Zellzyklus und Mitose

Somatische Zellen (Zellen, welche keine Geschlechtszellen sind) durchlaufen für die Teilung den Zellzyklus. Hierbei wechseln sich bis zur Differenzierung zu Dauergewebe die Interphase und die Teilungsphase (Mitose + Cytokinese) ab.

Die Phasen

Interphase

Während der Interphase werden die Zellbestandteile verdoppelt und alles für die Teilung vorbereitet. Sie besteht wiederum aus drei Phasen.

G₁-Phase (engl. gap)

In der G₁-Phase werden Organellen synthetisiert und die Zelle wächst auf die Größer der Mutterzelle heran.

S-Phase

Bei guten Bedingungen (Größe, Energievorrat, Teilungssignale) geht die Zelle in die Synthese-Phase über und die Chromatide / DNA werden verdoppelt (Replikation).

G₂-Phase

Vorbereitungen für die Teilung werden getroffen (weiteres Wachstum, Prüfung nach Fehlern bei der Replikation).

Mitose

Hier wird das Chromatin des Zellkerns auf zwei neue Kerne aufgeteilt (siehe Mitose). Sie findet nur bei Eukaryoten statt (Prokaryoten -> kein Zellkern).

Cytokinese

Die Zellkerne, Organellen und das Cytoplasma werden gleichmäßig auf die Tochterzellen verteilt. Die Mitose und Cytokinese zusammen werden auch als Mitose- oder M-Phase oder Teilungsphase bezeichnet.

Wenn sich Zellen differenzieren (z. B. Muskel / Gehirnzellen), gehen sie in die G_o-Phase ein und teilen sich nicht weiter (einige Zellen können nach G₀ noch zur Teilung stimuliert werden).

Mitose

Die Mitose ist die Teilung des Zellkerns beziehungsweise die Aufteilung der DNA. Sie besteht je nach Definition aus 4 oder 5 Phasen.

Prophase

Kondensation

In der Prophase geht die DNA in ihren transportfähigen Zustand über. Das vorher locker verpackte Chromatin kondensiert, es verdichtet sich erst in eine fädige Struktur mit Verdickungen (Nukleosomen) und dann weiter zu 2-Chromatid-Chromosomen, wobei die Schwesterchromatide über das Centromer verbunden sind. In der typischen verdichteten Form der Chromosomen ist die DNA nicht mehr ablesbar.

Spindelfaserbildung

Während der Interphase sind bei tierischen Zellen zwei Centrosomen entstanden, welche nun zu den Polen der Zelle wandern und den Aufbau des Spindelapparats aus Mikrotubuli (Spindelphasern aus Proteinen) organisieren (bei pflanzlichen Zellen wird dies von anderen Gebilden übernommen).

Prometaphase (nach älterer Definition Teil der Prophase bzw. Übergang zur Metaphase)

Zerfall der Kernmembran

Bei tierischen Zellen löst sich die Kernmembran in Fragmente auf, welche von Teilen des Endoplasmatischen Retikulums kaum zu unterscheiden sind. (Im Modell mit vier Phasen am Ende der Prophase).

Vervollständigung des Spindelapparates

Die Schwesterchromatide besitzen bei dem Centromer in entgegengesetzte Richtung zeigende Kinetochore, an welche sich einige Spindelfasern heften. (Auch breitet sich der Spindelapparat weiter aus und bildet Verbindungen.)

Metaphase

Die Zwei-Chromatid-Chromosomen sind maximal kondensiert und jedes Schwesterchromatid ist über die Spindelfasern (genauer: Kinetochor-Mikrotubuli) an je einen der beiden Zellpole verbunden, sodass jedes Zwei-Chromatid-Chromosomen später geteilt werden kann. Durch die gleiche Länge der Kinetochor-Mikrotubuli ordnen sich die Metaphasechromosomen in eine Äquatorialebene / Metaphaseplatte an.

Anaphase

Die Schwesterchromatiden werden am Centromer voneinander getrennt. Nun sind sie Ein-Chromatid-Chromosome (Tochterchromosome) und wandern zu den Zellpolen. Das Wandern erfolgt durch Motorproteine an den Kinetochoren eventuell unterstützt durch eine Verkürzung der Mikrotubuli von den Zellpolen her. An beiden Zellpolen befindet sich am Ende der Anaphase ein vollständiger Satz aus Ein-Chromatid-Chromosomen gleich dem der Mutterzelle.

Telophase

Die Kinetochorfasern depolymerisieren, der Spindelapparat löst sich auf. Die Kernmembranen der Tochterkerne werden zum größten Teil aus Fragmenten der alten Kernmembran und unter Mitwirkung des ER (endoplasmatisches Retikulum) aufgebaut. Die Chromosomen dekondensieren.

Cytokinese

Das Cytoplasma und die weiteren Organellen werden aufgeteilt, zwei Tochterzellen entstehen. Bei Tierzellen geschieht die Teilung durch Einschnürung der Zellmitte von außen nach innen, bei Pflanzenzellen wird in der Äquatorialebene durch Verschmelzen von Golgi-Vesikeln eine Zellplatte und daraus neue Zellwände gebildet. Nun findet wieder die G₁-Phase statt und der Zellzyklus wiederholt sich.

Quelle: Diagrama_Mitosis.svg: Jpablo cad translation: Matt (talk), Schemazeichnung Mitose, CC BY-SA 3.0

Zusammenfassung zu Zellzyklus und Mitose

• Interphase
  • G₁-Phase (engl. gap)
    • Wachstum, Synthese von Organellen
  • S-Phase
    • Replikation der DNA
  • G₂-Phase
    • weiteres Wachstum
  • Teilungs- / Mitosephase
    • Mitose (Merkwort: PMAT)
      • Prophase
        • Kondensation in 2-Chromatid-Chromosomen mit Schwesterchromatiden
        • Spindelfaserbildung
        • Zerfall der Kernmembran
        • im Übergang: Spindelfasern binden an Kinetochore (eins auf jeder Seite des Chromosoms) der Centromere
      • Metaphase
        • Äquatorialebene / Metaphaseplatte
      • Anaphase
        • Zwei-Chromatid-Chromosom aus Schwesterchromatiden → zwei Ein-Chromatid-Chromosomen aus Tochterchromatiden → Zellpole
      • Telophase
        • Aufbau neuer Kernmembran
        • Chromosome dekondensieren
      • Cytokinese
        • Aufteilung in zwei Tochterzellen