Zellzyklus und Ablauf der Mitose

Jeder Mensch entsteht aus einer einzelnen Zelle, nämlich der befruchteten Eizelle. Nach $$9$$ Monaten entsteht daraus ein lebensfähiger Mensch. Das liegt daran, dass die befruchtete Eizelle sich sehr oft teilt, wodurch neue Zellen entstehen.

Wachstum und Zellteilung

Die Zellen vermehren sich durch Zellteilung. Dabei durchlaufen sie den Zellzyklus (Mitose), ein geordnetes Schema, das immer gleich abläuft. Die Dauer des Zellzyklus ist aber je nach Lebewesen und Zelltyp unterschiedlich lang. Bakterien können sich alle $$20$$​ Minuten teilen, wohingegen die Wurzelspitze der Zwiebel $$20$$​ Stunden braucht.

Nachdem sich eine Zelle geteilt hat, entstehen zwei Zellen, die genetisch identisch sind. Diese entstandenen Zellen werden auch Tochterzellen genannt. Damit jede Tochterzelle auch das komplette genetische Material erhält, muss die Zelle die sogenannte Mitose durchlaufen.

Ablauf der Mitose

Als Mitose wird der Zyklus bezeichnet, den eine Zelle durchläuft, um sich zu teilen. Die Mitose lässt sich in verschiedene Phasen aufteilen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Reihenfolge ist für den korrekten Ablauf der Mitose sehr wichtig.

1. Übergang von der Interphase zur Mitose: Das genetische Material (DNA) wird repliziert, damit ein vollständiger Zwei-Chromatid-Chromosomen Satz vorhanden ist.
2. Prophase: Genetisches Material liegt dicht verpackt und kondensiert in Form von Chromosomen vor. Spindelfasern (A) bilden sich aus.
   
3. Metaphase: Spindelfasern verbinden sich mit den Chromosomen am Centromer (B).
   
4. Metaphase: Die Chromosomen sind in der Äquatorialebene angeordnet.
   
5. Anaphase: Die Zwei-Chromatid-Chromosomen werden in Ein-Chromatid-Chromosomen aufgeteilt.
   
6. Telophase: Neue Kernhülle wird gebildet und die Zelle teilt sich.
7. Interphase: Der Zeitraum zwischen der Zellteilung.

Prophase

Vor der Mitose (Zellteilung) liegt das genetische Material in Form von langen DNA-Fäden vor, welche erstmal verdoppelt werden (Replikation) muss, um auf die beiden Tochterzellen verteilt werden zu können. Um das genetische Material gut verteilen zu können, werden die langen Fäden in der ersten Phase der Mitose in die Transportform, also Chromosomen überführt. Dabei wird das genetische Material aufspiralisiert und mehrmals ineinander gefaltet, sodass ein kompaktes Chromosom entsteht. Gleichzeitig wird die Kernhülle des Zellkerns aufgelöst, damit die Chromosomen verteilt werden können. Als Nächstes bildet die Zelle an den Zellpolen Spindelfasern aus, die zur Verteilung der Chromosomen führen.

​Prophase: Genetisches Material liegt dicht verpackt und kondensiert in Form von Chromosomen vor. ​	Metaphase: Spindelfasern verbinden sich mit den Chromosomen am Centromer.

Metaphase

Bei den Spindelfasern handelt es sich um Eiweissfäden, die sich verkürzen können und somit die Chromosomen an die beiden Zellpole ziehen. Jedes Chromosom besteht aus zwei Hälften, den sogenannten Chromatiden. Deshalb nennt man das Chromosom in seiner Transportform auch Zwei-Chromatid-Chromosom. Diese sind miteinander am Centromer verbunden. In der zweiten Phase der Mitose verbinden sich die Spindelfasern mit dem Chromosom am Centromer. Anschliessend werden die Chromosomen in der Mitte der Zelle in einer Ebene angeordnet (Äquatorialebene).

Metaphase: Die Chromosomen sind in der Äquatorialebene angeordnet.

Anaphase

Sobald sich die Spindelfasern verkürzen, wird das Zwei-Chromatid-Chromosom in zwei Ein-Chromatid-Chromosomen getrennt, wobei jede Tochterzelle eins davon erhält. Durch Verkürzen werden die Ein-Chromatid-Chromosomen an den jeweiligen entgegengesetzten Zellpol gezogen.

Anaphase: Die Zwei-Chromatid-Chromosomen werden in Ein-Chromatid-Chromosomen aufgeteilt.

Telophase

Sobald alle Ein-Chromatid-Chromosomen an den Zellpol angelangt sind, wird um sie herum eine neue Kernhülle gebildet, bevor sich auch der Rest der Zelle teilt und zwei Tochterzellen entstanden sind. Beide Zellkerne enthalten nun Ein-Chromatid-Chromosomen, aber trotzdem den vollständigen Chromosomensatz und somit das gesamte genetische Material. Die Zellen sind allerdings noch viel kleiner als ursprünglich, aber in der Interphase erlangen die Zellen ihre alte Grösse wieder zurück. Die Mitose ist abgeschlossen.

Telophase: Neue Kernhülle wird gebildet und die Zelle teilt sich.

Interphase

Den Zeitraum zwischen den Zellteilungen heisst Interphase, das bedeutet, dass vor und nach jeder Zellteilung die Zellen in der Interphase verweilen. Nach der Mitose hat jede Zelle einen Chromosomensatz an Ein-Chromatid-Chromosomen. Diese werden in der Interphase wieder verdoppelt, damit wieder Zwei-Chromatid-Chromosomen vorliegen, und somit jedes Chromosom eine Kopie von sich selbst trägt. Diesen Vorgang nennt man auch Replikation. Das ist notwendig, damit während der Mitose die Chromosomen an zwei Zellen weitergegeben werden können.

Streng genommen gehört die Interphase nicht zur Mitose, denn sie beschreibt den Zustand einer Zelle ausserhalb der Zellteilung.

Bedeutung des Zellzyklus

Während der Mensch wächst (in der Kindheit und Jugend) teilen und vermehren sich die Zellen sehr oft.
Die meisten Zellen können sich aber nicht unendlich oft teilen. Sobald ein Limit erreicht wurde, bleiben die Zellen in der Interphase ihres letzten Zellzyklus stehen.

Danach können sich nur noch sogenannte Stammzellen weiter teilen. Stammzellen sind besondere Zellen in unserem Körper, weil sie sich zu jeder anderen Körperzelle entwickeln können. Sie befinden sich an bestimmten Orten im Körper, z.B. im Knochenmark. Sobald Zellen ersetzt werden müssen, z.B. nach einer Verletzung, werden Stammzellen aktiviert und entwickeln sich in die entsprechenden benötigten Zellen. Oder auch um Blutzellen zu ersetzen werden Stammzellen aktiviert, da diese ständig neu gebildet werden müssen, damit das Immunsystem intakt bleibt.

Zusammenfassung

• Zellen vermehren sich durch Zellteilung.
• Die Zellteilung heisst auch Zellzyklus oder Mitose.
• Während der Mitose teilt sich die Zelle und es entstehen zwei neue Zellen, auch Tochterzellen genannt.
• Diese Tochterzellen haben exakt dasselbe genetische Material (DNA) erhalten.
• Die Mitose lässt sich in mehrere Phasen aufteilen: Interphase, Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase.
• Eselsbrücke, um sich die Phasen zu merken: Ich putze mein Auto täglich.