Grundlagen der Zellbiologie: DNA, RNA, Mitose und Meiose

Zellteilung und Informationsübertragung

Die Übertragung genetischer Informationen von der DNA auf eine andere Zelle erfolgt während der Zellvermehrung (Zellmultiplikation). Dabei teilt sich eine Zelle und es entstehen etwa zwei Tochterzellen mit der gleichen genetischen Information der Ursprungszelle (Progenitorzelle).

Geschlechtliche Fortpflanzung und Gameten

Eine geschlechtliche Fortpflanzung findet statt, wenn Gameten (Keimzellen) verschmelzen und eine neue Zygote bilden, die Merkmale der Eltern erbt.

Zellteilungsvorbereitung

Vor der Zellteilung muss der gesamte Inhalt der Ursprungszelle verdoppelt werden, um sicherzustellen, dass beide Tochterzellen alle notwendigen Komponenten für ihre Entwicklung erhalten.

Prokaryotische Zellteilung (Binäre Spaltung)

Das prokaryotische Chromosom besteht aus einem ringförmigen DNA-Molekül, das im Zytoplasma verteilt ist. Die Zellteilung erfolgt durch binäre Spaltung (Kernspaltung).

Während des Wachstums bildet das identische Chromosom zwei Kopien. Diese Kopien heften sich an die Plasmamembran. Wenn die Membran wächst, trennen sich die beiden Chromosomen, sodass jede Tochterzelle eine exakte Kopie des genetischen Materials erhält.

Zellteilung bei Eukaryonten

Die Zellteilung bei Eukaryonten erfolgt in zwei Hauptphasen:

• 1. Wachstumsphase (Interphase)

  Dies ist die längste Phase. Die Tochterzelle erreicht ihre Erwachsenengröße, repliziert die DNA und bereitet sich auf die Teilungsphase vor.

• 2. Teilungsphase (M-Phase)

  Hier findet die Kernteilung (Mitose oder Meiose) und die anschließende Teilung des Zytoplasmas (Zytokinese) statt.

Details zur geschlechtlichen Fortpflanzung und Meiose

Die geschlechtliche Fortpflanzung ist die Vereinigung von zwei (n) Gameten, die von den mütterlichen und väterlichen Elternteilen bereitgestellt werden, um eine Zygote zu bilden. Diese Zygote entwickelt sich durch aufeinanderfolgende Teilungen zu einem neuen Individuum, das Merkmale beider Elternteile trägt.

Um die Chromosomenzahl bei der sexuellen Fortpflanzung konstant zu halten und eine Verdopplung zu vermeiden, muss in einem bestimmten Moment des biologischen Zyklus die Meiose stattfinden. Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen (Meiose I und Meiose II).

Zytokinese (Teilung des Zytoplasmas)

Die Zytokinese ist die Teilung des Zytoplasmas. Dieser Prozess ist während der Telophase sichtbar, wobei sich die Zelle in zwei kleinere Tochterzellen teilt. Die Form der Zellteilung unterscheidet sich bei tierischen und pflanzlichen Zellen:

Zytokinese bei tierischen Zellen

Da tierische Zellen keine Zellwand besitzen, erfolgt die Zytoplasmateilung durch eine progressive Einschnürung der Plasmamembran am Äquator der Zelle. Dies geschieht durch die Präsenz eines kontraktilen Rings.

Zytokinese bei pflanzlichen Zellen

Die starre Zellwand dieser Zellen verhindert die Einschnürung. Die Zytoplasmateilung wird durch die Bildung einer Zellplatte (Phragmoplast) eingeleitet. Der Phragmoplast schreitet vom Zentrum der Zelle nach außen fort und bildet eine neue Zellwand zwischen den Tochterzellen.

Der diplontische Lebenszyklus (Mensch und Tier)

Diplontische Organismen (wie Menschen und Tiere) verbringen den Großteil ihres Lebens in der diploiden Phase (2n). Die Körperzellen teilen sich durch Mitose und erzeugen neue diploide Zellen. Die haploide Phase (n) entspricht nur der kurzen Zeit der Gametenbildung.

Keimzellen (2n) durchlaufen die Meiose und erzeugen vier haploide Gameten (n). Die Befruchtung zweier Gameten führt zu einer neuen diploiden Zygote (2n), die sich durch Mitose teilt, um einen neuen diploiden Organismus zu bilden.

Nukleinsäuren: DNA und RNA

Nukleinsäuren sind lange Ketten, die aus Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Stickstoff- und Phosphoratomen bestehen. Es gibt zwei Typen: DNA und RNA.

Unterschiede in Struktur, Zusammensetzung und Funktion

Struktur

• DNA: Doppelsträngig (Doppelhelix). Die darin enthaltene Information ist dadurch sicherer gespeichert.
• RNA: Einzelsträngig (Single Chain).

Zusammensetzung (Pentose und Basen)

• Pentose: Die DNA besteht aus Desoxyribose (abgeleitet von Ribose, wobei am Kohlenstoff 2 eine Alkoholgruppe fehlt). Die RNA besteht aus Ribose.
• Stickstoffbasen:
  • DNA: Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin.
  • RNA: Adenin, Uracil (ersetzt Thymin), Guanin und Cytosin.

Funktion

• DNA: Speichert, bewahrt und vermittelt genetische Information von Generation zu Generation.
• RNA: Dient als Vermittler zwischen der Information, die in der DNA in Form von Genen gespeichert ist, und dem endgültigen Protein, das von diesen Genen kodiert wird. Die Übersetzung (Translation) erfolgt im Zytoplasma an den Ribosomen. Ribosomen bestehen aus einer kleinen und einer großen Untereinheit, welche die mRNA umschließen.

Der Genetische Code

Der genetische Code ist der Satz von Anweisungen, der verwendet wird, um Proteine aus der Reihenfolge der Nukleotide in der DNA herzustellen. Dieser Code besagt, dass jede Gruppe von drei Nukleotiden (ein Codon) eine Aminosäure codiert. Diese Kombination wird aus den vier Stickstoffbasen gebildet.

DNA-Replikation (Vervielfältigung)

Die DNA-Replikation ist die exakte Kopie des Doppelhelix-DNA-Moleküls. Dabei dienen die ursprünglichen Stränge als Matrize, um mithilfe der semikonservativen Replikation komplementäre Stränge zu synthetisieren.

Interkinese

Die Interkinese ist der Ruhezeitraum zwischen der ersten und der zweiten Reifeteilung (Meiose I und Meiose II).