Genetik kompakt für Dummies. Tara Rodden Robinson

Zellen aus der einen, ursprünglichen hervorgehen. Während der Mitose-Phase (M-Phase) wird die kopierte DNA geteilt. Wenn sich die Ursprungszelle teilt, wird je ein kompletter Satz von Chromosomen (beim Menschen 23 Paare) in die neuen Zellen gebracht. Prokaryoten und einfache Eukaryoten vermehren sich durch einfache Zellteilung. Komplexere eukaryotische Lebewesen benutzen die Meiose als Vorbereitung für die sexuelle Fortpflanzung, bei der jede Geschlechtszelle nur einen einfachen Chromosomensatz enthält.

Abbildung 2.5: Der Zellzyklus: Mitose, Zellteilung und alles dazwischen

      Zwei wichtige Dinge sollten Sie sich zur Mitose merken:

       Durch Mitose entstehen zwei identische Zellen. Die neu entstandenen Zellen unterscheiden sich ebenso wenig voneinander wie von der Ursprungszelle.

       Die Zellen, die durch Mitose entstehen, haben dieselbe Chromosomenzahl wie die Ursprungszelle. Wenn die Ursprungszelle 46 Chromosomen besaß, haben die Tochterzellen auch beide je 46 Chromosomen.

Die Mitose ist nur eine Phase des Zellzyklus, die andere Phase nennt sich Interphase. In den folgenden Abschnitten stelle ich Ihnen die einzelnen Phasen des Zellzyklus vor und erkläre Ihnen, was genau dabei passiert.

       Schritt 1: Zeit zu wachsen

      Die Interphase ist die Phase des Zellzyklus, in der die Zelle wächst, ihre DNA kopiert und sich auf die Teilung vorbereitet. Die Interphase ist in drei Abschnitte geteilt: die G1-Phase, die S-Phase und die G2-Phase.

       G1-Phase

      Wenn ein Zellleben beginnt, so wie bei der Befruchtung der Eizelle oder direkt nach der Zellteilung, ist das Erste, was die Zelle macht: wachsen. Diese Phase wird G1-Phase der Interphase genannt (G vom Englischen »gap« = Lücke). Während dieser Zeit geschieht einiges. Die DNA überwacht die Arbeit der Zelle, der Stoffwechsel (auch Metabolismus), läuft, die Zellen atmen und »essen«.

      Einige Zellen steigen schon hier aus dem Zellzyklus aus. Sie stoppen das Wachstum und verlassen den Prozess bei G0. Die Gehirnzellen haben sich beispielsweise vom Zellzyklus zurückgezogen. Rote Blutkörperchen und Muskelzellen teilen sich ebenfalls nicht. Tatsächlich enthalten rote Blutkörperchen überhaupt keinen Zellkern und deshalb auch keine eigene DNA.

      Wenn sich eine Zelle teilen will, muss sie jedoch aus der G1-Phase austreten. Zellen, die sich aktiv teilen, durchlaufen den Zellzyklus in etwa 24 Stunden. Nach einer bestimmten Zeit des Wachsens, was wenige Minuten bis zu mehreren Stunden dauern kann, erreicht die Zelle den ersten Kontrollpunkt (siehe Abbildung 2.5), und wenn sie den ersten Kontrollpunkt überschreitet, gibt es kein Zurück mehr.

       S-Phase

Die S-Phase ist das Stadium, in dem die Zelle ihre DNA kopiert (hier steht das S für Synthese, in dem Fall das Kopieren der DNA). Sobald die Zelle in die S-Phase eintritt, nimmt die Aktivität um die Chromosomen enorm zu, denn alle Chromosomen müssen kopiert werden, um exakte Repliken für die Tochterzellen herzustellen. DNA zu kopieren, ist ein sehr komplexer Vorgang, der in Kapitel 7 ganz ausführlich beschrieben wird.

      Fürs Erste brauchen Sie nur zu wissen, dass die DNA während der S-Phase kopiert wird und dass die beiden Kopien eines Chromosoms miteinander an den Zentromeren verbunden sind (siehe Abbildung 2.3), wenn die Zelle von der S-Phase in die G2-Phase übertritt. Die replizierten Chromosomen nennt man Schwesterchromatiden (Abbildung 2.3). Diese Schwesterchromatiden gleichen sich in jeder Hinsicht. Sie tragen exakt gleiche Kopien exakt gleicher Gene. Ab diesem Zeitpunkt trägt die Zelle bis zur Teilung nicht mehr den zweifachen (2n), sondern den vierfachen Chromosomensatz (4n). Während der Mitose (und auch der Meiose) werden die Schwesterchromatiden voneinander getrennt und in die verschiedenen Tochterzellen gebracht.

       G2-Phase

      Die G2-Phase leitet die Zellteilung ein. Sie ist die letzte Phase vor der eigentlichen Mitose. Die G2-Phase, manchmal auch Gap-2-Phase genannt, gibt der Zelle Zeit, um weiterzuwachsen, bevor sie sich in zwei kleinere Zellen aufteilt. Während die Zelle wächst, bleiben die Schwesterchromatiden immer noch zusammen im Zellkern. Die DNA ist zu diesem Zeitpunkt immer noch »lose« und hat noch nicht diese Würstchen-artige Form eingenommen, die sie während der Mitose besitzt. Sobald die Zelle den G2/M-Kontrollpunkt (siehe Abbildung 2.5) passiert, geht es richtig los mit der Mitose.

       Schritt 2: Aufteilen der Chromosomen

Im Zellzyklus ist die Mitose die Phase, in der die während der Interphase (siehe oben) kopierten Chromosomen aufgeteilt werden und sichergestellt wird, dass jede Tochterzelle einen vollständigen Chromosomensatz bekommt. Grundsätzlich ist die Mitose in vier verschiedene Phasen aufgeteilt. Welche das sind, sehen Sie in Abbildung 2.6 und in den folgenden Abschnitten.

       Prophase

Während der Prophase werden die Chromosomen stark verdichtet und bekommen so die bekannte Würstchenform. Während der Interphase ist die DNA, aus der die Chromosomen bestehen, dicht um besondere Proteine gewickelt, wie wenn man einen Faden um Kugeln wickelt. Diese »Perlenkette« wird nun um sich selbst gewunden, um die riesigen DNA-Moleküle so zu komprimieren, dass sie in den winzigen Zellkern passen. Aber auch die in der Interphase aufgewickelten Chromosomen sind noch so dünne und schmale Fäden, dass sie im Wesentlichen unsichtbar sind. Das ändert sich während der Prophase. Die Chromosomen werden so dicht gepackt, dass sie leicht unter einem einfachen Lichtmikroskop erkannt werden können.

Abbildung 2.6: Der Vorgang der Mitose ist in die vier Abschnitte Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase eingeteilt.

      Wenn die Chromosomen in die Prophase eintreten, haben sie sich bereits dupliziert und Schwesterchromatiden gebildet (siehe Abbildung 2.3). Schwesterchromatiden sind quasi die eineiigen Zwillinge der Chromosomen. Eine Chromatide ist dabei ein vollwertiges Chromosom, aber wenn man sich die Chromosomen hier als Chromatiden vorstellt, hilft es Ihnen vielleicht, die vielen Mitspieler bei der Mitose auseinanderzuhalten.

      Sobald sich die Chromosomen/Chromatiden verdichtet haben, bricht die Kernmembran auseinander und die Chromosomen können sich während der Zellteilung frei in der Zelle bewegen.

Metaphase

      Nachdem sich die Kernmembran aufgelöst hat und die Prophase beendet ist, sortieren sich die Chromosomen während der Metaphase in einer mehr oder weniger ebenen