Alle eukaryontischen Zellen durchlaufen einen Zyklus von Wachstum, DNA-Verdopplung, Wachstum und Zellteilung. Man nennt diesen Zellzyklus.
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Der zyklische Ablauf wird in verschiedene Abschnitte unterteilt:
G1 - S - G2 - M.G1 steht für Gap1 , S für Synthese und G2 für Gap2. Alle 3 genannten Phasen sind zusammen die Interphase zwischen 2 Zellteilungen.
Zellen werden meist in dieser Phase beobachtet. |
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Während des Zellzyklus müssen
- die Chromosomen repliziert (S), kondensiert (M), getrennt und dekondensiert werden
- die
Centrosomen verdoppelt (S) und getrennt werden und zu den entgegengesetzten Zellpolen wandern
- die
Kernmembran abgebaut und aufgebaut werden (M)
- die
Spindlfasern während der Mitose auf- und abgebaut werden (M)
- die
Zellmembran ergänzt werden, um die Zellteilung zu vervollständigen
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Die G1-Phase
ist die Wachstumsphase, wo sich die Zelle unter ATP-Verbrauch
vergrößert und sich die Zellorganellen vervielfachen.
Nach einer bestimmten Zeit beginnt die DNA-Verdopplung.
Man nennt die Phase S-Phase.
Dies sorgt für einen erhöhten Energieverbrauch, weshalb
sich eine weitere Wachstumsphase
anschließt, die G2-Phase.
Bei den eukaryontischen Zellen folgt nun die M-Phase, also die mitotische Zellteilung oder Mitose, bei der die Chromosomen (Kernteilung) und das Cytoplasma samt Organellen ( Plasmateilung) aufgeteilt werden.
Der zeitliche Ablauf ist je nach Zelltyp unterschiedlich kürzer oder länger, im Mittel ca. 16 Std. (siehe links)
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Regulation des Zellzyklus bitte rechts klicken |
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Mitose (M-Phase)
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In der M-Phase entstehen aus einer diploiden Zelle (2n) zwei genetisch identische Kopien.
Dabei können hauptsächlich im Zellkern höchst komplizierte Vorgänge beobachtet werden, die man in 4 Abschnitte einteilt:
Prophase, Metaphase, Anaphase Telophase.
Links ist die Anaphase der Mitose zu sehen. Chromosomen (orange) werden mit Hilfe von Spindelfasern getrennt (grün). |
Nachfolgend werden die einzelnen Phasen anhand des mikroskopischen Bildes einer typischen Zelle besprochen. Hierbei spielen Chromosomen, das Centrosom (= Centriol) und die Spindelfasern eine
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besondere Rolle. Das Centrosom (siehe Zellbiologie) ist ein Zellorganell nahe dem Zellkern, das in der Interphase und Mitose die Mikrotubuli organisiert.
Es unterscheidet sich von Art zu Art, typischerweise sieht es wie links abgebildet aus. Von ihm gehen Mikrotubuli in das Cytoplasma, die ein Zytoskelett bilden.
Bei der Mitose werden die Spindelfasern gebildet. |
Obwohl man von Chromosomen spricht, wenn man die Erbinformation der Zellen meint, treten diese nur während der Zellteilung (M) auf. In der G und S-Phase des Zellzyklus liegt die Erbinformation (DNA) als Chromatinfäden oder Chromatingerüst vor. Man bezeichnet einen Komplex von DNA und Protein, wie er in den Chromosomen vorliegt als Chromatin.
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Das typische Bild der Chromosomen findet man in der Metaphase
der Mitose vor, man spricht von Metaphasen-Chromosomen. Ein
solches Chromosom ist allgemein wie links abgebildet aufgebaut.
Es besteht aus 2 Hälften, Chromatiden
genannt. Diese werden am Centromer
zusammengehalten. So nennt man die Verengung, an der die Spindelfasern
ansetzen. Das Centromer muß nicht immer mittig im Chromosom
liegen.
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An dieser Spindelfaseransatzstelle bildet sich kurz vor der Chromosomenteilung
eine spezielle Struktur mit Mikotubuli aus (=Kinetochor),
an die die Spindelfasern anheften.
Jedes Chromatid enthält mindestens einen sehr stark aufspiralisierten DNA-Faden. Weiteres zum Feinbau der Chromosomen findet man nach der Mitose.
Die Chromosomen und Spindelfasern sind in den nachfolgenden Abbildungen angefärbt. Zunächst noch einmal zum Vergleich die Interphase (S):
Interphase |
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Der Zellkern ist mit seiner Membran gut sichtbar. Die Chromosomen sind gerade verdoppelt worden und als lange Chromatinfäden sichtbar, jedoch kaum zu definieren. Tatsächlich existieren von jedem Chromatinfaden 2 Exemplare, die Zelle ist diploid. Die beiden identischen Fäden nennt man homolog. |
Die Mitose im einzelnen:
Prophase |
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Links ist die frühe Prophase dargestellt. Die replizierten Chromatinfäden erscheinen als längliche Gebilde, die aus 2 Chomatiden bestehen und am Centromer zusammenhaften. Die Chromatinfäden verkürzen und verdicken sich zu Chromosomen. Die
Kernmembran und das Kernkörperchen (Nukleolus) verschwinden. Das Centriol hat sich geteilt und wandert zu den Zellpolen. |
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Metaphase |
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Die Spindelfasern haben sich ausgebildet. Die Chromosomen liegen maximal verkürzt in der Äqutorialebene der Zelle. Die
Kernmembran ist aufgelöst.
Jedes
Chromosom ist am Kinetochor über zwei Spindelfasern mit beiden Centriolhälften verbunden, ein Chromatid eines Chromosoms mit dem einen Pol, das andere Chromatid mit dem anderen Pol. |
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Anaphase |
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Die Chromatiden jedes Chromosoms wandern auseinander, von den Spindelfasern zu den Polen gezogen. |
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Telophase |
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Die auseinandergewichenen Chromatiden haben die jeweiligen Zellpole erreicht. Sie verlängern sich. Die
Spindelfasern verschwinden, neue Nukleoli werden sichtbar, die Kernmembranen bilden sich wieder. Die
Zelle teilt sich. |
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Die Zellteilung also Teilung des Cytoplasmas direkt nach der Mitose nennt man Cytokinese.
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Typischerweise läuft die Mitose der Zellen innerhalb ca. 80 Minuten ab. |
Zusammenfassung der Mitose:
- Kernteilung und Zellteilung bei eukaryontischen Zellen, die 2 genetisch identische Produkte liefert
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In der Anaphase werden die Chromosomen in Chromatiden getrennt.
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Die Verdopplung der Chromatiden zu Chromosomen findet in der Interphase statt.
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