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Apoptose

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Biologie

Wird eine Zelle nicht mehr benötigt oder hat eine schädliche Reaktion auf einen Organismus, so kann sie eine Reaktion auslösen, mit der sie sich selbst vernichtet.

Das klingt im ersten Moment recht harsch, ist jedoch eine ungemein überlebenswichtige Reaktion, die in unserem Körper stattfindet.

Was genau es mit diesem Phänomen auf sich hat und weshalb es doch gar nicht so schlecht ist, wie es im ersten Moment klingt, erfährst du nun.

Funktion der Apoptose

Zellen besitzen, genau wie wir Menschen, nur eine bestimmte Lebensspanne. Kommt es vor, dass Zellen ihre Funktion im Körper verlieren oder sich in eine Gefahr für den Körper verwandelt haben, so werden jene Zellen programmiert ausgeschaltet.

Apoptose beschreibt den programmierten Zelltod, auch "Zellselbstmord", genannt. Hierbei zerfallen planmäßig Einzelzellen.

Dieser Mechanismus hat eine lebenswichtige Bedeutung und ist vor allem für das Gleichgeweicht des Immunsystems von essentieller Wichtigkeit. Dies betrifft insbesondere die T-Lymphozyten.

Die Nekrose ist eine untergeordnete Kategorie der Apoptose und beschreibt den pathophysiologischen - sprich krankhaften - Zelltod.

Fehler im Apoptoseprogramm können für den Körper lebensbedrohlich werden - zum Beispiel bei der Tumorentstehung.

Maligne Tumore sind für den Körper besonders gefährlich, da sie eine Apoptoseresistenz besitzen. Die entarteten Zellen können also nicht, wie sonst üblich, ausgeschaltet werden. Tumorzellen sind in der Lage die extrinsischen und die intrinsischen Prozesse zu umgehen und die entsprechenden Stimuli zu inaktivieren.

Die Apoptose dient vielen verschiedenen Zwecken. Ihre wichtigsten Aufgabe ist hierbei die Eliminierung organismusschädlicher Zellen.

Zu solchen zählen Zellen die:

  • Entartet sind
  • Ein verändertes Erbgut vorweisen
  • Inaktiv sind

Die Apoptose sorgt aber auch dafür, dass das "Zellturnover" kontrolliert und regelmäßig abläuft. Dieses findet beispielsweise im Riechepithel statt. Hier sorgt die Apoptose durch die Zellerneuerung dafür, dass die Gewebefunktion stets gewährleistet werden kann.

Ablauf der Apoptose

Eine apoptotische Zelle kann anhand verschiedener Merkmale unter dem Mikroskop erkannt und so als "apoptotisch" definiert werden. Zu diesen Veränderungen zählen:

  1. Der Volumenverlust des Cytoplasmas und des Zellkerns
  2. Die Bildung blasenförmiger Säckchen an der Plasmamembran
  3. Der Zerfall des Zellkerns
  4. Die Kondensation des Chromatins
  5. Der Abbau der Mitochondrien
  6. Die Bildung basophiler Körperchen, welche durch den Zellzerfall entstehen und in kleine membranumhüllte Säckchen umgewandelt werden

Ein Phosphoglycerid namens Phosphatdylserin sorgt dafür, dass die Zellbestandteile von Makrophagen erkannt und phagozytiert werden können. So wird die Zelle nach und nach abgebaut.

Im Jahre 1885 wurde die Apoptose mithilfe von Zellfärbungen an untergehenden Ovarfollikeln erkannt. Dieser Vorgang des Programmierten Zelluntergangs wurde von W. Flemming beschrieben. In der heutigen Zeit wird diese Entdeckung als Grundlagenmodell für die Erklärung der hormonellen Regulation der Apoptose genutzt.

https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/apoptose/4488

Die Apoptose kann nochmals in zwei Unterkategorien eingeteilt werden. Das ist einerseits die extrinsische und andererseits die intrinsische Apoptose. Beide Mechanismen werden durch unterschiedliche Stimuli ausgelöst. Sie sind von großer Wichtigkeit, denn sie sorgen für den kontrollierten, geregelten Zelltod.

Extrinsische Apoptose

Extrinsisch kann mit dem Wort "außerhalb" gleichgesetzt werden. Dies weist darauf hin, dass die Apoptose in diesem Fall durch äußere Einflüsse ausgelöst wird. Diese kann durch Toxine, Röntgenstrahlen oder eine Infektion durch Viren passieren.

Das entsprechende Signal wird hierbei über Liganden ausgelöst, die an sogenannte "Todesrezeptoren" binden. Dies führt wiederum zur Bildung des DISC, dem Death inducing signal complex.

In diesem Komplex erfolgt die Aktivierung einer Initiatorcaspase. Diese bildet einen der wichtigsten Faktoren im Mechanismus der Apoptose. Die Caspase gehört zu den Proteasen, sprich den Enzymen, und ist in der Lage Zellproteine und die DNA zu zersetzen.

Intrinsische Apoptose

Die intrinsische Apoptose wird aus dem Zellinnneren heraus, genauer gesagt auf dem mitochondrialen Signalweg, ausgelöst. Faktoren hierfür sind beispielsweise Schäden im Erbgut der Zelle oder Stressfaktoren, wie starker Wassermangel, die auf die Zelle einwirken.

In der Zelle sind pro- und anti-apoptotische Proteine vorzufinden. Sie sorgen für die Förderung oder Hemmung des programmierten Zelltods. Wichtige pro-apoptotische Vertreter sind das Bad-Protein und das Bax-Protein. Das Bad-Protein wird durch den Transkriptionsfaktor p53, welcher auf DNA-Schäden reagiert, aktiviert und so vermehrt produziert. Daraufhin wird auch das zweite pro-apoptotische Protein aktiviert.

Durch die Aktivierung der pro-apoptotischen Proteine wird die äußere Mitochondrienmembran permeabilisiert und Cytochrom c kann in das Cytosol austreten. Dieser Vorgang hat eine Komplexbildung, ein Apoptosom, zur Folge.

Die weiteren Schritte erfolgen wie bei der extrinsischen Apoptose: Effektorcaspasen werden aktiviert, beginnen Zellproteine zu zerschneiden und so den Zelltod herbeizurufen.

Die Bedeutung der Caspasen

Caspasen stellen die mitunter wichtigsten Bestandteile in der Signalkaskade der Apoptose dar. Sie gehören zu den Proteasen und sind in der Lage Peptidbindungen zu spalten.

Beim Menschen sind Stand der jetzigen Forschung 14 Caspasen bekannt. Alle von ihnen nehmen an einer der Signalkaskaden im Verlauf der Apoptose teil.

Die Aktivierung der Caspasen markiert den Beginn der Apoptose. So können weitere Enzyme angeregt werden, die die Zelle und ihr Cytoskelett nun in ihre Einzelteile zerlegen. Die entstandenen Teile sind die sogenannten Apoptosekörper. Diese werden schlussendlich von den Makrophagen phagozytiert und abgebaut.

Es kann zwischen Initiator- und Effektorcaspasen unterschieden werden. Werden diese Mechanismen fehlgesteuert, so kann dies schwere Folgen haben.

Ein Beispiel hierfür wäre Chorea Huntington: Hier wird die Initiatorcaspase zu einem falschen Zeitpunkt aktiviert, wodurch gesunde Zellen vernichtet werden.

Im Falle einer Nekrose würden nun auch Zellteile in den Körper gelangen und eine Entzündungsreaktion hervorgerufen werden. Dies ist hier jedoch nicht der Fall. Die Makrophagen zersetzen jedes Bestandteil.

Nekrose im Vergleich zur Apoptose

Eine Nekrose steht, im Gegensatz zur Apoptose, immer in Verbindung mit einer Entzündungsreaktion und tritt bei Zellgruppen ein. Bei der Nekrose wird der frei entstandene Platz durch eine neue Zelle besetzt. Auch sind in diesem Fall die äußeren Einflüsse für den Zelltod verantwortlich. Dies können chemische, thermische oder mechanische Einflüsse sein, die die Zelle schädigen.

Besonders wichtig ist, dass bei der Nekrose das Zellplasma und die Zellorganellen anschwellen und schlussendlich platzen. Bei der Apoptose ist es genau umgekehrt: Das Cytoplasma schrumpft und es entstehen einzelne Apoptosekörperchen.

Die Nekrose bezeichnet den Tod einer Zelle, hervorgerufen durch die Schädigung ihrer Zellstruktur und der Zellorganellen. Beispiele hierfür wären unter anderem Ischämie, Gifteinwirkung, Verletzungen des Gewebes, Infektionen oder Verlust der Blutzufuhr. Die Nekrose ist immer an eine nachfolgende Entzündungsreaktion gekoppelt.

Bei einer Nekrose wird zuallererst die Zellmembran zerstört. Da eine Zelle ein abgeschlossenes, kompartimentiertes System ist, können nun Wasser und Elektrolyte von außen in die Zelle eindringen und diese zerstören.

Infolge des Kontrollverlusts über den vorherrschenden Konzentrationsgradienten kommt es zu unkontrollierten Ionenflüssen, da die in der Membran sitzenden Ionenpumpen ausfallen. Die Zellorganellen vergrößern sich durch den Flüssigkeitseinstrom und platzen.

Was schlussendlich zur bereits erwähnten Entzündungsreaktion führt, sind intrazelluläre, lysosomale Proteine. Durch deren Freisetzung werden Zellen des Immunsystems angelockt, was die Entzündungsreaktion hervorruft.

Nekrose kann der Medizin nach noch einmal in zwei weitere Kategorien unterschieden werden:

  • Suizidale (nekrotische Apoptose) Nekrose
  • Akzidentelle Nekrose (klassische Nekrose)

Wissenschaftler sind sich uneinig, wie tiefgreifend sich Apoptose und Nekrose nun wirklich unterscheiden. Es besteht die Theorie, dass das Ausmaß des programmierten Zelltods je nach Ausgangsbedingungen mehr in Richtung Nekrose oder Apoptose gehen kann.

https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/apoptose/4488

Störungen im Apoptosekreislauf und Krankheiten

Wie bereits vorab erklärt sogt die Apoptose dafür geschädigte oder kranke Zellen des Körpers zu vernichten. So sollen Krankheiten verhindert werden.

Liegen Fehler im Apoptoseprogramm vor, so auch verminderte Apoptose, können unter anderem Krebs oder Autoimmunerkrankungen entstehen.

Viren sind in der Lage Apoptose zu hemmen. Sie besitzen also anti-apoptotische Mechanismen, wodurch beispielsweise Krankheiten wie Herpes oder Pocken ausgelöst werden können. Das Virus ist nicht vermehrungsfähig, sofern ihm diese Proteine fehlen.

Das HI-Virus hat eine besondere Wirkung auf die Apoptose. Es besitzt, wie viele andere Viren auch, anti-apoptotische-Mechanismen, ist jedoch in der Lage auch nicht-infizierte Zellen Apoptose zu induzieren. Dies trifft dann vor allem die T-Lymphozyten der Immunabwehr.

Tumorzellen und Apoptose

Viele Medikamente die während der Behandlung von Tumoren eingesetzt werden entfalten ihre Wirkung indirekt über den programmierten Zelltod.

Maligne Tumore sind für den Körper besonders gefährlich, da sie eine Apoptoseresistenz besitzen. Die entarteten Zellen können also nicht, wie sonst üblich, ausgeschaltet werden.

Tumorzellen sind in der Lage die extrinsischen und die intrinsischen Prozesse zu umgehen und die entsprechenden Stimuli zu inaktivieren.

Ein wichtiger Faktor ist der bereits erwähnte Transkriptionsfaktor p53. Dieser ist in Tumoren mutiert, wodurch sich eine geschädigte Zelle weder selbst reparieren, noch via Apoptose zerstören kann.

Apoptose - Das Wichtigste

  • Apoptose ist der programmierte Zelltod
  • Die Apoptose kommt bei inaktiven oder entarteten Zellen oder bei Zellen mit veränderter DNA zum Einsatz
  • Die Nekrose ist immer mit einer Entzündungsreaktion verbunden, während die Apoptose durch eine in der Zelle aktivierte Selbstzerstörungssequenz ausgelöst wird
  • Apoptose kann in extrinsische und intrinsische Apoptose eingeteilt werden
  • Die Nekrose wird in suizidale (nekrotische Apoptose) und in akzidentelle Nekrose (klassische Nekrose) unterteilt
  • Caspasen sind mitunter der wichtigste Bestandteil der Signalkaskade und aktivieren Enzyme, welche wiederum die Zelle abbauen
  • Werden zu viele pro-apoptotische Proteine aktiviert, kann es zu schweren Krankheiten führen

Apoptose

Apoptose beschreibt den programmierten Zelltod, auch "Zellselbstmord", genannt. Hierbei zerfallen programmiert Einzelzellen und werden dann abgebaut. 


Die Apoptose wird über eine Reihe von Signalkaskaden ausgelöst. Schlussendlich entstehen Apoptosekörperchen, welche via Phagozytopse von Makrophagen abgebaut werden.

Kommt es vor, dass Zellen ihre Funktion im Körper verlieren, inaktiv sind oder sich in eine Gefahr für den Körper verwandelt haben, so werden jene Zellen programmiert ausgeschaltet. Dieser Vorgang kann durch äußere, zum Beispiel chemische und mechanische, aber auch innere Einflüsse, wie Schäden der DNA, ausgelöst werden.  

Die Apoptose hat eine lebenswichtige Bedeutung und ist vor allem für das Gleichgeweicht des Immunsystems und die Homöostase von essentieller Wichtigkeit. Sie gewährleistet eine einwandfreie Gewebefunktion.

Finales Apoptose Quiz

Frage

Welche Arten von Zellen werden bei der Apoptose eliminiert?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Entartete Zellen
  • Zellen mit verändertem Zellgut
  • Inaktive Zellen
  • Funktionslose Zellen
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Frage

In welchem Zusammenhang stehen das "Zellturnover" und die Apoptose?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Apoptose sorgt durch das Zellturnover dafür, dass sich Gewebezellen stehts erneuern können und die Gewebefunktion so erhalten werden kann.

Frage anzeigen

Frage

Welche Merkmale treffen auf eine apoptotische Zelle zu?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Volumenverlust
  • Zerfall des Zellkerns
  • Kondensation des Chromatins
  • Abbau der Mitochondrien
  • Bildung basophiler Körperchen
  • Bildung blasenförmiger Säckchen an Plasmamembran
Frage anzeigen

Frage

Welche Aufgabe hat das Phosphatdylserin?

Antwort anzeigen

Antwort

Er markiert die zersetzen Zellbestandteile, sodass diese von Makrophagen erkannt und abgebaut werden können.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die intrinsische Apoptose ausgelöst?

Antwort anzeigen

Antwort

Über den mitochondrialen Signalweg

Frage anzeigen

Frage

Nenne Beispiele für äußere Einflüsse, die die extrinsische Apoptose auslösen können?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Toxine
  • Infektionen
  • Röntgenstrahlen
  • Hypothermie
Frage anzeigen

Frage

Nenne die zwei wichtigsten pro-apoptotischen Vertreter!

Antwort anzeigen

Antwort

  • Bad-Protein
  • Bax-Protein
Frage anzeigen

Frage

Was passiert, wenn bei der intrinsischen Apoptose die pro-apoptotischen Proteine aktiviert werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die äußere Mitochondrienmembran wird permeabilisiert und Cytochrom c kann ins Cytosol austreten. Dadurch wird ein Apoptosom gebildet.

Frage anzeigen

Frage

Zu welcher Stoffgruppe gehören die Caspasen?

Antwort anzeigen

Antwort

Caspasen gehören zu den Proteasen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der wichtigste Unterschied zwischen Apoptose und Nekrose?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei einer Nekrose liegt immer eine Entzündungsreaktion vor.

Frage anzeigen

Frage

Welche Mechanismen können eine Nekrose auslösen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Ischämie
  • Gifteinwirkung
  • Verletzungen des Gewebes
  • Infektionen
Frage anzeigen

Frage

In welche Kategorien kann die Nekrose nochmals unterteilt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

In die Suizidale (nekrotische Apoptose) Nekrose und in die akzidentielle (klassische) Nekrose.

Frage anzeigen

Frage

Wie wirken maligne Tumore auf die Apoptose?

Antwort anzeigen

Antwort

Maligne Tumore besitzen eine Apoptoseresistenz und die apoptotischen Zellen können nicht ausgeschaltet werden?

Frage anzeigen

Frage

Nekrose: Welcher Vorgang sorgt für die Zerstörung der Zellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Zerstörung der Zellmembran erfolgen unkontrollierte Ioneneinflüsse und die Zelle platzt schlussendlich.

Frage anzeigen

Frage

Nenne Folgen, die Fehler im Apoptoseprogramm nach sich ziehen können!

Antwort anzeigen

Antwort

Es können Krebs, Autoimmunerkrankungen oder Virale Krankheiten entstehen.

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