Bausteine des Lebens: Der Zellzyklus

02 März, 2020
Die Fortpflanzung könnte man auch als Wettrennen bezeichnen, bei dem Millionen von Spermien versuchen, die Eizelle zuerst zu erreichen. Sobald die Eizelle befruchtet ist, bildet sich daraus eine Zelle, die allmählich zu einem Lebewesen heranwächst. Wie der Rest der Zellen entsteht, beschreibt der sogenannte Zellzyklus.

In diesem Artikel über Genetik und die Bausteine des Lebens werden wir versuchen, die Mechanismen der Zellreproduktion zu erklären. Eine der Aufgaben der Zellen besteht darin, Zelllinien zu vervielfältigen und diesen Prozess fortlaufend zu wiederholen. Außerdem werden wir dir auch den Zellzyklus erklären, denn am Ende des Prozesses muss die Zelle wieder an den Ausgangspunkt zurückkehren.

Wir wissen, dass sich das genetische Material im Zellkern ansammelt. Wie und wann diese Informationen übermittelt werden, erforscht die Zellbiologie. Darüber hinaus analysiert sie nicht nur die während der Zellreproduktion ablaufenden Phasen, sondern auch die Veränderungen oder Mutationen, die während dieses Prozesses auftreten.

Aber was genau ist der Zellzyklus?

Genetik für Kinder: Was ist der Zellzyklus?

Der Zellzyklus ist im Wesentlichen eine Abfolge von verschiedenen Prozessen, die zur Erneuerung der Zellen führen. Mit anderen Worten, die Fähigkeit der Zellen, sich zu reproduzieren und zwei Kopien zu erzeugen, die mit der Originalzelle identisch sind.

Während des Zellzyklus finden verschiedene Phasen statt, die in zwei Stufen erfolgen: die eine wird Interphase (Nicht-Teilungsszustand) und die andere M-Phase (Teilungszustand) genannt. Der Prozess beginnt in dem Moment, in dem sich nach der Reproduktion eine neue Zelle bildet und kulminiert, wenn sich zwei Tochterzellen gebildet haben.

Der Zellzyklus: Was ist die Interphase?

Dies ist der Zeitraum, in dem sich eine Zelle darauf vorbereitet, sich zu duplizieren. Dazu muss sie ihr genetisches Material kopieren. Das bedeutet, dass sie mindestens doppelt so viele Chromosomen benötigt, um jeweils einen kompletten Chromosomensatz an jede Tochterzelle weitergeben zu können.

Diese Phase ist in drei weitere Phasen unterteilt:

  • Die G1-Phase (inkl. G0) ist die erste Phase. Die Zelle beginnt damit, RNA und Proteine zu synthetisieren und ihre Organellen, insbesondere das Zentrosom, zu duplizieren. Zu diesem Zeitpunkt haben sich sowohl die Masse als auch die Größe verdoppelt. Am Ende dieser Phase gibt es einen sogenannten Restriktionspunkt R. Wenn dieser erreicht ist, kann die Interphase nicht mehr gestoppt werden.
  • Die S-Phase ist die Vorbereitung für die Mitose. Nun repliziert die Zelle ihre DNA, die chromosomalen Proteine und die Histone. Dennoch ist nach wie vor noch keine Zellteilung erfolgt.
  • Während der G2-Phase muss alles für die Teilungsphase vorbereitet werden. Davor stellen die Kontrollmechanismen der Zellen sicher, dass die Duplizierung der DNA korrekt durchgeführt wurde. Danach setzt sich die Synthese der RNA und der Proteine fort und die Kernmembran beginnt, sich zu destabilisieren und eine Struktur zu bilden, die “achromatische Spindel” genannt wird.

Zu diesem Zeitpunkt ist die Zelle bereit, in die nächste Phase überzugehen: die M-Phase.

Der Zellzyklus: Die M-Phase

Wie wir bereits erklärt haben, erfolgt in der M-Phase die eigentliche Zellteilung. Wenn zwei Tochterzellen gebildet werden, die mit der Ursprungszelle identisch sind, handelt es sich um eine Mitose. Wenn 4 Keimzellen entstehen, handelt es sich um eine Meiose.

Die Auswahl zwischen diesen beiden Prozessen determiniert das Ende des Zellzyklus. Grundsätzlich umfasst die M-Phase zwei weitere Phasen: die Mitose und die Zytokinese.

Mitose

Die Mitose-Phase ist durch folgende charakteristische Merkmale gekennzeichnet:

  • Während der Mitose erfolgt die Teilung des Zellkerns. Anschließend werden die Chromosomen auf die beiden Tochterzellen verteilt.
  • Es ist ein fortlaufender Prozess, der in 5 Phasen abläuft: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase.
  • Durch die gleichmäßige Verteilung der Chromosomen wird die Erhaltung des Erbgutes sichergestellt.
  • Am Ende dieser Phase sind die beiden entstandenen Zellen sowohl untereinander als auch mit der Mutterzelle genetisch identisch.

Zytokinese

Der Zellzyklus gipfelt in der physischen Aufteilung des Zytoplasmas zwischen den Tochterzellen während der Zytokinese. Diese Phase überlappt sich mit der Anaphase und die Teilung des Zellkerns und des Zytoplasmas erfolgt praktisch gleichzeitig.

Bei tierischen Zellen erfolgt dieser Prozess durch Strangulation des äquatorialen Bereichs der Mutterzelle. Anders erfolgt dieser Prozess bei Pflanzenzellen. Hier bildet sich ein Separationsseptum, das sogenannte Phragmoplast, welches die ursprüngliche Zelle in zwei neue Zellen teilt.

Was passiert, wenn die Zelle statt der Mitose die Meiose wählt?

Tatsächlich findet dieser Prozess nur dann statt, wenn der Organismus Keimzellen erzeugen will. Diese Zellen haben nur die Hälfte der Chromosomen, die normale Körperzellen besitzen, da es sich um Zellen handelt, die an der Fortpflanzung beteiligt sind.

Die Meiose ist ein komplexerer Prozess als die Mitose. Dennoch können wir die Meiose als zwei aufeinanderfolgende Mitosen beschreiben, um 4 Tochterzellen zu gewinnen. Allerdings unterscheiden sich diese Zellen von der Mutterzelle, da jede Tochterzelle nur halb so viele Chromosomen hat.

Bedeutsam ist dieser Prozess aufgrund der ersten meiotischen Teilung. Dabei werden die homologen Chromosomen so miteinander kombiniert, dass sich das Ergebnis geringfügig von der Mutterzelle unterscheidet. Auf diese Weise erzeugt die Natur zufällige Variationen der Gene, die uns unsere Entwicklung ermöglichen.

“Ich habe diese individuell günstigen Variationen und Unterschiede und die Zerstörung derjenigen, die schädlich sind, natürliche Auswahl und das Überleben der Geeignetsten genannt.”

–C. Darwin–

Wir hoffen, dass dir unser Artikel über den Zellzyklus gefallen hat und du diesen faszinierenden Zyklus nun besser verstehst. Außerdem wollen wir dich dazu inspirieren, diese faszinierenden Prozesse auch deinen Kindern zu erklären.

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  • Alberts, B. Biología molecular de la célula. Edición: Omega