Genetik
Zellzyklus
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Was ist eigentlich der Zellzyklus? Welche Zellzyklus Phasen gibt es und wie laufen sie ab? All das erfährst du in unserem Beitrag und in dem dazugehörigen Video !

Zellzyklus einfach erklärt

Der Zellzyklus beschreibt den gesamten Ablauf der Zellteilung, also alle Schritte zwischen dem Start einer Zellteilung und dem Start der nächsten Zellteilung. Er umfasst zwei Phasen: die Interphase und die M-Phase (Mitose und Cytokinese). Aus einer Zelle entstehen dabei zwei neue, genetisch identische Zellen.

Das funktioniert so: In der M-Phase werden zuerst die Kerne geteilt (Mitose) und später auch die gesamten Zellen (Cytokinese). Damit die entstandenen Zellen aber selbst teilungsfähig werden, müssen sie anschließend die Interphase durchlaufen. Denn dabei bildet die Zelle fehlende Bestandteile aus, verdoppelt die Chromosomen und wächst auf die Größe der ursprünglichen Mutterzelle heran.

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Ablauf des Zellzyklus

In deinem Körper werden fast durchgängig neue Zellen gebildet. Immer wenn dein Körper wächst, deine Zellen ihr Lebensende erreichen oder du dich von Verletzungen erholst, finden Zellteilungen statt.

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) zusammen.

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Zellzyklus

Merke: Die Kernteilung, die beim Zellzyklus stattfindet, ist eine Mitose und keine Meiose . Wenn du noch nicht weißt, was der Unterschied zwischen den beiden Kernteilungen ist, schau dir unser Video dazu an!

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.

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.

G0-Phase

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.

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Bildung der Nukleosome und Chromosome

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, also bildet, die Zelle RNA und löst vorhandene 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 jetzt zwei diploide Tochterzellen. Die entstandenen Zellen sind dann genetisch identisch.

Mitose

Die Mitose setzt sich aus folgenden Phasen zusammen:

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

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

Mit der Prometaphase schließt sich an die Prophase noch ein Zwischenschritt an. Hier löst sich die Kernhülle 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 des Spindelapparats (Spindelpol).

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

Cytokinese

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.

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Cytokinese (Zellteilung)

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.

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, sind unter anderem die Zellgröße oder auch das Nährstoffangebot.

Wenn die Zellen beispielsweise relativ groß geworden sind, liegen sie dicht aneinander. Das signalisiert der Zelle, dass nur noch wenig Platz übrig ist und die Zellen sich nicht mehr weiter teilen sollen.

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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