Zellzyklus

Allgemeine Beschreibung

• Der Zellzyklus ist die Abfolge der Aktivitätsphasen zwischen den Teilungen eukaryotischer Zellen.
• DNA-Gehalt wird bei der Teilung (Mitose) halbiert und muss vor der nächsten Teilung verdoppelt werden.
• Wichtige Phasen: M-Phase (Mitose) und S-Phase (Synthese).
• Gap-Phasen: G1 und G2.

Phasen des Zellzyklus

Interphase

• Startet nach der Teilung der Mutterzelle.
• Chromosomen nicht als einzelne Einheiten erkennbar.
• Genaktivität steuert Zellstoffwechsel.
• Verdopplung der Chromosomen während der S-Phase.

G1-Phase

• Zeitraum zwischen Kernteilung und DNA-Synthese.
• Ergänzung von Zellbestandteilen wie Zytoplasma und Zellorganellen.
• Vorbereitung auf die S-Phase durch Produktion von mRNAs für Histone und Replikationsenzyme.
• DNA-Zytometrie bestimmt DNA-Gehalt als 2C.
• Zellen können in die ruhende G0-Phase wechseln.

S-Phase

• DNA-Verdopplung im Zellkern.
• Replikation beginnt an mehreren Ursprüngen in jedem Chromosom.
• DNA-Menge steigt von 2C auf 4C.

G2-Phase

• Synthese von RNA-Molekülen und zellteilungsspezifischen Proteinen.
• Vorbereitung auf die Mitose.

M-Phase

• Umfasst Mitose (Zweiteilung der Chromosomen), Karyokinese (Zellkernteilung), Zytokinese (Zellteilung).
• Phasen: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase.
• DNA-Menge halbiert sich wieder auf 2C.

Endoreplikation

• DNA-Menge wird weiter verdoppelt ohne Zellteilung.
• Genutzt in Hochleistungszellen zur erhöhten Proteinbiosynthese.

Dauer des Zellzyklus

• Variiert je nach Zelltyp und Entwicklungsstadium.
• Kürzeste Phase in frühen Entwicklungsstadien tierischer Embryonen.
• Längste Phase bei Zellen, die sich nicht mehr teilen (G0-Phase).

Regulation des Zellzyklus

Äußere Faktoren

• Zellgröße und Nährstoffangebot spielen eine Rolle.
• Wachstumsfaktoren steuern den Zyklusverlauf.

Innere Faktoren und Kontrollpunkte

• Kontrollpunkte überwachen Dauer und Abfolge der Phasen.
• Zellzyklusproteine: CDKs und Cycline.
• Aktivierung/Deaktivierung dieser Proteine durch Wachstumsfaktoren und Protoonkogene.

Beispiele für Kontrollpunkte

• DNA-Schaden-Kontrollpunkt: Verhinderung der Zellteilung bei DNA-Schäden.
• Spindelbildung-Kontrollpunkt: Sicherstellung der korrekten Chromatidentrennung.

Zellzyklus und Krebs

• Zellzyklus von Krebszellen wird autonom und unkontrolliert.
• Fehlregulationen können zu unkontrolliertem Zellwachstum führen.

Nobelpreis für Medizin

• Leland H. Hartwell, Tim Hunt und Paul M. Nurse erhielten 2001 den Nobelpreis für Entdeckungen zur Kontrolle des Zellzyklus.