Genetik

Zellzyklus

Der Zellzyklus beschreibt den Ablauf für die Bildung neuer Zellen. In diesem Beitrag erklären wir dir, aus welchen Phasen er besteht und wie er abläuft.%Du willst den Zellzyklus in Kurzform verstehen? Dann schau dir gerne unser zugehöriges Video an!

Inhaltsübersicht

Zellzyklus einfach erklärt

Im Körper von Menschen und Tieren (= Eukaryoten ) werden quasi durchgängig neue Zellen gebildet. Immer wenn dein Köper wächst oder du dich von Verletzungen erholst, findet eine Zellteilung statt.

Der Vorgang von einer Zellteilung zur nächsten wird als Zellzyklus bezeichnet. Wie der Name bereits sagt, handelt es sich dabei um einen Kreislauf. Der Zellzyklus besteht aus zwei großen Phasen – der Interphase und der M-Phase.

Beide Phasen kannst du noch weiter unterteilen. Bei der Interphase vergrößert sich die Zelle und bereitet sich auf die Zellteilung vor. In der M-Phase teilen sich zuerst die Zellkerne durch Mitose und danach die ganze Zelle durch Cytokinese.

Zellzyklus Phasen

Wenn sich eine Zelle teilt, durchläuft sie den Zellzyklus. Zu ihm gehören die Interphase und die M-Phase. Die Interphase besteht aus weiteren Phasen namens G1-Phase, bei Bedarf einer G0-Phase, S-Phase und G2-Phase. Sie bezeichnet den Zeitraum zwischen zwei Zellteilungen.

Die M-Phase beschreibt die Teilung der Zelle. Sie setzt sich aus der Kernteilung (= Mitose ) und der darauffolgenden Teilung der gesamten Zelle (= Cytokinese%Verweis) zusammen. Du solltest dir merken, dass es sich bei der Kernteilung im Zellzyklus um eine Mitose und nicht eine Meiose handelt. Das liegt daran, dass die Mitose zyklisch verläuft und nach ihrem Ende zwei Zellen mit doppeltem (diploiden) Chromosomensatz und genetisch identischen Informationen entstehen. Die Meiose verläuft dagegen nicht zyklisch und es entstehen Tochterzellen mit einem einfachen (haploiden) Chromosomensatz, deren Informationen nicht genetisch identisch sind.

Bei einem Menschen wird der Zellzyklus häufig in ca. 24 Stunden durchlaufen. Die Länge kann aber je nach Art der Zellen und Gewebe sehr stark variieren.%<img class="image-inline" title="22-Cell-cycle.gif" src="https://www2.le.ac.uk/projects/vgec/diagrams/22-Cell-cycle.gif" alt="22-Cell-cycle.gif" width="279" height="234" /> Beschreibung: Zellzyklus, Alt text: Zellzyklus, Interphase, M-Phase, G1-Phase, G0-Phase, G2-Phase, S-Phase, Mitose, Cytokinese; Kommentar: Wir haben so ein ähnliches Bil schon im Artikel von Mitose. Bitte für dieses Bild hier noch die Cytokinese ergänzen und die Mitose und Cytokinese als M-Phase markieren. Bitte auch die Zellen mit den Chromosomen ergänzen (etwas größer machen als im Beispielbild und in unserem Stil machen). Es sollte deutlich werden, dass sich die Zellen erst vollständig nach der Cytokinese Teilen und nicht schon nach der Mitose. Bitte auch nicht nur S, G1, ... schreiben sondern immer S-Phase etc. . Die beschreibungen der einzelnen Phasen müssen nicht rein,

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Zellzyklus
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Interphase

Die Interphase kannst du dir als den Zeitraum zwischen zwei Zellteilungen (M-Phasen) vorstellen. Sie setzt sich aus 3 Hauptphasen und einer optionalen Ruhephase zusammen. Bei ihr vergrößert sich die Zelle und bildet weitere Zellbestandteile aus, um sich auf die Zellteilungen vorzubereiten.

Die drei Hauptphasen sind die G1-Phase, S-Phase und G2-Phase. Wenn sich die Zellen für einen gewissen Zeitraum nicht mehr weiter vermehren sollen, können sie während der G1-Phase in der G0-Phase ruhen.

G1-Phase

Die Interphase startet mit der G1-Phase, auch Gap-Phase genannt. Sie schließt sich direkt an die vorige Cytokinese an.

Bei ihr bereitet sich die Zelle auf die Zellteilung vor und wächst stark an. Zellorganellen und Zellplasma werden durch eine verstärkte Proteinbiosynthese gebildet. Daneben entstehen auch große Mengen an RNA und die Vorstufen der DNA namens Nukleosidtriphosphate. Die Chromosomen bestehen hier nur aus einem Chromatid (= 1-Chromatid-Chromosom). Du solltest dir jedoch merken, dass die Chromosomen hier noch nicht in ihrer klassischen Form, sondern entspiralisiert vorliegen.

Zellen wechseln von der G1-Phase in die G0-Phase, wenn sie sich nicht mehr weiter vermehren sollen oder können. Bei Zellen wie Nervenzellen, die sich nie wieder teilen sollen, dauert die G0-Phase für immer an. Andere Zellen können jedoch auch nur für eine gewisse Zeit in der G0-Phase ruhen und bei Bedarf wieder in die G1-Phase zurückgehen. So ein Bedarf ist beispielsweise dann erfüllt, wenn Zellen zerstört wurden, etwa bei Verletzungen.

S-Phase

In der S-Phase, kurz für Synthese-Phase, findet eine DNA-Replikation statt. Das bedeutet, dass die Zelle ihr genetisches Material (DNA) im Zellkern verdoppelt. Aus den Ein-Chromatid-Chromosomen entstehen nun 2-Chromatid-Chromosomen. Die 2-Chromatid-Chromosomen liegen hier immer noch entspiralisiert vor.

Daneben bildet die Zelle sogenannte Histon-Proteine, die aus dem Zellplasma in den Zellkern gelangen. Darunter kannst du dir Proteine vorstellen, um die sich die DNA später wickeln kann.

Bildung der Nukleosome, DNA, Chromosom Aufbau, Histon, Nukleosom
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Zusammensetzen von Histonen zu Nukleosomen und Aufwicklung der DNA zu Chromosomen

Wenn jedes Chromosom aus zwei Chromatiden besteht, endet die S-Phase.

G2-Phase

In der G2-Phase bereitet sich die Zelle für die Mitose vor. Sie wächst durch Flüssigkeitsaufnahme stark an und es werden Mitoseproteine gebildet. Daneben synthetisiert die Zelle RNA und löst, wenn vorhanden, seine Kontakte zu anderen Zellen.

Jetzt ist die Zelle bereit für die Teilung.

M-Phase

Die M-Phase besteht aus der Kernteilung (Mitose) und der Zellteilung (Cytokinese). Aus einer Zelle mit zwei Chromosomensätzen (= diploid) entstehen nun zwei diploide Tochterzellen. Die entstandenen Zellen sind dann genetisch identisch.

Die Mitose setzt sich aus folgenden Phasen zusammen:

  • Prophase
  • Prometaphase
  • Metaphase
  • Anaphase
  • Telophase
Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase, Mitose Phasen, Mitose Ablauf
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Ablauf der Mitose

In der Prophase spiralisieren sich die Chromosomen zu ihrer typischen Form. Du kannst sie dann sehr gut in einem Mikroskop betrachten.

Mit der Prometaphase schließt sich an die Prophase noch ein Zwischenschritt an. Hier lösen sich Kernhülle und Nucleolus auf und der Spindelapparat bildet sich aus.

In der Metaphase ordnen sich die Chromosomen in der Mitte der Zelle, der sogenannten Äquatorialebene, an. Die Spindelfasern setzen sich dabei an die Centromere.

Während der Anaphase verkürzen sich die Spindelfasern und ziehen je ein Chromatid auf eine Seite.

Mit der Telophase bildet sich um die Chromosomensätze dann eine neue Kernhülle aus.

Da nach der Telophase lediglich eine Zelle mit zwei Kernhüllen vorliegen würde, muss die gesamte Zelle noch getrennt werden. Das gelingt während der Cytokinese durch eine Trennung des Cytoplasmas. Dadurch entstehen aus der Mutterzelle zwei identische Tochterzellen. In den Tochterzellen liegt dann jeweils wieder ein diploider Chromosomensatz aus  1-Chromatid-Chromsomen vor. Die 1-Chromatid-Chromosomen können sich in der darauffolgenden Interphase wieder verdoppeln.

Cytokinese, Zellzyklus, Zellteilung, Mitose
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Cytokinese (Zellteilung)

Wenn du noch mehr Details zum Ablauf und der Bedeutung der Mitose erfahren willst, dann schau dir gerne unser Video dazu an!%Thumbnail Mitose

Zellzyklus Regulation

Der Körper kann den Zellzyklus durch innere und äußere Faktoren regulieren. Die inneren Faktoren sorgen dafür, dass die einzelnen Phasen ordnungsgemäß ablaufen. Durch äußere Faktoren sorgt der Körper unter anderem dafür, dass die Zellen nicht zu stark anwachsen.

Innere Faktoren

Die inneren Faktoren machen insbesondere sogenannte Kontrollpunkte aus. Die Kontrollpunkte sind Mechanismen innerhalb der Zelle. Sie sorgen dafür, dass der nächste Schritt im Zellzyklus erst startet, wenn der vorige abgeschlossen wurde. An der Kontrolle sind unter anderem Proteinkomplexe namens Cyclin-CDK beteiligt.

Wenn ein Fehler am Kontrollpunkt wie zum Beispiel ein DNA-Schaden bemerkt wird, kann die Zelle den Zellzyklus unterbrechen oder den programmierten Zelltod (Apoptose ) einleiten.

Äußere Faktoren

Äußere Faktoren, die den Zellzyklus regulieren können, ist unter anderem die Zellgröße. Wenn die Zellen relativ groß geworden sind und dicht aneinanderliegen, signalisiert die Zelle, dass sie sich nicht mehr weiter teilen sollen. Die Zellen gehen ab dann in die G0-Phase über.

Daneben kann ein hohes Nährstoffangebot der Zelle signalisieren, dass sie sich nicht mehr weiter teilen soll.

Zusammenfassung Zellzyklus

  • Der Zellzyklus beschreibt den Vorgang von einer bis zur nächsten Zellteilung
  • Er setzt sich aus der Interphase und der M-Phase zusammen
  • Die Interphase besteht aus G1-Phase, S-Phase, G2-Phase und optional G0-Phase und bereitet die Zelle auf die Teilung vor
  • Die M-Phase setzt sich aus Mitose (Kernteilung) und Cytokinese (Zellteilung) zusammen
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