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Basiswissen
Inhaltsverzeichnis

Zellzyklus

Der Zellzyklus

Der Zellzyklus ist ein hochregulierter Prozess, durch den eine Zelle wächst, sich teilt und schließlich zwei identische Tochterzellen hervorbringt. Dieser Zyklus ist entscheidend für das normale Wachstum, die Entwicklung und die Aufrechterhaltung von Geweben und Organen im Organismus. Der Zellzyklus kann in verschiedene Phasen unterteilt werden:
  1. Interphase:
    In der G1-Phase (Gap 1) wächtst die Zelle und synthetisiert essenzielle Proteine sowie Moleküle, die für ihre normale Funktion erforderlich sind. In der nachfolgenden S-Phase (Synthesephase) erfolgt die entscheidende DNA-Replikation, bei der die genetische Information verdoppelt wird. Die Zelle bereitet sich dann in der G2-Phase (Gap 2) intensiv auf die bevorstehende Zellteilung vor, indem sie zusätzliche Proteine und Organellen produziert.
    In der G0-Phase, auch als Ruhephase bezeichnet, geht der Zellen eine temporäre oder dauerhafte Ruheperiode ein und nimmt nicht aktiv am Zellteilungsprozess teil.
    Es ist außerdem wichtig zu beachten, dass alle Vorgänge. außer der Mitose und Zytokinese, als Interphase bezeichnet werden.
  2. Mitose (M-Phase):
    Die Mitose ist die Zellteilung, bei der eine Mutterzelle in zwei genetisch identische Tochterzellen aufgeteilt wird. In den Phasen Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase werden die Chromosomen kopiert, getrennt und die Zellkerne neu gebildet. Das Ergebnis sind zwei identische Zellen.
  3. Zytokinese:
    Hier erfolgt die endgültige Aufteilung der Zelle in zwei Tochterzellen. Bei tierischen Zellen bildet sich eine Einschnürung, während bei pflanzlichen Zellen eine Zellwand in der Mitte entsteht.
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Abb. 1: Ablauf des Zellzyklus
Nach der Zellteilung kehrt die Zelle in die Interphase zurück, und der Zyklus beginnt von neuem. Die Regulation des Zellzyklus erfolgt durch verschiedene Proteine, darunter Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs), die sicherstellen, dass die Zelle nur dann in die nächste Phase übergeht, wenn alle erforderlichen Bedingungen erfüllt sind.

Die Mitose

Die Mitose ist der Prozess der Zellteilung, durch den eine eukaryotische Zelle in zwei genetisch identische Tochterzellen aufgeteilt wird. Dieser Vorgang ist entscheidend für das Wachstum, die Entwicklung, die Reparatur und den Ersatz von Zellen im Organismus. Bevor die Mitose beginnt, verbringt die Zelle den Großteil ihrer Zeit in der Interphase, die ihrerseits in drei Abschnitte unterteilt ist: die G1-Phase (Wachstumsphase), die S-Phase (DNA-Replikation) und die G2-Phase (Vorbereitung auf die Mitose).
Daraufhin beginnt die Mitose, welche mehrere Phasen umfasst:
  1. Prophase:
    In der Prophase verdichten sich die Chromosomen, die zuvor in der Interphase repliziert wurden. Jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden, die durch ein Zentromer miteinander verbunden sind. Die Kernhülle löst sich auf, und die Mitosespindel beginnt sich zu bilden.
  2. Metaphase:
    Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an, die Mitosespindel fasert sich weiter aus und verbindet sich mit den Zentromeren der Chromosomen.
  3. Anaphase:
    Die Schwesterchromatiden werden voneinander getrennt und zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle gezogen. Jedes Chromatid wird nun als eigenständiges Chromosom betrachtet.
  4. Telophase:
    Die Chromosomen erreichen die Pole der Zelle, und es bildet sich eine neue Kernhülle um jeden Chromosomensatz. Die Zelle beginnt sich zu teilen, und es entstehen zwei Tochterzellen.
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Abb. 2: Ablauf der Mitose
Als letztes folgt die Zytokinese, welche den abschließenden Teil der Zellteilung bezeichnet, bei dem das Zytoplasma und die Organellen gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt werden. Bei tierischen Zellen erfolgt dies durch Einkerbung der Zellmembran, während bei pflanzlichen Zellen eine Zellwand zwischen den Tochterzellen entsteht.

Die Meiose

Die Meiose ist ein zellulärer Prozess, der nur bei der Bildung von Keimzellen eine entscheidende Rolle spielt. Bei diesem Prozess wird die Chromosomenzahl halbiert (reduziert) und somit die Bildung von Ei- und Samenzellen ermöglicht.
Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungen, bekannt als Meiose I und Meiose II.

Meiose I:

  1. Prophase I:
    Die Chromosomen kondensieren, und homologe Chromosomenpaare (vom Vater und der Mutter geerbt) ordnen sich aneinander an. In diesem Stadium findet das Crossing-over statt, bei dem genetisches Material zwischen den homologen Chromosomen ausgetauscht wird.
  2. Metaphase I:
    Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich in der Äquatorialebene an.
  3. Anaphase I:
    Die homologen Chromosomen werden voneinander getrennt und zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle gezogen.
  4. Telophase I und Zytokinese:
    Es bildet sich eine neue Kernhülle um die Chromosomensätze herum, und die Zelle teilt sich durch Zytokinese. Es entstehen zwei Tochterzellen, die jedoch noch jeweils doppelte Chromatidenkomplexe pro Chromosom enthalten.
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Abb. 3: Ablauf der Meiose I

Meiose II:

  1. Prophase II:
    Die Chromosomen kondensieren erneut, und die Kernhülle löst sich auf.
  2. Metaphase II:
    Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.
  3. Anaphase II:
    Die Schwesterchromatiden werden voneinander getrennt und zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle gezogen.
  4. Telophase II und Zytokinese:
    Es bildet sich erneut eine neue Kernhülle um die Chromosomensätze, und die Zelle teilt sich erneut durch Zytokinese. Am Ende der Meiose II entstehen vier haploide Tochterzellen, jede mit einem einfachen Chromatidenkomplex pro Chromosom.
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Abb. 4: Ablauf der Meiose II