Zellzyklus

Mit dem Zellzyklus befassen wir uns in diesem Artikel. Dabei erklären wir euch, was man unter dem Zellzyklus versteht und aus welchen Vorgängen dieser besteht. Dieser Artikel gehört zu unserem Bereich Biologie.

Für Tiere, Menschen und Pflanzen ist es zum Überleben sehr wichtig neue Zellen zu bilden. Dieser Vorgang wird in der Biologie als Zellzyklus verstanden. Der Zellzyklus besteht im Regelfall aus Interphase und Mitose (Zellteilung). Was sich dahinter verbirgt wird gleich näher erläutert. Die folgende Auflistung zeigt schon einmal vorab den Ablauf eines Zellzyklus.

Ablauf Zellzyklus:

1. G₁-Phase
2. S-Phase
3. G₂-Phase
4. Prophase
5. Metaphase
6. Anaphase
7. Telophase

Nach dem siebten Punkt ( Telophase ) beginnt oft wieder die G₁-Phase.

Zellzyklus: Interphase

Der Zellzyklus startet mit der Interphase. Diese wird zur besseren Übersicht noch einmal unterteilt in G₁-Phase, S-Phase und G₂-Phase.

G₁-Phase / Gap Phase:

In der G₁-Phase des Zellzyklus - manchmal auf Gap-Phase genannt - wächst die Zelle sehr stark und bereitet sich auf die Zellteilung vor. Dabei findet eine Steigerung der Proteinsynthese statt; es werden Proteine erzeugt, die für den Verteilungsapparat der Chromosomen benötigt werden. Außerdem werden Histone und nicht basische Proteine zur Umschließung der DNA gebildet und es findet ein starker Anstieg der RNA-Synthese statt. Die Zentriolen teilen sich.

Der Zellkern ist zu erkennen und jedes Chromosom besteht aus einem Chromatid. Vor allem aber ist dies die Phase, in der die Zelle ihr typisches Kern-Plasma-Verhältnis erreicht und ihre spezifische Funktion ausübt, bis ein bestimmtes Kern-Plasma-Verhältnis überschritten ist. Die G₁-Phase dauert in der Regel mehrere Stunden ( 1 bis 12 Stunden ). Da keine Synthese von DNA erfolgt, wird diese Phase auch als Gap-Phase ( englisch gap: Lücke, Pause ) bezeichnet.

S-Phase / Synthese Phase:

In der S-Phase / Synthese-Phase des Zellzyklus findet eine "Replikation" der DNA statt. Dies bedeutet, dass am Ende des Prozesses das genetische Material der Zelle verdoppelt wurde. Jedes Chromosom verfügt nun über zwei identisch aufgebaute Untereinheiten ( Chromatiden ). Während der nächsten Mitose werden sich diese beiden trennen und auf die Tochterzellen verteilen. Die S-Phase dauert etwa 7-8 Stunden.

G2-Phase:

Die G2-Phase stellt den Übergang zur Mitose dar; alle Voraussetzungen für die Kernteilung sind nun vorhanden. Die Übergänge in die einzelnen Phasen werden von speziellen Proteinen gesteuert. In Geweben lösen sich die Zellkontakte zu den Nachbarzellen, die Zelle rundet sich ab und vergrößert sich durch Flüssigkeitsaufnahme. Es werden verstärkt RNA-Moleküle und zellteilungsspezifische Proteine synthetisiert, um die nachfolgende Mitose vorzubereiten. Die G₂-Phase dauert in etwa vier Stunden. Damit ist die Interphase des Zellzyklus abgeschlossen.

Zellzyklus: Mitose

Im Zellzyklus folgt nach der Interphase die Mitose. Prinzipiell kann man dazu sagen: Einzeller vermehren sich, in dem sich eine Zelle in zwei Tochterzellen teilt. Diese Tochterzellen wachsen im Anschluss auf die Größe der Ausgangszelle. Dabei entstehen zwei Tochterzellen, die genetisch mit der Originalzelle identisch sind. Den Teilungsvorgang ( Kernteilung ) bezeichnet man in der Biologie bzw. in der Genetik als Mitose.

Der Chromosomensatz einer jeden Tochterzelle entspricht dem der Mutterzelle; aus diesem Grund sind die Tochterzellen genetisch identisch. Dies setzt voraus, dass während der Mitose eine Chromosomenhälfte und nicht ganze Chromosomen auf die nachfolgenden Zellen übergehen. Wie lange eine Mitose dauert, hängt vom Lebewesen und dem Zelltyp ab. In der Regel dauert die Mitose jedoch einige Stunden.

Im Bereich der Mitose fallen oftmals zwei weitere Begriffe, die jedoch nicht direkt zur Mitose dazu gehören und aus diesem Grund hier nur am Rande erwähnt werden: Cytokinese und Zellzyklus. Bei der Cytokinese wird das Cytoplasma geteilt. Unter einem Zellzyklus versteht man hingegen den Prozess vom Abschluss einer Mitose mit Bildung der Tochterzellen bis zum Ende einer folgenden Mitose.

Zellzyklus: Ablauf der Mitose

Der Ablauf der Mitose findet in verschiedenen Schritten statt, mit denen wir uns in diesem Abschnitt beschäftigen möchten. In der Regel unterscheidet man bei der Mitose die folgenden Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Prophase:

Die Prophase stellt die erste Phase der Mitose dar und kann je nach Lebewesen und Zelltyp bis zu fünf Stunden in Anspruch nehmen. In der Prophase ziehen sich die Chromosomen stark zusammen. Dabei kondensieren sie und werden durch diesen Vorgang unter dem Lichtmikroskop sichtbar. Jedes Chromosom besteht vor der Teilung aus zwei identischen Strängen ( Chromatiden genannt ), die sich größtenteils voneinander trennen und nur noch durch einen so genannten Centromer zusammengehalten werden.

Nun beginnt die Ausbildung der Mitosespindel - manchmal auch Kernteilungsspindel genannt, die Spindelpole rücken auseinander und die Kernhülle und die Kernkörperchen zerfallen. Die Spindelfasern heften sich nun an die Zentromere der Chromatiden. Die Chromosomen liegen am Ende der Prophase frei.

Metaphase:

Die Chromosomen haben sich in einer Ebene angeordnet ( Äquatorialebene ) und die Schwesterchromatiden weisen zu den entgegengesetzten Spindelpolen. In der Metaphase ist es möglich, die verschiedenen Chromosomen nach Form und Größe zu unterscheiden. Die Spindelfasern heften sich von beiden Seiten an das Centrometer.

Anaphase:

Die Chromatiden werden durch Verkürzung der Spindelfasern und die Unterstützung von Stemmfasern zunächst völlig voneinander getrennt und anschließend zu den beiden entgegengesetzten Polen gezogen. Hierdurch erhält jeder Pol einen gleichartigen Chromatidensatz. Die Dauer der Anaphase variiert stark von 2 bis 20 Minuten.

Telophase:

In der Telophase entschrauben sich die Chromatiden und entfalten sich. Sie gehen dadurch in die Arbeitsform über. Kernkörperchen und Kernmembran bilden sich neu. Nach der Zellteilung hat jede Tochterzelle die gleiche Anzahl von Chromosomen wie die Ausgangszelle.

Nach Ablauf der Mitose folgt die Cytokinese, bei der die Teilung des Cytoplasmas erfolgt. Aus einer Mutterzelle sind zwei Tochterzellen entstanden. Damit ist der Zellzyklus komplett.

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