Zellzyklus und Apoptose

Nachdem wir uns in den letzten Artikel mit den Grundlagen der Genetik beschäftigt haben, darf nun die Bedeutung und die Tragweite der Genetik in das Gesamtkonstrukt Zelle nicht fehlen. Weitergehende Informationen über Notfallprogramme der Zelle, die unter anderem bei fehlerhafter DNA eingeleitet werden können, tangieren das Thema Genetik. Zuletzt betrachten wir ganz spezielle Gene, die bei Mutationen schwerwiegende Folgen haben können.

In der Kürze liegt die Würze: Zellzyklus und Apoptose einmal für dich zusammengefasst !

Nicht jede Zelle befindet sich in einem aktiven Zellzyklus

Um zu verstehen, wie unsere Zellen arbeiten und wie unser biologisches System in der Gesamtheit arbeitet, widmen wir uns zunächst dem Zellzyklus. Nicht jede Zelle befindet sich in einem aktiven Zyklus in unserem Körper. Die meisten Zellen in unserem Körper üben ihre Funktion als differenzierte Zelle aus und befinden sich in einer sog. G₀ Phase. Vereinfacht bedeutet das, dass diese Zellen sich nicht teilen bzw. vermehren. Übrigens – die meisten Zellen in unserem Körper verweilen in der G₀ Phase. Nur spezielle Zellen unterliegen einer ständigen Zellteilung und befinden sich somit in einem aktiven Zellzyklus. Für Zellen in der G₀ Phase benötigt es Impulse, zum Beispiel in Form einer Verletzung und dem damit einhergehenden Zelluntergang, um wieder in einen Zellteilungszyklus einzutreten.

Der Zellzyklus durchläuft mehrere Phasen

Letztendlich besteht der Zellteilungszyklus aus einer Interphase und einer Mitosephase. Die erste Phase (Interphase) wird in drei Abschnitte (G₁-, S- und G₂-Phase) eingeteilt. In der G₁-Phase sorgt die Zelle für eine erhöhte Protein– und Fettsynthese sowie das Wachstum. Die S-Phase ist von einer DNA-Verdoppelung und Kernproteinbildung geprägt. Zuletzt widmet sich die G₂-Phase der richtigen Teilung der Zelle und überprüft die duplizierte Erbinformation auf Fehler. Nach Abschluss der Interphase geht die Zelle zur Mitose über. Hier wird die Erbinformation und der restliche Inhalt der Zelle auf zwei neue Zellen verteilt und letztendlich in der Mitte geteilt.

Die Inter- und Mitosephase werden streng kontrolliert

Jede Zelle verfügt über eine Vielzahl an Enzymen, die den Ablauf des Zellzyklus zu speziellen Zeitpunkten kontrollieren und in die jeweils nächste Zyklusphase „weiterrutschen“ lassen. Vereinfacht kann man sich das Überprüfen wie einen Boxenstopp vorstellen. Der Zellzyklus wird in jedem dieser Stopps angehalten und insbesondere die Erbinformation auf Fehler überprüft. Kommt es zu Mutationen dieser Zellzykluskontrolleinheiten besteht potenziell die Gefahr, dass sich unkontrolliert falsche Erbinformationen weitervermehren können. In diesem Zusammenhang spielt das Protein p53 eine zentrale Rolle, sodass es nicht zur Weitergabe und -vermehrung fehlerhafter Erbinformation kommt. Das Protein wird auch als „Wächter des Genoms“ bezeichnet. Kommt es im Gen für dieses Protein zu Mutationen, hat dies gefährliche und folgenreiche Konsequenzen für Betroffene.

Die Zelle kann sich mit der Apoptose wehren

Kommt es im Rahmen des Zellzyklus zu DNA-Schäden, sprich Mutationen, versucht die Zelle in erster Instanz die Abweichungen von der Norm rückgängig zu machen und über diverse Reparaturmechanismen zu beseitigen. Sollten die Reparaturen allerdings nicht erfolgreich sein, scheitert das Vorrücken in den nächsten Abschnitt des Zellzyklus bei intakten Zykluskontrollen. Einer der folgenden Schritte könnte die Einleitung der sog. Apoptose sein. Übersetzt kann man diesen Prozess als „programmierten Zelltod“ bezeichnen, wobei die Zelle auf kontrollierte Art und Weise ohne weitere Nebenkonsequenz abgebaut wird. Hierbei spielt der bereits angesprochene Wächter des Genoms eine bedeutsame Rolle. Ziel ist es zu verhindern, dass sich fehlerhafte Erbinformation vermehren kann.

Der biologische Ablauf zeigt: es gibt viele potenzielle Gefahren für unsere DNA

Zusammenfassend erfolgen im Rahmen des Lebenszyklus einer Zelle viele mögliche Fehlerquellen. Einige dieser Fehler können eingerichteten Kontrollpunkten sowie speziellen Systemen rückgängig gemacht werden. Diese Systeme müssen jedoch stets funktionieren. Im schlimmsten Fall muss die Zelle durch innere Signale in die Apoptose geschickt werden. Doch auch hier gilt, dass die dafür notwendigen Einrichtungen optimal funktionieren müssen, um Konsequenzen zu vermeiden. Der Lebensstil jedes Einzelnen kann zu einem ordnungsgemäßen Zellzyklus beitragen.

 Zellzyklus und Apoptose auf einen Blick:

1. Unsere Körperzellen durchlaufen einen Zellteilungszyklus. Doch nicht alle Zellen befinden sich in diesem Zyklus. Die meisten Zellen üben ihre Funktion in der Phase des Arrests aus.
2. Der Zellzyklus wird in eine Inter- und Mitosephase eingeteilt. Die Interphase wird in drei Abschnitte eingeteilt, welche von Protein– und Fettsynthese, Wachstum, DNA-Verdoppelung und Kernproteinbildung gekennzeichnet ist. Die Mitose ist geprägt durch die Aufteilung des Zellinhalts auf zwei neue Zellen.
3. Der gesamte Zellzyklus wird von speziellen Enzymen und Kontrollpunkten beobachtet, um potenzielle Fehler zu vermeiden. Mutationen in den abwehrenden Systemen führen zu folgenreichen Konsequenzen.
4. Im schlimmsten Falle wird eine im Zellzyklus aufgehaltene Zelle in den programmierten Zelltod geschickt.
5. Abwehrende Systeme müssen optimal funktionieren – jede:r Einzelne kann durch optimale Bedingungen des Lebensstil dazu beitragen.

Text-Quellen:

(1) Horn, Biochemie des Menschen, 7. Auflage, 2018

(2) Plattner und Hentschel, Zellbiologie, 5. Auflage, 2017

(3) Koolman und Röhm, Taschenatlas Biochemie des Menschen, 5. Auflage, 2019

Bild-Quellen:

(4) https://www.freepik.com/free-vector/dna-concept-illustration_13717646.htm#page=1&query=dna&position=12