Woher kommen Zellen?

3D-Bild einer Mauszelle im Endstadium der Zellteilung (Telophase). (Bild von Lothar Schermelleh)

Manchmal beißt man sich versehentlich auf die Lippe oder haut sich das Knie, aber innerhalb weniger Tage heilt die Wunde. Ist es Magie? Oder gibt es eine andere Erklärung?

Jeden Tag, jede Stunde, jede Sekunde passiert eines der wichtigsten Ereignisse im Leben in Ihrem Körper — Zellen teilen sich. Wenn sich Zellen teilen, bilden sie neue Zellen. Eine einzelne Zelle teilt sich, um zwei Zellen zu bilden, und diese beiden Zellen teilen sich dann, um vier Zellen zu bilden, und so weiter. Wir nennen diesen Prozess „Zellteilung“ und „Zellreproduktion“, weil neue Zellen entstehen, wenn sich alte Zellen teilen. Die Fähigkeit von Zellen, sich zu teilen, ist einzigartig für lebende Organismen.

Warum teilen sich Zellen?

Zellen teilen sich aus vielen Gründen. Wenn Sie beispielsweise Ihr Knie häuten, teilen sich die Zellen, um alte, tote oder beschädigte Zellen zu ersetzen. Zellen teilen sich auch, damit Lebewesen wachsen können. Wenn Organismen wachsen, liegt es nicht daran, dass Zellen größer werden. Organismen wachsen, weil sich Zellen teilen, um immer mehr Zellen zu produzieren. Im menschlichen Körper teilen sich jeden Tag fast zwei Billionen Zellen.

Beobachten Sie die Zellteilung in diesem Zeitraffervideo einer tierischen Zelle (oben) und einer E. coli-Bakterienzelle (unten). Das Video komprimiert 30 Stunden mitotische Zellteilung in wenigen Sekunden. (Video vom National Institute of Genetics)

Wie viele Zellen sind in Ihrem Körper?

Du und ich begannen als eine einzelne Zelle, oder was du ein Ei nennen würdest. Wenn Sie erwachsen sind, werden Sie Billionen von Zellen haben. Diese Zahl hängt von der Größe der Person ab, aber Biologen schätzen diese Zahl auf 37 Billionen Zellen. Ja, das heißt mit einem „T“.

Woher wissen Zellen, wann sie sich teilen müssen?

Bei der Zellteilung wird die Zelle, die sich teilt, als „Elternzelle“ bezeichnet. Die Elternzelle teilt sich in zwei „Tochterzellen“. Der Prozess wiederholt sich dann im sogenannten Zellzyklus.

Zellteilung von Lungenkrebszellen (Bild von NIH)

Zellen regulieren ihre Teilung, indem sie mithilfe chemischer Signale von speziellen Proteinen, den Cyclinen, miteinander kommunizieren. Diese Signale wirken wie Schalter, um den Zellen mitzuteilen, wann sie mit der Teilung beginnen und später, wann sie aufhören sollen, sich zu teilen. Es ist wichtig, dass sich die Zellen teilen, damit Sie wachsen und Ihre Schnitte heilen können. Es ist auch wichtig, dass sich die Zellen zur richtigen Zeit nicht mehr teilen. Wenn eine Zelle nicht aufhören kann, sich zu teilen, wenn sie aufhören soll, kann dies zu einer Krankheit namens Krebs führen.

Einige Zellen, wie Hautzellen, teilen sich ständig. Wir müssen kontinuierlich neue Hautzellen herstellen, um die Hautzellen zu ersetzen, die wir verlieren. Wussten Sie, dass wir jede Minute 30.000 bis 40.000 abgestorbene Hautzellen verlieren? Das bedeutet, dass wir jeden Tag rund 50 Millionen Zellen verlieren. Dies ist eine Menge Hautzellen zu ersetzen, so dass die Zellteilung in Hautzellen so wichtig ist. Andere Zellen, wie Nerven- und Gehirnzellen, teilen sich viel seltener.

Wie sich Zellen teilen

Je nach Zelltyp gibt es zwei Arten der Zellteilung — Mitose und Meiose. Jede dieser Methoden der Zellteilung hat besondere Eigenschaften. Einer der Hauptunterschiede bei der Mitose besteht darin, dass sich eine einzelne Zelle in zwei Zellen teilt, die Replikate voneinander sind und die gleiche Anzahl von Chromosomen haben. Diese Art der Zellteilung ist gut für grundlegendes Wachstum, Reparatur und Wartung. Bei der Meiose teilt sich eine Zelle in vier Zellen, die die Hälfte der Chromosomenzahl haben. Die Reduzierung der Chromosomenzahl um die Hälfte ist wichtig für die sexuelle Fortpflanzung und sorgt für genetische Vielfalt.

Mitose Zellteilung

Mitose ist, wie sich somatische — oder nicht-reproduktive Zellen — teilen. Somatische Zellen bilden die meisten Gewebe und Organe Ihres Körpers, einschließlich Haut, Muskeln, Lunge, Darm und Haarzellen. Fortpflanzungszellen (wie Eier) sind keine somatischen Zellen.

Bei der Mitose ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Tochterzellen jeweils die gleichen Chromosomen und DNA wie die Elternzelle haben. Die Tochterzellen aus der Mitose werden diploide Zellen genannt. Diploide Zellen haben zwei vollständige Chromosomensätze. Da die Tochterzellen exakte Kopien der DNA ihrer Elternzelle haben, wird in normalen gesunden Zellen keine genetische Vielfalt durch Mitose erzeugt.

Die Mitose-Zellteilung erzeugt zwei genetisch identische diploide Tochterzellen. Die wichtigsten Schritte der Mitose werden hier gezeigt. (Bild von Mysid von Science Primer und National Center for Biotechnology Information)

Der Mitose-Zellzyklus

Bevor sich eine Zelle zu teilen beginnt, befindet sie sich in der „Interphase.“ Es scheint, dass sich Zellen ständig teilen müssen (denken Sie daran, dass es jeden Tag 2 Billionen Zellteilungen in Ihrem Körper gibt), aber jede Zelle verbringt tatsächlich die meiste Zeit in der Interphase. Interphase ist der Zeitraum, in dem eine Zelle bereit ist, sich zu teilen und den Zellzyklus zu starten. Während dieser Zeit sammeln die Zellen Nährstoffe und Energie. Die Elternzelle macht auch eine Kopie ihrer DNA, um sie gleichmäßig zwischen den beiden Tochterzellen zu teilen.Der Mitoseteilungsprozess hat mehrere Schritte oder Phasen des Zellzyklus — Interphase, Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase und Zytokinese — um die neuen diploiden Zellen erfolgreich herzustellen.

Der Mitose-Zellzyklus umfasst mehrere Phasen, die zu zwei neuen diploiden Tochterzellen führen. Jede Phase wird hier hervorgehoben und durch Lichtmikroskopie mit Fluoreszenz dargestellt. Klicken Sie auf das Bild, um mehr über die einzelnen Phasen zu erfahren. (Bild vom OpenStax College mit modifizierten Arbeiten von Mariana Ruiz Villareal, Roy van Heesheen und dem Wadsworth Center.)

Wenn sich eine Zelle während der Mitose teilt, werden einige Organellen zwischen den beiden Tochterzellen aufgeteilt. Zum Beispiel sind Mitochondrien in der Lage, während der Interphase zu wachsen und sich zu teilen, so dass die Tochterzellen jeweils genug Mitochondrien haben. Der Golgi-Apparat bricht jedoch vor der Mitose zusammen und setzt sich in jeder der neuen Tochterzellen wieder zusammen. Viele Details darüber, was mit Organellen vor, während und nach der Zellteilung passiert, werden derzeit erforscht. (Sie können mehr über Zellteile und Organellen lesen, indem Sie hier klicken.)

Meiose Zellteilung

Meiose ist die andere Hauptart der Zellteilung. Meiose ist die Zellteilung, die Geschlechtszellen wie weibliche Eizellen oder männliche Samenzellen erzeugt. Was ist wichtig, sich an Meiose zu erinnern? Bei der Meiose enthält jede neue Zelle eine einzigartige genetische Information. Nach der Meiose können sich die Spermien und Eizellen zu einem neuen Organismus zusammenschließen. Meiose ist der Grund, warum wir genetische Vielfalt in allen sexuell reproduzierenden Organismen haben. Während der Meiose bricht ein kleiner Teil jedes Chromosoms ab und verbindet sich wieder mit einem anderen Chromosom. Dieser Prozess wird als „Crossing over“ oder „genetische Rekombination“ bezeichnet.“ Die genetische Rekombination ist der Grund dafür, dass Vollgeschwister aus Ei- und Samenzellen derselben Eltern sehr unterschiedlich aussehen können.

Der Meiose-Zellzyklus hat zwei Hauptstadien der Teilung – Meiose I und Meiose II. Das Endergebnis der Meiose sind vier haploide Tochterzellen, die jeweils unterschiedliche genetische Informationen voneinander und von der Elternzelle enthalten. Klicken Sie für weitere Details. (Bild von Science Primer vom Nationalen Zentrum für biotechnologische Informationen.)

Der Meiose-Zellzyklus

Die Meiose hat zwei Zyklen der Zellteilung, die bequem als Meiose I und Meiose II bezeichnet werden. Meiose II halbiert die Menge an genetischer Information in jedem Chromosom jeder Zelle. Das Endergebnis sind vier Tochterzellen, die als haploide Zellen bezeichnet werden. Haploide Zellen haben nur einen Chromosomensatz – halb so viele Chromosomen wie die Elternzelle.

Bevor die Meiose I beginnt, durchläuft die Zelle eine Interphase. Genau wie bei der Mitose nutzt die Elternzelle diese Zeit, um sich auf die Zellteilung vorzubereiten, indem sie Nährstoffe und Energie sammelt und eine Kopie ihrer DNA erstellt. In den nächsten Stadien der Meiose wird diese DNA während der genetischen Rekombination umgeschaltet und dann zwischen vier haploiden Zellen aufgeteilt.

Denken Sie also daran, Mitose hilft uns beim Wachsen und Meiose ist der Grund, warum wir alle einzigartig sind!

Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A, Casadei R, Frabetti F, Vitale L, Pelleri MC, Tassani S, Piva F, Perez-Amodio S, Strippoli P, Canaider S. Ann. Eine Schätzung der Anzahl der Zellen im menschlichen Körper. Abgerufen am 14.März 2014 von https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23829164.

Original animal cell und E. Coli cell Video von National Institute of Genetics über Wikimedia. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Movie_4._Cell_division.ogv