Zellteilung: der Zellzyklus

Das Wachstum eines Organismus beruht auf der Zunahme der Zellzahl durch Zellteilung. Die wichtigsten Zellteilungsmethoden im menschlichen Körper sind Mitose und Meiose. Die Prozesse bei diesen Zellteilungsmethoden verlaufen ähnlich, führen aber zu unterschiedlichen Ergebnissen.

Die mitotische Zellteilung (Mitose) führt zu einer Zunahme der Zellzahl und zum Wachstum des Organismus. Diese Methode gewährleistet die Erneuerung von Zellen, wenn sie abgenutzt sind oder absterben. Es ist derzeit bekannt, dass Epidermiszellen 10-30 Tage und Erythrozyten bis zu 4-5 Monate leben. Nerven- und Muskelzellen (Fasern) leben ein Leben lang.

Alle Zellen unterliegen während der Teilung Veränderungen, die im Rahmen des Zellzyklus stattfinden. Als Zellzyklus bezeichnet man die Prozesse, die in einer Zelle von Teilung zu Teilung bzw. von Teilung bis zum Tod der Zelle ablaufen. Der Zellzyklus unterscheidet zwischen der Vorbereitung der Zelle auf die Teilung (Interphase) und der Mitose (dem Prozess der Zellteilung).

In der Interphase, die etwa 20 bis 30 Stunden dauert, nimmt die Geschwindigkeit der Biosyntheseprozesse zu und die Anzahl der Organellen nimmt zu. Zu diesem Zeitpunkt verdoppelt sich die Masse der Zelle und aller ihrer Strukturkomponenten, einschließlich der Zentriolen.

Es kommt zur Replikation (Wiederholung, Verdoppelung) von Nukleinsäuremolekülen. Dabei werden genetische Informationen, die in der Mutter-DNA gespeichert sind, durch präzise Reproduktion in Tochterzellen übertragen. Die Mutter-DNA-Kette dient als Vorlage für die Synthese der Tochter-DNA. Durch die Replikation besteht jedes der beiden Tochter-DNA-Moleküle aus einer alten und einer neuen Kette. Während der Vorbereitung auf die Mitose werden in der Zelle die für die Zellteilung notwendigen Proteine synthetisiert. Am Ende der Interphase ist das Chromatin im Zellkern kondensiert.

Mitose (von griechisch mitos – Faden) ist die Phase, in der sich die Mutterzelle in zwei Tochterzellen teilt. Die mitotische Zellteilung sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Zellstrukturen und ihrer Kernsubstanz – des Chromatins – zwischen den beiden Tochterzellen. Die Mitose dauert 30 Minuten bis 3 Stunden. Die Mitose wird in Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase unterteilt.

In der Prophase zerfällt der Nukleolus allmählich, und die Zentriolen divergieren in Richtung der Zellpole. Die Mikrotubuli der Zentriolen sind zum Äquator gerichtet und überlappen sich im Äquatorbereich.

In der Metaphase wird die Kernmembran zerstört, die Chromosomenstränge werden zu den Polen geführt und bleiben so mit dem Äquator der Zelle verbunden. Die Strukturen des endoplasmatischen Retikulums und des Golgi-Komplexes zerfallen in kleine Bläschen (Vesikel), die sich zusammen mit den Mitochondrien in beide Hälften der sich teilenden Zelle verteilen. Am Ende der Metaphase beginnt sich jedes Chromosom durch einen Längsspalt in zwei neue Tochterchromosomen aufzuspalten.

In der Anaphase trennen sich die Chromosomen voneinander und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 0,5 μm/min in Richtung der Zellpole. Am Ende der Anaphase stülpt sich die Plasmamembran entlang des Äquators der Zelle senkrecht zu ihrer Längsachse ein und bildet eine Teilungsfurche.

In der Telophase dekondensieren die zu den Zellpolen divergierenden Chromosomen und werden zu Chromatin. Die Transkription (Produktion) von RNA beginnt. Kernmembran und Nukleolus bilden sich, und die Membranstrukturen zukünftiger Tochterzellen bilden sich rasch. An der Zelloberfläche, entlang ihres Äquators, vertieft sich die Einschnürung, und die Zelle teilt sich in zwei Tochterzellen.

Durch die mitotische Teilung erhalten Tochterzellen einen Chromosomensatz, der mit dem der Mutter identisch ist. Die Mitose gewährleistet genetische Stabilität, eine Zunahme der Zellzahl und damit das Wachstum des Organismus sowie Regenerationsprozesse.

Meiose (von griechisch Meiose – Reduktion) wird in Geschlechtszellen beobachtet. Durch die Teilung dieser Zellen entstehen neue Zellen mit einem einzigen (haploiden) Chromosomensatz, der für die Weitergabe genetischer Informationen wichtig ist. Wenn eine Geschlechtszelle mit einer Zelle des anderen Geschlechts verschmilzt (während der Befruchtung), verdoppelt sich der Chromosomensatz, wird vollständig, doppelt (diploid). In der diploiden (zweikernigen) Zygote, die nach der Verschmelzung von Geschlechtszellen entsteht, gibt es zwei Sätze identischer (homologer) Chromosomen. Jedes Paar homologer Chromosomen eines diploiden Organismus (Zygote) stammt aus dem Kern der Eizelle und dem Kern des Spermiums.

Als Ergebnis der Meiose der Geschlechtszellen im reifen Organismus enthält jede Tochterzelle nur eines aller homologen Chromosomenpaare der ursprünglichen Zellen. Dies ist möglich, weil während der Meiose lediglich die DNA-Replikation und zwei aufeinanderfolgende Kernteilungen stattfinden. Dadurch entstehen aus einer diploiden Zelle zwei haploide Zellen. Jede dieser Tochterzellen enthält halb so viele Chromosomen (23) wie der Zellkern der Mutterzelle (46). Infolge der Meiose haben haploide Geschlechtszellen nicht nur eine halb so große Chromosomenzahl, sondern auch eine andere Anordnung der Gene in den Chromosomen. Der neue Organismus trägt daher nicht nur die Summe der Merkmale seiner Eltern, sondern auch seine eigenen (individuellen) Merkmale.

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