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Alle Zellen haben eine programmierte Lebensdauer, durch die sie synthetisiert werden, sich vermehren und schließlich Apoptose (Zelltod) erleiden, wenn sie nicht mehr funktionsfähig sind.Es ist oft hilfreich, sich die Zellreplikation als ein altmodisches Fotokopiergerät vorzustellen: Je mehr sich eine Zelle selbst kopiert, desto verschwommener und falscher wird das Bild. Mit der Zeit beginnt das genetische Material der Zelle (DNA) zu brechen und die Zelle selbst wird zu einer blassen Kopie des Originals. In diesem Fall ermöglicht der programmierte Zelltod einer neuen Zelle, die Systeme zu übernehmen und am Laufen zu halten.
Die Häufigkeit, mit der sich eine Zelle teilen kann, wird durch ein Phänomen begrenzt, das als Hayflick-Grenze bekannt ist. Dies beschreibt die Aktion, durch die der Teilungsprozess (bekannt als Mitose) das genetische Material, insbesondere den als Telomer bezeichneten Teil der DNA, progressiv abbaut.
Die Hayflick-Grenze schreibt vor, dass sich die durchschnittliche Zelle vor der Apoptose zwischen 50 und 70 Mal teilt.
Telomere verstehen
Chromosomen sind fadenartige Strukturen, die sich im Zellkern befinden. Jedes Chromosom besteht aus Protein und einem einzelnen DNA-Molekül.
An jedem Ende eines Chromosoms befindet sich ein Telomer, das häufig mit den Plastikspitzen an den Enden eines Schnürsenkels verglichen wird. Telomere sind wichtig, weil sie verhindern, dass sich Chromosomen auflösen, aneinander haften oder zu einem Ring verschmelzen.
Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, trennt sich die doppelsträngige DNA, damit die genetische Information kopiert werden kann. In diesem Fall wird die DNA-Codierung dupliziert, nicht jedoch das Telomer. Wenn die Kopie vollständig ist und die Mitose beginnt, befindet sich der Ort, an dem die Zelle auseinandergeschnitten wird, am Telomer.
Daher wird das Telomer mit jeder Zellgeneration immer kürzer, bis es die Integrität des Chromosoms nicht mehr aufrechterhalten kann. Dann tritt Apoptose auf.
Beziehung der Telomere zu Alter und Krebs
Wissenschaftler können die Länge eines Telomers verwenden, um das Alter einer Zelle und die Anzahl der verbleibenden Replikationen zu bestimmen. Wenn sich die Zellteilung verlangsamt, erfährt sie eine fortschreitende Verschlechterung, die als Seneszenz bekannt ist und die wir allgemein als Alterung bezeichnen. Die zelluläre Seneszenz erklärt, warum sich unsere Organe und Gewebe mit zunehmendem Alter zu verändern beginnen. Am Ende sind alle unsere Zellen "sterblich" und unterliegen der Seneszenz.
Alles, bis auf einen. Krebszellen sind der einzige Zelltyp, der wirklich als "unsterblich" angesehen werden kann. Im Gegensatz zu normalen Zellen erleiden Krebszellen keinen programmierten Zelltod, sondern können sich ohne Ende weiter vermehren.
Dies an und für sich stört das Gleichgewicht der zellulären Replikation im Körper. Wenn ein Zelltyp unkontrolliert replizieren darf, kann er alle anderen ersetzen und wichtige biologische Funktionen untergraben. Dies ist, was mit Krebs passiert und warum diese "unsterblichen" Zellen Krankheit und Tod verursachen können.
Es wird angenommen, dass Krebs auftritt, weil eine genetische Mutation die Produktion eines Enzyms auslösen kann, das als Telomerase bekannt ist und die Verkürzung der Telomere verhindert.
Während jede Zelle im Körper die genetische Kodierung hat, um Telomerase zu produzieren, benötigen sie tatsächlich nur bestimmte Zellen. Spermien müssen beispielsweise die Telomerverkürzung ausschalten, um mehr als 50 Kopien von sich selbst zu erstellen. Andernfalls könnte es niemals zu einer Schwangerschaft kommen.
Wenn ein genetisches Missgeschick versehentlich die Telomerase-Produktion einschaltet, kann dies dazu führen, dass sich abnormale Zellen vermehren und Tumore bilden. Es wird angenommen, dass die Chancen dafür mit steigender Lebenserwartung nicht nur größer, sondern letztendlich auch unvermeidlich werden.