Der Zellzyklus: Interphase und Mitose

Der Zellzyklus ist der Prozess, durch den eine Zelle wächst und sich teilt. Er besteht aus zwei Hauptphasen: der Interphase und der Mitose.

Interphase: Vorbereitung auf die Zellteilung

Die Interphase ist die längste Phase des Zellzyklus, in der die Zelle wächst, ihre Bestandteile dupliziert und ihre DNA repliziert. Sie gliedert sich in drei Unterphasen:

G1-Phase: Wachstum und Vorbereitung (ca. 5 Stunden)

Diese Phase beginnt direkt nach der Mitose. Die Zelle wächst und erhöht ihre typische Größe. Sie akkumuliert Stoffe, die für die Zellteilung benötigt werden. Wenn die Zelle den Restriktionspunkt (R-Punkt) nicht überschreitet, kann sie in die Ruhephase G0 eintreten (z.B. ruhende Neuronen). Am Ende der G1-Phase findet eine aktive Proteinsynthese statt. Chromatin und Histone werden in den Zellkern transportiert, und die Anzahl der Zentriolen und Mikrotubuli erhöht sich.

S-Phase: DNA-Replikation (ca. 6-8 Stunden)

In der S-Phase (Synthese-Phase) wird die gesamte DNA der Zelle repliziert. Zuerst wird das Euchromatin dupliziert, gefolgt vom Heterochromatin. Die metabolische Aktivität nimmt ab, während die Synthese von Histon-mRNA fortgesetzt wird. Die Zentriolen verdoppeln sich ebenfalls.

G2-Phase: Vorbereitung auf die Mitose (ca. 3-5 Stunden)

Dies ist die Latenzzeit vom Ende der DNA-Replikation bis zum Beginn der Kernteilung. Es finden wichtige Regulierungsprozesse statt, um ein Überangebot an Genen zu verhindern. Diese Phase endet, wenn die Chromosomen zu Beginn der Mitose zu kondensieren beginnen.

Mitose: Die Kern- und Zellteilung

Die Mitose ist ein präziser Mechanismus, der eine regelmäßige Aufteilung der erblichen Komponenten gewährleistet, indem er die Chromosomen aufteilt. Sie umfasst zwei Hauptprozesse:

• Karyokinese: Die Teilung des Zellkerns, bei der die Chromosomenzahl in den Tochterzellen erhalten bleibt.
• Zytokinese: Die Teilung des Zytoplasmas, die den Abbau von Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten beinhaltet.

Prophase: Chromosomenkondensation und Spindelbildung

Die Prophase beginnt am Ende der G2-Phase. Der Zellkern vergrößert sich, und die Chromosomen werden deutlich sichtbar. Jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Hälften, den Chromatiden, die am Zentromer verbunden sind, da die DNA-Replikation bereits abgeschlossen ist. Die Kernmembran löst sich auf, wodurch die Chromosomen frei im Zytoplasma liegen. Die Nukleoli verschwinden ebenfalls. Die Zentriolen trennen sich und wandern zu entgegengesetzten Polen der Zelle, während sich die Spindel bildet.

Metaphase: Ausrichtung der Chromosomen

Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an. Ihre Zentromere sind an den Spindelfasern befestigt, während die Chromosomenarme passiv ausgerichtet sind. Diese Anordnung wird auch als Metaphaseplatte bezeichnet.

Anaphase: Trennung der Schwesterchromatiden

Die Spindelfasern verkürzen sich, wodurch die Schwesterchromatiden jedes Paares getrennt werden. Jede Chromatide wandert nun als eigenständiges Chromosom zu einem der entgegengesetzten Pole der Zelle.

Telophase: Neubildung der Zellkerne

Die Tochterzellkerne werden wieder aufgebaut. Die Chromatiden, die nun als vollständige Chromosomen gelten, dekondensieren und bilden wieder Chromatinfäden. Eine neue Kernmembran bildet sich um jede Gruppe von Chromosomen, und die Spindel verschwindet.

Zytokinese: Teilung des Zytoplasmas

Die Zytokinese ist der letzte Schritt der Zellteilung, bei dem das Zytoplasma aufgeteilt wird:

• Bei Pflanzenzellen bildet sich eine Zellplatte, die die beiden Tochterzellen voneinander trennt und zur Bildung einer neuen Zellwand führt.
• Bei Tierzellen bildet sich eine Furche an der Zellperipherie, die die äquatoriale Zone einschnürt und schließlich zur Teilung der Mutterzelle in zwei Tochterzellen führt.