Durchflusszytometrie und Zellzyklus: Interphase, Mitose & Meiose einfach erklärt

Durchflusszytometrie: Zellzyklusphasen

Interphase: Vorbereitung auf die Zellteilung

Wenn die Zelle sich nicht in der Teilungsphase befindet, durchläuft sie die Interphase, die aus folgenden Stadien besteht:

• G1-Phase: Wachstum und Vorbereitung auf die DNA-Synthese. Die Zelle führt ihre normalen Lebensfunktionen aus.
• S-Phase: Synthese der DNA; die DNA wird verdoppelt.
• G2-Phase: Die Zelle bereitet sich auf die Mitose vor.

Der Zellkern (Nucleus Interphasic)

Der Zellkern ist ein charakteristisches Organell eukaryotischer Zellen.

Merkmale des Zellkerns

• Form: Oval.
• Ort: In tierischen Zellen meist zentral, in Pflanzenzellen eher seitlich.
• Größe: Variabel, bei tierischen Zellen etwa 5 Mikrometer.
• Anzahl: Meist ein Kern pro Tier- und Pflanzenzelle. Bei Pilzen können es zwei Kerne sein. Zellen ohne Kern (z.B. reife rote Blutkörperchen) werden als anukleär bezeichnet. Einige Muskelfasern sind mehrkernig (plurinukleär).

Bestandteile des Zellkerns

Kernhülle (Nucleolema)

• Trennt den Kern vom Zytoplasma.
• Besteht aus einer Doppelmembran (Phospholipide und Proteine – fluid-mosaik-Modell).
• Bildet eine Verbindung mit dem endoplasmatischen Retikulum.
• Enthält Porenstrukturen zur Regulierung des Stofftransports.

Kernplasma (Karyolymphe)

• Wässrige Lösung, die verschiedene Ionen, Nährstoffe und Nukleotide enthält.
• Nukleotide sind die Bausteine für Nukleinsäuren.

Nukleolus (Kernkörperchen)

• Produktionsstätte für Ribosomen.

Chromatin

• Starke Anfärbbarkeit.
• Besteht aus DNA und Proteinen.
• In der Interphase liegen DNA und Proteine als Fasern vor (z.B. 100 Ångström Fasern oder Perlenketten).
• Hier ist die genetische Information gespeichert.

Zellteilung

Es gibt zwei Hauptformen der Zellteilung:

• Erneuerung (Mitose): Führt zur Bildung neuer somatischer Zellen.
• Reproduktion (Meiose): Führt zur Bildung von Keimzellen (Gameten).

Genetische Information vor der Mitose

Vor der Mitose wird die genetische Information verdoppelt. Zu Beginn der Mitose kondensiert das Chromatin zu Chromosomen.

Somatische Zellen

• Diploid (2n): 46 Chromosomen (23 Paare). Stammen je zur Hälfte von Mutter und Vater.
• Haploid (n): 23 Chromosomen (nicht gepaart). Dies sind die Gameten (Keimzellen).

Mitose: Bildung identischer Zellen

Die Mitose ist der Prozess, bei dem aus einer diploiden Zelle zwei identische diploide Zellen entstehen.

Chromosomenpaare

• In einer diploiden Zelle bilden homologe Chromosomen ein Paar (z.B. 1 und 1). Diese Paare sind in Bezug auf die Merkmale gleich, bestimmen aber das Geschlecht.
• Die Chromosomen, die das Geschlecht bestimmen, sind Heterochromosomen, die anderen sind Autosomen.

Phasen der Mitose

Prophase

• Verdopplung der Centriolen.
• Der Kern beginnt, sich aufzulösen.
• Chromatin beginnt zu kondensieren.
• Die Centriolen wandern zu den entgegengesetzten Polen der Zelle.
• Die achromatische Spindel beginnt sich zu bilden.
• Die Chromosomen werden sichtbar.
• Die Kernmembran beginnt sich zurückzubilden.

Metaphase

• Die achromatische Spindel ist vollständig ausgebildet.
• Die Chromosomen heften sich an die Spindelfasern und bewegen sich zur Äquatorialebene (Äquator) der Zelle.
• Die Chromosomen richten sich in der Äquatorialebene aus.

Anaphase

• Die Chromatiden der Chromosomen trennen sich und wandern zu den Polen der Zelle.
• Das Ende der Anaphase ist erreicht, wenn die Chromatiden die Pole erreicht haben.

Telophase

• Die verkürzten Chromosomen beginnen sich zu dekondensieren.
• Die achromatische Spindel löst sich auf.
• Es bildet sich eine neue Kernmembran um die Chromosomen an jedem Pol.
• Vesikel sammeln sich in der Äquatorialebene der Zelle.
• Zytokinese (Teilung des Zytoplasmas):
• In tierischen Zellen erfolgt die Teilung durch Einschnürung.
• In pflanzlichen Zellen bildet sich aufgrund der starren Zellwand eine Trennwand, der sogenannte Phragmoplast, der zur Bildung der neuen Zellwand führt.

Meiose: Reduktion der Chromosomenzahl

Die Meiose ist der Zellteilungsprozess, bei dem aus einer diploiden Zelle vier haploide Zellen entstehen. Sie findet nur bei der Bildung von Gameten (Keimzellen) statt.

Prophase I

Die Prophase der Meiose I ist in fünf Unterphasen unterteilt:

1. Leptotän: Die homologen Chromosomen organisieren sich und beginnen, sich zu paaren (Synapsis).
2. Zygotän: Die beiden homologen Chromosomen umschlingen sich gegenseitig.
3. Pachytän: Die zwei Chromatiden der homologen Chromosomen berühren sich, und es kommt zur Rekombination (Crossing-over), dem wichtigsten Prozess der Meiose, bei dem Chromatidstücke ausgetauscht werden.
4. Diplotän: Die Chromosomenpaare beginnen sich zu trennen, wobei die Stellen sichtbar werden, an denen die Chromatiden verbunden waren (Chiasma).
5. Diakinese: Letzte Phase der Prophase I.

Weitere Phasen der Meiose I

• Metaphase I: Die homologen Chromosomen richten sich paarweise in der Äquatorialebene der Zelle aus.
• Anaphase I: Die homologen Chromosomenpaare trennen sich und wandern zu den entgegengesetzten Polen der Zelle (Reduktionsteilung).
• Telophase I: Die Chromosomen erreichen die Pole, und es kommt zur Zytokinese (Trennung), wodurch aus einer diploiden Zelle zwei haploide Zellen entstehen.

Meiose II

Die Meiose II ähnelt stark der Mitose:

• Prophase II entspricht der Prophase der Mitose.
• Metaphase II entspricht der Metaphase der Mitose.
• Anaphase II entspricht der Anaphase der Mitose.
• Telophase II entspricht der Telophase der Mitose.