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Der Zellzyklus!
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Allg.: -Vielzellige Lebewesen entwickeln sich aus einer
Zelle, der befruchteten Eizelle.
- Während des Wachstums laufen eine Vielzahl
von Zellteilungen ab
- Im ausgewachsenen Organismus dient die
Zellteilung der Erneuerung und der Reparatur.
Teilungsfähigtkeit verschiedener Zellen
-> Teilungsfähigkeit:
- Einzeller teilen sich sehr schnell ( Verdoppelung in 1- 2 std.)
- Bei Säugetieren dauert die Zellteilung 10-24 std.
-> Zellteilungsaktivität:
- Zellen, die sich nur bei Schäden teilen (Leber)
- Zellen, die sich mehrfach pro Tag teilen, wegen einem
hohen Verschleiß (Darm)
- Zellen, die ihre Teilungsfähigkeit verloren haben
(→ Herzmuskel, Augenlinse, Gehirnzellen)
Der Zellzyklus
- es gehen 2 genetisch identische Zellen hervor
-> Zellbestandteile und Cytoplasma werden gleichmäßig auf
Tochterzellen verteilt.
-> Dafür: - DNA nimmt Transportform an (kann bei der
Aufteilung nicht mehr so schnell beschädigt
werden)
- Moleküle kondensieren
à genetische Information kann nicht mehr
abgelesen werden
à Zellstoffwechsel kommt zum erliegen.
- um genetisch identische Zellen entstehen zu lassen, muss die Erbsubstanz verdoppelt werden
à dafür muss DNA in Arbeitsform vorliegen, damit sie
abgelesen werden kann
- Wachstum und Trennung in unterschiedlichen Prozessen
à diese sind zeitlich und räumlich voneinander getrennt
à regelmäßige Abfolge = Zellzyklus
- 2 Abschnitte: 1. Wachstums- bzw. Interphase
2. Teilungs- bzw. Mitosephase
Interphase: = die Vorbereitung der Zellteilung
- längste Zeit liegen Zellen in der Interphase vor
- 3 Phasen: - G1-Phase = starkes Wachstum der Zelle
à Arbeitsphase
- S-Phase = Verdoppelung der Erbinformation
- G2-Phase = starkes Wachstum der Zelle
à Arbeitsphase
S : Synthese der DNA
G1+G2 : Damit die Zellen wachsen können, wird
die genetische Information abgelesen
und in Proteine umgesetzt
- G0-Phase: Teilungsaktivität ist eingestellt, Zellen
verharren in Arbeitsphase
(àAugenlinse, Herzmuskel, Gehirnzellen)
Mitosephase:
- 2 Phasen: Mitose und Cytokinese
- Mitose: 4 Phasen
=> Prophase: - Auflösung der Kernhülle
- Spiralisierung/Verdichtung der
Chromosomen
è 2-Chromatiden-Chromosomen
werden sichtbar
- Bildung des Spindelapparats
è trennt später
Schwesterchromatiden
=>Metaphase: - Bewegung der Chromosomen
zum Mittelpunkt
- Anordnung an der
Metaphaseplatte
(=Äquatorialplatte)
à jetzt Chromatiden max.
verkürzt
(- Ablauf mit Colchicin blockiert
Chromosomenbestand gut
überprüfbar)
=>Anaphase:- Verbindungen der
Schwesterchromatiden am
Centromer werden gelöst
(wahrscheinlich durch Anstieg der
Ca²+ - Konzentration)
- Die voneinander getrennten
Schwesterchromatiden bewegen
sich zu den entgegengesetzten Polen
(è erfolgt durch den
Spindelapparat)
=> Telophase: - Ankunft der Chromatiden an den
Polen
- an jedem Pol ein vollständiger
Satz 1-Chromatid-Chromosom.
- Entspiralisierung (DNA geht von
Transportform wieder in
Arbeitsform über)
- neue Kernmembranen bilden sich
(= die Umkehrung der Prophase)
- bei beiden neuen Tochterzellen
bildet sich auf der Höhe der
Metaphaseplatte eine neue
Zellmembran aus, dieser Prozess
wird in der Cytokinese
abgeschlossen.
è Cytokinese beginnt!!!
Cytokinese = Zellteilung
Tierische Zelle: - Zellen werden im Bereich der
Zellmitte durchgeschnürt
è hierfür sind kontraktile Fasern
aus Aktin u. Myosin
verantwortlich (à spielen auch
bei der Muskelkontraktion eine
Rolle)
- Aktin u. Myosin bilden unter der
Zellmembran einen Ring, der die
Membran nach innen zieht, bis
Tochterzellen getrennt sind.
Pflanzliche Zelle: - mit fester Zellmembran
- teilt sich das Cytoplasma, indem
senkrecht zwischen der
entstehenden Tochterzelle eine
Zellwand aufgebaut wird.
ð Im Inneren der Ursprungszelle lagern sich
Membranumhüllte Bläschen an, die
"Baumaterial" für die neue Zellwand
enthalten und verschmelzen zu einer Platte (=Zellplatte)
ð daraus gehen Zellmembranen hervor
zwischen denen eine neue Zellwand entsteht.
Steuerung und Regelung
-Organismus unter Kontrolle -> Vermehrung der einzelnen Zellen beschränkt und wird nur bei Bedarf aktiviert
- Faktoren, die Zyklus beeinflussen:
=> Fehlen wichtiger Nährstoffe -> keine Zellteilung mehr
=> optimales Vorhandensein v. Nährstoffen -> Zellteilung
nur, wenn zusätzlich Wachstumsfaktor (=Regularstoff)
vorhanden ist.
-> Wachstumsfaktor z.B. von Blutblättchen freigesetzt,
die in der Nähe der Wunde zerfallen ->löst bei Zellen
die Wundverschluß bilden Zellteilung aus.
=> hohe Zelldichte hemmt Zellteilung; trägt dazu bei das
Anzahl der Zellen konstant bleibt.
=> Abnahme der Zelldichte regt Teilung an
(-> starker Blutverlust è es werden verstärkt Blutzellen
gebildet)
- korrekter Ablauf ist für das Überleben eines Organismus
von entscheidender Bedeutung
è deshalb an jedem Übergang zur neuen Phase sog.
Qualitätsprüfungen.
- Kontrollpunkte werden nur passiert, wenn vorhergehender Arbeitsschritt vollständig und korrekt ausgeführt wurde.
-Als Taktgeber für Übergänge dienen molekulare \"Schalter\"
(spez. Enzyme)
-> liegen in inaktiver Form in der Zelle vor und werden
durch Regulatorstoffe aktiviert (diese entstehen jeweils in
der vorhergehenden Phase des Zyklus)
- dann setzen Enzyme nächsten Arbeitsschritt in Gang
- durch Kontrollpunkte ist sichergestellt dass Prozesse korrekt
und in festgelegter Reihenfolge ablaufen.
- Kontrollpunkt am Ende der G1-Phase: - Prüfung ob Zelle
sie groß genug ist
-> wenn bestimmter Schwellenwert erreicht wurde,
überschreitet sie den sog. Restriktionspunkt und
tritt in die S-Phase ein. (DNA verdoppelt sich und
Zelle teilt sich)
-> wenn nicht den Kriterien entspricht geht Zelle am
Restriktionspunkt in G0-Phase
-Kontrollpunkt am Ende der G2-Phse: -Zelle geht nur dann in
Mitosephase über,
wenn DNA
vollständig verdoppelt
ist. Zellgröße spielt auch
eine Rolle.
Zellalterung
- In Zellkulturen setzen Körperzellen von Tieren ihre
Zellvermehrung nicht unbegrenzt fort.
- Zahl von Teilungen von Art und Alter des Tieres abhängig
- Im Alter nur wenige Zellzyklen.
-> Zyklen verlaufen immer langsamer und kommen zum
Stillstand
= Zellalterung
Chromosomen und Vererbung
- 1903 formulierten Sutton und Boveri als
Chromosomentheorie der Vererbung die Erkenntnis:
"Chromosomen sind die Träger der Erbsubstanz"
Meiose: = Bildung der Keimzellen
- 2 Zellteilungen -> Reifeteilungen/Meiose
- fast alle höher entwickelten Lebewesen sind diploid (2n)
è Die Körperzellen enthalten 2 Chromosomensätze; 2 homologe Chromosomen gleichen sich in Größe, Gestalt und Aufbau
è Körperzellen enthalten jeweils 2 Allele
- Der Ablauf ist der Mitose ähnlich, außer das immer 2 Teilungen unmittelbar gekoppelt sind.
- In der lang andauernde Prophase 1 paaren sich die homologen Chromosomen, indem sie sich der Länge nach aneinander legen = Homologenpaarung
oder Synapsis.
è Dies wird wahrscheinlich durch den synaptonemalen Komplex bewirkt.
- Die gepaarten Chromosomen bestehen aus 2 Chromatiden = Tetraden
- Anaphase 1 = Reduktionsteilung
Die homologen Chromosomen werden
auf die Tochterzellen verteilt
è Die Chromosomenzahl wird auf einfachen haploiden Satz (n) halbiert.
- Die Verteilung ist zufällig (Mutter/Vater)
- Cytokinese 1: siehe Mitose (der Ablauf ist dort
genauso)
- 2. meiotische Teilung beginnt und verläuft wie die
Mitose
-> Die Schwesterchromatiden werden getrennt und auf
die Tochterzellen verteilt.
Die Keimzellen erhalten jeweils ein Allel.
è 4 Keimzellen entstehen.
Befruchtung
- Die Zellkerne der weibl. und männl. Keimzellen vereinigen sich.
Jede haploide Keimzelle steuert einen Satz Chromosomen bei.
è Die befruchtete Eizelle (=Zygote) ist diploid.
(-> Sie besteht aus 2 Sätzen von homologer
Chromosomen)
- in der Zygote sind 2 Allele aus väterl. und mütterl.
Erbgut kombiniert
- Alle Zellen des Individuums entstehen durch mitotische
Teilungen aus der Zygote und sind daher identisch.
Keimbahn
- Die Gesamtheit der diploiden Körperzellen wird als Soma
bezeichnet
- Davon unterscheidet man als Keimbahn die Folge von
Zellen, die als Urkeimzellen eine Meiose durchlaufen und
sich von den haploiden Keimzellen differenzieren.
è Sie sind potentiell unsterblich und garantieren den
ununterbrochenen Fluss genetischer Informationen der
alle Generationen verbindet.
Geschlechtschromosomen
- Die Geschlechter kann man im Karyotyp (= in der Ausstattung der Chromosomen) unterscheiden.
è So kann man den Erbgang eines Geschlechts erklären
- beide Geschlechter haben gleiche Chromosomen
(= Autosomen).
- Die Geschlechtschromosomen (= Gonosomen) unterscheiden die Geschlechter.
- Das weibl. Geschlecht hat 2 homologe als X-Chromosomen bezeichnete Gonosomen
(dies wird als Karyotyp XX bezeichnet).
- Das männl. Geschlecht besitzt 1 X-Chromosomen
und 1 Y-Chromosomen (dies wird als Karyotyp XY bezeichnet).
- Die Zahl der Spermien mit X- bzw. Y-Chromosomen ist gleich groß.
- Das Geschlechterverhältnis ist nach der Befruchtung
= 1 : 1
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