Zellbiologie: Zellkern, Mitose, Meiose und Zelltod

Der Zellkern: Struktur und Funktion

Der Zellkern enthält die zelluläre DNA. Seine Struktur umfasst:

• Kernhülle: Eine Doppelmembran mit Kernporen, die den Austausch zwischen Kern und Plasma ermöglichen.
• Karyoplasma: Die interne Umgebung des Kerns, die den Nukleolus sowie DNA, RNA und Proteine enthält.
• Zelluläre Matrix: Ein Netzwerk aus Proteinen, das dem Zytoskelett ähnelt und das Chromatin organisiert. Die Kernlamina bildet dabei eine Struktur aus Intermediärfilamenten.
• Nukleolus: Hier werden ribosomale Gene kodiert und ribosomale RNA konzentriert.

Chromatin und Chromosomen

Während der Interphase liegt das Chromatin als 30-nm-Faden vor. Bei der Zellteilung kondensiert es zu dichten Chromosomen (ca. 700 nm). Diese Struktur wird durch Gerüstproteine stabilisiert.

Bestandteile der Chromosomen

• Centromer: Teilt das Chromosom in zwei Arme und dient als Ansatzpunkt für das Kinetochor, an dem Mikrotubuli für die Mitose ansetzen.
• Telomere: Repetitive DNA-Sequenzen an den Enden, die für die Replikation essenziell sind.

Der Zellzyklus

Der Zellzyklus umfasst das Zellwachstum und die Zellteilung:

• G1-Phase: Allgemeines Wachstum und Reproduktion der Organellen.
• S-Phase: DNA-Synthese und Verdopplung des genetischen Materials.
• G2-Phase: Vorbereitung auf die Mitose.

Mitose und Zytokinese

Die Mitose sorgt für die gleichmäßige Verteilung der verdoppelten Chromosomen auf zwei identische Tochterzellen:

• Prophase: Chromosomen werden sichtbar, die mitotische Spindel bildet sich.
• Prometaphase: Die Kernhülle löst sich auf, Mikrotubuli binden an die Kinetochore.
• Metaphase: Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.
• Anaphase: Schwesterchromatiden trennen sich und wandern zu den Polen.
• Telophase: Die Tochterkerne werden rekonstruiert.

Die Zytokinese schließt die Teilung ab:

• Tierzellen: Abschnürung durch einen kontraktilen Ring aus Aktin- und Myosinfilamenten.
• Pflanzenzellen: Bildung einer neuen Zellwand durch Golgi-Vesikel.

Meiose: Reduktionsteilung

Die Meiose führt von einer diploiden Zelle zu vier haploiden Tochterzellen (geschlechtliche Fortpflanzung).

Phasen der Meiose I

• Prophase I: Unterteilt in Leptotän, Zygotän (Synapsenbildung), Pachytän (Crossing-over), Diplotän (Chiasmata) und Diakinese.
• Metaphase I, Anaphase I, Telophase I und Zytokinese I.

Meiose II

Verläuft analog zur Mitose, um die Chromatiden zu trennen.

Zelluläre Lebenszyklen

• Haplonten: Meiose erfolgt direkt nach der Zygote.
• Diplonten: Meiose erfolgt bei der Bildung von Keimzellen.
• Diplohaplonten: Wechsel zwischen Sporophyt (diploid) und Gametophyt (haploid).

Autophagie und Apoptose

• Autophagie: Ein Reinigungsmechanismus, bei dem die Zelle beschädigte Bestandteile oder Erreger in Autophagosomen abbaut.
• Apoptose: Der programmierte Zelltod, der zur Beseitigung überschüssiger oder geschädigter Zellen dient.