7.0 Der Zellzyklus

V. a. eukaryontische Zellen durchlaufen einen fortlaufenden Zyklus, der eine Zellteilung (sowie ihre vor- und nachbereitenden Abläufe) umfaßt. Er wird allgemein als Zellzyklus bezeichnet. Ein Zellzyklus umfaßt vier (bei manchen Zellen fünf)Phasen:

• G₁-Phase
• S-Phase
• G₂-Phase
• M-Phase
• (G₀-Phase)

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Abb. 35: Der Zellzyklus

Die G₁-, S- und G₂-Phase werden als Interphase bezeichnet. Sie dauert bei manchen höheren Tieren z. B. i. d. R. 16 – 24 h.

Ausgangszustand beim Zellzyklus sind die haploiden Zellen, die in der G₁-Phase (syn. postmitotische Phase, Präsynthesephase) auftreten, d. h. sie besitzen nur einen einfachen Gen- bzw. Chromosomensatz. Die G₁-Phase ist i. d. R. die längste aller Phasen und bestimmt dadurch maßgeblich die Gesamtlänge des Zellzyklus. Manche Zellen haben im reifen (adulten) Zustand so lange G₁-Phasen, daß sie sich im Verlauf ihres Lebens praktisch nicht mehr teilen, z. B. Nervenzellen, Skelettmuskelzellen oder rote Blutkörperchen. Dem hingegen stehen z. B. Epithelzellen (Zellen von Abschlußgeweben), die sich aufgrund ihrer starken Beanspruchung unheimlich oft teilen. Die G₁-Phase besteht aus Wachstum der Zelle (Nachbildung von Cytoplasma und Zellorganellen), der Vorbereitung des nächsten Schritts, der S-Phase, durch Produktion von Replikationsenzymen (z. B. DNA-Polymerasen, Ligasen, etc.) und Histonen, der Synthese von DNA-Nukleotiden in Triphosphatform sowie der Teilung der Centriolen.

In der S-Phase (Synthesephase) beginnt die Reduplikation (syn. Replikation) der DNA, so daß an ihrem Ende bereits wieder zwei homologe Chromosomensätze vorliegen. Die Zellen werden dann wieder als diploid bezeichnet.

Die G₂-Phase (prämitotische Phase, Postsynthesephase) ist gekennzeichnet durch den Abbau des Endoplasmatischen Reticulums, der Vorbereitung auf die Mitose – in Geweben z. B. die Auflösung von Zellkontakten –, Rundung der Zellen und vermehrte Wasseraufnahme.

Auf die G₂- folge die M-Phase (Mitosephase). Hier finden die Teilung der Chromosomen (Mitose mit Pro-, Meta-, Ana- und Telophase) und nach der Mitsoe Teilung des Zellkerns (Karyokinese) und der Zelle selbst (Cytokinese) statt.

Manchmal können Zellen höherer Organismen einen ausgereiften (ausdifferenzierten) Zustand annehmen, bei dem sie nicht mehr teilungsfähig sind, da sie bestimmte wichtige Aufgaben im Organismus wahrnehmen. Sie verbleiben dann in der sog. G₀-Phase (Ruhephase), die der G₁-Phase entspricht. Manche Zellen können über lange Zeit in der G₀ verweilen, dann jedoch einen weiteren normalen Zellzyklus durchlaufen.