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Ar­beits­blatt 7d: Lern­zir­kel Sta­ti­on 4

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Ar­beits­blatt 7d: Lern­zir­kel Sta­ti­on 4

Die zel­lu­lä­re Kunst des Ster­bens

Unter Apo­pto­se ver­steht man den pro­gram­mier­ten Zell­selbst­mord bei viel­zel­li­gen Or­ga­nis­men. In­fol­ge der Apo­pto­se ster­ben bei einem Er­wach­se­nen täg­lich durch­schnitt­lich zwi­schen 50 und 70 Mil­li­ar­den Zel­len. Wäh­rend der Be­ar­bei­tung die­ses Ar­beits­blatts ver­liert ein Schü­ler also Mil­lio­nen von Zel­len durch Apo­pto­se.

Die Apo­pto­se spielt bei ver­schie­de­nen Vor­gän­gen eine wich­ti­ge Rolle: z.B. wird die Mito­se-Rate (Zahl der Zell­tei­lun­gen) in einem Ge­we­be durch den Tod von Zel­len aus­ge­gli­chen, so dass eine Ho­möo­stase er­reicht wird. Wei­ter­hin kommt es zur Apo­pto­se, wenn eine Zelle ge­schä­digt wird (z.B. bei DNA-Schä­den durch io­ni­sie­ren­de Strah­lung oder to­xi­sche Che­mi­ka­li­en). Apo­pto­se ist auch der Me­cha­nis­mus, durch den im Kör­per funk­ti­ons­un­tüch­ti­ge und po­ten­zi­ell ge­fähr­li­che un­rei­fe Im­mun­zel­len ent­fernt wer­den. Zudem spielt die Apo­pto­se bei der Ent­wick­lung eines mensch­li­chen Em­bry­os eine wich­ti­ge Rolle: so er­folgt bei­spiels­wei­se die Tren­nung der Fin­ger und Zehen, weil die Zel­len da­zwi­schen Apo­pto­se be­trei­ben. Apo­pto­se ist nicht auf Men­schen be­schränkt, son­dern spielt eben­falls bei der Ent­wick­lung von Tie­ren und Pflan­zen eine we­sent­li­che Rolle.

Der Pro­zess, ob eine Zelle in die Apo­pto­se ge­trie­ben wird, kann in der Zelle selbst ein­ge­lei­tet (in­tra­zel­lu­lär) oder vom um­ge­ben­den Ge­we­be bzw. von einer Zelle des Im­mun­sys­tems (ex­tra­zel­lu­lär) in­du­ziert wer­den. Auf mo­le­ku­la­rer Ebene wird der Vor­gang der Apo­pto­se von einem brei­ten Spek­trum zel­lu­lä­rer Si­gna­le kon­trol­liert. Stress wie z.B. Hitze, Strah­lung, Vi­rus­in­fek­ti­on oder Sau­er­stoff­man­gel füh­ren zu in­tra­zel­lu­lä­ren Si­gna­len, die eine Apo­pto­se aus­lö­sen. Ex­tra­zel­lu­lä­re Si­gna­le kön­nen Gifte, Hor­mo­ne oder Cy­to­ki­ne sein. TNF (Tumor-Ne­kro­se-Fak­tor) ist bei­spiels­wei­se ein Cy­to­kin, das von ak­ti­vier­ten Ma­kro­pha­gen her­ge­stellt wird und ex­tra­zel­lu­lär als Haupt­aus­lö­ser für Apo­pto­se gilt. Für die Bin­dung von TNF an sei­nen Re­zep­tor auf der Zell­ober­flä­che konn­te ge­zeigt wer­den, dass da­durch die kas­ka­den­ar­ti­ge Ak­ti­vie­rung von Cas­pa­sen ein­ge­lei­tet wird.

Auch wenn ver­schie­de­ne Stoff­wech­sel­we­ge oder Si­gna­le eine Apo­pto­se aus­lö­sen kön­nen, führt nur ein Me­cha­nis­mus zum ei­gent­li­chen Zell­tod:
(s. auch: http://​www.​wdr.​de/​tv/​quarks/​sen​dung​sbei​trae​ge/​2005/​0906/​006_​ster­ben.​jsp)

  1. Cas­pa­sen zer­le­gen das Cy­tos­ke­lett aus Pro­te­inen, wo­durch die Zel­len schrump­fen und sich ab­run­den.
  2. Das Cy­to­plas­ma wird dich­ter und die Zell­or­ga­nel­len wer­den eng ge­packt.
  3. Das Chro­ma­tin wird zu kom­pak­ten Fel­dern an der Kern­mem­bran kon­den­siert. Dies ist das Er­ken­nungs­merk­mal einer Apo­pto­se.
  4. Die Kern­mem­bran weist Lü­cken auf und die DNA im In­nern wird zer­teilt. Der Zell­kern zer­bricht in ver­schie­de­ne Chro­ma­tin­kör­per.
  5. Die Zell­mem­bran zeigt un­re­gel­mä­ßi­ge Bla­sen.
  6. Die Zelle zer­bricht in meh­re­re Vesi­kel (=Bläs­chen), die als apo­p­to­ti­sche Kör­per be­zeich­net wer­den. Diese wer­den durch Pha­go­cy­to­se be­sei­tigt.

Glos­sar:

Apo­pto­se : pro­gram­mier­ter Zell­selbst­mord

Ho­möo­stase : Vor­gän­ge im Or­ga­nis­mus zur Kon­stant­hal­tung eines sta­bi­len in­ne­ren Mi­lieus io­ni­sie­ren­de Strah­lung: z.B. Rönt­gen­strah­len

Cy­to­kin : Pro­te­ine, die Funk­ti­on und Tei­lungs­ve­mal­ten von Zel­len be­ein­flus­sen (z.B. Wachs­tums­fak­to­ren)

Ma­kro­pha­ge : Zelle des Im­mun­sys­tems, die auf­grund ihrer amö­bo­iden Be­weg­lich­keit in Ge­we­be ein­wan­dern und Krank­heits­er­re­ger oder Zell­trüm­mer in sich auf­neh­men kann.

Cas­pa­sen : pro­te­in­spal­ten­de En­zy­me, die in­tra­zel­lu­lär die Apo­pto­se ein­lei­ten

Quel­le (ver­än­dert Dez. 2008):

http://​en.​wi­ki­pe­dia.​org/​wiki/​Apo­pto­sis

Auf­ga­ben:

1. Nen­nen Sie na­tür­li­che Vor­gän­ge in viel­zel­li­gen Or­ga­nis­men, bei denen der pro­gram­mier­te Zell­selbst­mord (= Apo­pto­se) von Be­deu­tung ist.

2. Wel­ches Apo­pto­se-Sta­di­um hat die Zelle im rech­ten Bild er­reicht? Be­grün­den Sie kurz.

vorher während

Zelle vor der Apo­pto­se

(Elek­tro­nen­mi­kro­skop. Bild: 7.000x Ver­grö­ße­rung)

Zelle wäh­rend der Apo­pto­se

(Elek­tro­nen­mi­kro­skop. Bild: 11.600x Ver­grö­ße­rung)

Quel­le: http://​edoc.​hu-​ber­lin.​de/​dis​sert​atio​nen/​hensch­ke-​cor­ne­lia-​2001-​02-​23/​HTML/​hensch­ke-​ch3.​html Quel­le: extern http://​edoc.​hu-​ber­lin.​de/​dis​sert​atio​nen/​hensch­ke-​cor­ne­lia-​2001-​02-​23/​HTML/​hensch­ke-​ch3.​html

3. Nen­nen Sie Fol­gen, wenn Zel­len nicht mehr zur Apo­pto­se fähig sind. Er­läu­tern Sie mög­li­che Ur­sa­chen hier­für.

 

Wei­ter­füh­ren­de Li­te­ra­tur - Links:

  1. Zell-Ha­ra­ki­ri auf Be­fehl, Peter H. Kram­mer, Spek­trum der Wis­sen­schaft, Spe­zi­al 3: Krebs­me­di­zin II, S. 28-31, 2003
  2. http://​www.​bio­chem­web.​org/​apo­pto­sis.​shtml