Zellltypen

Stammzellen

Vor der Spezialisierung bezeichnet man Zellen als Stammzellen. Das einzigartige Merkmal dieser Stammzellen ist ihre Pluripotenz - sie können sich zu jedem Zelltyp des Körpers entwickeln. Diese unglaublichen Zellen sind die Vorfahren von allen Zellen des Körpers, von der einfachen Hautzelle bis zur komplexen Nervenzelle. Ohne diese ursprünglichen Stammzellen wären wir als menschliche Wesen nicht so komplex und funktional.

Darüber hinaus besitzen diese „magischen“ Zellen sogar die Fähigkeit sich in gesunde Zellen umzuwandeln, um die Regeneration nach bestimmten pathologischen Zuständen zu beschleunigen. Dieser Vorgang, der es Stammzellen ermöglicht sich in jede Zellart umzuwandeln, wird Zelldifferenzierung genannt. Kontrolliert wird er durch eine Kombination aus internen (genetischen) und externen Faktoren, wie z.B. chemischen Substanzen und physikalischen Kontakt mit anderen Zellen. Stammzellen behalten über lange Zeit die Fähigkeit sich zu teilen.

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Es gibt zwei Typen von Stammzellen: embryonale und adulte Stammzellen. Embryonale Stammzellen stammen von Embryonen. Sie werden aus befruchteten Eizellen gewonnen und können in der Forschung verwendet werden. Adulte (oder somatische) Stammzellen kommen im gesamten menschlichen Körper vor. Sie sind zur Reparatur und Erhaltung spezialisierter Gewebe da.

Weil Stammzellen unspezialisiert sind, ähneln sie, anatomisch gesehen, einfachen Zellen. Sie haben eine Zellmembran, die das Zytoplasma umgibt. Das Zytoplasma enthält einen Zellkern, Mitochondrien, Ribosomen, ein endoplasmatisches Retikulum, einen Golgi-Apparat, Lysosomen und Zentriolen. Der Zellkern enthält DNA und RNA, die exprimiert werden, sobald die Zelldifferenzierung stattfindet.

Rote Blutzellen

Rote Blutzellen (Erythrozyten) sind der am häufigsten vorkommende Blutzelltyp. Sie haben die Form einer bikonkaven Scheibe, einen Durchmesser von ca. 6 bis 8 μm und eine durchschnittliche Breite von 2 μm, wobei sie an ihrer breitesten Stelle maximal 2,5 μm und im Zentrum 1 μm breit sind. Rote Blutzellen sind recht flexibel. Dadurch können sie sich durch dünne Blutkapillaren hindurchzwängen.

Die Hauptaufgabe der roten Blutzellen ist der Sauerstofftransport durch den Körper mithilfe von Hämoglobin. Sie sind aber auch als Puffer des Säure-Basen-Haushalts an der Kontrolle des Blut-pH-Werts beteiligt und helfen mit, dass das Blut einen pH-Wert zwischen 7,35 bis 7,45 hat. Darüber hinaus produzieren die roten Blutzellen das Enzym Carboanhydrase, welches dafür sorgt, dass Wasser gelöstes Kohlenstoffdioxid über das Blut in die Lungen transportiert, damit es aus dem Körper ausgeschieden werden kann.

Hämoglobin ist ein Molekül in den roten Blutzellen, das Sauerstoff bindet, um es durch das Blut zu transportieren. Es besteht aus einem Häm-Molekül und Globin. Häm-Moleküle wiederum werden aus Succinyl-CoA und Glycin gebildet. Vier dieser Moleküle zusammen binden in ihrem Zentrum Eisen und stellen ein Häm-Molekül dar. Dieses schließt sich mit einer Globin-Polypeptidkette zusammen und bildet eine Hämoglobinkette (auch Globulinkette genannt). Vier dieser Ketten zusammen ergeben ein Hämoglobinmolekül.

Es gibt vier verschiedene Typen der  Hämoglobinketten: α-, β-, γ- und δ-Ketten. Die häufigste Kombination in einem Hämoglobin-Molekül  besteht aus zwei α-Ketten und zwei β-Ketten, die zusammen dann HbA, Hämoglobin A, bilden.

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Weiße Blutzellen

Weiße Blutzellen (Leukozyten) sind ein wesentlicher Bestandteil des Immunsystems. Es gibt grundsätzlich fünf verschiedene Typen, die man in zwei Hauptgruppen einteilen kann:

• Granulozyten und
• Agranulozyten.

Wie der Name schon verrät, enthalten Granulozyten Granula im Zytoplasma und Agranulozyten nicht.

Zu den Granulozyten zählen die neutrophilen, eosinophilen und basophilen Granulozyten. Die Gruppe der Agranulozyten besteht aus Lymphozyten und Monozyten.

Blutplättchen

Genau wie die weißen und roten Blutzellen stellen auch die Blutplättchen (Thrombozyten) eine wichtige Blutkomponente dar. Technisch gesehen sind Blutplättchen mehr Zellfragmente als echte Zellen, spielen aber eine entscheidende Rolle bei der Blutstillung und -gerinnung.

Es handelt sich um Zellfragmente von großen Zellen, die Megakaryozyten genannt werden und im Knochenmark gebildet werden. Blutplättchen haben Oberflächenproteine, über die sie sich aneinander und an geschädigte Blutgefäßwände binden können. Sie werden rekrutiert, wenn es zu einer Blutung kommt, und initiieren einen Prozess, der als Hämostase bezeichnet wird. Sie verschließen die Blutungsquelle, koagulieren und kleben aneinander. So entsteht zusammen mit dem faserigen Protein Fibrin ein Blutgerinnsel, welches die Blutung vollständig stoppt.

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Nervenzellen

Nervenzellen (Neurone) übertragen Informationen in Form von elektrischen Impulsen im Körper. Sie besitzen vier Strukturen:

• den Zellkörper
• die Dendriten (astartige Zytoplasmafortsätze)
• das Axon ("Nervenfaser")
• die Axonendigungen

Der Zellkörper enthält einen Zellkern und ist für die Synthese neuronaler Proteine zuständig. Das Axon ist lang und dünn, ragt aus dem Zellkörper wie ein Ausläufer heraus und kann myelinisiert sein. Axone sind für die Weiterleitung von elektrischen Impulsen in Form von Aktionspotentialen in Richtung Axonendigungen verantwortlich.

Aktionspotentiale führen zu einer Änderung der Spannung entlang der Plasmamembran. Axone sind über Synapsen, die durch kleine Ausläufer, sog. Axonendigungen, am Ende des Axons gebildet werden, mit anderen Neuronen verbunden. Impulse von anderen Zellen werden über Dendriten empfangen, multiple, sich verzweigende Strukturen, welche vom Zellkörper abzweigen.

Neurone können mehrere, zwei oder einen Dendrit(en) aufweisen, weshalb sie als multipolare, bipolare oder unipolare Neurone bezeichnet werden. Sie wandeln chemische Signale der Synapse in kleine elektrische Impulse um und leiten sie in Richtung Zellkörper weiter. Elektrische Änderungen in den Dendriten werden zu einer Struktur an der Basis des Axons weitergeleitet, die als Axonhügel bezeichnet wird. Hier werden sie miteinander verrechnet und können mit ausreichend Spannung ein Aktionspotential auslösen, das sich dann widerum entlang des Axons ausbreitet.

Neurone sind vor allem im zentralen Nervensystem in komplexe Abläufe integriert. Erfahre mehr dazu hier:

Nervengliazellen

Nervengliazellen (auch: Gliazellen, Glia) sind Zellen des Nervensystems, die an der Weiterleitung von Nervenimpulsen beteiligt sind. Gliazellen kommen sehr häufig im Gehirn vor, sie sind den Neuronen zahlenmäßig deutlich überlegen. Gliazellen sind kleiner als Neurone und haben keine Axone oder Dendriten.

Sie haben zahlreiche Funktionen im Nervensystem: Sie modulieren die synaptische Aktivität und die Rate der Impulsweiterleitung, sie bilden ein Gerüst für die neuronale Entwicklung und unterstützen die Genesung nach neuronalen Verletzungen.

Es gibt vier Typen an Gliazellen im zentralen Nervensystem:

• Astrozyten - kommen im Gehirn und Rückenmark vor und haben ein namensgebende sternförmige Gestalt. Sie sind an der Aufrechterhaltung des chemischen Gleichgewichts, das für die neuronale Signaltransduktion erforderlich ist, beteiligt. Astrozyten ist nicht der fremdsprachige Begriff für Sternzellen.
• Oligodendrozyten - sind für die Bildung einer lipidreiche Myelinscheide um die Axone herum verantwortlich, wodurch sich die Geschwindigkeit, mit der Aktionspotentiale übertragen werden, deutlich erhöht.

• Mikroglia - sind sehr klein und an der Entsorgung von Zelldebris am Ort der Verletzung beteiligt.
• Ependymzellen - kleiden die Ventrikel und den Zentralkanal des Rückenmarks aus und produzieren Liquor, welcher diese Räume füllt.

Im peripheren Nervensystem sind Schwann-Zellen für die Myelinisierung der Axone und Satellitenzellen für die Regulation der neuronalen Zellumgebung zuständig.

Vertiefe dein Wissen über das Nervengewebe:

Muskelzellen

Es gibt drei Typen von Muskelzellen (Myozyten) im menschlichen Körper. Diese sind Skelett-, Herzmuskel- und glatte Muskelzellen.

Skelett- und Herzmuskelzellen zählen aufgrund der ausgerichteten Anordnung von Myosin- und Aktinproteinen in ihnen zur gestreiften Muskulatur. Aktin und Myosin ermöglichen eine Muskelkontraktion, indem sie, laut Gleitfilamenttheorie, aneinander vorbeigleiten. In glatten Muskelzellen sind Aktin und Myosin eher willkürlich angeordnet. So entsteht eher eine glatte Oberfläche anstatt einer gestreiften.

Knorpelzellen

Knorpelzellen (Chondrozyten) bilden Knorpel, ein festes Gewebe, das für die Struktur des Körpers eine wichtige Rolle spielt. Knorpel kommt an den verschiedensten Stellen vor, z.B.  in Gelenken zwischen Knochen, in den Ohren und in der Nase, in den Atemwegen oder zwischen den Wirbeln in der Wirbelsäule.

Chondrozyten produzieren und erhalten die extrazelluläre Matrix des Knorpels aufrecht, die aus Kollagen, Proteoglykanen und Elastinfasern besteht. Sie haben keine Blutgefäße. Dies bedeutet, dass Knorpel langsamer heilt als andere Gewebe, da Nährstoffe über Diffusion aus dem umgebenden Gewebe, dem Perichondrium, aufgenommen werden müssen.

Gelenkknorpel (Knorpel in echten Gelenken) unterscheidet sich von anderen Knorpeltypen, denn es besitzt  kein Perichondrium.

Knochenzellen

Man unterscheidet vier Typen von Knochenzellen im Körper: Osteoklasten, Osteonlasten, Osteozyten und Deckzellen.

Hautzellen

Es gibt viele verschiedene Zelltypen in der Epidermis (oberste Hautschicht):

• Keratinozyten - machen 95 % der Epidermis aus. Keratinozyten bilden das Protein Keratin, sind aber auch für den Schutz des Körpers gegen Toxine und Pathogene wichtig und verhindern den Verlust von Wärme und Feuchtigkeit. Zudem können sie die Entzündungsreaktion fördern und inhibitorische Zytokine freisetzen. Die äußerste Schicht der Epidermis wird von keratinisierten Epithelzellen gebildet, sodass eine  schützende Barriere entsteht. Haare und Nägel sind Beispiele für komplett keratinisierte Epithelzellen.
• Melanozyten - ihre Aufgabe in der Haut ist es, das Pigment Melanin herzustellen, welches die Hautfarbe bestimmt.

• Langerhans-Zellen - sind dendritischen Zellen, die an der Antigen-Prozessierung beteiligt sind, wenn die Haut infiziert ist. Sie enthalten große Organellen, auch als Birbeck-Granula bezeichnet, wobei deren genaue Funktion noch unbekannt ist.
• Merkel-Zellen - dienen als mechanosensible Zellen und sind an der Berührungswahrnehmung beteiligt.

Außerdem  gibt es weitere Sinneszelltypen in der Haut. Diese kommen aber in tieferen Schichten vor und sind bekannt als kutane Rezeptoren.

Endothelzellen

Endothelzellen sind Zellen, die Blutgefäße auskleiden. Sie sind flach und zwischen 1 und 2 μm breit, haben einen zentral gelegenen Zellkern und sind über Zellkontakte miteinander verbunden.

Endothelzellen sind besonders anpassungsfähig. Sie können migrieren und ihre Anzahl und Verteilung regulieren, um sich den Bedürfnissen des Körpers anzupassen. Dies ermöglicht das Wachstum und die Reparatur von Körpergeweben, was nur dadurch möglich ist, dass sich neue Blutgefäßnetzwerke leicht bilden können.

Wie gesundes Körpergewebe sind auch Krebszellen auf Endothelzellen und Blutgefäße angewiesen, um zu überleben. Deshalb beschäftigen sich viele Forscher:innen mit der Frage, wie man die Bildung von Blutgefäßen in Krebsgeweben verhindern kann. Endothelzellen exprimieren verschiedene Oberflächenproteine, je nachdem, ob sie Venen oder Arterien ausbilden.

Epithelzellen

Epithelzellen kleiden Körperhöhlen z.B. die Lungen, den Dünndarm und den Magen aus. Sie sind miteinander verbunden und bilden Schichten, sogenannte Epithelien. In diesen Schichten stehen Epithelzellen über Tight junctions, Adhärenzverbindungen, Desmosomen und Gap junctions in Kontakt.

Sie werden durch eine Basalmembran, die sogenannte Basallamina, gestützt, welche ein Kapillarbett bedeckt. Der Zellkern einer Epithelzelle liegt in der Nähe der Basallamina im basalen Bereich der Zelle.

Epithelzellen werden über Nervenendigungen innerviert und können sich in Sinneszellen umwandeln, um Reize wie z.B. Gerüche zu registrieren. Sie können sich auch zu sekretorischen Zellen spezialisieren, die Schleim, Hormone und Enzyme in den Körper abgeben. Diese Zellen enthalten Vesikel mit fertigen Hormonen oder Enzymen, die freigesetzt werden sollen. Zu den spezialisierten sekretorischen Epithelzellen zählen die Becherzellen und die Paneth-Körnerzellen im Darm, welche Schleim und antibakterielle Proteine sezernieren.

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Fettzellen

Fettzellen (Adipozyten bzw. Lipozyten) sind Körperzellen, die darauf spezialisiert sind, Energie in Form von Fettgewebe bzw. Depotfett zu speichern. Es gibt zwei verschiedene Typen: weiße und braune Fettzellen.

Weiße Fettzellen oder univakuoläre Zellen enthalten einen Fetttropfen und Zytoplasma. Sie haben einen Zellkern, der flach ist und mehr am Rand der Zelle als im Zentrum liegt. Weiße Fettzellen unterscheiden sich in ihrer Größe, haben aber im Durchschnitt einen Durchmesser von ca. 0,1 mm. Das Fett im Inneren der weißen Fettzellen besteht größtenteils aus Triglyzeriden und Cholesterinestern und wird in halbflüssigem Zustand gespeichert.

Braune Fettzellen oder plurivakuoläre Zellen haben mehrere Vakuolen und sind eckig geformt. Sie enthalten mehr Zytoplasma als weiße Fettzellen und die Fetttropfen in ihnen sind verstreut. Der Zellkern ist nicht abgeflacht, sondern rund, und ist zufällig angeordnet in Richtung Zellzentrum. Die Schlüsselfunktion von braunem Fett ist die Produktion von Wärmeenergie, weshalb die Zellen viele Mitochondrien enthalten, die ihnen ihre bräunliche Farbe verleihen.

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Keimzellen

Geschlechtliche Fortpflanzung ist das Ergebnis der Verschmelzung von zwei verschiedenen Keimzelltypen bzw. Gameten. Männliche Keimzellen sind allgemein bekannt als Spermien oder Spermatozoen und weibliche Gameten als Eizellen oder Ova. Bei der Verschmelzung kommt es zur Befruchtung und es entsteht eine Zygote.

Zusammenfassung

• Stammzellen sind pluripotente Zellen, die in der Lage sind, sich in jeden Zelltyp im Körper durch einen Prozess namens Differenzierung zu spezialisieren. Stammzellen haben über lange Zeit die Fähigkeit sich zu teilen und zu vermehren. Es gibt zwei Stammzelltypen: embryonale und adulte.
• Rote Blutzellen (Erythrozyten) sind der am häufigsten vorkommende Blutzelltyp. Sie haben die Form einer bikonkaven Scheibe. Die Hauptaufgabe der roten Blutzellen ist der Sauerstofftransport durch den Körper mithilfe von Hämoglobin.
• Weiße Blutzellen (Leukozyten) sind ein wesentlicher Bestandteil des Immunsystems. Es gibt fünf verschiedene Typen, die man in zwei Hauptgruppen einteilen kann: Granulozyten und Agranulozyten. Wie der Name schon verrät, enthalten Granulozyten Granula im Zytoplasma und Agranulozyten nicht. Zu den Granulozyten zählen die neutrophilen, eosinophilen und basophilen Granulozyten. Die Agranulozyten umfassen Lymphozyten und Monozyten.
• Blutplättchen (Thrombozyten) sind eher Zellfragmente als echte Zellen, spielen aber eine entscheidende Rolle bei der Blutstillung. Sie stellen Fragmente von großen Zellen namens Megakaryozyten dar. Sie haben Oberflächenproteine, über die sie sich aneinander und an geschädigte Blutgefäßwände binden können.
• Nervenzellen (Neurone) übertragen Informationen in Form von elektrischen Impulsen bzw. Nervenimpulsen im Körper. Strukturell gesehen haben Neurone vier spezifische Regionen: den Zellkörper, die Dendriten, das Axon und die Axonendigungen. Neurone können mehrere, zwei oder einen Dendrit(en) aufweisen, was sie zu multipolaren, bipolaren oder unipolaren Neuronen macht.
• Nervengliazellen (auch: Gliazellen, Glia) sind Zellen des Nervensystems, die die synaptische Aktivität und die Rate der Impulsweiterleitung modulieren, ein Gerüst für die neuronale Entwicklung bilden und die Genesung nach neuronalen Verletzungen unterstützen. Es gibt vier Typen von Gliazellen im zentralen Nervensystem: Astrozyten, Oligodendrozyten, Mikroglia und Ependymzellen. Mikroglia sind an der Immunfunktion im ZNS beteiligt.
• Es gibt drei Typen von Muskelzellen (Myozyten) im menschlichen Körper. Zu diesen Typen zählen Skelett-, Herzmuskel- und glatte Muskelzellen. Skelett- und Herzmuskelzellen gehören aufgrund der Ausrichtung von Myosin- und Aktinproteinen in ihnen zur gestreiften Muskulatur. Aktin und Myosin ermöglichen laut Gleitfilamenttheorie eine Muskelkontraktion, indem sie aneinander vorbeigleiten.
• Knorpelzellen (Chondrozyten) bilden Knorpel, ein festes Gewebe, das für die Struktur des Körpers eine wichtige Rolle spielt. Chondrozyten produzieren und erhalten die extrazelluläre Matrix des Knorpels aufrecht, die aus Kollagen, Proteoglykanen und Elastinfasern besteht.
• Von den Knochenzellen gibt es vier Typen im Körper: Osteoblasten, Osteoklasten, Osteozyten und Deckzellen. Osteoklasten sind große, mehrkernige Zellen, die an der Knochenresorption beteiligt sind. Osteoblasten haben eine gegenteilige Funktion und sind am Aufbau von neuem Knochen beteiligt. Osteozyten können die mechanische Belastung, die auf den Knochen wirkt, wahrnehmen und produzieren Wachstumsfaktoren, die das Knochenwachstum anregen. Deckzellen umsäumen die Knochenoberfläche und sind für die Ausschwemmung von Calcium aus dem Knochen in den Blutkreislauf zuständig, sollte der Spiegel erniedrigt sein.
• Es gibt viele verschiedene Zelltypen in der Epidermis (oberste Schicht der Haut), z.B. Keratinozyten, Melanozyten, Langerhans-Zellen und Merkel-Zellen.
• Endothelzellen sind Zellen, die Blutgefäße auskleiden und sind über Zellkontakte miteinander verbunden. Endothelzellen sind besonders anpassungsfähig, da sie migrieren und ihre Verteilung regulieren können, um sich den Bedürfnissen des Körpers anzupassen.
• Epithelzellen kleiden Körperhöhlen aus, indem sie Schichten namens Epithelien bilden. Sie stehen über Tight junctions, Adhärenzverbindungen, Desmosomen und Gap junctions in Kontakt.
• Fettzellen (Adipozyten bzw. Lipozyten) sind Zellen des Körpers, die darauf spezialisiert sind Energie in Form von Fettgewebe bzw. Depotfett zu speichern. Es gibt zwei verschiedene Typen von Fettzellen: weiße und braune.
• Geschlechtliche Fortpflanzung ist das Ergebnis der Verschmelzung von zwei verschiedenen Keimzelltypen (Gameten). Männliche Keimzellen sind allgemein bekannt als Spermien oder Spermatozoen und weibliche Gameten als Eizellen oder Ova. Wenn sie miteinander verschmelzen, kommt es zur Befruchtung und es entsteht eine Zygote.