DNA, Chromosomen und Zellteilung

DNA und Chromatin

DNA: Die DNA ist das Biomolekül, das die genetische Information zur Herstellung von Proteinen in der Zelle enthält. Chromatin ist das Material, aus dem die Chromosomen bestehen (spanisch: cromatina). Chromatin ist die Vereinigung von DNA und Proteinen. Wenn die Zelle in Ruhe ist, liegt das Chromatin im Zellkern verstreut vor und Chromosomen sind nicht sichtbar. Vor der Zellteilung wird die DNA verdoppelt und das Chromatin kondensiert zu kürzeren und dickeren Fasern.

Chromosomen und Chromatiden

Ein Chromosom besteht nach der DNA-Verdopplung aus zwei identischen Schwesterchromatiden. Die Chromatiden sind zwei "Arme", die am Zentromer miteinander verbunden sind. Die Gesamtheit der Chromosomen eines Individuums, geordnet in Paaren, nennt man Karyotyp. Die Chromosomen eines Paares werden homolog genannt.

Genom und Gene

Das Genom ist die Menge aller Gene eines Organismus; beim Menschen sind es etwa 35.000 Gene. Ein Gen ist ein Segment der DNA, das die erforderlichen Informationen enthält, um ein bestimmtes Protein zu produzieren.

Zellteilung und Interphase

Die Zellteilung ist der Prozess, durch den sich eine Zelle in zwei identische Tochterzellen teilt. In eukaryotischen Zellen ist die wichtigste Form der Kernteilung die Mitose. Der Zellzyklus ist in Interphase und die eigentliche Zellteilung unterteilt. Die Interphase nimmt den größten Teil des Lebens einer Zelle ein. Sie ist eine Wachstumsphase, in der die Zelle ihre Größe und ihr Zytoplasma erhöht, die Anzahl der Organellen zunimmt, Nährstoffe aufgenommen werden, gegebenenfalls Photosynthese betrieben wird (bei photosynthetisch aktiven Zellen), Stoffe produziert und Energie gesammelt wird. In der Interphase findet auch die Proteinbiosynthese statt.

Die Zellen treten in die sogenannte S-Phase ein, wenn sie sich teilen wollen; in der S-Phase erfolgt die Verdopplung der DNA.

Mitose: Phasen

Die Mitose ist die kurze Phase der Zellteilung, in der der Zellkern geteilt wird. Die Phasen der Mitose lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Interphase (vor der Mitose): Chromosomen bestehen, sind aber als lockeres Chromatin noch nicht sichtbar.
• Prophase: Das Chromatin kondensiert und Chromosomen werden sichtbar.
• Prometaphase (späte Prophase): Die Kernhülle beginnt zu zerfallen; der Spindelapparat bildet sich.
• Metaphase: Die Kernmembran ist verschwunden und die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an, befestigt an den Mikrotubuli der mitotischen Spindel.
• Anaphase: Die zwei identischen Schwesterchromatiden jedes Chromosoms werden getrennt und zu den entgegengesetzten Polen gezogen.
• Telophase: Die Chromatiden sind an den beiden Polen; das Chromatin dekondensiert wieder und die Kernhülle bildet sich neu.

Mitose und Zytokinese

Die Mitose bezeichnet die Teilung des Zellkerns und die Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen. Die Abteilung des Zytoplasmas nennt man Zytokinese. Bei Tieren bildet sich durch kontrahierende Aktin- und Myosinfilamente eine Teilungsfurche (Einschnürung), die die Zelle bis zur Bildung zweier Zellen teilt. Bei Pflanzen kann keine Furche gebildet werden; stattdessen entsteht in der Mitte eine Zellplatte, aus der später die neue Zellwand hervorgeht.

Meiose und sexuelle Fortpflanzung

Bei der sexuellen Fortpflanzung führt die Vereinigung zweier Gameten zur Bildung einer Zygote. Die Meiose ist die spezielle Form der Zellteilung, die Gameten bildet. Die bei der Meiose entstandenen Zellen sind nicht identisch wie bei der Mitose; sie enthalten verschiedene Kombinationen von Genen. Dies entsteht durch den Austausch von Chromosomenabschnitten zwischen homologen Chromosomen (Crossing-over), und das Ergebnis sind Rekombinationen.

Die Meiose produziert haploide Gameten mit der Hälfte der Chromosomenzahl. Die Bildung von Eizellen und Spermien nennt man Oogenese bzw. Spermatogenese. Spermien werden in den Hoden aus spezialisierten Zellen, den Spermatogonien, gebildet.

Fortpflanzung: asexuell und prokaryotisch

Reproduktion ist die Fähigkeit eines lebenden Organismus, Nachkommen zu erzeugen. Die asexuelle Reproduktion ist dadurch gekennzeichnet, dass aus einer einzelnen Vorläuferzelle zwei oder mehr Nachkommen entstehen, die genetisch identisch mit der Mutterzelle sind; solche Nachkommen nennt man Klone.

Bei Prokaryoten (Bakterien) fehlt ein echter Zellkern. Ihre Erbinformation liegt meist in einem ringförmigen DNA-Strang vor, dem bakteriellen Chromosom oder Plasmid. Bakterien vermehren sich asexuell durch einfache Zweiteilung, die als binäre Spaltung bezeichnet wird.