So funktionieren Zellen: Menschen und die kleinsten Einheiten verstehen

Jeder Mensch besteht aus Zellen. Etwa 70 Billionen Zellen besitzt der menschliche Körper in einer unwahrscheinlichen Vielfalt an Form, Struktur und Funktion. Ganz schön beeindruckend, wenn man bedenkt, dass sich der Mensch selbst aus der Verschmelzung der größten menschlichen Zelle (Eizelle) und einer der kleinsten Zellen (dem Spermium) entsteht.

Eine Eizelle mit einem Spermium

Fakten zu Zellen und Aufbau des Menschen

Unsere Haut, unsere inneren Organe, das Nervensystem, jedes einzelne Teil des Körpers besteht aus dieser kleinsten Einheit, der menschlichen Körperzelle. Obwohl Zellen unterschiedlichste Aufgaben erfüllen, gleichen sie sich unabhängig von der Form in ihrem Aufbau. Ihre Anzahl im Körper ist sehr unterschiedlich.

  • Die roten Blutkörperchen bilden den Löwenanteil
  • Danach folgen die Blutplättchen.
  • Der nicht unerhebliche Rest ist für den übrigen Aufbau unseres menschlichen Körpers zuständig. 

Der Mensch wächst hauptsächlich dadurch, dass sich die lebenden Zellen teilen. Abhängig von ihrer Struktur und Funktion leben verschiedene Zelltypen unterschiedlich lange. Die Nervenzellen im Gehirn oder im menschlichen Körper sind zum Beispiel so alt, wie man selbst. Knochenzellen können mehrere Jahrzehnte leben. Hautzellen oder rote Blutkörperchen leben sogar nur wenige Monate.

Eine Pflanzenzelle ist ähnlich aufgebaut wie die menschliche Zelle. Auch sie besitzt Zellmembran, Zellkern und Zellplasma. Sie unterscheidet sich aber sehr in ihren Aufgaben. So produzieren pflanzliche Zellen über ihre Zellorganellen Chlorophyll und nähren sich von Licht und Wasser selbst. Die menschliche Zelle ist durch ihren Aufbau auf organische Nährstoffe wie Traubenzucker, Stärke, Eiweiß und Fett angewiesen.  

Die DNA ist die Erbinformation einer jeden Zelle

Autophagie – Müllabfuhr für die Zelle

Eine perfekte Zellstruktur sorgt dafür, dass wir gesund bleiben. Denn wenn Zellen aufhören, richtig zu arbeiten, werden wir krank oder altern schneller. Um diesen Prozess zu verlangsamen, haben Zellen ein eigenes Recyclingprogramm entwickelt, sozusagen ihre ganz eigene Müllabfuhr. Das nennt sich Autophagie und bedeutet „selbst essend“. Die Zelle reinigt sich selbst, indem sie schädliche Stoffwechselprodukte entfernt. Gelingt das nicht, werden unsere Zellen alt, krank und sterben. Forscher haben herausgefunden, dass diese Reinigung am effektivsten funktioniert, wenn wir fasten. Sport fördert ebenfalls die Autophagie. Allerdings gibt es auch natürliche Stoffe, wie etwa das Spermidin, die eine Autophagie in der Zelle vorantreiben.

Autophagie soll demnach verjüngend wirken, die Gesundheit erhalten und auf Dauer sogar lebensverlängernd sein. Dabei kommt es zur Verbesserung von Fett- und Zuckerstoffwechsel, einer Verbesserung des Herz-Kreislaufsystems und zur Hemmung von Entzündungsprozessen im Körper. Autophagie hilft, vor Erkrankungen wie Demenz oder gar Krebs zu schützen, macht die Haut straffer und Haare geschmeidiger.

Autophagie gegen Zellalterung

Fasten schützt zum Beispiel den Körper vor Zellalterung. Es setzt die Autophagie in Gang. Autophagie kommt aus dem Griechischen und bedeutet, wie bereits erwähnt, "selbst essend". Sobald die Zelle "hungert", also ihr keine neue Energie zugeführt wird, greift sie auf beschädigte Zellbestandteile zurück, die in der Zelle gelagert sind. Sie produziert sozusagen aus ihrem eigenen Abfall Energie. So wird die Zelle gereinigt, bleibt länger jung und frisch. Bleibt dieser Prozess aus, altert die Zelle schneller und stirbt.

Im Jahr 2016 erhielt der Japaner Yoshori Ohsumi den Medizin-Nobelpreis für seine Erklärungen zur Autophagie und ihrer tiefere Bedeutung für die menschliche Zelle und den Körper im Allgemeinen. Allerdings musste der Zellbiologe mehrere Jahrzehnte auf diese Auszeichnung warten. Denn seine Grundlagenforschung zur Autophagie in Hefepilzen stammt aus dem Jahr 1992. 

Forscher haben nun herausgefunden, dass gewisse Substanzen, wie etwa das Spermidin, die Zelle vor der Zellalterung schützen kann, indem sie diesen Autophagie-Prozess antreiben. Sie induziert ähnlich wie das "Fasten" die Entfernung von schädlichem Stoffwechselabfall aus dem Inneren der Zelle. Spermidin kommt in hoher Konzentration in Spermien vor, deshalb der Name. Allerdings gibt es bereits pflanzenbasiertes Spermidin von Longevity Labs, das aus Weizenkeimen gewonnen wird und ähnlich wie das menschliche Spermidin als Anti-Aging-Mittel wirkt. 

Um zu verstehen, wie genau Autophagie funktioniert, blicken wir in die kleinste aller Einheiten des menschlichen Körpers – die Zelle.   

Zellkern – Zentrum aller Funktionen

Steuer- und Regelzentrum unserer Zellen ist der Zellkern oder Nucleus. Hier sitzt die DNA – die Erbinformation, deren lange Fäden zu sogenannten Chromosomen aufgewickelt sind. 46 davon besitzen wir, wobei sie paarweise angeordnet sind. Sie stammen zu gleichen Teilen von unserem Vater und unserer Mutter, wobei ein Paar davon – die Geschlechtschromosomen – festlegt, ob wir männlich oder weiblich sind.

Unsere DNA enthält also die Erbinformation. Einzelne Abschnitte, die unter anderem aus Eiweiß- und Zuckermolekülen bestehen, bilden die Gene. Sie codieren unter anderem die einzelnen Merkmale unseres Äußeren wie Haut-, Haar- und Augenfarbe oder bis zu einem gewissen Grad auch die intellektuellen Fähigkeiten unseres Gehirns. In diesem genetischen Code steht aber auch geschrieben, ob wir anfällig für gewisse Krankheiten sind. In den Genen ist auch festgelegt, welche Funktion jede einzelne Zelle zu welcher Zeit auszuführen hat.

Eingebettet in einer gallertartigen Flüssigkeit wird dieser Zellkern durch eine doppelte Membran von der übrigen Zelle und ihrem Zytoplasma (Zellplasma) abgeschirmt. Allerdings können durch sogenannte Kernporen in der Zellmembran Substanzen von außen nach innen oder von innen nach außen gelangen.

Ribosomen – Reparatureinheit der Körperzelle

Außerdem liegen im Zellkern die Kernkörperchen, die Ribosomen erzeugen, die außerhalb des Zellkerns, im Zytoplasma als sogenannte Zellorganellen, ihre Aufgaben erfüllen. Diese Ribosomen liegen entweder frei im Zytoplasma oder sind an das Endoplasmatische Retikulum (ER) gebunden. Dieses besteht aus sackartig ausgestülpten Membranen, die eng mit dem Zellkern verbunden sind. Man unterscheidet zwischen dem glatten Endoplasmatischen Retikulum und dem rauen Endoplasmatischen Retikulum, das mit Ribosomen gespickt ist.

Ribosomen produzieren kleinste Eiweißbestandteile (Proteine) und sind deshalb enorm wichtig für die Erneuerung und Reparatur jeder einzelnen Körperzelle. Diese Eiweißbestandteile werden vom Golgi-Apparat, der aus zahlreichen flachen Membranen besteht, zusammengefügt. Außerdem übernimmt der Golgi-Apparat, der ebenfalls zu den Zellorganellen zählt, die wichtige Funktion, diese Proteine zu verpacken und durch die Zellmembran nach außen an ihren Bestimmungsort zu transportieren.

Fasten setzt die sogenannte Autophagie in Gang.

Zellorganellen für Produktion, Energiegewinnung und Abbau

Im Zytoplasma liegen noch weitere Zellorganellen, die alle verschiedene Aufgaben und Funktionen haben.

  • So bauen zum Beispiel Lysosomen gefährliche Substanzen ab.
  • Mitochondrien bilden die Kraftwerke der kleinsten Einheit des Organismus. Sie sind von zwei Zellmembranen umgeben und besitzen ihre eigene DNA. Ihre Funktion ist, es Energie über Enzyme der Atmungskette Energie bereit zu stellen. Körperzellen, die mehr Energie benötigen, wie etwa die Herzmuskelzellen haben deshalb viele Mitochondrien. Die Anzahl der Mitochondrien wird dem Energiebedarf der Zelle angepasst. Sie vermehren sich also, wenn mehr Energie benötigt wird.   

In jeder Sekunde sterben im menschlichen viele Millionen von ihnen ab. Diese werden im Normalfall wieder mit der gleichen Anzahl an Zellen ersetzt. Dieser Erneuerungsprozess nimmt mit den Jahren ab, der Mensch altert. Diesen Alterungsprozess aufzuhalten, ist einer der wesentlichen Themen unserer Forschung. Aber um das Alter tatsächlich hinauszuzögern, muss man die Vorgänge innerhalb der Minibausteine unseres Körpers verstehen. Damit wir jung bleiben, muss die Reinigung unserer Körperzellen funktionieren. Das bedeutet, Stoffwechselprodukte, die während der normalen Vorgänge im Inneren anfallen, müssen abtransportiert werden. Durch einen gesunden Lebensstil können wir dazu beitragen, dass unser Körper Giftstoffe erst gar nicht anhäuft. Aber wir können unseren Körper auch bei der Entgiftung unterstützen. 

Wichtiger Hinweis: In diesem Beitrag werden nur allgemeine Hinweise gegeben, er stellt keine Grundlage für eine Selbstdiagnose dar! Bitte jedenfalls einen fachkundigen Arzt zu Rate ziehen.