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Die Vielfältigkeit unserer Zellen

Der menschliche Körper besteht aus mehreren Billionen (1 000 000 000 000 = 1 Billion) von Zellen. Obwohl alle Körperzellen aus den gleichen Bausteinen zusammengesetzt sind, gibt es eine Vielfalt von Zelltypen. Diese unterscheiden sich in Grösse, Form, Lebensdauer und Funktion. Diese Vielfalt von Zelltypen ist hier durch einige Beispiele illustriert:

Epithelzellen des Dünndarms

In der Haut, im Darm oder im Drüsengewebe befinden sich Epithelzellen. Diese Zellen übernehmen verschiedene Funktionen: Schutz vor Mikroorganismen, Produktion und Transport von Stoffen sowie Sinnesfunktionen wie Temperatur- oder Schmerzübermittlung. Die Zellen im Dünndarm sind spezialisiert für den Austausch von Nährstoffen. Kleine fadenförmige Fortsätze vergrössern die Zelloberfläche. So können mehr Nährstoffe von der Zelle aufgenommen und abgegeben werden. Eine Epithelzelle im Dünndarm lebt nur 1.5 Tage. Im Dünndarm herrscht also reger Schichtwechsel.

Blutzellen: Rote Blutkörperchen, Blutplättchen, weisse Blutkörperchen

Rote Blutkörperchen transportieren Sauerstoff und Kohlendioxid. Blutplättchen sorgen dafür, dass das Blut ausserhalb des Körpers gerinnt, damit bei einer Verletzung nicht zu viel Blut aus dem Körper austritt. Die weissen Blutkörperchen könnte man als Immunpolizei bezeichnen. Sie spielen eine wichtige Rolle bei der Abwehr von unerwünschten Eindringlingen wie Viren, Bakterien und anderen Krankheitserregern. Während ihrer Lebenszeit von 120 Tagen legen die 0.007 Millimeter kleinen roten Blutkörperchen enorme Strecken in unseren Blutbahnen zurück – Schätzungen gehen von fast 500 km aus! Weisse Blutkörperchen überleben von wenigen Stunden bis zu mehreren Jahren. Sie sind zwischen 0.007 und 0.02 Millimeter gross. Blutplättchen leben etwa sieben Tage lang und sind mit ihrer Grösse von 0.001 Millimeter die kleinsten zellulären Bestandteile im Blut.

Geschlechtszellen: Eizelle und Samenzelle

Die Geschlechtszellen der Frau sind die Eizellen, die des Mannes die Samenzellen (Spermien). Eine Eizelle hat einen Durchmesser von etwa 0.1 Millimeter und ist einhundertmal grösser als eine Samenzelle. Eizellen werden im Leben einer Frau einmal angelegt und nie wieder erneuert. Beim Mann hingegen werden die Samenzellen zeitlebens immer wieder neu produziert. Wenn eine Eizelle und eine Samenzelle miteinander verschmelzen, findet die Befruchtung statt - und bildet somit die Basis der Entstehung eines neue Individuums.

Herzmuskelzellen

Herzmuskelzellen sorgen dafür, dass sich das Herz regelmässig zusammenzieht und so das Blut in die Blutgefässe pumpt. Im erwachsenen Körper können Herzmuskelzellen nur begrenzt erneuert werden im Gegensatz zu anderen Muskelzellen. Die Herzmuskelzellen arbeiten pausenlos: Das Herz zieht sich jeden Tag 100.000 Mal zusammen und pumpt pro Minute etwa 5 Liter Blut in den Körperkreislauf.

Nervenzellen

Eine Berührung des Körpers, Wärme, Kälte, ein Jucken oder ein Brennen – das alles sind Reize, die von den Nervenzellen verarbeitet und als Informationen zum Gehirn weitergeleitet werden. Nervenzellen sind spezialisiert auf die Reizaufnahme und die Reizleitung. Allein das Gehirn besitzt schätzungsweise 100 Milliarden Nervenzellen. Durch Verschaltungen zwischen den Nervenzellen können beinahe unbegrenzte Mengen an Informationen gespeichert werden.


Was bestimmt, dass aus einer Nervenzelle eine Nervenzelle und nicht eine Muskelzelle wird?

Damit der menschliche Körper funktioniert, hat jedes Organ seine speziellen Aufgaben und in jedem Organ befinden sich spezialisierte Zellen, die diese Aufgaben ausüben. Wie oben schon erwähnt, ist der Aufbau verschiedener Zellen in seiner Grundstruktur sehr ähnlich (siehe «Mikrokosmos Zelle»), obwohl die Zellen morphologisch (also in ihrer äusseren Gestalt) sehr unterschiedlich aussehen können. Fast alle Zellen eines Körpers haben das gleiche Erbgut (Ausnahmen sind rote Blutkörperchen und die Geschlechtszellen). Was bestimmt nun aber, dass eine Zelle im Gehirn nicht zu einer Muskelzelle, sondern zu einer Nervenzelle wird?

Dafür ist ein Prozess verantwortlich, der Genexpression genannt wird. Obwohl die gleiche DNA in den Zellen vorliegt, sind nicht die gleichen Gene «aktiv». Komplexe und stark vernetzte Mechanismen der Zelle bestimmen, welche Gene in welcher Zelle und zu welcher Zeit abgelesen werden. In einer Muskelzelle werden also viele andere Gene abgelesen als in einer Nervenzelle. Natürlich gibt es auch Gene (im Englischen spricht man von house keeping genes, also Haushaltsgenen), die eigentlich in fast jeder Zelle aktiv sind, denn sie sind für das Überleben der Zelle notwendig. Diese Gene werden somit immer abgelesen, in mRNAs kopiert, und dann vom Ribosom in Eiweissmoleküle (Proteine) translatiert. Daneben gibt es aber auch ein bestimmtes Repertoire von Genen, die nur in speziellen Zellen exprimiert (sprich: von der DNA abgelesen, zu mRNA gemacht, zu Protein translatiert) werden. Als Konsequenz hat dann eine Muskelzelle andere Eiweissmoleküle (Proteine) als eine Nervenzelle - nämlich genau diejenigen, die es braucht, um ihre besonderen Funktionen als Muskelzelle ausüben zu können. Zusammengefasst kann man somit sagen, dass unterschiedliche Zellen zwar gleiche DNA besitzen, jedoch aber unterschiedliche Repertoires an RNAs, und, folglich, Proteinen. Der Prozess der Genregulation entscheidet demzufolge über die Identität und Funktion von Zellen.

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