Zellwachstum

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 9. März 2017
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Der menschliche Körper weist Milliarden an Zellen auf. Das sind kleine Bausteine, die für den Erhalt und den Aufbau von Gewebe und Organen zuständig sind. Damit Zellen sich selbst erhalten, teilen oder zerstören, findet ein Zellzyklus statt. Der Zellzyklus im Organismus besteht aus Zellwachstum und -teilung.

Zellwachstum betrifft die Zunahme an Größe und Volumen aller einzelnen Zellen. Er ist dabei genetisch gesteuert und findet vor und zwischen der Zellteilung statt. Die Voraussetzung ist der zelluläre Stoffwechsel, auch Metabolismus genannt, wobei die Zellen Nährstoffmoleküle verarbeiten.

Inhaltsverzeichnis

Was ist das Zellwachstum?

In einem lebenden Organismus sterben ständig Zellen ab. Beim Menschen sind es mehrere hundert Millionen an Zellen, deren Verlust die Bildung einer neuen Zelle notwendig macht. Entsteht die Zelle neu, erfolgt Zellteilung. Zu dieser sind Signalkaskaden, Botenstoffe und Hormone notwendig, die ebenso das Zellwachstum bedingen.

Wenn eine einzelne Zelle wächst, ist der Vorgang äußerst komplex. Beim Wachstum einer Bakterienzelle finden z. B. etwa zweitausend chemische Reaktionen auf einmal statt. Das sind u. a. Energiefreisetzungsprozesse, Biosynthese kleiner Moleküle, um Makromoleküle zu binden, oder Polymerisationsreaktionen. Dabei werden beim Zellwachstum alle zellulären Strukturen gebildet, darunter die Zellwände, Ribosomen oder Flagellen.

Funktion & Aufgabe

Während des Zellwachstums erhält jede weitere Zelle ein vollständiges Chromosom und dadurch auch genügend Informationen über alle Monomeren, Ionen und Makromoleküle, damit eine weitere selbstständige Zelle existieren kann.

Mehrzellige Organismen wiederum wachsen durch Vermehrung dieser selbst gebildeten Zellen. Zur Vermehrung benötigen Zellen Reize. Das können z. B. Wachstumshormone sein.

Bis die erste Teilung einer Zelle beginnt, findet immer Zellwachstum statt. Der Zeitzyklus des Zellwachstums hängt von genetischen Faktoren und von der Umwelt ab. Die Funktionen der Zellen und Aktivität der Gene werden durch genetische Schaltkreise kontrolliert und beeinflussen auch die Wachstumseffekte.

Unterschiedliche Geschwindigkeiten beim Zellwachstum können z. B. bei Mikroorganismen dazu führen, dass bestimmte Prozesse langsamer ablaufen. Gleichzeitig findet auch eine natürliche Selektion statt, die die Zellen begünstigt, die schneller als andere wachsen.

Zellwachstum wird dabei auch noch einmal in den Zyklus, der im Organismus stattfindet, und in das Anlegen von Zellkulturen unterschieden.

Damit Zellen sich selbst erhalten, teilen oder zerstören, findet ein Zellzyklus statt. Der Zellzyklus im Organismus besteht aus Zellwachstum und -teilung.

Während sich beispielsweise Bakterien bereits nach zwanzig Minuten erneut teilen können, beträgt der Zeitraum bei einer menschlichen Zelle und deren Teilung etwas mehr als zehn Stunden.

Das Wachstum einer Zelle wird im Verhältnis von Oberfläche zu Volumen berechnet. Durch dieses Verhältnis weist die Zelle bald nicht mehr genügend Oberfläche auf, um genügend Schadstoffe zu beseitigen und Nährstoffe aufzunehmen. Daher ist ihr Wachstum begrenzt, sowohl bei Einzellern als auch bei der Entwicklung von Vielzellern.

Zellwachstum findet bedingt im Körper statt, wird aber auch als Zellkultur betrieben. In dieser Hinsicht werden Zellen vermehrt und in einem bestimmten Stadium wiederverwendet, z. B. für verschiedene Experimente zur Erforschung von Krankheiten.

Eine einzelne Zelle besitzt ein individuelles Zellalter, das nach der Mitose beginnt und bei nächster Teilung einen Maximalwert erreicht, der dem der Verdoppelungszeit entspricht. Die Teilung von einer in zwei, von zwei in vier Zellen usw. wird als exponentielles bzw. unbegrenztes Wachstum bezeichnet.

Für das Zellwachstum sind bestimmte Nähr- und Mineralstoffe wichtig, darunter Kalium. Dieses reguliert das Zellwachstum, wodurch wiederum das Gleichgewicht von Säuren und Basen im Körper erhalten wird sowie die Freisetzung der Hormone.

Grundsätzlich produzieren Zellen Proteine, die das Zellwachstum regulieren und auch Auswirkungen auf die Gene haben. So bestimmt das Zellwachstum auch die bessere Auswertung der Gene.

Veränderungen in einer Zelle wirken auf die Konzentration der gebildeten Proteine. Bei schnell wachsenden Zellen sind mehr Polymerasen vorhanden, die eine Transkription von Genen ermöglichen. Dennoch erschwert der Umstand, dass die Aktivität der Gene vom Zellwachstum abhängt, die Vermessung genetischer Schaltkreise. Die Messgrößen, die eine Aktivität von Genen charakterisieren, hängen von der Proteinkonzentration und der Wachstumsrate ab. Unter der Wachstumsrate wird die Zunahme einer Größe in einem bestimmten Zeitraum verstanden. Sie wird durch den Wachstumsfaktor berechnet.

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Krankheiten & Beschwerden

Zellwachstum ist besonders in der Onkologie von Interesse, deren Forschung sich auf das Wachstum von Krebszellen konzentriert. Hierbei spielt auch die Zellzahl neben dem Zellwachstum eine wichtige Rolle.

Wenn das Erbgut einer Zelle gestört ist, kann diese sich krankhaft verändern. Bei einer geringen Anzahl solcher Zellen reagiert das körpereigene Abwehrsystem mit Zerstörung oder Erneuerung. Erst wenn Zellen dieser Art unkontrolliert wachsen und sich teilen, bilden sich gutartige oder bösartige Wucherungen, die als Tumore bezeichnet werden.

Bei einem bösartigen Tumor wird die Gewebegrenze durch Wachstum bald überschritten. Dabei wird das umliegend Gewebe zerstört und neue Geschwülste gebildet. Die Krebszellen verhalten sich in diesem Prozess wie normale Zellen. Sie wissen nicht, wann sie aufhören müssen, sich zu teilen oder abzusterben. Gleichfalls haften sie nicht fest aneinander, sodass sie sich von ihrem Zellverband trennen und wandern können. Auf diese Weise können sie anschließend an anderer Stelle weiterwachsen. Dabei handelt es sich dann um eine Metastasierung.

Wenn wiederum die Zellen Tumors weiter wachsen, bilden sie bald auch eigene Blutgefäße, um Sauerstoff, Hormone und Glukose zu erhalten. Dadurch kann der Tumor dann in umliegendes Gewebe eindringen.

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