Zellzyklus

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 9. März 2017
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Als Zellzyklus bezeichnet man einen regelmäßig auftretenden Ablauf von verschiedenen Phasen in einer Körperzelle. Der Zellzyklus beginnt immer nach einer Teilung der Zelle und endet nach Abschluss der nächsten Zellteilung.

Inhaltsverzeichnis

Was ist der Zellzyklus?

Der Zellzyklus startet direkt nach der Zellteilung mit der Interphase. Die Interphase wird auch als G-Phase bezeichnet. Sie ist zusammengesetzt aus den Phasen G1, G2, S und 0.

In der G1-Phase, auch Gap-Phase genannt, steht das Zellwachstum im Vordergrund. Die Zelle wird um verschiedene Zellbestandteile, wie zum Beispiel das Zytoplasma und einige Zellorganellen, erweitert. In der Zelle werden verschiedene Proteine und die RNS, die Ribonukleinsäure, produziert. Die RNA spielt in der Zelle eine Rolle als Träger genetischer Informationen.

In der G-Phase teilen sich die sogenannten Zentriolen. Zentriolen sind Organellen tierischer Zellen, die sich in der Nähe des Zellkerns befinden. Der Zellkern ist nun klar zu erkennen. In der G1-Phase besteht jedes Chromosom aus nur einem Chromatid. Die G1-Phase dauert in der Regel 1 bis 12 Stunden. Bei entarteten Zellen kann diese Phase extrem verkürzt sein.

Auf die G1-Phase folgt die S-Phase. In dieser Phase findet die Replikation der DNA im Zellkern statt, sodass am Ende dieser Synthese-Phase die DNA verdoppelt ist und jedes Chromosom aus zwei Chromatiden gebildet wird. Die S-Phase dauert zwischen 7 und 8 Stunden.

Der Zellzyklus beginnt immer nach einer Teilung der Zelle und endet nach Abschluss der nächsten Zellteilung.

Die G2-Phase stellt den Übergang zur Mitose, der Zellkernteilung, dar. Diese Phase wird auch als postsynthetisches oder prämitotisches Intervall bezeichnet. Die Zellkontakte zu benachbarten Zellen werden aufgelöst, die Zelle erhält eine rundliche Form und wird durch einen vermehrten Flüssigkeitseinstrom größer. Zudem werden vermehrt RNA-Moleküle und Proteine für die Zellteilung synthetisiert. Dieser Vorgang dauert etwa vier Stunden.

Der sogenannte M-Phase-stimulierende Faktor (MPF) führt dann zu einem Übergang in die M-Phase, die Mitosephase. Bei Keimzellen heißt die Mitosephase auch Meiose. In der M-Phase findet die eigentliche Zellteilung statt. Die Chromosomen teilen sich ebenso wie der Zellkern und die Zelle selbst. Die Mitosephase unterteilt sich ihrerseits noch in Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Einige Zellen gehen nach ihrer Teilung in die G0-Phase über. In der G0-Phase werden keine weiteren Zellen mehr gebildet. Nervenzellen oder Epithelzellen befinden sich oft in der Phase G0. Durch spezielle Wachstumsfaktoren können auch Zellen aus der G0-Phase wieder aktiviert werden, sodass dann der Zellzyklus auch bei diesen Zellen wieder in der G1-Phase startet.

Funktion & Aufgabe

Der periodische Zellzyklus ermöglicht es dem Körper verbrauchte und abgestorbene Zellen durch neue Zellen zu ersetzen. Die Lebensdauer der menschlichen Zellen variiert sehr stark. Während Nervenzellen im Gehirn niemals ersetzt werden, leben einige Körperzellen nur wenige Stunden. Wissenschaftler schätzen, dass in jeder Sekunde ungefähr 50 Millionen Zellen sterben. In derselben Zeit werden ebenso viele Zellen durch den Zellzyklus neu gebildet und ersetzen so die verlorenen Zellen direkt. Der Körper kompensiert also durch den ständig stattfindenden Zellzyklus den Verlust der sterbenden Zellen.

Der Zellzyklus spielt auch eine wichtige Rolle bei der körperlichen Entwicklung. Zellen können nur bis zu einer bestimmten Größe wachsen. Damit der Mensch größer werden kann, müssen also neue Zellen gebildet werden. Auch für die Regeneration von geschädigten Körperteilen oder Geweben ist der Zellzyklus nötig. Die Zellteilung dient hier dem Zellersatz der durch Verletzungen geschädigten Zellen. Wunden können sich beispielsweise nur schließen, wenn neue Zellen gebildet werden. Im Verlauf der Wundheilung nimmt die Zellteilungsrate im Wundgebiet deshalb stark zu.

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Krankheiten & Beschwerden

Aus pathologischer Sicht spielt der Zellzyklus bei der Entwicklung von Krebs eine wichtige Rolle. Beim gesunden Menschen unterliegt der Zellzyklus einer Kontrolle durch sogenannte Zellzyklus-Kontrollpunkte. Sie dienen dem Schutz der DNA und des Erbguts und sollen eine Zellentartung verhindern. Zudem hemmen sie bei Zellen mit einer Schädigung der DNA die Zellteilung. Die betroffenen Zellen haben dann die Möglichkeit entweder den Schaden zu beheben oder bei irreparablen Beschädigungen den programmierten Zelltod einzuleiten. Neoplastische Zellen, also Krebszellen, handeln autonom und unterliegen diesen Kontrollmechanismen nicht mehr.

Zwei Faktoren tragen nun zu einem unkontrollierten Zellwachstum bei. Zum einen mutieren sogenannte Protoonkogene zu Onkogenen. Diese lösen ein übermäßiges Wachstum der betroffenen Zelle aus. Zudem mutieren die Tumorsuppressor-Gene. Diese wirken in ihrem Normalzustand eigentlich wachstumshemmend. Nach der Mutation sind ihre Funktionen aber gestört und eine Apoptose, also der programmierte Zelltod von geschädigten Zellen, wird nicht mehr ausgelöst. Die Krebszellen können sich somit ungehindert vermehren.

Durch Störungen in den Phasen der Meiose, also der Teilung der Keimzellen, kann es zu einer Fehlverteilung der Chromosomen kommen. Die Anzahl der Chromosomen in den Tochterzellen ist dann pathologisch verändert. Man spricht in diesem Fall auch von einer Chromosomenaberration. Die bekannteste Chromosomenaberration ist sicherlich das Down-Syndrom, auch Trisomie 21. Hier ist das Chromosom 21 dreimal anstatt zweimal vorhanden. Statt 46 Chromosomen liegen 47 Chromosomen vor. Merkmale der Trisomie 21 sind nach oben außen hin verlaufende Lidachsen, Muskelhypotonie und eine Vierfingerfurche. In den meisten Fällen führt die Erkrankung zu einer geistigen Behinderung. Etwa die Hälfte aller Betroffenen leidet zudem unter einem Herzfehler.

Weitere Chromosomenaberrationen, die durch einen fehlerhaften Zellzyklus verursacht werden, sind das Turner-Syndrom oder das Klinefelter-Syndrom. Hier sind die Geschlechtschromosomen betroffen. Chromsomenaberrationen sind auch häufig für frühe Fehlgeburten verantwortlich.

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