Zellzyklus

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Ablauf[Bearbeiten]

Der Zellzyklus kann in 2 Bereiche eingeteilt werden: Die Interphase und die M-Phase. Die Interphase ist die Phase zwischen 2 Teilungen und die M-Phase entspricht der Mitose bzw. der Zellteilung. In der Interphase findet der Zellwachstum und verstärkte Stoffwechselaktivität stat. Während der Mitose werden die Chromosomen verdoppelt und auf die Tochterzellen aufgeteilt. Anschließend erfolgt die Kernteilung (Caryokinese) und letztendlich die Zellteilung (Cytokinese).
Die Gesamtdauer kann je nach Zelltyp zwischen 18,5 bis 24 Stunden andauern.

Die 2 genannten Phasen können weiter unterteilt werden:
Die sog. G1-Phase schließt sich unmittelbar an die Mitose an. Sie wird auch gap- oder postmitotische Phase genannt. Während der G1-Phase läuft v.a. Zellwachstum und Ergänzung der fehlenden Organellen ab. Es werden weiterhin Enzyme und Proteine, wie DNA-Polymerasen, Ligasen und mRNA, produziert. Ein gesteigerte Energiebedarf wird durch ATP-Synthese gedeckt. Auch die DNA-Reparaturen werden durchgeführt. Die Dauer der G1-Phase ist sehr unterschiedlich. In vivo dauert sie circa 3 Stunden. In vitro dauert es 2 - 20 Stunden. In dieser Phase findet sich auch ein wichtiger Kontrollpunkt (Restriktionspunkt).

Die S-Phase ist die Synthese-Phase. Hier wird DNA synthetisiert. Es kommt zu einer Verdopplung der Erbsubstanz vor der nächsten Zellteilung. Am Ende der S-Phase besteht jedes Chromosom aus 46 Chromatiden. Die S-Phase dauert zwischen 6 - 10 Stunden.

Die G2-Phase wird auch postsynthetisch oder prämitotisch genannt. Die Zellen bereiten sich auf die Teilung vor. Die in der G1-Phase synthetisierten Proteine werden prozessiert, d.h. geschnitten, und modifiziert, damit sie ihre volle Funktion ausüben können. Es kommt zu einer Lösung der Zell-Zell-Kontakte und zu einer starken Flüssigkeitsaufnahme. Es werden zellspezifische Proteine, die die Mitose vorbereiten gebildet. Dies dauert ca. 2 - 4 Stunden. Auch hier findet sich ein Kontrollpunkt. Ist die Zelle groß genug? Wurde die gesamte DNA repliziert?

In der M-Phase, also der Mitose-Phase werden innerhalb kurzer Zeit (ca. 1 Stunde) mehrere Schritte durchlaufen. Nach einander die Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Telophase ist die eigentliche Zellteilung, die 20 der 60 min in Anspruch nimmt.

Die G0-Phase ist eine Ruhephase. Sie stellt eine Sonderform der G1-Phase dar. Differenzierte Zellen, wie z.B. Nerven-, Leber- und Muskelzellen, befinden sich während ihrer "normalen" Aufgaben in der G0-Phase. Nach Wochen oder Monaten können die Zellen wieder zurück in die G1-Phase um sich zu vermehren. Der Zustand ist also reversibel. Es benötigt jedoch einen Anreiz für die Zellteilung.

Man kann dies in der Zellkultur nutzen, um die verwendeten Kulturen zu synchronisieren. Werden beispielsweise die Nährstoffe entzogen, treten die Zellen in die G0-Phase. Sobald sich alle Zellen aus dem zellzyklus zurückgezogen haben, können die Nährstoffe wieder zugeführt werden und alle Zellen gelangen gemeinsam wieder in die G1-Phase.

Es gibt Zellen die wesentlich schneller sind als andere. In der Regel benötigen die Zellen 12 - 24 Stunden, embryonale Zellen, die eine verkürzt M- und S-Phase haben, können den Zellzyklus innerhalb von 8 - 60 min durchlaufen.

Kontrollmechanismen[Bearbeiten]

Wie alles in der Biochemie ist auch der Zellzyklus stark reguliert. Externe oder interne Faktoren können dazuführen, dass der zellzyklus weiterläuft oder gestoppt wird:

Externe Faktoren sind i.d.R. physiologische Parameter:

  • Anzahl der Nachbarzellen
  • DNA-Schäden zählen sowohl zu den externen als auch zu den internen Faktoren
  • ausreichendes Nährstoffangebot (dieser Faktor ist vor allem bei der Zellkultur wichtig.

Denn die Versorgung mit Wachstumsfaktoren ist ein entscheidender Punkt, ob Zellen den Zellzyklus durchlaufen oder ob sie in der G0-Phase "abwarten". Am Restriktionspunkt wird "entschieden" ob ausreichende Nährstoffe für die Zellteilung zur Verfügung stehen oder nicht. Wie oben bereits erwähnt, wird diese Tatsache in der Zellkultur genutzt, um die Zellen zu synchronisieren. Lässt man sie hungern, gehen alle Zellen in die G0-Phase. Sobald das Nährstoffangebot wieder besser wird, beginnen sie alle wieder in die G1-Phase einzutreten. Die Zellen brauchen aber einige Stunden, um wieder voll in den Zellzyklus einzutreten, da die Fresskonkurrenz ziemlich groß ist und die Zellen sich gegenseitig die Nährstoffe rauben. Des Weiteren müssen die bis dahin gebildeten Cycline wieder neu aufgebaut werden, da sie in der G0-Phase komplett abgebaut wurden.


Interne Faktoren werden regelmäßig von der Zelle überprüft. Dies läuft vollkommen automatisch ab:

  • Kritische Zellgröße. Zu kleine Zellen können sich nicht teilen.
  • Intakte DNA? Bei Schäden schickt sich die Zelle selbst in den Zyklusarrest, zwecks Reparatur. Sollte die Zelle den Schaden nicht beheben können folgt der kontrollierte Zelltod (Apoptose)
  • Vollständige Replikation. Dies wird in der G2-Phase überprüft bevor die Mitose, also die eigentliche Zellteilung, vollzogen wird.


Diese Kontrollpunkte beeinflussen die Dauer und die Abfolge der einzelnen Phasen. Sie gewährleisten, dass jeder Schritt der Dublikation zum richtigen Zeitpunkt kommt. Die Integrität der Zelle wird durch diese Checkpoints geschützt und es kann jederzeit zu einem Arrest kommen, an dem die Zelle Fehler repariert oder einfach "auf besser Wetter" wartet.