Zelldifferenzierung: Gewebe- und Organbildung
Fast alle Zellen spezialisieren sich im Verlauf ihres Lebens. Die Zellen erreichen dies durch das gezielte Ein- und Ausschalten von Genen, die so genannte Kontrolle der Genexpression.  Bei dieser Spezialisierung werden viele Gene, die von einer bestimmten Zelle für ihr Überleben nicht gebraucht werden, inaktiviert. Die Gene, die die Zelle aber öfters benötigt, die also oft aktiv sind, werden von Proteinen, man bezeichnet sie als Transkriptionsfaktoren, "kontrolliert". Wird nun ein Protein/Enzym gebraucht, machen sich diese Transkriptionsfaktoren an die Arbeit, das entsprechende Gen zu aktivieren, indem sie sich an bestimmten Stellen, sog. Kontrollregionen, an die DNA binden und so das Gen "anschalten".
Zelldifferenzierung bedeutet, dass sich ursprünglich gleichartige Zellen zu Zellen mit unterschiedlicher Funktion und verschiedenem Bau entwickeln.
Obwohl sich alle Körper-Zellen eines Organismus durch erbgleiche Zellteilung (Mitose) aus einer befruchteten Eizelle (Zygote) entwickelt haben, sind sie am Ende der Differenzierung so spezialisiert, dass sie sowohl im Bau (Zellform, Organellenausstattung, Kompartimente), als auch in ihrer chemischen Ausstattung kaum noch Ähnlichkeit haben. 
mögliche Ursachen der Zelldifferenzierung:
- Schon bei den ersten Zellteilungen werden Signalstoffe im Zellplasma unterschiedlich auf die Tochterzellen verteilt; dies bewirkt, dass in den Zelllinien unterschiedliche Gene in zeitlich sinnvoller Reihenfolge "an- und abgeschaltet" werden. àDifferenzielle Genaktivität 

- Durch Hormone u. ä. Signalstoffe wird eine Zelldifferenzierung gestartet àDifferenzielle Genaktivität oder  Steuerung der Enzymaktivität  
z.B. SexualhormoneàPubertät.., InterleukineàDifferenzierung von B-Lymphozyten zu Plasmazellen; Puff-Muster an Riesenchromosomen während der Insektenmetamorphose..

- Kontakte mit Nachbarzellen üben eine gegenseitige Induktionswirkung aus 
    z.B. Teilungshemmung bei Hautzellen, Einstülpung der Augenlinsen..

Eine spezialisierte Zelle verfügt also über die gesamte genetische Information, verwendet sie aber nur zum kleinen Teil. Einzeller, embryonale Zellen oder Stammzellen sind omnipotent (totipotent) d.h. sie können das gesamte genetische Programm realisieren. Je nach Umweltbedingung können sie sich zu Spezialzellen differenzieren (z.B. Blutzellen im Knochenmark oder Wurzelzellen bei Stecklingen) oder sogar ein komplettes Lebewesen regenerieren (Klonierung)
Pflanzenzellen: Siehe Lehrbuch Tierzellen: Siehe Lehrbuch

Zelle: Kleinste Lebenseinheit mit allen Kennzeichen des Lebendigen.
Stoffwechsel (Ernährung, Atmung), Wachstum und Fortpflanzung, Reizbarkeit, Bewegung, (Tod, Alterung)
Eine Spezialisierung und Arbeitsteilung durch Zelldifferenzierung erfolgt in zwei Richtungen:
- Durch Differenzierung des Zellinneren: Kompartimentierung (Abgrenzung von Reaktionsräumen) und Bildung bestimmter Organellen (= Funktionseinheiten innerhalb der Zelle)  z.B. Mitochondrien, Dictyosomen..
- Durch Zusammenschluss spezialisierter Zellen: 
Gewebe: Verband gleichartiger Zellen mit gleicher Funktion. 
Die Zellen zeichnen sich durch eine typische Form und typische Ausstattung mit Organellen aus. z.B. Drüsengewebe mit Dictyosomen, Vesikel, ER.., Muskelgewebe: Mitochondrien, Fibrillen..
Organ: Verband mehrerer verschiedener Gewebe zur Erfüllung einer bestimmten Funktion.
z.B. Blatt aus Deckgewebe, Palisadengewebe, Stützgewebe.. oder: Haut aus Deckgewebe, Bindegewebe, Nervengewebe, Fettgewebe, Blut als flüssiges Gewebe...
Organismus: arttypisches Lebewesen als Gesamtheit der
Gewebe und Organsysteme.
(Population: Verband von Lebewesen der gleichen Art im gleichen Raum zur gleichen Zeit)

In der Evolution hat sich diese Spezialisierung vom Einzeller bis zum vielzelligen Organismus ebenfalls abgespielt und lässt sich an heute noch existierenden Lebensformen belegen. siehe Lehrbuch!
Pflanzen:
- Einzellige grüne Algen àtotipotente, potentiell unsterbliche Zellen, deren "Mutter"zelle durch Zellteilung in zwei "Tochter"zellen weiterlebt.
- Zellkolonie: Verband gleichartiger Einzeller, die auch getrennt überleben können.
- Vielzeller: z.B. Volvox (Kugelalge) als Übergang von der Zellkolonie zum Vielzeller:  ca. 10000 Zellen zu einer Hohlkugel vereint; mit Plasmabrücken zwischen den Zellen; gemeinsamer Geißelschlag, lichtempfindliche Spezialzellen "vorn" und Fortpflanzungszellen "hinten"; Tochterkugeln, die nach innen abgeschieden werden, können nur freigesetzt werden, wenn die Mutterkugel stirbt à Alterstod als Folge der Arbeitsteilung!
Tiere:
- Einzellige Tiere: z-B. Pantoffeltierchen, Amöben àwie bei Pflanzen - nur ohne Chloroplasten.
- Zellverband: Schwämme: Zellverbände ohne Gewebe und Organe; zweischichtige Körperwand aus wenig spezialisierten Zellen (Geißelzellen, Deckzellen) ; kann sich aus Teilen regenerieren. Keine Sinneszellen, Muskelzellen.
- Vielzeller: Hohltiere: z.B. Polyp, Quallen, Korallentiere: Spezialisierte Zellen, aber noch keine echten Gewebe /Organe, da in der zweischichtigen Körperwand noch mehrere Zelltypen  gemischt nebeneinander liegen. (Nesselzellen, Hautmuskelzellen, Sinneszellen..). Ansätze zu Gewebe: Nervennetze. Kann sich noch durch vegetative "Knospen" vermehren.
Biol. Funktion der Differenzierung: Arbeitsteilung und Spezialisierung der Zellen eines Organismus ermöglichen eine bessere Anpassung z.B. bessere Schutzreaktionen durch Abwehrzellen (Fresszellen, giftige Nesselzellen...)
                                     bessere Nahrungssuche durch Sinneszellen
                                     bessere Mobilität durch Muskelzellen usw.
Nachteile:
 -höherer Energiebedarf, größere Störanfälligkeit durch Arbeitsteilung
 -Verlust der unbegrenzten Teilungsfähigkeit bzw. Regenerationsfähigkeit (àBedeutung embryonaler und adulter Stammzellen)
- Verlust der potentiellen Unsterblichkeit der Einzeller (à "Leiche")
Aufgabe:
Insektenhormone steuern die Entwicklung von Insektenlarven d.h. die Differenzierung bestimmter Gewebe. So ist z.B. das Hormon Ecdyson für die Verpuppung verantwortlich. Wirkt gleichzeitig mit dem Ecdyson das Juvenilhormon, dann kommt es nur zu einer Häutung der Larve. (siehe Material 1)
Den Beweis, dass Hormone die Anschaltung bestimmter Gene bewirken können, liefern die Riesenchromosomen in den Speicheldrüsen von Fliegenlarven: Nach Hormonzugabe entspiralisieren sich bestimmte DNA-Abschnitte zu "Puffs" d.h. dort werden Gene zur Transkription d.h. zur Produktion von mRNA vorbereitet. (siehe Material 2 +3)
In einem Experiment wurden Speicheldrüsenzellen mit Ecdyson behandelt und anschließend wurde aus deren Zellextrakt mRNA (isoliert. (Material 4)
1) Beschreiben Sie die Entwicklung eines Schmetterlings (Material 1)
2) Wiederholen Sie, wie Riesenchromosomen entstehen.
3) Fassen Sie kurz die Hormonwirkungen während der Entwicklung des Insekts zusammen (Material 1+2+3)
4) Deuten Sie mit Material 3 +4 die Ergebnisse des Experiments.
3) Welche Komponenten müssen in den Reagenzgläsern enthalten sein?


Entwicklung vom Ei zum Schmetterling


Riesenchromosomen mit Puffs


Die Umwandlung von Dopa in Dopamin bei Anwesenheit des Enzyms E2
Lösungsvorschlag:

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