Der Zellzyklus
Aktiv teilende eukaryote Zellen durchlaufen eine Reihe von Stufen, die gemeinsam als Zellzyklus bezeichnet werden: zwei Spaltphasen (G1 und G2); eine S-Phase (für die Synthese), in der das genetische Material dupliziert wird; und eine M-Phase, in der Mitose das genetische Material trennt und die Zelle teilt.
- G1-phase. Metabolische Veränderungen bereiten die Zelle auf die Teilung vor., An einem bestimmten Punkt – dem Restriktionspunkt-ist die Zelle zur Teilung verpflichtet und bewegt sich in die S-Phase.
- S-phase. Die DNA-Synthese repliziert das genetische Material. Jedes Chromosom besteht nun aus zwei Schwesterchromatiden.
- G2-phase. Metabolische Veränderungen bilden die zytoplasmatischen Materialien, die für Mitose und Zytokinese notwendig sind.
- die M-phase. Eine Kernteilung (Mitose) gefolgt von einer Zellteilung (Zytokinese).
Die Periode zwischen mitotischen Divisionen-also G1, S und G2 – wird als Interphase bezeichnet.,
Mitose
Mitose ist eine Form der eukaryotischen Zellteilung, die zwei Tochterzellen mit der gleichen genetischen Komponente wie die Elternzelle produziert. Chromosomen, die während der S-Phase repliziert werden, werden so unterteilt, dass jede Tochterzelle eine Kopie jedes Chromosoms erhält. Bei der aktiven Teilung tierischer Zellen dauert der gesamte Prozess etwa eine Stunde.
Die replizierten Chromosomen sind an einen „mitotischen Apparat“ gebunden, der sie ausrichtet und dann die Schwesterchromatiden trennt, um eine gleichmäßige Aufteilung des genetischen Materials zu erzeugen., Auf diese Trennung des genetischen Materials bei einer mitotischen Kernteilung (oder Karyokinese) folgt eine Trennung des Zellzytoplasmas in einer Zellteilung (oder Zytokinese), um zwei Tochterzellen zu produzieren.
In einigen einzelligen Organismen bildet die Mitose die Grundlage der asexuellen Fortpflanzung. In diploiden mehrzelligen Organismen beinhaltet die sexuelle Fortpflanzung die Fusion von zwei haploiden Gameten zu einer diploiden Zygote. Mitotische Teilungen der Zygote und der Tochterzellen sind dann für das nachfolgende Wachstum und die Entwicklung des Organismus verantwortlich., Im erwachsenen Organismus spielt die Mitose eine Rolle bei Zellersatz, Wundheilung und Tumorbildung.
Die Mitose ist zwar ein kontinuierlicher Prozess, wird jedoch herkömmlicherweise in fünf Stufen unterteilt: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase.
Die Phasen der Mitose
Prophase
Prophase nimmt über die Hälfte der Mitose. Die Kernmembran zerfällt zu einer Anzahl kleiner Vesikel und der Nukleolus zerfällt., Eine Struktur, die als Zentrosom bekannt ist, dupliziert sich selbst, um zwei Tochterzentrosomen zu bilden, die zu entgegengesetzten Enden der Zelle wandern. Die Zentrosomen organisieren die Produktion von Mikrotubuli, die die Spindelfasern bilden, die die mitotische Spindel bilden. Die Chromosomen kondensieren zu kompakten Strukturen. Jedes replizierte Chromosom kann nun aus zwei identischen Chromatiden (oder Schwesterchromatiden) bestehen, die durch eine Struktur, die als Zentromer bekannt ist, zusammengehalten werden.,
Prometaphase
Die Chromosomen, angeführt von ihren Zentromeren, wandern in der Mittellinie der Zelle in die Äquatorialebene-im rechten Winkel zu der Achse, die von den Zentrosomen gebildet wird. Dieser Bereich der mitotischen Spindel ist als Metaphaseplatte bekannt. Die Spindelfasern binden an eine Struktur, die mit dem Zentromer jedes Chromosoms verbunden ist, das Kinetochor genannt wird. Einzelne Spindelfasern binden an eine Kinetochorstruktur auf jeder Seite des Zentromers. Die Chromosomen kondensieren weiter.,
Metaphase
Die Chromosomen richten sich entlang der Metaphaseplatte des Spindelapparates aus.
Anaphase
Der kürzeste Stadium der Mitose. Die Zentromer teilen sich, und die Schwesterchromatiden jedes Chromosoms werden auseinandergezogen-oder „disjoin“ – und bewegen sich zu den entgegengesetzten Enden der Zelle, gezogen von Spindelfasern, die an den Kinetochorregionen befestigt sind. Die getrennten Schwesterchromatiden werden nun als Tochterchromosomen bezeichnet., (Es ist die Ausrichtung und Trennung in Metaphase und Anaphase, die wichtig ist, um sicherzustellen, dass jede Tochterzelle eine Kopie jedes Chromosoms erhält.)
Telophase
Die Letzte Phase der Mitose, und eine Umkehr von vielen der beobachteten Prozesse während der prophase. Die Kernmembran bildet sich um die Chromosomen, die an jedem Pol der Zelle gruppiert sind, die Chromosomen lösen sich auf und werden diffus, und die Spindelfasern verschwinden.
Zytokinese
Die endgültige Zellteilung, um zwei neue Zellen zu bilden., In Pflanzen bildet sich eine Zellplatte entlang der Linie der Metaphaseplatte; Bei Tieren kommt es zu einer Verengung des Zytoplasmas. Die Zelle tritt dann in die Interphase ein-das Intervall zwischen mitotischen Divisionen.
Meiose
Meiose ist die Form der eukaryotischen Zellteilung, die haploide Geschlechtszellen oder Gameten (die eine einzelne Kopie jedes Chromosoms enthalten) aus diploiden Zellen (die zwei Kopien jedes Chromosoms enthalten) produziert. Der Prozess hat die Form einer DNA-Replikation, gefolgt von zwei aufeinanderfolgenden Kern – und Zellteilungen (Meiose I und Meiose II)., Wie bei der Mitose geht der Meiose ein Prozess der DNA-Replikation voraus, der jedes Chromosom in zwei Schwesterchromatiden umwandelt.
Meiose I
Meiose I trennt die Paare homologe Chromosomen.
Bei Meiose I reduziert eine spezielle Zellteilung die Zelle von diploid zu haploid.
Prophase I
Die homologen Chromosomen paaren und tauschen DNA aus, um rekombinante Chromosomen zu bilden. Prophase I ist in fünf Phasen unterteilt:
- Leptoten: Chromosomen beginnen zu kondensieren.,
- Zygoten: Homologe Chromosomen werden eng assoziiert (Synapsis), um Chromosomenpaare (Bivalente) zu bilden, die aus vier Chromatiden (Tetraden) bestehen.
- Pachytene: Kreuzung zwischen homologen Chromosomenpaaren zur Bildung von Chiasmata (sing. chiasma).
- Diploten: Homologe Chromosomen beginnen sich zu trennen, bleiben aber durch Chiasmata gebunden.
- Diakinese: Homologe Chromosomen trennen sich weiter und Chiasmata bewegen sich zu den Enden der Chromosomen.,
Prometaphase I
Spindelapparat gebildet und Chromosomen durch Kinetochoren an Spindelfasern befestigt.
Metaphase I
Homologe Chromosomenpaare (Bivalente), die als zweireihig entlang der Metaphaseplatte angeordnet sind. Die Anordnung der gepaarten Chromosomen in Bezug auf die Pole der Spindelvorrichtung ist entlang der Metaphaseplatte zufällig. (Dies ist eine Quelle genetischer Variation durch zufälliges Sortiment, da die väterlichen und mütterlichen Chromosomen in einem homologen Paar ähnlich, aber nicht identisch sind., Die Anzahl der möglichen Anordnungen beträgt 2n, wobei n die Anzahl der Chromosomen in einem haploiden Satz ist. Der Mensch hat 23 verschiedene Chromosomen, daher beträgt die Anzahl der möglichen Kombinationen 223, was über 8 Millionen beträgt.)
Anaphase I
Die homologen Chromosomen in jedem Bivalenten werden getrennt und bewegen sich zu den entgegengesetzten Polen der Zelle
Telophase I
Die Chromosomen werden diffus und die Kernmembran reformiert sich.
Zytokinese
Die endgültige Zellteilung zu zwei neuen Zellen, gefolgt von Meiose II., Meiose I ist eine Reduktionsteilung: Die ursprüngliche diploide Zelle hatte zwei Kopien jedes Chromosoms; Die neu gebildeten haploiden Zellen haben eine Kopie jedes Chromosoms.
Meiose II
Meiose II trennt jedes Chromosom in zwei Chromatiden.
Die Ereignisse der Meiose II sind analog zu denen einer mitotischen Teilung, obwohl die Anzahl der beteiligten Chromosomen halbiert wurde.,
Die Meiose erzeugt genetische Vielfalt durch:
- den Austausch von genetischem Material zwischen homologen Chromosomen während der Meiose I
- die zufällige Ausrichtung von mütterlichen und väterlichen Chromosomen bei der Meiose I
- die zufällige Ausrichtung der Schwesterchromatiden bei der Meiose II