Biologie 6 /Zellen und Zellzyklus

Bei der Vermehrung von Zellen wechseln sich Zellwachstum (kontinuierlich)und Zellteilung (diskontinuierlich) ab.

Den Ablauf der Zellteilung kann man als einen wiederkehrenden zyklischen Prozess betrachten -> Zellzyklus

1. G1-Phase: (Gap 1= Lücke): Zellwachstum und Vorbereiten der Chromosomen für die Replikation

2. S-Phase: DNA- Synthese zur Verdoppelung des Genoms

3. G2-Phase: Zellwachstum und Synthese von proteinen für Miitose.

4. M-Phase: Mitose

In den Chromosomen ist der DNA-Doppelstrang um Proteine, den so genannten Histonen gewickelt. Die so entstandene Kette ist wiederrum in sich selbst verdreht und ist zu dem für Chromosome typische x-förmige Packet zusammengewickelt. Folglich ist eine hohe Verpackungsdichte der DNA erreich:

Der zuvor etwa 5cm lange DNS-Strang ist somit auf eine Länge von weniger als 5*10^-4  cm verkürzt.

Die M-Phase(Mitose) dauert nur etwa eine Stunde!

Mitose (M) = Kernteilung. Nur während der Mitose sind die Chromosomen sichtbar.Damit eine Aufteilung erfolgen kann, werden die Chromosomen durch Kondensation stark verkürzt.

Mitosestadien:

Prophase: 

• Kondensation der Chromosomen
• Aufbau der Mitosespinder
• noch haben die Spindelmikrottubuli keinen Zugang zu den kondensierten Chromosomen, da die Kernhülle noch intakt ist

Promethaphase:

• Auflösung der Kernhülle
• Anheftung der Chromosomen an die Mitosespindel

Metaphase:

• Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an
• Die Chromosomen sind deutlich in ihre beiden Chromatiden gespalten, welche jedoch immer noch durch das Centromerr zusammengehalten werden
• Die Spindelfaser des Spindelappaates nehmen mit den Chromosomen Kontakt auf. Am Schluss ist jedes Chromosom mit einer Faser des einen und des anderen Spindelpols verbunden

Anaphase:

• Durch Zertrennung des Centromers weden die Chromosomen geteilt(zerfällt in die beiden Chrromatiden)
• Die jeweiligen Chromatiden rücken auseinander. Die Chromatiden werden durch die Spindelfasern je an einen Spindelpol gezogen.

Telophase:

• Rückbildung des Spindelapparates
• Umwandlung der Chomatiden in Chromatinfäden, es entsteht in beiden Zellpolen ein chromatingerüst.
• Es bildet sich ein Kern um jedes Chromatingerüst.
• Durch die Neubildung von Zellmembranen teilt sich die Zelle in der Region der Äquatorrialebene.

Überblick: siehe Bild

Zytokinese einer tierischen Zelle:

Im Bereich der Furche liegt ein kontraktiler Ring aus Mikrofilamenten (Aktin- Myosin-Ring) welcher sich zusammenzieht, bis die Furche so gross ist, dass die Zellen voneinander abgeschnürt haben. siehe Bild links

Zytokinese einer pflanzlichen Zelle:

Es gibt keine Teilungsfurche, dafür wird im Innern eine Zellplatte aus Zellwandmaterial (vereinigte Vesikel die vom Golgi- Apparat stammen) gebildet, welche das Zellplasma für die zwei Tochterrzellen trennt. Später wird daraus dann eine neue Zellwand gebaut und so werden die Tochterzellen endgültig getrennt. siehe Bild rechts

Das Zellzykluskontrollsystem ist notwendig:

• Um zu gewährleisten, dass alle Prozesse in der richtigen Reihenfolge ablaufen und die externen (z.B. Nährstoffe oder Wachstumsfaktoren fehlen) und internen (DNA verdoppelte, Grösse verdoppelt) Bedingungen für die Teilung erfüllt sind.
• Fehler im Kontrollsytem des Zellzyklus (Mutationen) führen häufig zu Tumoren!!

Kontrolle wird durch spezifische Proteine, wie Zykline und Zyklinabhängige Kinasen (Cdk's) und Wachstumsfaktoren reguliert.

Kontrollpunkte werden als "Checkpoints" bezeichnet.

Checkpoints:

1.  M-G1-Phase: Chromosomen komplett getrennt?
2. G1-S-Phase: Zellgrösse? Umweltbedingungen in Ordnung? DNA beschädigt?
3. S-G2-Phase: Übergang
4. G2-M-Phase: Zellgrösse? DNA repliziert?

Bei der Keimzellbildung kommt es in der Meiose zu einer Reduktion der Chromosomensätze.
Die Meiose besteht aus einer Reduktionsteilung (Meiose I) und einer anschließenden Mitose (Meiose II). 

 In der Meiose wird der diploide Chromosomensatz zum haploiden Status reduziert, um Verdoppelung des Chromosomensatzes bei der Befruchtung zu kompensieren. Die Meiose setzt sich aus zwei Zellteilungen  zusammen (Meiose I +II). Es entstehen 4 Tochterzellen, von denen jede den halben Chromosomensatz der  Ursprungszelle enthält.

Meiose I:

Prophase I:
• Chromosomen verdichten sich.
• Die homologen Chromosomen (jede besteht aus 2 Schwesterchromatiden)
paaren sich und tauschen Stücke aus.
Metaphase I
• Die Chromatiden sind auf der Metaphasenplatte angeordnet.
• Fasern von beiden Polen nehmen Kontakt mit den Chromosomen auf.
Anaphase I
• Der Spindelapparat transportiert die Chromosomen zu den Polen. Die
Schwesterchromatiden bleiben jedoch durch das Centromer miteinander
verbunden.
Telophase I
• An den Polen sammeln sich je die haploiden Sätze, jedes Chromosom
besteht aber immer noch aus zwei Chromatiden.
• Zelle wird geteilt.

Meiose II:

Prophase II
• Es bildet sich ein neuer Spindelapparat
• Die Chromosomen bewegen sich zur Metaphaseplatte
Metaphase II
• Chromosomen ordnen sich wie bei der Mitose an, wobei die Schwesterchromatiden der Chromosomen zu den
entgegengesetzten Polen zeigen.
Anaphase II
• Schwesterchromatiden trennen sich am Centromer und bewegen sich zu den entgegengesetzten Polen. Sie sind jetzt individuelle
Chromosomen geworden.
Telophase II
• An den beiden Zellpolen bilden sich die Kerne
• Es existieren nun 4 Tochterzellen mit je einem haploiden
Chromosomensatz.

siehe Bild