Apoptose – Zellselbstmord zum Wohl des Organismus

Apoptose – Zellselbstmord zum Wohl des Organismus
Reihe 7
S1
Verlauf
Material
LEK
Glossar
Mediothek
Apoptose – Zellselbstmord zum Wohl des Organismus
Cornelia Preidl, Koblenz
Zu Beginn der 7. Schwangerschaftswoche befinden sich
beim Embryo zwischen den Fingern und den Zehen
noch Zellen, sodass diese ein zusammenhängendes
Gebilde bilden. Doch nur wenige Tage später sind diese
plötzlich durch den programmierten Zelltod (Apoptose) verschwunden und die Finger bzw. Zehen können
bereits ausgemacht werden.
Ihre Schüler erfahren, was eine Apoptose ist, und lernen
typische Beispiele kennen. In arbeitsteiliger Gruppenarbeit erarbeiten sie sich die Wege, die zu einer Apoptose
führen, und stellen den Vorgang in Verbindung mit der
Entstehung von Krebs in einen größeren Zusammenhang.
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Was bewirkt bei der Entwicklung des
Embryos das Verschwinden der Zellen
zwischen den Fingern?
Der Beitrag im Überblick
Niveau: Sekundarstufe II
Dauer: 7 Stunden
Der Beitrag enthält Materialien für:
üGruppenarbeit
üSchülerpräsentation
üKlausur
Kompetenzen:
 Die Regulations- und Kontrollmechanismen des Zellzyklus kennen;
 Apoptose und Nekrose voneinander
abgrenzen können und Beispiele aus
dem Tier- und Pflanzenreich nennen
können;
 Die molekularbiologischen Abläufe
verstehen, die zur Apoptose führen,
und davon ausgehend erklären können,
wie es zur Entstehung von Krebs
kommen kann;
 Sich in Gruppenarbeit üben und lernen,
fachsprachlich korrekt zu präsentieren.
68 RAAbits Biologie April 2011
68 RAAbits Biologie April 2011
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Was hat die Zelle mit der Organisation in einem Unternehmen gemeinsam?
© Jörg Siebauer, pixelio.de
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© Kurt Michel, pixelio.de
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© picture-alliance/dpa
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Die Apoptose – ein sinnvoller Zelltod
Für einen Organismus ist es wichtig, dass hin und wieder Zellen absterben. Im Folgenden
erfahren Sie, warum das so ist und was es mit dem Tod von Zellen so auf sich hat.
Lesen Sie sich den unten stehenden Informationstext durch und bearbeiten Sie anschließend die folgenden Aufgaben.
Aufgabe 1
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a) Erklären Sie, was man unter einer Apoptose versteht. Erläutern Sie kurz, welchen biologischen Sinn die Apoptose hat.
b) Nennen Sie Beispiele für Vorgänge, bei denen die Apoptose eine wichtige Rolle spielt.
c) Definieren Sie den Begriff „Nekrose“ und erklären Sie den entscheidenden Unterschied
zur Apoptose.
Aufgabe 2
Beschreiben Sie, was auf den Abbildungen zu sehen ist und welche Vorgänge den Phänomenen in den Abbildungen zugrunde liegen. Gehen Sie dabei auch auf die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Vorgänge ein.
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Abbildung 1: Fensterblatt
 10.000 Zellen
sterben in einem
Menschen pro
Sekunde und in
der gleichen Zeit
entstehen ebenso
viele Zellen.
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© Karin Jähne, pixelio.de
Zahlen zum Staunen
Abbildung 2: Hautrötung
Dem Tod von Zellen kommt bei einem vielzelligen Organismus eine große Bedeutung zu. Nur so gelingt es, bei sich
fortlaufend teilenden Zellen eine konstante Zellzahl aufrechtzuerhalten. Würden keine Zellen absterben, so müsste beispielsweise ein 80-Jähriger rund zwei Tonnen Knochenmark mit sich
herumschleppen.
 Die durchschnittliche Lebensdauer
von Zellen im
Dünndarm beträgt
nur 1,4 Tage.
 Nervenzellen
können sich zeitlebens nicht mehr
durch Zellteilung
erneuern.
Aber auch bei Entwicklungsvorgängen wie der Entwicklung der Hand bei einem Embryo
oder der Metamorphose der Kaulquappe zum Frosch spielt der Zelltod eine bedeutende Rolle.
Bei diesen Vorgängen werden Zellen gezielt entfernt. Sind Zellen geschädigt, so werden diese
ebenfalls eliminiert.
Der gezielte Tod von Zellen, wie er bei den oben genannten Beispielen vorkommt, wird als
Apoptose bezeichnet. Dieser Begriff stammt aus dem Griechischen und leitet sich von den
Wörtern apo „weg“ und ptosis „Fall“ ab. Besonders häufig tritt die Apoptose in Hautzellen,
Magen- und Darmzellen sowie in den Leukozyten (weiße Blutkörperchen) auf.
Neben der Apoptose existiert noch ein anderer Vorgang, bei dem es zum Tod von Zellen
kommt, die Nekrose (vom griechischen Wort nekrosis „Absterben“). Die Nekrose ist ein
nicht beabsichtigter Tod von Zellen. Dieser tritt aufgrund schädigender äußerer
Einflüsse (z. B. Verletzung, starke Hitze- oder Kälteeinwirkung, Gifte, Bakterien, Sauerstoffmangel) auf. Im Unterschied dazu handelt es sich bei der Apoptose um einen beabsichtigten Zelltod, der genetisch reguliert wird.
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Erläuterung (M 4)
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Knüpfen Sie mit dem Arbeitsblatt M 4 unmittelbar an die Folie M 3 an. In M 3 haben Ihre
Schüler bereits Vorgänge kennen gelernt, bei denen die Apoptose bzw. Nekrose eine Rolle
spielt. Setzen Sie jetzt M 4 ein, um die Begriffe „Apoptose“ und „Nekrose“ einzuführen
und zu definieren. Dabei lernen die Schüler, wichtige Informationen aus einem Text zu
entnehmen und mit eignen Worten wiederzugeben. M 4 können Sie in Einzel- oder in Gruppenarbeit einsetzen.
Bringen Sie möglichst auch ein Fensterblatt (Monstera deliciosa) in den Unterricht mit. Die
Pflanze ist zwar auf den Abbildungen in M 4 illustriert, Ihnen gelingt aber ein lebendigerer
Unterricht, wenn Sie Ihren Schülern die Löcher in den Blättern des Fensterblattes direkt an
der Pflanze zeigen können.
Außer dem Fensterblatt eignet sich auch die Gitterpflanze (Aponogeton madagascariensis)
gut als ein Beispiel für Apoptose in den Blättern. Die Gitterpflanze ist eine wunderschöne
Aquarienpflanze, die man im Zoobedarf für ca. 5 Euro bestellen kann (siehe Bezugsquellen
in der Mediothek). Bei jungen Blättern sind die oval-länglichen Blätter noch „geschlossen“,
nach und nach entsteht durch Apoptose das Gitter. Es gehen also – trotz gleichen Alters aller
Zellen – nur gezielte Bereiche des Blattes zugrunde. Es bietet sich an, die Pflanze im Schulaquarium anzusiedeln. Dort ist sie eine große Bereicherung und kann dann immer wieder
beim Thema „Apoptose“ als Anschauungsobjekt genutzt werden.
Lösungen (M 4)
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Aufgabe 1
a) Bei der Apoptose sterben Zellen ab. Dieser Zelltod ist beabsichtigt und wird genetisch
gesteuert. Dabei handelt es sich um einen für den Organismus überlebenswichtigen
Prozess. Da sich viele Zellen im Körper fortlaufend teilen, ist es wichtig, dass auch Zellen
absterben. Ansonsten würde die Zellanzahl nicht konstant bleiben, sondern fortlaufend
zunehmen. Ein 80-Jähriger müsste dann rund zwei Tonnen Knochenmark mit sich
herumtragen. Die fortlaufende Zellteilung und das Absterben von Zellen führt zu einer
Erneuerung von Zellen.
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b) Die Apoptose spielt bei Entwicklungsvorgängen eine wichtige Rolle. Als ein Beispiel lässt
sich die Entwicklung der Kaulquappe zum Frosch anführen. Die Zellen des Schwanzes
der Kaulquappe werden dabei durch Apoptose abgebaut. Ebenso entstehen die Löcher
in den Blättern des Fensterblattes (Monstera deliciosa) und bei der Gitterpflanze (Aponogeton madagascariensis) durch Apoptose. Bei der Entwicklung der menschlichen Hand
werden die Zellen zwischen den Fingern durch Apoptose entfernt. Ohne diesen Vorgang
hätten wir Häute zwischen den Fingern. Ein ähnlicher Prozess findet beim Embryo bei
der Entwicklung der Füße statt.
c) Im Gegensatz zur Apoptose, bei welcher der Zelltod beabsichtigt ist und bewusst herbeigeführt wird, ist die Nekrose ein unbeabsichtigter Tod von Zellen. Zur Nekrose kommt
es aufgrund äußerer schädigender Einflüsse. Das kann eine Verletzung, Gifte, Bakterien,
Sauerstoffmangel sowie eine starke Hitze- und Kälteeinwirkung sein.
Aufgabe 2
In der Abbildung 1 ist ein Fensterblatt (Monstera deliciosa) mit Löchern in den Blättern zu
sehen. Die Löcher entstehen gezielt durch Apoptose.
Gegenstand der Abbildung 2 ist ein Sonnenbrand. Bei einem Sonnenbrand werden aufgrund
eines äußeren Einflusses (UV-Strahlen der Sonne) Zellen zerstört. Dabei schwellen die Zellen
zunächst an und platzen schließlich. Anschließend kommt es zu einer Entzündungsreaktion
des umgebenden Gewebes, die als Hautrötung (Sonnenbrand) sichtbar ist. Im Gegensatz zur
Apoptose (Abbildung 1), bei der Zellen geplant zerstört werden, gehen hier Zellen unbeabsichtigt zugrunde. Es handelt sich also um einen nekrotischen Vorgang.
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