Leonie Zippel & Rubia Wehner, 2022-01
Differenzierung von Zellen
Die Entwicklung eines menschlichen Organismus beginnt mit dem Heranreifen einer Eizelle, welche durch ein männliches Spermium befruchtet wird und dadurch eine Zygote ist. (Zygote = Zelle, welche durch die Verschmelzung von Keimzellen entsteht). Durch Mitose vermehrt sich die Zelle.
Dabei verdoppelt sich mit jedem Teilungsschritt die Zellanzahl: 1-2-4-8-16- usw.
Die aus einer Mutterzelle entstehenden Tochterzellen sind genetisch identisch.
Während der Zellteilung erfolgt die Determination: Bestimmte Zellen werden auf ihre späteren Funktionen determiniert. Dies geschieht durch Signalstoffe, welche den Stoffwechsel der Zellen beeinflussen. Äußerlich lassen sich die Zellen noch nicht unterscheiden. Auf den Vorgang der Determination folgt die Zelldifferenzierung. Diese wird beeinflusst durch innere und äußere Faktoren wie Hormone, Nachbarzellen und die Determination der vorherigen Zellen. Zelldifferenzierung ist die Entwicklung von unspezialisierten zu spezialisierten Zellen. Bei diesem Vorgang verändert sich die Struktur (Größe & Form) sowie die Funktion einer Zelle. Beim Menschen gibt es ungefähr 200 Zelltypen und Gewebearten, welche durch Zelldifferenzierung entstehen. Beispiele sind Muskel-, Nerven-, Blut- und Geschlechtszellen uvm.
Wichtig: Durch die Zelldifferenzierung wird die Genexpression (Ablesen der Gene) verändert und nicht die Gene an sich. Es sind jeweils verschiedene Gene für die verschiedenen Zelltypen wichtig, die anderen Gene bleiben trotzdem in der Zelle erhalten.
Totipotente Stammzelle
Die Zygote sowie ungefähr die ersten 8 Tochterzellen werden als totipotente Stammzellen bezeichnet, da sie sich zu einem kompletten Organismus entwickeln können. Aus jeder einzelnen Zelle könnte also ein vollständiger Mensch wachsen.
Pluripotente Stammzelle
Ungefähr vier Tage nachdem die Eizelle befruchtet wurde, entsteht eine Blastozyste (Zusammenschluss vieler Zellen). Die Zellen in diesem Stadium werden pluripotent genannt, da sie die Fähigkeit aufweisen jedes Organ, also jeden Zelltyp zu bilden.
Multipotente Stammzelle
Multipotente Zellen können sich zu vielen, aber eben nicht allen Zelltypen ausdifferenzieren. Ihre Aufgaben sind hauptsächlich die Erneuerung und Reparatur der jeweiligen bestehenden Gewebe.
Am Ende der Zelldifferenzierung findet man vollständig ausdifferenzierte Zellen vor, welche in der Lage sind, die ihnen zugeordneten Funktionen auszuführen. Die Differenzierung kann nicht rückgängig gemacht werden und je stärker differenziert, also spezialisiert die Zellen sind, desto schwerer ist es für den Organismus, Beschädigungen zu reparieren. (siehe auch Artikel "Stammzellen").
Befruchtung der Eizelle und erste Differenzierung:
1. Die Eizelle entwickelt sich.
2. Die Eizelle wird befruchtet. Es entsteht eine totipotente, undifferenzierte Stammzelle / Zygote.
3. Durch Zellteilung entstehen Blastozysten. Diese sind pluripotent.
Differenzierung der Zygote:
4. Die Zellen sind multipotent und können ständig neue Zellen bilden.
5. Die notwendigen, ausdifferenzierten Zellen werden hergestellt.
Furchung - Keimblattentwicklung - Gastrulation
Die Furchung ist der Beginn der Gastrulation. Sie ist sozusagen die Phase der ersten mitotischen Teilungen und der folgenden Einschnürung.
Die erste Differenzierung eines Embryos in verschiedene Zellschichten, aus denen sich anschließend unterschiedliche Strukturen, Gewebe und Organe entwickeln wird als Keimblattentwicklung bezeichnet.
Dabei wird die befruchtete Eizelle mehrere Stadien durchlaufen. Das erste nennt sich Blastocyste. Diese bildet drei Keimblätter aus: Entoderm (Endoderm), Mesoderm, Ektoderm. Die Entwicklung der Keimblätter wird auch als Gastrulation bezeichnet. (von griech.: gaster (Magen))
Bei Pflanzen nennt man die Keimblätter auch Kotyledonen.
Aus der Blastocyste (bzw. Blastula) bildet sich dann die Gastrula (mit Ektoderm, Entoderm und Mesoderm)