Zelldifferenzierung
Durch die Zelldifferenzierung bekommen Zellen ihre Bestimmung. Wie genau das funktioniert und warum das wichtig ist, erfährst du in diesem Beitrag. Zu unserem dazugehörigen Video gelangst du hier.
Inhaltsübersicht
Zelldifferenzierung einfach erklärt
Die Zelldifferenzierung ist der Vorgang, bei dem Zellen sich in ihrer Struktur und Funktion verändern. Sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren und Menschen findet diese Veränderung statt. Ursprünglich gleiche Zellen spezialisieren sich hierbei auf eine Funktion. Die Zellen entwickeln sich also zu unterschiedlichen Zelltypen, die verschiedene Aufgaben erfüllen. Differenzierte Nervenzellen können dann beispielsweise nicht mehr als Muskelzellen funktionieren.
Die Zelldifferenzierung steht der Zellerneuerung gegenüber. Ursprüngliche Stammzellen können sich zum einen selbst erneuern und dadurch neue Stammzellen bilden. Zum anderen können sie sich zu spezialisierten Zellen ausdifferenzieren und ein Teil von Geweben oder Organen werden.
Die Zelldifferenzierung beschreibt die Spezialisierung von Zellen für ein bestimmtes Gewebe oder Organ durch die Veränderung ihrer Struktur und Funktion.
Determination und Zelldifferenzierung
Die Determination in der Biologie stellt die Vorstufe der Zelldifferenzierung dar. Den jeweiligen Zellen wird dabei bereits ihr Schicksal und somit ihre spätere Aufgabe zugeordnet. Im Gegensatz zur Zelldifferenzierung behalten die Zellen bei der Determination ihre ursprüngliche Struktur.
Sind die Zellen determiniert, kommt es zur Zelldifferenzierung. Die Zellen verändern also entsprechend der Determination ihre Größe und Form. Muskelzellen sind meist lang gestreckte Zellen, wogegen Blutzellen eine kompaktere Form aufweisen. Auch der innere Aufbau kann sich verändern. So kannst du in Nerven- und Muskelzellen viele Mitochondrien finden, da diese sehr viel Energie benötigen. All diese strukturellen Veränderungen sind an die spezifische Funktion der Zellen angepasst und in der Regel irreversibel, können also nicht mehr rückgängig gemacht werden.
Beachte, dass die Gene der Zellen sich durch die Zelldifferenzierung nicht verändern. Stattdessen wird lediglich die Genexpression , also das Ablesen der Gene, verändert. Es sind also unterschiedliche Gene für die jeweiligen Funktionen wichtig, die übrigen Gene bleiben aber erhalten.
Beispiel Volvox
Unter Volvox oder auch Kugelalge kannst du dir einen Organismus vorstellen, der einem Zusammenschluss einzelliger Grünalgen ähnelt. Trotzdem wird Volvox aber nicht als Zusammenschluss von Einzellern , sondern als vielzelliger Organismus angesehen. Das liegt zum einen daran, dass die Zellen in einer dauerhaften Kolonie funktionieren. Zum anderen, was viel wichtiger ist, differenzieren sich die Zellen der Kolonie. Die ausdifferenzierten Zellen von Volvox übernehmen dann unterschiedliche Aufgaben, wie beispielsweise der Fortbewegung oder der Fortpflanzung.
Pluripotent, totipotent und multipotent
Während der Determination und Zelldifferenzierung entstehen ausdifferenzierte Zellen aus pluripotenten Zellen. Pluripotente Zellen unterscheiden sich sowohl von multipotenten als auch von totipotenten Zellen. Pluripotente Zellen können sich nämlich zu jedem beliebigen Gewebe oder Organ entwickeln, welches ein Individuum benötigt. Ein und dieselbe pluripotente Zelle ist also in der Lage, eine Nervenzelle , eine Muskelzelle oder auch jede andere Zelle eines Organismus zu werden.
- Pluripotent: Zellen, aus denen sich jedes Organ oder Gewebe entwickeln kann, nicht aber ein gesamter Organismus.
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Totipotent: Zellen, die sich zu einem gesamten Organismus entwickeln können.
Beispiel: Embryonale Stammzellen, zu denen auch die Zygote bei der Entwicklung eines Embryos gehört - Multipotent: Zellen, die sich lediglich zu differenzierten Zellen eines der drei Keimblätter entwickeln können.
Differenzierung tierischer Zellen
Pluripotente tierische Zellen , also Zellen in Menschen und Tieren, können sich zu unterschiedlichen Zelltypen spezialisieren. Die tierischen und menschlichen Zellen verändern ihre Struktur (Form und Größe) sowie ihre Funktion (differentielle Genexpression ). Die vorhandenen Zelltypen unterscheiden sich zwischen verschiedenen Tierarten. Beim Menschen gibt es fast 200 Zelltypen. Beispielsweise sind Drüsenzellen, Nervenzellen oder auch Blutzellen Bestandteil tierischer und menschlicher Organismen.
Differenzierung pflanzlicher Zellen
Auch pflanzliche Zellen differenzieren sich aus. Die pluripotenten Zellen sind bei Pflanzen die meristematischen Zellen. Die Zellen differenzieren sich zu den Dauergeweben, den spezialisierten Zellen. Dauergewebe sind beispielsweise das Leitgewebe oder auch das Abschlussgewebe. Die Kombination aller ausdifferenzierten Zellen bildet das Organsystem der Pflanze.
Pluripotente Zellen kannst du in der Pflanze beispielsweise an den Apikalmeristemen sowohl an der Wurzel, als auch am Spross finden. Sie sind für das Wachstum und Überleben der Pflanze wichtig. Die unterschiedlichen Dauergewebe pflanzlicher Zellen kannst du in der nachfolgenden Abbildung finden.
