Zusammenhang Zellzyklus, Zellteilung und Mytose?

Hallo zusammen,

ich habe folgende Aufschriebe zu den einzelnen Themen (siehe Fotos).
Nun möchte ich allerdings den Zusammenhang zwischen all den Dingen verstehen.
Deshalb stelle ich mir folgende Fragen:

• Wann genau findet die Zellteilung statt? Bei dem Aufschrieb „Zellzyklus“ findest sie irgendwie bei der Telophase statt, aber bei dem Aufschrieb „Mitose“ wird sie als extra Punkt gelistet.
• Bei der Verdoppelung der Erbsubstanz entstehen ja zwei identische Stränge. Ist quasi immer ein Strang in einem Ein-Chromatid-Chromosom oder wie kann ich mir das vorstellen?
• Was genau haben Chromosomen mit der Zelle zu tun? Wir haben den Aufbau einer Zelle gelernt, aber da kam nichts über Chromosomen drin vor, befinden die sich im Zellkern?

Vielen Dank im Voraus

Answer 1

[DedeM]

Moin,

fangen wir mal mit dem Zellzyklus (Leben einer Zelle) an.

Wenn du dir das Leben einer Zelle ganz grob anschaust, dann kannst es zunächst einmal in zwei Phasen unterteilen: eine Phase, in der die Zelle scheinbar gar nichts macht, und eine in der sie sich teilt. Diese beiden Phasen wechseln sich ab. Erst macht sie nichts, dann teilt sie sich, dann macht sie wieder nichts, dann teilt sie sich wieder...

Früher bezeichnete man die Phase, in der sich die Zelle teilte, als Mitose (aber Vorsicht, das ist heute ein bisschen anders, doch dazu später mehr). Die Phase, in der die Zelle nichts (Sichtbares) machte, bezeichnete man als Interphase (inter = zwischen, also die Phase zwischen zwei Zellteilungen).

Darum schien das Leben einer Zelle aus folgendem Zyklus zu bestehen: Mitose - Interphase - Mitose - Interphase - Mitose - Interphase usw.

Als man dann begann, sich diese beiden groben Phasen genauer anzusehen (bzw. sie genauer untersuchte), stellte man schnell fest, dass es in beiden Phasen weit mehr zu entdecken gab.

Heute teilt man das Leben einer Zelle in folgende Abschnitte ein:

• G₁-Phase: Hier macht die Zelle das, was sie tun soll; sie betreibt regen Stoffwechsel. Eine Hautzelle macht, was Hautzellen tun sollen. Eine Leberzelle macht, was Leberzellen so machen und eine Muskelzelle macht, was Muskelzellen tun sollen... Das „G” steht übrigens für das englische Wort „gap” und meint soviel wie „Lücke”, denn man kann hier nicht sehen, was die Zelle eigentlich so treibt.
• Restriktionspunkt: Wenn der Restriktionspunkt erreicht wird und die Zelle danach nicht irgendwie stirbt, dann kommt es zu einer Zellteilung. Dies ist ein Zeitpunkt, der durch nichts wirklich erkennbar ist. Aber wenn er erreicht wird, geht die Zelle in die nächste Phase über.
• S-Phase: In der S-Phase verdoppelt die Zelle die Erbinformationen. Das ist nötig, damit jede Tochterzelle, die aus der Teilung hervorgeht, am Ende über alle und die gleichen Erbinformation verfügt. Das „S” steht für „Synthese” und meint die Herstellung der identischen Erbinformation.
• G₂-Phase: Nachdem das Erbgut in der S-Phase verdoppelt worden ist, gibt es noch eine weitere Phase vor der Mitose, die dazu genutzt wird, um einerseits zu überprüfen, ob die Verdoppelung auch wirklich fehlerfrei abgelaufen ist, und in der andererseits Stoffe hergestellt werden, die für die Zellteilung wichtig sind. Das bedeutet, dass die Zelle hier einen bestimmten Stoffwechsel betreibt, der der späteren Zellteilung dient.
• Mitose: Nun kommt es endlich zur Mitose. Früher verstand man darunter die Zellteilung. Das ist heute nicht mehr so. Mit Mitose meint man heute nur noch die Kernteilung! Aber die Kernteilung (und die Neubildung der beiden Tochterkerne) ist bereits abgeschlossen, bevor sich die Zelle tatsächlich in zwei Tochterzellen geteilt hat. Deshalb ist die Mitose nur die Kernteilung!
• Cytokinese: Die Cytokinese ist dann der Abschnitt im Leben einer Zelle, in der die Teilung der Zelle abgeschlossen wird und in der aus einer Mutterzelle schließlich zwei Tochterzellen werden. Da zu diesem Zeitpunkt bereits beide Tochterkerne vorhanden sind, zählt der Abschluss der Zellteilung heute nicht mehr zur Mitose, sondern ist bereits Teil der Interphase.
• G₀-Phase: Die G₀-Phase entspricht im Grunde der G₁-Phase, denn hier betreibt die Zelle den Stoffwechsel, für den sie vorgesehen ist (siehe G₁-Phase). Aber trotzdem macht man den Unterschied zwischen G₀- und G₁-Phase, weil sich eine Zelle, die in die G₀-Phase kommt, nie wieder teilt. Wenn sie in die G₀-Phase kommt, schert sie quasi aus dem Zellzyklus (Mitose - Interphase - Mitose - Interphase...) aus.

Merke dir also folgendes:

• Mitose meint nur die Kernteilung.
• Mitose UND Cytokinese sind die Zellteilung.

Die Mitose selbst kann nun auch noch einmal in verschiedene Phasen unterteilt werden. Es gibt die...

• Prophase,
• Metaphase,
• Anaphase und
• Telophase

In der Prophase wickeln sich die Zwei-Chromatid-Chromosomen immer mehr auf. Sie kommen von ihrer Arbeits- in die Transportform. Das diffuse Chromatin wird zu gut erkennbaren einzelnen Chromosomen. Außerdem löst sich die Kernmembran auf. Schließlich wandern auch noch die beiden Centriolen, die ursprünglich nebeneinander lagen zu gegenüberliegenden Seiten der Zelle. Während dieser Wanderung bilden sich zwischen den Centriolen Eiweißfäden (Mikrotubuli), die teilweise zu den Chromosomen führen. So entsteht ein Spindelapparat, dessen Mikrotubulifäden Spindelfasern bilden.

In der Metaphase passiert dann relativ wenig. Die vollständig aufgewickelten Chromosomen sind sehr gut zu erkennen. Sie liegen alle auf einer (gedachten) Linie zwischen den beiden Centriolen. Dies ist die sogenannte Äquatorialebene. Das kannst du dir so merken: Die Centriolen bilden die beiden Pole einer Zelle. Und dazwischen ist die Äquatorialebene. Ganz wie bei einem Globus...
Der Spindelapparat ist in der Metaphase voll ausgebildet. Seine Spindelfasern führen teilweise zu den Centromeren der Chromosomen.

In der Anaphase werden nun die Spindelfasern den Centriolen hin verkürzt. Das führt dazu, dass die Zwei-Chromatid-Chromosomen an ihren Centromeren auseinander brechen und die so entstehenden Ein-Chromatid-Chromosomen zu den Centriolen (Zellpolen) gezogen werden. Durch die Verkürzung der Spindelfasern wird auch der Spindelapparat abgebaut.

In der Telophase befinden sich nun an beiden Zellpolen jeweils alle Ein-Chromatid-Chromosomen bei den Centriolen. Der Spindelapparat ist abgebaut. Um die Ein-Chromatid-Chromosomen an beiden Polen wird jeweils eine neue Kernmembran aufgebaut. Die Ein-Chromatid-Chromosomen wickeln sich wieder ab und es entsteht das diffuse Chromatin. Das heißt, dass die Chromosomen von ihrer Transportform wieder in die Arbeitsform übergehen. Wenn die Kernmembran ausgebildet ist, ist die Telophase beendet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Zelle noch nicht vollständig getrennt.

Kommen wir nun zum Chromosom.

In einer Zelle gibt es Erbinformationen. Bei Eukaryoten (Zellen mit einem Zellkern) befinden sich diese Erbinformationen im Zellkern.
Aber die Erbinformationen bilden nicht einen einzigen Faden, sondern sie verteilen sich auf verschieden Fäden. So kann es sein, dass du zum Beispiel die Informationen zur Haarfarbe, zur Augenfarbe und zur Hautfarbe alle auf einem Faden hast (nur als Beispiel!!), während die Informationen zur Körpergröße und zur Muskulatur auf einem anderen Faden und die Information zur Ausbildung von Knochen, Finger- und Fußnägeln und zur Ausbildung von Augen auf einem dritten Faden zu finden sind (usw). Diese Fäden bilden nun Chromosomen.

Deshalb gibt es in verschiedenen Lebewesen unterschiedlich viele Chromosomen. Der Mensch hat zum Beispiel 46 Chromosomen. Ein Schimpanse hat 48 Chromosomen. Ein Hund 78, eine Katze 36 und ein Wurmfarn 164...

Ein Chromosom besteht dabei aus zwei Armen (Chromatidarme), zwischen denen ein sogenanntes Centromer liegt. Der eine Arm kann etwas kürzer sein als der andere. Oder beide Arme sind gleich lang. Die beiden Chromatidarme und das Centromer bilden zusammen ein Ein-Chromatid-Chromosom.
Das Ein-Chromatid-Chromosom enthält alle Erbinformationen, die für das entsprechende Chromosom typisch sind. Das Ein-Chromatid-Chromosom hat im vollständig aufgewickelten Zustand eine V-förmige Gestalt (bzw. die eines Bumerangs).

Wenn in der S-Phase des Zellzyklus die Erbinformation verdoppelt wird, liegen alle Chromosomen im Zwei-Chromatid-Stadium vor. Dann haben sie ihre typische X-förmige Gestalt. Die beiden Schwesterchromatiden sind ebenfalls über das Centromer miteinander verbunden. Sie haben dann vier Chromatidarme:

1: homologe Chromosomen (im Zwei-Chromatid-Stadium)
2: Zwei-Chromatid-Chromosom
3: Ein-Chromatid-Chromosom
4: Schwesterchromatiden
5: Chromatidarm (hier der kürzere)
6: Centromer
7: DNA
8: Genort
9: Gen
10: Allel

Die meisten Lebewesen haben diploide Zellen. Das heißt, dass in ihren Zellen ein doppelter Chromosomensatz vorliegt. Das kommt daher, weil zum Beispiel du Chromosomen (mit den Erbinformationen) von deinem Vater UND von deiner Mutter hast. Die Chromosomen, die zum Beispiel oben die Informationen zur Augenfarbe haben, hast du also doppelt vorliegen. Da du dabei ein Chromosom von deinem Vater erhalten hast und eins von deiner Mutter, bezeichnet man diese beiden Chromosomen als homolog, weil sie beide mit den gleichen Genen ausgestattet sind. Die Gene befinden sich an einer ganz bestimmten Stelle des Chromosoms (Genort). Die Information, die dort konkret steht, kann gleich lauten, sie kann aber auch verschieden sein. So könnte zum Beispiel die Information, die von deinem Vater kommt, lauten: „Mache braune Augen”. Auf dem Chromosom, das von deiner Mutter stammt, steht nun an gleicher Stelle aber „Mache blaue Augen”. Das bedeutet, dass du in einem solchen Fall zwei unterschiedliche Informationen im Erbgut hast. Die konkrete Ausführungsvorschrift bezeichnet man als Allel.

Chromosomen enthalten also die Erbinformationen. Wenn eine Zelle damit arbeiten soll, muss sie an diese Informationen herankommen können. Das geht aber nur, wenn die Chromosomen nicht aufgewickelt sind, sondern mehr oder weniger entspiralisiert. Diesen Zustand bezeichnet man als Arbeitsform. Dadurch sind die Chromosomen aber relativ lange Fäden. Wenn man sie in diesem Zustand anfärbt, entsteht ein Farbhaufen, in dem einzelne Fäden nur schlecht zu unterscheiden sind. Das Bild wirkt diffus. Das bezeichnet man als Chromatin.
Aber wenn sich die Zelle teilen soll, müssen die Chromosomen leicht verschiebbar sein. Das sind sie aber im entspiralisierten Zustand nicht. Darum werden sie aufgewickelt. Dann kommt die Zelle zwar nicht mehr an die einzelnen Erbinformationen heran, aber dafür ist das Chromosom schön kompakt und kann leicht bewegt werden. Dies ist dann die Transportform. Wenn du das Erbmaterial in dieser Phase anfärbst, erhältst du gut unterscheidbare kleine Gebilde, die Chromosomen in ihrer typischen X-Form.

Du merkst dir:
Chromatin: angefärbte diffuse Masse - Chromosom: angefärbtes Körperchen

Und nun kannst du noch zu jeder Phase des Zellzyklus aufschreiben, in welcher Form die Chromsomen da vorliegen:

• G₁-Phase: Ein-Chromatid-Chromosom, Arbeitsform
• S-Phase: anfangs Ein-Chromatid-Chromosom, Arbeitsform
• S-Phase: am Ende Zwei-Chromatid-Chromosom, Arbeitsform
• G₂-Phase: Zwei-Chromatid-Chromosom, Arbeitsform
• Prophase: Zwei-Chromatid-Chromosom, anfangs Arbeitsform
• Prophase: Zwei-Chromatid-Chromosom, am Ende Transportform
• Metaphase: Zwei-Chromatid-Chromosom, Transportform
• Anaphase: anfangs Zwei-Chromatid-Chromosom, Transportform
• Anaphase: am Ende Ein-Chromatid-Chromosom, Transportform
• Telophase: Ein-Chromatid-Chromosom, anfangs Transportform
• Telophase: Ein-Chromatid-Chromosom, am Ende Arbeitsform
• Cytokinese: Ein-Chromatid-Chromosom, Arbeitsform
• G₀-Phase: Ein-Chromatid-Chromosom, Arbeitsform

Alles klar?

LG von der Waterkant