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B978-3-437-42836-4.00030-8

10.1016/B978-3-437-42836-4.00030-8

978-3-437-42836-4

Abb. 30.1

[L253]

Der Zellzyklus

Abb. 30.2

[L253]

Kontrollpunkte des Zellzyklus

Überblick über den Zellzyklus

Tab. 30.1
Phase Funktion Kontrollpunkt DNA-Gehalt Dauer beim Fibroblasten
G1 (Gap) Protein- und RNA-Synthese für Verdopplung der DNA, Wachstumsphase ja 2n2c 9 h
S (Synthese) Verdopplung der DNA am Anfang 2n2c, am Ende 2n4c 7 h
G2 (Gap) Kontrolle der DNA vor Mitose ja 2n4c 5 h
Mitose Teilung der Zelle ja (Metaphasenkontrollpunkt) am Anfang 2n4c, am Ende 2n2c 1 h
G0 (Gap) gewebsspezifische Aufgaben nein 2n2c bis Zelltod oder Rückkehr in G1-Phase

Zellzyklus

In diesem Kapitel befassen wir uns mit den „Meilensteinen“ im Leben einer Zelle: Wir betrachten, wie sich eine Zelle teilt und welche Vorbereitungen dafür nötig sind, werfen einen Blick auf die Entstehung von Spermien und Eizellen, um uns dann mit dem unausweichlichen Ende des Lebens der Zellen zu befassen.

Zellen entstehen durch Zellteilung und können durch Zellteilung Nachkommen bilden. Es ist nur logisch, diesen Prozess als Kreislauf, den ZellzyklusZellzyklus, darzustellen (Abb. 30.1, Tab. 30.1).

G0-Phase

Wenn wir uns eine Zelle vorstellen, die gerade durch Zellteilung (Mitose) entstanden ist, hat diese Zelle zwei Möglichkeiten. Hat sie nicht das Ziel, sich noch einmal zu teilen, tritt sie in die G0-Phase ein. Die G0-PhaseG0-Phase stellt gewissermaßen den „Austritt“ aus dem Zellzyklus dar. Die Zelle geht zwar noch ihren Funktionen nach, trifft aber keine Vorbereitungen, um sich weiter zu vermehren. In machen Geweben verharren die Zellen, egal was passiert, in der G0-Phase und gehen ihren Aufgaben nach, bis sie sterben (man spricht von terminaler Differenzierung). Andere Zellen sind flexibler: Sie können bei Bedarf (z. B. wenn Zellen in der Nachbarschaft geschädigt werden oder sterben) aus der G0-Phase in den Zellzyklus zurückkehren und sich weiter teilen.

G1-Phase

Nehmen wir an, unsere Zelle will sich sofort weiter teilen oder hat sich nach einem kurzen Ausflug in die G0-Phase wieder „besonnen“. Sie tritt nun in die G1-PhaseG1-Phase ein, die die Verdopplung der DNA ermöglicht. Diese Verdopplung ist notwendig, damit beide Tochterzellen, die bei der Mitose entstehen, über eine vollständige Erbinformation verfügen.
Die G1-Phase ist die längste Phase des Zellzyklus. Wie lang sie tatsächlich dauert, hängt stark vom Gewebetyp ab. Da im Physikum bereits einmal nach dem Zellzyklus einer Bindegewebszelle (Fibroblast) gefragt wurde, solltet ihr euch deren Zellzyklus grob einprägen. Der gesamte Zyklus dauert ungefähr einen Tag (22–24 h) und auf die G1-Phase entfällt natürlich der größte Anteil, ca. 9 h. Während der G1-Phase verfügt die Zelle über einen diploiden Chromosomensatz (23 Chromosomenpaare = 46 Chromosomen, je eins von Vater und Mutter). Da jedes Chromosom eines Paars aus je einem DNA-Strang, einem Chromatid, besteht, liegt ein Gen in doppelter Ausfertigung vor. Man schreibt folglich 2n (diploider Chromosomensatz) 2c (Gen liegt doppelt vor).
Den Abschluss der G1-Phase bildet der G1-KontrollpunktG1-Kontrollpunkt (Abb. 30.2). Ihr könnt euch vorstellen, dass in der langen G1-Phase viel schiefgehen kann. Es wäre ziemlich problematisch, wenn Mutationen in der DNA, die während dieser Phase entstanden sind, in der anschließenden Synthesephase verdoppelt werden, sodass beide Tochterzellen die fehlerhafte DNA in sich tragen. Aus diesem Grund prüft die Zelle am Ende der G1-Phase, ob alles stimmt. Wird die Zelle für „würdig befunden“, bekommt sie ein Signal und darf den Zellzyklus weiter durchlaufen. Finden sich Fehler, muss die Zelle in die G0-Phase eintreten oder es kommt zum kontrollierten Zelltod, der ApoptoseApoptose.

S-Phase

Der nächste Schritt ist die Synthese-Phase. Hier kommt es zur Verdopplung der DNA. Wie wir bereits gelernt haben, entstehen dabei aber nicht etwa 92 Chromosomen, sondern unsere 46 Chromosomen bestehen nun aus zwei Chromatiden. Wir haben also immer noch einen diploiden Chromosomensatz (2n), wobei die beiden Chromosomen eines homologen Chromosomenpaars nun aus je zwei Chromatiden bestehen. Folglich gibt es in der Zelle 2 × 2, also 4 Kopien eines Gens (4c). Die Verdopplung der DNA wird Replikation genannt.

Die S-PhaseS-Phase ist die zweitlängste Phase des Zellzyklus und dauert beim Fibroblasten etwa 7 h.

G2-Phase

Da auf die G2-PhaseG2-Phase die Mitose folgt, muss die Zelle in diesem Abschnitt des Zellzyklus sämtliche Vorbereitungen abschließen. Dazu gehört auch, sicherzustellen, dass die DNA der Zelle nach wie vor fehlerfrei vorliegt. Es ist also Zeit für einen weiteren Kontrollpunkt, um zu entscheiden, ob die Zelle sich endlich teilen darf (Abb. 30.2).
Da das Herstellen von DNA aufwendiger ist als das Kontrollieren, ist die G2-Phase kürzer als die G1- bzw. die S-Phase. Beim Fibroblasten dauert sie rund 5 h.
Der DNA-Gehalt der Zelle ist immer noch 2n4c.

Mitose

MitoseNun teilt sich die Zelle endlich. Wenn man sich anschaut, wie lange sie darauf hingearbeitet hat, ist die Mitose fast schon enttäuschend kurz: Beim Fibroblasten dauert sie nur ca. 1 h.

Der DNA-Gehalt nach der Mitose ist 2n2c.

Das entspricht dem DNA-Gehalt in der G1/G0-Phase, was auch passt, denn schließlich tritt die Zelle nach der Teilung wieder in eine dieser Phasen ein. Bei der Mitose werden die Chromosomen geteilt und jede Tochterzelle bekommt ein Chromatid von jedem Chromosom. Eine Tochterzelle enthält also wieder 2 × 23 = 46 Chromosomen. Da es sich aber nur noch um Ein-Chromatid-Chromosomen handelt, ist der DNA-Gehalt nur noch 2n2c.
Übrigens: Auch während der Mitose gibt es einen Kontrollpunkt. Er überwacht unter anderem die Trennung der 2-Chromatid-Chromosomen und wird Metaphasen-Kontrollpunkt genannt.
Gelegentlich wird auch der Begriff InterphaseInterphase verwendet. Damit bezeichnet man die Phase zwischen (daher der Name) den Zellteilungen. Anders gesagt: G1-, S- und G2-Phase kann man als Interphase zusammenfassen.

Zusammenfassung

  • Der Zellzyklus besteht aus G1-, S-, G2- und M-Phase.

  • Die G0-Phase ist gewissermaßen der Austritt aus dem Zellzyklus.

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