Zellzyklus

Der Zellzyklus lässt sich in die Interphase (G1-, S- und G2-Phase) und die Mitose (Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase) unterteilen. Innerhalb des Zellzyklus gibt es verschiedene Kontrollpunkte, an denen der Prozess zwischenzeitlich unterbrochen wird. Die Regulation erfolgt durch Cycline, Cyclin-abhängige Kinasen, Tumorsuppressoren und deren Antagonisten.

Aktualisiert: 18.04.2023

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Definitionen

  • Chromatin: Kombination von Nukleinsäuren Nukleinsäuren Nukleinsäuren und Proteinen, aus denen Chromosomen bestehen
  • Histone:
  • Chromosomen:
    • DNA- und proteinhaltige Untereinheiten, in denen Gene organisiert sind
    • Normalerweise fadenförmig und diffus im Zellkern verteilt → Kondensation während der Mitose zu stäbchenförmigen Strukturen
  • Schwesterchromatid: eine von zwei identischen Hälften eines replizierten Chromosoms
  • Zentriolen: zylindrische Organellen Organellen Die Zelle: Organellen, die als einer der Befestigungspole des mitotischen Spindelapparats in einer sich replizierenden Zelle fungieren (das andere Ende ist ein Kinetochor)
  • Zentrosomen: Organelle mit Zentriolen, das als Mikrotubuli organisierendes Zentrums (Englisches Akronym: MTOC) fungiert
  • Kinetochor: Proteinstruktur an der zentralen Zone eines Chromosoms (Zentromer), an die eines der Enden der Spindelapparats während der Mitose bindet (das andere Ende sind die Zentriolen)
  • Zentromere: zentrale Region der Chromosomen, an der die Mikrotubuli des mitotischen Spindelapparats über das Kinetochor anhaften
  • Spindelapparat: Mikrotubuli-Struktur, die sich aus dem Zytoskelett Zytoskelett Die Zelle: Zytosol und Zytoskelett einer Zelle bildet und die Chromosomen während der Trennung in der Mitose zu den Polen der Zelle zieht

Überblick

Der Zellzyklus beschreibt die zyklische Abfolge verschiedener Prozesse, die eine eukaryotische Zelle bei der Teilung in zwei identische Tochterzellen durchläuft.

G0-Phase

  • Reife, differenzierte Zellen außerhalb des Zellzyklus befinden sich in einem reversiblen Ruhezustand.
  • Niedrige Wachstumsfaktorkonzentration und hohe Populationsdichte
  • Es findet ein normaler Stoffwechsel statt, jedoch keine Zellteilung.
  • Bestimmte Auslöser, wie Wachstumsfaktoren, veranlassen einige Zellen dazu, in die G1-Phase zurückzukehren.

Interphase

G1-, S- und G2-Phasen werden als Interphase zusammengefasst.

  • G1 (Gap-1): Dauer = ca. 12 Stunden
    • Unmittelbar nach der Mitose (Zelle hat die Hälfte ihrer normalen Größe)
    • Periode des Zellvolumenwachstums
    • RNA- und Proteinsynthese
    • Synthese für die Mitose benötigter Proteine Proteine Proteine und Peptide und Zellbestandteile (z. B. Mikrotubuli)
  • S (Synthese): Dauer = 8 – 12 Stunden
    • Qualitätssicherungsphase:
      • Gewährleistet die Genauigkeit der Replikation
      • DNA-Mismatch-Reparatur
    • Strukturen für die Mitose sind vorbereitet:
      • Duplizierte Zentrosomen
      • Getrennte Zentriolen
      • Histonsynthese
  • G2 (Gap-2): Dauer = 1,5 – 3 Stunden
5 Phasen des Zellzyklus

Der Zellzyklus ist in fünf Phasen unterteilt.

Bild von Lecturio.

Mitose (Kernteilung)

Während der Mitose wird die duplizierte DNA DNA Die Desoxyribonukleinsäure – Aufbau, Struktur und verschiedene Arten der DNA der Zelle getrennt und auf zwei identische Tochterzellen verteilt. Dieser Vorgang dauert ungefähr eine Stunde.

  • Prophase:
    • Kondensation der Chromosomen (werden sichtbar)
    • Mikrotubuli bauen sich zusammen und bilden den mitotischen Spindelapparat, der an den Zentriolen befestigt ist.
    • Zentrosomen wandern zu entgegengesetzten Polen der Zelle.
    • Nukleolus ist nicht mehr sichtbar.
    • Kernhülle beginnt sich aufzulösen.
  • Prometaphase:
    • Anlagerung der Kinetochore an die Chromosomen-Zentromere
    • Verbindung des freien Endes der Mikrotubuli mit den Kinetochoren
    • Zentrosomen erreichen die entgegengesetzten Pole.
  • Metaphase:
    • Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene (Metaphasenplatte) der Zelle
    • Jedes Schwesterchromatid ist an einer mitotischen Spindel befestigt, die von den entgegengesetzten Polen stammt.
    • Vollständige Auflösung der Kernhülle
  • Anaphase:
    • Teilung der Kinetochore
    • Trennung der Schwesterchromatiden
    • Chromatiden werden durch den Spindelapparat zu entgegengesetzten Polen gezogen.
    • Ovale Verformung der Zelle durch Verlängerung der Spindelfasern
  • Telophase:
    • Ausbildung neuer Kernhüllen um die dekondensierten Chromosomen
    • Auflösung des Spindelapparats
  • Zytokinese:
    • Spaltung der Zelle in zwei vollständig voneinander getrennten Tochterzellen
    • Jede der Tochterzellen entwickelt eine vollständige Zellmembran Zellmembran Die Zelle: Zellmembran.
Mitose Schritt für Schritt

Darstellung der Mitosestadien (Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase und Zytokinese). Zur Erstellung eines Karyogramms werden die Chromosomen durch Zugabe des Mitose-Hemmers Cholcitin in der Metaphase arretiert.

Bild von Lecturio.

Regulation des Zellzyklus

Der Zellzyklus ist streng reguliert. Das Nichtpassieren eines Checkpoints führt zum programmierten Zelltod Zelltod Zellschäden und Zelltod (Apoptose). Wird die Apoptose bei Nichtpassieren eines Checkpoints nicht eingeleitet, führt das zur Akkumulation von Mutationen zur Entstehung von Krankheiten.

Beginn des Zellzyklus:

  • Ausreichende Mindestgröße
  • Angemessene Ernährungsbedingungen
  • Stimulation durch Wachstumsfaktoren
  • Fehlen von anti-mitogenen Signalen

Moleküle, die den Zellzyklus regulieren

  • Positive Regulatoren: Anwesenheit in geeigneten Konzentrationen ermöglicht das Fortschreiten des Zellzyklus.
    • Cycline:
      • Regulatorische Proteine Proteine Proteine und Peptide, die als Reaktion auf interne und externe Reize in bestimmten Stadien des Zellzyklus freigesetzt werden.
      • Die Konzentrationen der vier verschiedenen Cycline schwankt während des Zellzyklus in einem bestimmten Muster.
    • Cyclin-abhängige Kinasen (Englisches Akronym: CDK):
      • Aktivierung durch Cycline und Proteinkinasen (über Phosphorylierung)
      • Hemmung durch Proteinphosphatasen (über Dephosphorylierung) und Cyclin-abhängige Kinase-Inhibitoren (Englisches Akronym: CKIs)
    • Das Kernlokalisierungssignal (Englisches Akronym: NLS) ermöglicht es Cyclinen, als Heterodimer mit CDKs in den Zellkern einzudringen.
  • Negative Regulatoren: Die Aktivierung dieser Faktoren blockiert den Zellzyklus.
    • p53 und p21: Arretierung des Zellzyklus, wenn DNA-Schäden erkannt werden
    • Retinoblastom-Protein (pRb): Verhinderung des G1-S-Übergangs
    • Hyperphosphorylierung des pRb durch den Cyclin-D/CDK 4/6-Komplex → Beginn der Transkription von Cyclin E und anderen Proteinen → Progression in die S-Phase

Kontrollpunkte

  • Späte G1-Phase (G1-Kontrollpunkt): irreversibel
    • Regulation durch CDK2 und Cyclin E
    • Der Übergang zwischen der G1- und S-Phase bestimmt die Progression zur Zellteilung oder den Übergang zur G0-Phase.
  • Ende der G2-Phase (G2-Kontrollpunkt):
    • Regulation durch CDK1 und Cyclin B
    • Checkpoint für günstige Umweltbedingungen und korrekte und vollständige DNA-Replikation
      • Ein unvollständiges Genom Genom Grundbegriffe der Genetik in diesem Stadium führt zur Apoptose.
      • Mitose-promoting factors (Cyclin-CDK-Heterodimere) spielen bei diesem Kontrollpunkt eine wichtige Rolle.
  • Metaphase (M-Kontrollpunkt): irreversibel
    • Sicherstellung, dass alle Chromosomen vor der Trennung in der Anaphase an den Spindelapparat gebunden sind
    • Spannung der Spindelfasern → Produktion des Anaphase-Promoting Complex (APC)
    • APCs fördern den Abbau von Connexin (Kinetochor)-Proteinen zwischen Schwesterchromatiden.
  • In der G1- und G2-Phase gibt es weitere Kontrollpunkte für DNA-Schäden.

Quellen

  1. Clark, MA et al. (2018). Biology 2e. https://openstax.org/details/books/biology-2e?Book%20details
  2. Goljan, EF (2013). Rapid review pathology: with student consult online access. Elsevier Health Sciences.
  3. Püschel G, Kühn H, Kietzmann T, Höhne W, Christ B, Doenecke D, Koolman J. Taschenlehrbuch Biochemie. 9. Auflage. Stuttgart: Thieme. 2011.

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eLearning Award 2023

Lecturio und die Exporo-Gruppe wurden für ihre digitale Compliance-Akademie mit dem eLearning Award 2023 ausgezeichnet.

eLearning Award 2019

Lecturio und die TÜV SÜD Akademie erhielten für den gemeinsam entwickelten Online-Kurs zur Vorbereitung auf den
Drohnenführerschein den eLearning Award 2019 in der Kategorie “Videotraining”.

Comenius-Award 2019

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Die Lecturio Business Flat erhielt 2019 das Comenius-EduMedia-Siegel, mit dem die Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien jährlich pädagogisch,  inhaltlich und gestalterisch
herausragende didaktische Multimediaprodukte auszeichnet.

IELA-Award 2022

Die International E-Learning Association, eine Gesellschaft für E-Learning Professionals und Begeisterte, verlieh der Lecturio Learning Cloud die Gold-Auszeichnung in der Kategorie “Learning Delivery Platform”.

Comenius-Award 2022

In der Kategorie “Lehr- und Lernmanagementsysteme” erhielt die Lecturio Learning Cloud die Comenius-EduMedia-Medaille. Verliehen wird der Preis von der Gesellschaft für Pädagogik, Information und Medien für pädagogisch, inhaltlich und gestalterisch herausragende Bildungsmedien.

B2B Award 2020/2021

Die Deutsche Gesellschaft für Verbraucherstudien (DtGV) hat Lecturio zum Branchen-Champion unter den deutschen Online-Kurs-Plattformen gekürt. Beim Kundenservice belegt Lecturio den 1. Platz, bei der Kundenzufriedenheit den 2. Platz.

B2B Award 2022

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Simon Veiser

Simon Veiser beschäftigt sich seit 2010 nicht nur theoretisch mit IT Service Management und ITIL, sondern auch als leidenschaftlicher Berater und Trainer. In unterschiedlichsten Projekten definierte, implementierte und optimierte er erfolgreiche IT Service Management Systeme. Dabei unterstützte er das organisatorische Change Management als zentralen Erfolgsfaktor in IT-Projekten. Simon Veiser ist ausgebildeter Trainer (CompTIA CTT+) und absolvierte die Zertifizierungen zum ITIL v3 Expert und ITIL 4 Managing Professional.

Dr. Frank Stummer

Dr. Frank Stummer ist Gründer und CEO der Digital Forensics GmbH und seit vielen Jahren insbesondere im Bereich der forensischen Netzwerkverkehrsanalyse tätig. Er ist Mitgründer mehrerer Unternehmen im Hochtechnologiebereich, u.a. der ipoque GmbH und der Adyton Systems AG, die beide von einem Konzern akquiriert wurden, sowie der Rhebo GmbH, einem Unternehmen für IT-Sicherheit und Netzwerküberwachung im Bereich Industrie 4.0 und IoT. Zuvor arbeitete er als Unternehmensberater für internationale Großkonzerne. Frank Stummer studierte Betriebswirtschaft an der TU Bergakademie Freiberg und promovierte am Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe.

Sobair Barak

Sobair Barak hat einen Masterabschluss in Wirtschaftsingenieurwesen absolviert und hat sich anschließend an der Harvard Business School weitergebildet. Heute ist er in einer Management-Position tätig und hat bereits diverse berufliche Auszeichnungen erhalten. Es ist seine persönliche Mission, in seinen Kursen besonders praxisrelevantes Wissen zu vermitteln, welches im täglichen Arbeits- und Geschäftsalltag von Nutzen ist.

Wolfgang A. Erharter

Wolfgang A. Erharter ist Managementtrainer, Organisationsberater, Musiker und Buchautor. Er begleitet seit über 15 Jahren Unternehmen, Führungskräfte und Start-ups. Daneben hält er Vorträge auf Kongressen und Vorlesungen in MBA-Programmen. 2012 ist sein Buch „Kreativität gibt es nicht“ erschienen, in dem er mit gängigen Mythen aufräumt und seine „Logik des Schaffens“ darlegt. Seine Vorträge gestaltet er musikalisch mit seiner Geige.

Holger Wöltje

Holger Wöltje ist Diplom-Ingenieur (BA) für Informationstechnik und mehrfacher Bestseller-Autor. Seit 1996 hat er über 15.800 Anwendern in Seminaren und Work-shops geholfen, die moderne Technik produktiver einzusetzen. Seit 2001 ist Holger Wöltje selbstständiger Berater und Vortragsredner. Er unterstützt die Mitarbeiter von mittelständischen Firmen und Fortune-Global-500- sowie DAX-30-Unternehmen dabei, ihren Arbeitsstil zu optimieren und zeigt Outlook-, OneNote- und SharePoint-Nutzern, wie sie ihre Termine, Aufgaben und E-Mails in den Griff bekommen, alle wichtigen Infos immer elektronisch parat haben, im Team effektiv zusammenarbeiten, mit moderner Technik produktiver arbeiten und mehr Zeit für das Wesentliche gewinnen.

Frank Eilers

Frank Eilers ist Keynote Speaker zu den Zukunftsthemen Digitale Transformation, Künstliche Intelligenz und die Zukunft der Arbeit. Er betreibt seit mehreren Jahren den Podcast „Arbeitsphilosophen“ und übersetzt komplexe Zukunftsthemen für ein breites Publikum. Als ehemaliger Stand-up Comedian bringt Eilers eine ordentliche Portion Humor und Lockerheit mit. 2017 wurde er für seine Arbeit mit dem Coaching Award ausgezeichnet.

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Yasmin Kardi ist zertifizierter Scrum Master, Product Owner und Agile Coach und berät neben ihrer Rolle als Product Owner Teams und das höhere Management zu den Themen agile Methoden, Design Thinking, OKR, Scrum, hybrides Projektmanagement und Change Management.. Zu ihrer Kernkompetenz gehört es u.a. internationale Projekte auszusteuern, die sich vor allem auf Produkt-, Business Model Innovation und dem Aufbau von Sales-Strategien fokussieren.

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Leon Chaudhari ist ein gefragter Marketingexperte, Inhaber mehrerer Unternehmen im Kreativ- und E-Learning-Bereich und Trainer für Marketingagenturen, KMUs und Personal Brands. Er unterstützt seine Kunden vor allem in den Bereichen digitales Marketing, Unternehmensgründung, Kundenakquise, Automatisierung und Chat Bot Programmierung. Seit nun bereits sechs Jahren unterrichtet er online und gründete im Jahr 2017 die „MyTeachingHero“ Akademie.

Andreas Ellenberger

Als akkreditierter Trainer für PRINCE2® und weitere international anerkannte Methoden im Projekt- und Portfoliomanagement gibt Andreas Ellenberger seit Jahren sein Methodenwissen mit viel Bezug zur praktischen Umsetzung weiter. In seinen Präsenztrainings geht er konkret auf die Situation der Teilnehmer ein und erarbeitet gemeinsam Lösungsansätze für die eigene Praxis auf Basis der Theorie, um Nachhaltigkeit zu erreichen. Da ihm dies am Herzen liegt, steht er für Telefoncoachings und Prüfungen einzelner Unterlagen bzgl. der Anwendung gern zur Verfügung.

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Zach Davis ist studierter Betriebswirt und Experte für Zeitintelligenz und Zukunftsfähigkeit. Als Unternehmens-Coach hat er einen tiefen Einblick in über 80 verschiedene Branchen erhalten. Er wurde 2011 als Vortragsredner des Jahres ausgezeichnet und ist bis heute als Speaker gefragt. Außerdem ist Zach Davis Autor von acht Büchern und Gründer des Trainingsinstituts Peoplebuilding.

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Alexander Plath

Alexander Plath ist seit über 30 Jahren im Verkauf und Vertrieb aktiv und hat in dieser Zeit alle Stationen vom Verkäufer bis zum Direktor Vertrieb Ausland und Mediensprecher eines multinationalen Unternehmens durchlaufen. Seit mehr als 20 Jahren coacht er Führungskräfte und Verkäufer*innen und ist ein gefragter Trainer und Referent im In- und Ausland, der vor allem mit hoher Praxisnähe, Humor und Begeisterung überzeugt.

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