Biologie für's Abitur

Grundlagen der Zellbiologie

Zelltypen:

Prokaryoten:
Diese Zellen besitzen keinen Zellkern, die DNA schwimmt lose im Zellplasma.

Eukaryoten:
Diese Zellen besitzen einen Zellkern (Nucleus), der die DNA enthält und schützt. Dieser besteht aus:

•Der doppelschichtigen Kernhülle, die auch als Kernmembran bezeichnet wird. Sie grenzt den Nucleus vom Zellplasma ab und geht direkt ins ER über.

•Den Kernporen, die die Kernmembran unterbrechen und den Stoffaustausch zwischen Zellkern und Cytoplasma ermöglichen.

•Dem fädigen Chromatin, welches aus DNA und Proteinen besteht und im Karyoplasma des Zellkerns liegt.

•Dem Nucleous (Zellkörperchen), in dem die Bestandteile der Ribosomen gebildet werden.

Der Zellzyklus

Als Zellzyklus bezeichnet man die Stadien, die eine Zelle zwischen zwei Teilungen (Mitose) durchläuft. Er wird in Interphase und Teilungsphase unterteilt. Als Interphase bezeichnet man den Abschnitt zwischen zwei Mitosen. Zu dieser Zeit liegt die Erbsubstanz im Zellkern noch in unverdichteter Form vor. Die Interphase selbst ist in drei weitere Stadien unterteilt:

•Das G₁-Stadium (gap = Lücke) ist das Wachstumsstadium, in dem Tochterzellen zu Mutterzellen heranwachsen. Einige Zellen verlassen diesen Prozess schon bei G₀, diese Zellen werden sich nie mehr teilen (Bsp. Gehirnzellen, Erythrozyten).

•Im S-Stadium (S = Synthese) wird die Erbsubstanz verdoppelt, wodurch die Aktivität der Chromosomen extrem zunimmt.

•In der G₂-Phase wird die Zellteilung eingeleitet. Dieses Stadium reicht bis zum beginn der Prophase.
Die Teilungsphase selbst bezeichnet man auch als Mitose. Hierbei entstehen aus einer Mutterzelle zwei identische Tochterzellen. Die Mitose ist ebenfalls in mehrere Phasen gegliedert, deren Dauer von Zellenart zu Zellenart variieren kann:

1. Prophase: Zu Beginn liegt die Erbsubstanz noch als Chromatin vor. In der Prophase wird das Chromatin zu der charakteristischen Chromosomenform verkürzt, den Zwei-Chromatiden-Chromosomen, die aus Proteinen und Nukleinsäure bestehen. Aus einem Centriol entstehen zwei Tochtercentriole, die zu den Polen der Zelle wandern und dort die Bildung der Spindelfasern einleiten, die sich in Richtung der Chromosomen verlängern. Gegen Ende der Prophase zerfällt die Kernhülle und die Nucleoli lösen sich auf.

2. Metaphase: Die Zwei-Chromatiden-Chromosomen sind maximal verkürzt und wandern zur Äquatorialebene der Zelle. Jedes der beiden Chromatiden ist durch Spindelfasern vom Centromer aus mit einem der beiden Zellpole verbunden.  

3. Anaphase: Die beiden Chromatiden eines Chromosoms werden am Centromer durch Verkürzung der Spindelfasern getrennt und zu den Zellpolen gezogen. An jedem Zellpol befindet sich jetzt ein vollständiger Satz aus Ein-Chromatid-Chromosomen. Gegen Ende beginnt die Teilung des Cytoplasmas und an der Äquatorialebene wird eine neue Zellmembran gebildet.

4. Telophase: Die Spindelfasern lösen sich auf und die Ein-Chromatid-Chromosomen werden wieder entfaltet. Um sie herum wird mit Hilfe des ER eine neue Kernhülle aufgebaut und die Nucleoli bilden sich neu. Zwei neue Kerne sind entstanden. So werden aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen.

Meiose: Zellen für die Fortpflanzung

Die Meiose ist eine Form der Zellteilung, bei der sich die Anzahl der Chromosomen zur Vorbereitung auf die sexuelle Fortpflanzung reduziert. Die DNA-Menge im Zellkern wird genau halbiert, sodass bei einer späteren Befruchtung der Nachkommen wieder einen vollständigen, einfachen Chromosomensatz erhält. Bei der Meiose werden also aus diploiden haploide Zellen, die nur noch 23 Chromosomen besitzen.

Ablauf:

1. Prophase I: Zu Beginn liegt die Erbsubstanz noch als Chromatin vor. In der Prophase wird das Chromatin zu der charakteristischen Chromosomenform verkürzt, den Zwei-Chromatiden-Chromosomen, die aus Proteinen und Nukleinsäure bestehen. Diese werden in den homologen Paaren geordnet und können Erbgut austauschen (Crossingover/ Replikation). Aus einem Centriol entstehen zwei Tochtercentriole, die zu den Polen der Zelle wandern und dort die Bildung der Spindelfasern einleiten, die sich in Richtung der Chromosomen verlängern. Gegen Ende der Prophase zerfällt die Kernhülle und die Nucleoli lösen sich auf.

2. Metaphase I: Die Chromosomenpaare werden durch die Spindelfasern an der Äquatorialebene angeordnet.

3. Anaphase I: Trennung der homologen Chromosomenpaare durch die Spindelfasern und zufallsgemäße Verteilung. Werden zu den Zellpolen gezogen. Gegen Ende beginnt die Teilung des Cytoplasmas und an der Äquatorialebene wird eine neue Zellmembran gebildet.

4. Telophase I: Auflösung der Spindelfasern und Auflockerung der Zwei-Chromatiden-Chromosomen. Zellkern wird mit ER gebaut, Zellkörperchen bilden sich. Zelle teilt sich in zwei Zellen, Erbgut wird nicht repliziert.

5. Prophase II: Verdichtung der Chromosomen zu Zwei-Chromatiden-Chromosomen. Aus einem Centriol entstehen zwei Tochtercentriole, die zu den Polen der Zelle wandern und dort die Bildung der Spindelfasern einleiten, die sich in Richtung der Chromosomen verlängern. Gegen Ende der Prophase II zerfällt die Kernhülle und die Nucleoli lösen sich auf.

6. Metaphase II: Die Zwei-Chromatiden-Chromosomen sind maximal verkürzt und wandern zur Äquatorialebene der Zelle. Jedes der beiden Chromatiden ist durch Spindelfasern vom Centromer aus mit einem der beiden Zellpole verbunden.  

7. Anaphase II: Trennung der Chromosomen am Centromer durch die Spindelfasern und Transport zum jeweiligen Zellpol. Teilung des Cytoplasmas und Beginn der neunen Zellmembran an der Äquatorialebene.

8. Telophase II: Die Spindelfasern lösen sich auf und die Ein-Chromatiden-Chromosomen werden wieder entfaltet. Um sie herum wird mit Hilfe des ER eine neue Kernhülle aufgebaut und die Nucleoli bilden sich neu. DieZellen teilen sich in zweimal zwei neue Zellen mit nur einer Kopie des Erbguts (1n).