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Der Zellzyklus beschreibt den kontinuierlichen Kreislauf, den Zellen durchlaufen. Er gliedert sich in vier Hauptphasen: G1-Phase, S-Phase, G2-Phase und die Mitose-Phase. Zusammen bilden G1, S und G2 die Interphase, also die Zeit zwischen zwei Zellteilungen.
Um den Zellzyklus zu verstehen, ist es wichtig, die DNA und die Chromosomen zu kennen. Die DNA, ein langes Molekül mit allen Erbinformationen, ist in 46 Chromosomen organisiert. Ein Chromosom kann aus einem Chromatid (ein P- und ein Q-Arm) oder nach der Verdopplung aus zwei identischen Schwesterchromatiden bestehen, die am Zentromer verbunden sind.
Der Chromosomensatz wird durch die Anzahl der Chromosomen (diploid 2n oder haploid 1n) und die Anzahl der Chromatiden (1c, 2c oder 4c) pro Chromosom beschrieben. Ein diploider Satz (2n) bedeutet das Vorhandensein von 46 Chromosomen (23 Paare), während ein haploider Satz (1n) 23 Chromosomen beinhaltet.
In der G1-Phase durchlebt die Zelle ihren normalen Alltag: Proteine werden synthetisiert, Zellorganellen gebildet und Stoffwechselprozesse laufen ab. Die DNA liegt aufgelockert im Zellkern vor. Der Chromosomensatz in dieser Phase ist 2n2c.
Bevor die Zelle in die S-Phase übergeht, muss sie den G1-Kontrollpunkt passieren. Hier wird geprüft, ob genügend Nährstoffe vorhanden sind und ob DNA-Schäden vorliegen. Das Protein p53 spielt hier eine wichtige Rolle, indem es bei Schäden den Zellzyklus anhält oder den programmierten Zelltod (Apoptose) einleitet.
In der S-Phase wird die DNA verdoppelt. Die DNA liegt weiterhin locker im Zellkern, um die Replikation zu ermöglichen. Am Ende der S-Phase ist der Chromosomensatz 2n4c, was bedeutet, dass jedes Chromosom aus zwei Schwesterchromatiden besteht.
Die G2-Phase konzentriert sich auf die Reparatur der DNA. Die Zelle kontrolliert, ob die DNA in der S-Phase korrekt verdoppelt wurde und korrigiert Fehler. Der Chromosomensatz bleibt unverändert bei 2n4c.
Nach erfolgreicher G2-Phase tritt die Zelle in die Mitose ein, bei der sich die Chromosomen teilen und gleichmäßig auf zwei identische Tochterzellen verteilt werden (2n2c). Die G0-Phase ist ein Ruhezustand, in dem sich die Zelle nicht mehr teilt, sondern differenziert, um spezifische Funktionen zu übernehmen, wie z.B. als Muskel- oder Nervenzelle.
Der Zellzyklus besteht aus G1-Phase (Zellalltag, 2n2c), S-Phase (DNA-Verdopplung, 2n4c), G2-Phase (DNA-Kontrolle und Reparatur, 2n4c) und der Mitose (Zellteilung, 2n2c in den Tochterzellen). Die G0-Phase ist ein Ruhezustand, in dem Zellen differenzieren und sich nicht mehr teilen.