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Der Zellzyklus von Wachstum und Replikation

Der Zellzyklus ist die komplexe Abfolge von Ereignissen, durch die  Zellen  wachsen und sich teilen. In eukaryotischen Zellen umfasst dieser Prozess eine Reihe von vier verschiedenen Phasen. Diese Phasen bestehen aus der  Mitosephase (M), der Gap 1-Phase (G 1), der Synthesephase (S) und der Gap 2-Phase (G 2) . Die G 1 -, S- und G 2 -Phasen des Zellzyklus werden zusammen als Interphase bezeichnet. Die sich teilende Zelle verbringt die meiste Zeit in der Interphase, während sie zur Vorbereitung auf die Zellteilung wächst. Die  Mitosephase  des Zellteilungsprozesses beinhaltet die Trennung von  Kernchromosomen. gefolgt von der  Zytokinese (Teilung des Zytoplasmas unter Bildung von zwei verschiedenen Zellen). Am Ende des mitotischen Zellzyklus werden zwei unterschiedliche Tochterzellen produziert. Jede Zelle enthält identisches genetisches Material.

Die Zeit, die eine Zelle benötigt, um einen  Zellzyklus  abzuschließen, hängt  vom Zelltyp ab. Einige Zellen, wie  Blutzellen  im  KnochenmarkHautzellen  und Zellen, die Magen und Darm auskleiden, teilen sich schnell und konstant. Andere Zellen teilen sich bei Bedarf, um beschädigte oder tote Zellen zu ersetzen. Diese Zelltypen umfassen Zellen der  Nieren. Leber und  Lunge. Wieder andere Zelltypen, einschließlich  Nervenzellen, hören auf. sich zu teilen, sobald sie reif sind.

Wichtige Erkenntnisse: Zellzyklus

  • Zellen wachsen und teilen sich durch den Zellzyklus.
  • Die Phasen des Zellzyklus umfassen die Interphase und die mitotische Phase . Die Interphase besteht aus der Gap 1-Phase (G 1), der Synthesephase (S) und der Gap 2-Phase (G 2).
  • Teilende Zellen verbringen den größten Teil ihrer Zeit in der Interphase, in der sie an Masse zunehmen und DNA replizieren, um sich auf die Zellteilung vorzubereiten.
  • Bei der Mitose ist der Inhalt der sich teilenden Zelle gleichmäßig auf zwei Tochterzellen verteilt.
  • Der Zellzyklus tritt auch bei der Replikation von Geschlechtszellen oder Meiose auf . Nach Beendigung des Zellzyklus bei Meiose werden vier Tochterzellen produziert.

 

Phasen des Zellzyklus

Darryl Leja, NHGRI

Die beiden Hauptabteilungen des Zellzyklus sind Interphase und Mitose.

Interphase

Während dieses Abschnitts des Zellzyklus verdoppelt eine Zelle ihr Zytoplasma und synthetisiert DNA. Es wird geschätzt, dass eine sich teilende Zelle in dieser Phase etwa 90 bis 95 Prozent ihrer Zeit verbringt.

  • G1-Phase: Die Zeit vor der DNA-Synthese. In dieser Phase nimmt die Masse und die Organellenzahl der Zelle zur Vorbereitung der Zellteilung zu. Tierzellen in dieser Phase sind diploid. was bedeutet, dass sie zwei Chromosomensätze haben.
  • S-Phase: Der Zeitraum, in dem DNA synthetisiert wird. In den meisten Zellen gibt es ein enges Zeitfenster, in dem die DNA-Replikation stattfindet. Der Chromosomengehalt wird in dieser Phase verdoppelt.
  • G2-Phase: Die Zeit nach der DNA-Synthese, jedoch vor Beginn der Mitose. Die Zelle synthetisiert zusätzliche Proteine und nimmt weiter an Größe zu.

Stadien der Mitose

Bei Mitose und Zytokinese ist der Inhalt der sich teilenden Zelle gleichmäßig auf zwei Tochterzellen verteilt. Mitose besteht aus vier Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

  • Prophase: In diesem Stadium treten Veränderungen sowohl im Zytoplasma als auch im Zellkern der sich teilenden Zelle auf. Das Chromatin kondensiert zu diskreten Chromosomen. Die Chromosomen beginnen zum Zellzentrum zu wandern. Die Kernhülle bricht zusammen und Spindelfasern bilden sich an entgegengesetzten Polen der Zelle.
  • Metaphase: In diesem Stadium verschwindet die Kernmembran vollständig. Die Spindel entwickelt sich vollständig und die Chromosomen richten sich an der Metaphasenplatte aus (eine Ebene, die von den beiden Polen gleich weit entfernt ist).
  • Anaphase: In diesem Stadium trennen sich gepaarte Chromosomen ( Schwesterchromatiden. und bewegen sich zu entgegengesetzten Enden (Polen) der Zelle. Spindelfasern, die nicht mit Chromatiden verbunden sind, verlängern und verlängern die Zelle.
  • Telophase: In diesem Stadium werden die Chromosomen in verschiedene neue Kerne abgesperrt und der genetische Inhalt der Zelle wird gleichmäßig in zwei Teile geteilt. Die Zytokinese beginnt vor dem Ende der Mitose und endet kurz nach der Telophase.

Sobald eine Zelle den Zellzyklus abgeschlossen hat, geht sie zurück in die G 1 -Phase und wiederholt den Zyklus erneut. Zellen im Körper können zu jedem Zeitpunkt ihres Lebens auch in einen nicht teilenden Zustand versetzt werden, der als Gap 0- Phase (G 0 ) bezeichnet wird . Zellen können sehr lange in diesem Stadium bleiben, bis ihnen signalisiert wird, dass sie den Zellzyklus durchlaufen, wie dies durch das Vorhandensein bestimmter Wachstumsfaktoren oder anderer Signale ausgelöst wird. Zellen, die genetische Mutationen enthalten, werden permanent in die G 0 -Phase versetzt, um sicherzustellen, dass sie nicht repliziert werden. Wenn der Zellzyklus schief geht, geht das normale Zellwachstum verloren. Es können sich Krebszellen entwickeln, die die Kontrolle über ihre eigenen Wachstumssignale erlangen und sich unkontrolliert weiter vermehren.

 

Zellzyklus und Meiose

Lily Anther Microsporocyte in Telophase II der Meiose. Ed Reschke / Fotobibliothek / Getty Images

Nicht alle Zellen teilen sich durch den Prozess der Mitose. Organismen,  die sich sexuell vermehren,  durchlaufen auch eine Art Zellteilung, die  Meiose genannt wird. Meiose tritt in  Geschlechtszellen auf  und ähnelt im Prozess der Mitose. Nach einem vollständigen Zellzyklus in der Meiose werden jedoch vier Tochterzellen produziert. Jede Zelle enthält die Hälfte der Chromosomenzahl der ursprünglichen Elternzelle. Dies bedeutet, dass Geschlechtszellen  haploide  Zellen sind. Wenn sich haploide männliche und weibliche  Gameten  in einem als Befruchtung bezeichneten Prozess vereinigen  , bilden sie eine  diploide  Zelle, die Zygote genannt wird.

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