Die paarige Anordnung der Chromosomen entspricht der Tatsache, dass jedes Individuum aus der Verschmelzung einer Ei- mit einer Samenzelle hervorgeht. Die eine Hälfte der vorhandenen Chromosomen stammt aus der mütterlichen Eizelle und die andere aus der väterlichen Samenzelle. Reife Geschlechtszellen enthalten deshalb nicht 46 Chromosomen, sondern nur 23 (haploider Chromosomensatz).

Chromosomen sind die Träger der Erbanlagen.

DNS und Gen (Erbfaktor, Erbeinheit, Erbanlage).Auf den Chromosomen liegen linear aneinandergereiht die GenDNS (Desoxyribonucleinsäure)Gene, die Träger der ErbanlageErbanlagen. Grundlage dieser Gene und damit auch der Chromosomen sind die DNS-Moleküle (DesoxyribonucleinsäureDesoxyribonucleinsäure). Das Grundgerüst der DNS besteht aus zwei langen, parallel verlaufenden Ketten von abwechselnd einer Zucker-(Desoxyribose) und einer Phosphatgruppe, die über ihre gesamte Länge durch Querverbindungen zusammengehalten werden und zusätzlich spiralig aufgewunden sind (Doppelhelix). Eine gute Veranschaulichung hierfür bietet das Bild einer spiralig um eine Säule herum gelegten Strickleiter (Watson-Crick-Modell, Abb. 2-4, Atlas Abb. 2-2).
Watson-Crick-Modell (Doppelhelix-Modell der DNS).Nach dem Watson-Crick-Watson-Crick-ModellDoppelhelix-Modell, DNSModell (Abb. 2-4) werden die beiden Längsholme der Strickleiter von den Zucker- und Phosphatgruppen gebildet. Diese Holme werden durch Sprossen zusammengehalten, die von je zwei Nukleinbasen gebildet werden, die durch eine Wasserstoffbrücke miteinander verbunden sind. Insgesamt kommen vier verschiedene Basen vor: Cytosin, Guanin, Thymin und Adenin. Für den Bau einer Sprosse bilden Cytosin und Guanin oder Adenin und Thymin jeweils ein Paar. Es gibt also nur zwei verschiedene mögliche Kombinationen. Wichtig ist jedoch die Reihenfolge der vier Basen entlang eines Holms: während die Nukleinbasen als „Buchstaben des genetischen Codes“ bezeichnet werden können, bestimmt ihre Abfolge den Aufbau der Proteine und damit die Eigenschaften der Zelle und des Organismus.
RNS.Der Aufbau der RNS (RNS (Ribonukleinsäure)RibonukleinsäureRibonukleinsäure) entspricht weitgehend dem der DNS. Allerdings besitzt sie statt der Nukleinbase Thymin das Uracil, und als Zuckerbestandteil besitzt sie nicht Desoxyribose, sondern Ribose. Während die DNS der eigentliche Träger der Erbinformation ist, erfüllt die RNS drei Hauptaufgaben bei der Übersetzung und Ausführung der „Vorschriften“ der Erbsubstanz:
  • als Strukturelement der Ribosomen (rRNS, ribosomale RNS)

  • als Kopie der DNS (mRNS; messenger-RNS)

  • als Transportmedium für die Aminosäuren, die zu den Ribosomen gebracht werden (tRNS, transfer-RNS)

Eiweißherstellung (Proteinsynthese).Wie wir gehört haben, speichern die DNS-Moleküle die ProteinsyntheseEiweiß:HerstellungErbinformation. Damit besitzen sie den Bauplan für die Herstellung der lebensnotwendigen Eiweiße. Dieser Bauplan verbleibt als DNS in dem „Chefbüro“ des Zellkerns. Als Nachrichtenträgersubstanz zwischen Zellkern und Zellleib dient die mRNS (messenger-RNS). Das bedeutet, dass die mRNS das Chefbüro im Zellkern mit der eigentlichen Herstellungsfabrik im Zellleib, v. a. also mit den Ribosomen, verbindet.
Um die Information, die in der DNS („Baupläne“) gespeichert ist, weitergeben zu können, lagert sich eine genau entsprechende RNS entlang eines bestimmten DNS-Strangs an und kopiert diesen ab (Atlas Abb. 2-3). Diese RNS-Moleküle sind also Kopien der DNS-Moleküle (Matrizen). Diese Kopien wandern nun aus dem Zellkern durch die Kernporen in den Zellleib. Hier legen sie sich an die Ribosomen an, wo nun gemäß dem Bauplan des Zellkerns die entsprechenden Aminosäuren angelagert werden (Eiweißherstellung).
Auf diese Weise stellt die Zelle alle benötigten Eiweiße her, egal ob es sich um Hormone, Enzyme, Sekrete oder um Strukturproteine handelt, die die Zelle für ihren Aufbau selbst benötigt.

Zellteilung und Geschlechtsbestimmung

ZellteilungAusgehend von einer einzigen Zelle, entwickeln sich vielzellige Lebewesen durch Zellteilung. Dabei entstehen Tochterzellen, deren Erbgut mit dem der Mutterzelle identisch ist. Dazu ist es von entscheidender Wichtigkeit, dass die Erbinformation, die im Zellkern der Mutterzelle gespeichert ist, fehlerfrei auf die Tochterzelle übertragen wird. Diesen Vorgang bezeichnet man als Mitose. Ein Sonderfall der Zellteilung, die Meiose (s. u.), kommt bei den Geschlechtszellen vor. Nun betrachten wir zunächst die Mitose (Abb. 2-5).

Mitose

Die MitoseMitose ist die Teilung des Zellkerns. Das ist ein Vorgang, der im Allgemeinen mehrere Stunden dauert und in fünf Stadien eingeteilt werden kann. Voraussetzung der Mitose ist die vorausgegangene Verdoppelung der DNS in der Zwischenphase. Dabei werden aus jeweils einem Chromosom zwei identische Hälften (Chromatiden), die durch das Zentromer zusammengehalten werden (Abb. 2-5).
  • Zwischenphase (Interphase). Während der Interphase geht die Zelle ihrer speziellen Aufgabe innerhalb des Zellverbandes nach, z. B. der Herstellung von Hormonen. Während dieser Zeit liegen die Chromosomen in ihrer Funktionsform als Chromatin vor.

  • Vorphase (Prophase). Die Chromosomen werden als feine Fäden sichtbar, da sie sich durch Spiralisierung zunehmend verkürzen und verdicken. Das Zentriol verdoppelt sich und beginnt den Spindelapparat auszubilden. Die Kernmembran löst sich auf, ebenso die RNS-haltigen Kernkörperchen.

  • Mittelphase (Metaphase). Die Ausbildung des Spindelapparates wird abgeschlossen. Die Chromosomen heften sich mit ihrem Zentromer an der Äquatorialebene des Spindelapparates an.

  • Nachphase (Anaphase). Die mit ihrem Zentromer an den Spindelapparat gehefteten Chromosomen spalten sich in ihre Chromatiden auf, indem sie sich am Zentromer voneinander lösen. Je ein Chromatid wandert zu den entgegengesetzten Spindelpolen.

  • Endphase (Telophase). Nachdem die Polwanderung der Chromatiden abgeschlossen ist, löst sich der Spindelapparat auf. Die Kernmembran erneuert sich aus Teilen des endoplasmatischen Retikulums. Die Chromatiden verdoppeln sogleich ihre Erbinformation indem das fehlende Chromatid neu hergestellt wird.

In den so entstandenen beiden Tochterzellen gehen die Chromosomen wieder in ihre Arbeitsform über, das heißt, sie entspiralisieren sich. In dieser Form werden sie als Chromatin bezeichnet. Die Zelle geht wieder in die Interphase über, beginnt zu wachsen und ihrer speziellen Aufgabe nachzukommen.
Im Gegensatz zum Zellkern, bei dem es genau darauf ankommt, dass die gespeicherte Erbinformation fehlerfrei auf die Tochterzelle übergeht, teilt sich der Zellleib durch einfache Durchschnürung. Die fehlenden Zellorganellen bildet die Zelle in ihrer Wachstumsphase neu aus.

Phasen der Zellteilung

  • Zwischenphase (Interphase)

  • Vorphase (Prophase)

  • Mittelphase (Metaphase)

  • Nachphase (Anaphase)

  • Endphase (Telophase)

Meiose

Bei den Geschlechtszellen gibt es eine besondere Form der Zellteilung: die MeioseMeiose oder ReduktionsteilungReduktionsteilung (ReifeteilungReifeteilung). Diese Teilung hat den Sinn, den doppelten Chromosomensatz 2n auf den einfachen Satz zu reduzieren. Ohne diese Halbierung würde sich sonst der Chromosomensatz bei der Verschmelzung der weiblichen Eizelle mit der männlichen Samenzelle jeweils verdoppeln. Die Reduktionsteilung ist also die Voraussetzung dafür, dass es nach der Befruchtung wieder zu dem normalen diploiden Chromosomensatz 2n kommt.
Bei der Meiose kann man zwei Schritte unterscheiden, nämlich die erste und die zweite Reifeteilung.
  • erste Reifeteilung. Hierbei handelt es sich um die eigentliche Reduktionsteilung, bei der der Chromosomensatz halbiert wird. Vor der eigentlichen Teilung lagern sich im Eierstock bzw. in den Hodenkanälchen die homologen Chromosomen, also die sich entsprechenden Chromosomen, von denen jeweils ein Chromosom von der Mutter und ein Chromosom vom Vater stammt, parallel aneinander. Dabei kommen die sich entsprechenden Genabschnitte genau nebeneinander zu liegen. Nun beginnen die Chromosomen Stücke auszutauschen („Die Chromosomen paaren sich“). Dieser Austausch wird Crossing-over genannt. Er führt zu einer Neuordnung der Gene auf den Chromosomen, wodurch die genetische Variabilität gefördert wird. Nach diesem Crossing-over werden nicht, wie bei der normalen Zellteilung, die Chromatiden auf die Tochterkerne verteilt, sondern die homologen Chromosomen, die aus jeweils zwei Chromatiden bestehen. Deshalb ist noch eine darauffolgende mitotische Teilung notwendig.

  • zweite Reifeteilung. Die zweite Reifeteilung entspricht der normalen mitotischen Teilung, bei der die Chromatiden auf die Tochterkerne verteilt werden; hier allerdings nur mit dem haploiden Chromosomensatz. Bei der zweiten Reifeteilung wird also die Trennung der Chromosomen in Chromatide nachgeholt.

Geschlechtsbestimmung

GeschlechtsbestimmungDie menschliche Zelle besitzt 22 Paare Autosomen und ein Paar Gonosomen. Letztere sind die Geschlechtschromosomen, von denen es zwei verschiedene Typen gibt: das X-Chromosom und das Y-Chromosom. Ein Individuum, das zwei X-Chromosomen besitzt, ist weiblich, eines mit einem X- und einem Y-Chromosom männlich.
Aufgrund der Reduktionsteilung (Meiose) der Geschlechtszellen liegt in diesen Zellen der halbe Chromosomensatz vor. Das bedeutet, dass in den weiblichen Geschlechtszellen neben den Autosomen ein X-Chromosom vorkommt. In den männlichen Geschlechtszellen kommt dagegen neben den Autosomen entweder ein X- oder ein Y-Chromosom vor. Damit enthält eine Eizelle immer ein X-Chromosom, ein Spermium dagegen entweder ein X- oder ein Y-Chromosom. Nach der Befruchtung bildet sich nun also das Chromosomenpaar XX oder XY aus. Die Kombination XX ergibt ein weibliches Wesen, die Kombination XY ein männliches (Abb. 2-6).

Chromosomenabweichungen

ChromosomenabweichungDie neuere Zellforschung hat ergeben, dass eine Anzahl von angeborenen Fehlbildungen auf Abweichungen in Zahl und Form von Chromosomen (ChromosomenaberrationChromosomenaberrationen) zurückzuführen ist. Kommt es zu einer fehlerhaften Reduktionsteilung, so entwickelt sich ein Keim, der entweder ein Chromosom zuviel oder ein Chromosom zuwenig hat. Diese Zellen sind meist nicht lebensfähig und gehen zugrunde. Sind sie jedoch lebensfähig, was v. a. bei Abweichungen der Geschlechtschromosomen vorkommt, so geht der vermehrte oder verminderte Chromosomensatz meist in alle Zellen des neu entstehenden Organismus über.
Im Folgenden werden die häufigsten Chromosomenabweichungen vorgestellt.

Trisomie 21 (Down-Syndrom)

Down-SyndromBei der Trisomie Trisomie 2121 (veraltete Bezeichnung: MongolismusMongolismus) liegen in allen Körperzellen 47 Chromosomen anstelle von 46 vor. Ursache ist ein zusätzliches Chromosom Nr. 21, sodass davon drei statt zwei vorhanden sind. Dadurch kommt es zu einer Fehlentwicklung fast aller Organe und Gewebe, da sie langsamer wachsen, unreif bleiben, Fehlbildungen aufweisen und schneller altern.
Die geistige Entwicklung ist behindert, wobei es beträchtliche individuelle Unterschiede gibt, die auf Differenzen in der persönlichen Förderung des Betroffenen beruhen, aber auch genetisch bedingt sein kann (Vorliegen von Körperzellen mit verschiedenen Chromosomensätzen: Mosaik-Form).
Die Erkrankung hat folgende äußerliche Merkmale (Atlas Abb. 2-4): der Kopf ist auffallend klein, der Hinterkopf abgeflacht. Es kommt zu der typischen schrägen Augenstellung, durch eine nach oben außen gerichtete Lidachsenstellung, die zu der Krankheitsbezeichnung Mongolismus geführt hat. Der Begriff wird heute nicht mehr verwendet! Der Augenabstand ist vergrößert, der Nasenrücken verbreitert, die Nasenwurzel eingesunken. Die Ohren sitzen tief am Kopf und sind wenig plastisch ausgebildet. Die Zunge ist vergrößert und infolgedessen steht der Mund meist offen. Die Speichelproduktion ist erhöht. Die Hände sind kurz und breit, mit einer einzelnen Falte der Handfläche („Affenfurche“). Die Finger sind kurz, der 5. Finger steht schief und hat oft nur zwei Glieder. Der Abstand zwischen der 1. und der 2. Zehe ist vergrößert und zwischen beiden befindet sich eine Plantarfurche („Sandalenfurche“).
Bei ca. 50 % der Betroffenen liegt ein Herzfehler vor. Des Weiteren besteht eine erhöhte Infektanfälligkeit. Das Risiko an Leukämie zu erkranken, erhöht sich um das 12- bis 20-fache. Heute erreichen 80 % der Erkrankten das 30. Lebensjahr.
Die Trisomie tritt mit zunehmendem Lebensalter der Mutter gehäuft auf:
  • Mutter bis 20 Jahre: 1 Erkrankungsfall auf 2.000 Lebendgeburten.

  • Mutter über 40 Jahre: 1 Erkrankungsfall auf 40 Lebendgeburten.

Klinefelter-Syndrom

Beim Klinefelter-Klinefelter-SyndromSyndrom, von dem nur Männer betroffen sein können, liegt typischerweise ein überzähliges X-Chromosom vor. Statt der Geschlechtschromosomenkombination XY tritt hier in allen Körperzellen die Kombination XXY auf; bei manchen der Betroffenen jedoch XXXY, XXXXY oder XXXYY.
Es kommt zur Hodenhypoplasie, mit verminderter oder fehlender Spermienproduktion, die in der Regel zur Unfruchtbarkeit führt. Durch einen verzögerten Schluss der Wachstumsfugen der Röhrenknochen (Epiphysenfugen) erfolgt Hochwuchs. Des Weiteren kann es zum weiblichen Behaarungstyp, zur Gynäkomastie (Vergrößerung der Brustdrüsen) und im Alter zur allgemeinen Osteoporose kommen (Atlas Abb. 2-5).
Die Erkrankung wird vom Arzt durch Testosterongabe behandelt.

Turner-Syndrom

Beim Turner-Turner-SyndromSyndrom (XO), das bei Frauen auftreten kann, fehlt in den Zellen ein X-Chromosom. Statt der Geschlechtschromosomenkombination XX liegt hier nur ein X-Chromosom vor. Dieses fehlende Chromosom verursacht oft Minderwuchs, sexuellen Infantilismus und fehlende Menstruation. Häufig bestehen daneben weitere Fehlbildungen (z. B. Herzfehler). Die Eierstöcke sind oft nur bindegewebige Stränge, sodass diese Frauen unfruchtbar sind. Die meisten Feten (95 %) sterben allerdings schon vorgeburtlich ab (Atlas Abb. 2-6).
Die schulmedizinische Therapie besteht in der Gabe von Östrogen und evtl. STH (Wachstumshormon).

Andere Chromosomenabweichungen

Es ist noch eine Vielzahl von Abweichungen bei den Geschlechtschromosomen bekannt geworden. Hier sollen nur einige Beispiele aufgezählt werden:
  • YO-Individuen sind nicht lebensfähig. Bei ihnen ist nur ein Y-Chromosom vorhanden aber kein X-Chromosom.

  • Bei der XXX-Abnormität treten drei X-Chromosomen auf. Diese Frauen unterscheiden sich äußerlich nicht von normalen XX-Trägerinnen.

  • XYY-Abweichungen haben vor einigen Jahren als sogenanntes „Kriminalitäts-Chromosom“ Schlagzeilen gemacht. Bei Untersuchungen wurde festgestellt, dass diese Individuen eine erhöhte Neigung zur Aggression und ein besonders stark „asoziales Verhalten“ bei verringerten geistigen Fähigkeiten besitzen. Diese früher durchgeführten Untersuchungen sind heute sehr umstritten.

Zur Überprüfung des Kenntnisstands und als Vorbereitung zur Prüfung empfehlen wir die umfangreiche Fragensammlung zu diesem Thema in Richter: Prüfungstraining für Heilpraktiker. 2000 Prüfungsfragen zum Lehrbuch für Heilpraktiker, 8. Auflage, Elsevier GmbH, Urban & Fischer Verlag München 2013.

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