Zelltypen, Mitose und Zellkern: Ein Überblick

Zelltypen in vielzelligen Organismen

Diploide Zellen

Sie besitzen zwei Sätze von jedem Chromosomentyp und werden als 2n-Zellen symbolisiert. Beim Menschen sind dies die somatischen (Körper-)Zellen; sie haben 2 x 23 = 46 Chromosomen.

Haploide Zellen

Sie besitzen nur einen einfachen Satz von jedem Chromosomentyp und werden als n-Zellen symbolisiert. Beim Menschen sind dies die Keimzellen (Gameten: Eizellen und Spermien); sie haben n = 23 Chromosomen. n ist die Anzahl der verschiedenen Chromosomentypen in einer Zelle.

Mitose (Zellzyklus)

Innerhalb des Lebenszyklus einer Zelle lassen sich identifizieren:

• Die Interphase oder Wachstumsphase: Das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen.
• Die Zellteilung: Eine kurze Phase, in der aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen gebildet werden.

Phasen der Zellteilung

Die Zellteilung umfasst:

• A. Kernteilung (Mitose oder Karyokinese)
• B. Zytoplasmateilung (Zytokinese)

A) Kernteilung: Mitose

Die Mitose ist ein kontinuierlicher Prozess. Zur Vereinfachung des Studiums wird sie in 4 Phasen unterteilt:

1. Prophase

• Das Chromatin kondensiert zu sichtbaren Chromosomen.
• Jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Strängen, den Schwesterchromatiden, die durch eine Einschnürung, das Zentromer, verbunden sind.
• An den Zentromeren bilden sich die Kinetochoren, Proteinstrukturen, welche die Bildung von Mikrotubuli während der Mitose organisieren.

2. Metaphase

• Durch die an den Kinetochoren ansetzenden Mikrotubuli werden die Chromosomen in der Mitte der Zelle angeordnet.
• Diese Anordnung nennt man Metaphaseplatte (oder Äquatorialplatte).

3. Anaphase

• Die Kinetochor-Mikrotubuli verkürzen sich. Die Schwesterchromatiden trennen sich und werden zu entgegengesetzten Polen gezogen.
• Gleichzeitig entfernen sich die beiden Pole der mitotischen Spindel voneinander.
• Am Ende der Anaphase befinden sich die nun als eigenständige Chromosomen betrachteten Chromatiden an den Polen und beginnen zu dekondensieren.

4. Telophase

• Die Chromosomen dekondensieren vollständig zu Chromatin.
• Der Nukleolus bildet sich wieder.
• Aus Vesikeln des endoplasmatischen Retikulums und Resten der alten Kernhülle bilden sich die beiden neuen Kernhüllen.

B) Zytoplasmateilung: Zytokinese

• In tierischen Zellen, Protozoen und vielen Algen erfolgt die Teilung des Zytoplasmas durch Einschnürung oder Furchung.
• In pflanzlichen Zellen erfolgt die Zytoplasmateilung durch Bildung einer Zellplatte.
• Diese entsteht aus der Fusion von Vesikeln des Golgi-Apparats und wird zur Mittellamelle.
• Es verbleiben Poren, die Plasmodesmen genannt werden.

Meiose

Das genetische Material wird in der S-Phase des Zellzyklus repliziert. Die Trennung der homologen Chromosomen in der ersten meiotischen Teilung reduziert den DNA-Gehalt auf die Hälfte (Bildung haploider Zellen aus einer diploiden Zelle).

Der Zellkern

Der Zellkern besteht aus:

• Einer Doppelmembran, genannt Kernhülle.
• Dem Karyoplasma (Kernplasma).
• Dem Chromatin.
• Dem Nukleolus (Kernkörperchen).

Veränderungen während des Zellzyklus

Während des Zellzyklus verändert der Kern sein Aussehen:

• Interphasekern: Kernhülle intakt. Chromatinfasern liegen locker vor.
• Kernteilung: Chromatinfasern kondensieren zu Chromosomen. Kernhülle löst sich auf.

Anzahl der Kerne

Normalerweise gibt es einen Kern pro Zelle.

• Synzytium: Mehrkernige Zelle, entstanden durch Zellfusion.
• Plasmodium: Mehrkernige Zelle, entstanden durch Kernteilungen ohne nachfolgende Zytokinese.

Kernhülle

Besteht aus einer Doppelmembran, die durch einen perinukleären Raum (ca. 20-40 nm) getrennt ist. An der inneren Membran liegt die Kernlamina (eine Faserschicht). Sie geht aus dem endoplasmatischen Retikulum hervor. Die Hülle ist von Kernporen durchbrochen. Jede Pore ist von einem Porenkomplex umgeben.

Funktionen der Kernhülle

• Trennt das Karyoplasma vom Zytoplasma.
• Reguliert den Stoffaustausch zwischen Kern und Zytoplasma.
• Die Kernlamina ist an der Organisation des Chromatins beteiligt.

Karyoplasma

Eine kolloidale Dispersion im Gelzustand. Enthält Proteine (beteiligt an Synthese und Verpackung von Nukleinsäuren), Nukleotide, Wasser und Ionen.

• Ist der Ort der DNA-Replikation und der Transkription (RNA-Synthese).

Nukleolus

Besteht aus RNA und Proteinen; ist die Region, in der Prä-Ribosomen zusammengebaut werden. Ein pyknotischer Kern ist ein Kern mit stark verdichtetem, inaktivem Chromatin (z.B. in reifen Spermien oder alternden Zellen).

Chromatin

Umfasst die DNA, die mit Histon-Proteinen assoziiert ist. Es weist unterschiedliche Kondensationsgrade auf, abhängig von der Phase des Zellzyklus und der Zellaktivität. Es gibt so viele Chromatinbereiche wie Chromosomen in der Zelle. Das Chromatin besteht aus einer Grundstruktur, der 10-nm-Faser („Perlenkette“), die aus einer Aneinanderreihung von Nukleosomen gebildet wird.