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Zellzyklus - Referat
Alle vielzelligen Lebewesen gehen auf eine befruchtete Eizelle, die Zygote, zurück. Es müssen also viele Zellteilungen stattgefunden haben. Beim Menschen sind es etwa 40 Verdoppelungen der Zellenanzahl, also etwa 2^40 Zellen.
Das Ziel jeder Zellteilung ist die Bildung weiter genetisch identischer Tochterzellen aus einer Mutterzelle zur Bildung zur Erneuerung und Erhalt des Körpers. Hierbei wird die DNA in den Chromosomen vollständig und unverändert von Zelle zu Zelle weitergegeben.
Damit sich eine Mutterzelle teilen kann, wächst sie erst zu ihrer vollen Größe heran, verdoppelt ihre Erbsubstanz und verteilt diese anschließend gleichmäßig auf zwei Tochterzellen.
Als Zellzyklus bezeichnet man den sich wiederholenden Vorgang aus Interphase, Mitose und Cytokinese.
Während der Interphase liegt die DNA noch als Chromatin vor. In diesem Zustand ist der Zellkern noch aktiv und die Erbinformationen können abgelesen werden.
Man unterteilt die Interphase in drei Abschnitte, nämlich G1-Phase, S-Phase und G2-Phase.
Die G1-Phase folgt direkt nach der Zellteilung und ist die Wachstumsphase. Die Chromosomen liegen noch als entspiralisierte DNA als Ein-Chromatid-Chromosomen vor. In dieser Phase wächst die Zelle und bildet ihre Organellen aus. Außerdem erfolgt die Proteinbiosynthese. Wenn diese abgeschlossen wurden, geht die Zelle in die S-Phase über. Dies dauert in der Regel etwa 12 Stunden.
Die S-Phase wird auch Synthesephase genannt. In dieser wird von jedem Chromosom genau eine Kopie erstellt – die Ein-Chromatid-Chromosomen werden also zu Zwei-Chromatid-Chromosomen verdoppelt. Diese Phase dauert etwa 8 Stunden.
In der darauffolgenden G2-Phase wächst die Zelle weiter an und bereitet sich auf die Mitose vor.
Bei der Zellteilung muss nun die DNA sowohl quantitativ, als auch qualitativ auf die zwei Tochterzellen verteilt werden. Da ein homologes Chromosomenpaar nicht genetisch identisch ist, muss die Tochterzelle von jedem homologen Chromosomenpaar je zwei Chromatiden (eines von einem, eines vom anderen) erhalten, damit Mutterzelle und Tochterzellen genetisch identisch bleiben. Diese Kernteilung zur Bildung zweier genetisch identischer Tochterzellen nennt man Mitose.
Die Mitose kann man weiterhin in vier verschiedene Phasen unterteilen, nämlich Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.
In der Prophase kondensiert das Chromatin sich und geht in die kompakte Transportform über. Durch diese wird sichergestellt, dass die Chromatinfäden bei der späteren Verteilung nicht zerbrechen. Außerdem entsteht ein Spindelfaserapparat, die aus Mikrotubuli bestehen. In tierischen Zellen teilt sich das Zentriolenpaar und bildet zwei Polkörper und erste Spindelfasern, die aus Mikrotubuli bestehen. In pflanzlichen Zellen wird der Spindelapparat an den Polkappen gebildet. Am Ende der Prophase löst sich die Kernmebran in kleine Vesikel und der Nucleolus auf, die Chromosomen liegen nun frei.
Während der Metaphase verkürzen sich die Chromosomen maximal und sehen nun wie ein typisches Chromosom aus. Der Spindelfaserapparat ist nun fertiggestellt. Gleichzeitig lagern sie sich in der Mitte der Zelle in der Äquatorialebene an. Die Zentromere der Chromosomen liegen dabei in der Mitte und die genetisch identischen Chromatiden liegen einander, in Richtung der späteren Teilung, gegenüber. Die Fasern des Spindelapparates nehmen Kontakt mit den Kinetochoren an den Zentromeren der Chromosomen auf. Neben diesen Fasern von Pol zu Zentromer, gibt es auch Fasern, die von Pol zu Pol führen.
In der Anaphase werden die Spindelfaser verkürzt. Dadurch werden die Zwei-Chromatid-Chromosomen an ihrem Zentromer geteilt und wandern mit dem Zentromer voran als Ein-Chromatid-Chromosom zu den Zellpolen. Die Pol-Zentromer-Fasern wirken hierbei wie Zugseile. Somit wird das genetische Material gleichmäßig auf die zukünftigen Tochterzellen verteilt.
In der letzten Phase, der Telophase, werden die Ein-Chromatid-Chromosomen wieder entspiralisiert. Es entstehen außerdem neue Kernmebranen und Nucleoli und der Spindelfaserapparat löst sich auf.
Die eigentliche Zellteilung wird als Cytokinese bezeichnet und verläuft bei tierischen und pflanzlichen Zellen unterschiedlich ab. Bei tierischen Zellen schnürt sich in der späten Anaphase oder in der Telophase die Zelle durch die Kontraktion eines Ringes aus Aktin- und Myosinfasern in der Äquatorialebene zusammen. Zuerst bildet sich nur eine Furche, die aber immer tiefer wird, bis zum Schluss beide Plasmamembranen verschmelzen. Bei pflanzlichen Zellen hingegen, bilden sich in der Telophase viele kurze Tubuli senkrecht zur Äquatorialebene als sogenannte Wandbilder oder Phragmoplasten. Um jene versammeln sich Dicytosomen, deren Bläschen in die Phragmoplasten eindringen, sich zu einer Schicht anordnen, und von der Mitte her miteinander verschmelzen, sodass eine Zellplatte entsteht. Diese Zellplatte wächst anschließend so lange, bis sie die Zellmembran der Mutterzelle berührt. Dann beginnen die Tochterzellmembranen mit der Zellwandbildung.
Auf diese Art und Weise sind nun zwei Tochterzellen entstanden, die dieselbe Anzahl von Chromosomen als Ein-Chromatid-Chromosom aufweisen.
Nach der Zellteilung kehrt die Zelle wieder in ihren Arbeitszustand zurück. Bis sich die Zelle erneut teilt, können Monate und sogar Jahre vergehen. Aus der G1-Phase der Interphase kann die Zelle auch in die sogenannte G0-Phase. Darin befinden sich Zellen, die sich nicht mehr teilen können oder sich längere Zeit nicht teilen.
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