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Zellkernteilung

Einleitung

Die meisten Gewebe des Körpers erneuern sich fortlaufend. Diese Erneuerung wird durch eine ständige Neubildung von Zellen erreicht. Diese Neubildung wird durch eine Teilung von Zellen erreicht. Diese Zellteilung setzt voraus, dass die Zellen zur Teilung fähig sind. Die teilungsfähigen Zellen beim Erwachsenen heißen adulte Stammzellen. Dem eigentlichen Teilen der Zelle, die auch Cytokinese genannt wird, geht die Teilung des Zellkerns voraus. Im Zellkern befindet sich größtenteils DNA. Die DNA beinhaltet die genetischen Informationen. Damit die entstehenden Zellen alle Informationen enthalten, wird die enthaltende DNA vor der Teilung des Zellkerns verdoppelt. Der Prozess der Teilung des Zellkerns wird auch Mitose genannt.

Ablauf einer Zellkernteilung

Die Zellkernteilung läuft in 5 Phasen ab. Am Ende dieser 5 Phasen liegen statt einem Kern, zwei voll funktionsfähige und identische Zellkerne vor. Wichtig für das Verständnis der Zellkernteilung ist es, dass die DNA bei in Chromosomen organisiert ist. Die gesamte genetische Information ist bei Menschen und Tieren also auf mehrere Chromosomen aufgeteilt. Menschen besitzen in allen Körperzellen, außer den Ei- und Spermazellen, 2 Kopien der gesamten genetischen Information. Eine Kopie der Mutter und eine vom Vater.

Insgesamt ist die DNA im Zellkern auf 46 Chromosomen aufgeteilt. Der Mitose geht im sogenannten Zellzyklus, also dem Lebenszyklus einer Zelle, die Verdopplung der Erbinformation voraus. Vor der Verdopplung liegen die Chromosomen als Ein-Chromatid-Chromosomen vor, nach der Verdopplung als Zwei-Chromatid-Chromosomen. Nachdem sich die Zellkerne geteilt haben sind wieder Ein-Chromatid-Chromosomen vor. Das soll verdeutlichen, dass die genetische Information vor der Zellkernteilung verdoppelt wird und keine Informationen verloren gehen.

Die Zellkernteilung beginnt damit, dass die Chromosomen dichter verpackt werden. Eigentlich liegen diese im Zellkern unsortiert vor. Durch diese Kondensation können die einzelnen Chromosomen unter dem Lichtmikroskop erkannt werden, das ist vorher nicht möglich, da die Chromosomen vorher unsortiert vorliegen und den Zellkern ausfüllen. Gleichzeitig zerfällt die Hülle, die die Zellkerne umgibt. Danach werden die Chromosomen durch den Spindelapparat in einer Linie angeordnet. Der Spindelapparat besteht aus Proteinstrukturen, die fadenförmig angeordnet sind, den Mikrotubuli. Diese Proteinstrukturen können Chromosomen bewegen und ordnen sie so für die nächsten Schritte in einer Ebene an. Nachdem die Chromosomen nun richtig angeordnet sind, werden die beiden identischen Chromatiden durch den Spindelapparat auseinandergezogen. Es sind also nun wieder Ein-Chromatid-Chromosomen entstanden. Am Ende wird die Hülle des Zellkerns wiederaufgebaut und es liegen zwei identische Zellkerne vor. Anschließend teilt sich die Zelle und die Zellkerne werden auf zwei neu entstehende Zellen verteilt. Dieser Prozess ist allerdings kein Teil der Zellkernteilung, sondern ein davon getrennter Schritt und wird Zellteilung oder Cytokinese genannt.

Phasen der Zellkernteilung

Die Zellkernteilung kann in 5 Phasen eingeteilt werden. Die Phasen heißen Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

In der ersten Phase, der Prophase, findet hauptsächlich die Kondensation der Chromosomen statt. Vor dieser Phase kann man die einzelnen Chromosomen unter dem Lichtmikroskop nicht voneinander unterscheiden. Erst im kondensierten Zustand werden sie als einzelne Chromosomen sichtbar. Neben der Kondensation beginnt der Zerfall der Hülle, die den Kern umgibt.

In der nächsten Phase, der Prometaphase, zerfällt die Kernhülle komplett, außerdem bildet sich der Spindelapparat aus.

Der Spindelapparat wird in der anschließenden Phase, der Metaphase, wichtig. In dieser Phase werden die Chromosomen geordnet.

Die darauffolgende Phase heißt Anaphase. In dieser werden die Chromosomen getrennt, sodass 2 identische Tochterchromosomen entstehen. Außerdem bewegen sich die entstehenden Chromosomen auseinander.

Die letzte Phase der Mitose ist die Telophase, in dieser werden die Kernhüllen wiederhergestellt. Außerdem wird die Kondensation der Chromosomen rückgängig gemacht. Am Ende der Telophase liegen zwei funktionsfähige Zellkerne vor.

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Warum gibt es eine Zellkernteilung?

Die Zellkernteilung ist notwendig, um Zellen für Gewebe zu bilden, die sich ständig erneuern. Die Funktions- und Heilungsfähigkeit des Körpers beruht darauf, dass abgestorbene Zellen durch neue ersetzt werden können. Es gibt allerdings zwischen den verschiedenen Geweben Unterschiede in der Teilungsfähigkeit. Einige Teile des Körpers erneuern sich ständig, dazu zählen die Haut beziehungsweise die Schleimhäute und die Zellen des Blutes. Die Haut- und Blutzellen werden ständig nachgebildet, indem unreife Vorläuferzellen sich teilen. Dafür ist die Zellkernteilung nötig. Allerdings gibt es im Körper auch Organe, deren Zellen sich nicht mehr teilen. Dazu gehört das Herz und das Gehirn. Das hier keine neuen Zellen nachgebildet werden, können Schäden nur durch Narbengewebe ersetzt werden und nicht durch das ursprüngliche Gewebe.

Wie lange dauert eine Zellkernteilung?

Die Dauer einer Zellkernteilung ist bei allen Zelltypen unterschiedlich. Je nachdem, ob es sich um schnell oder langsam teilende Zellen handelt. Die Dauer der Mitose kann wenige Minuten betragen, allerdings gibt es Zellen, bei denen eine Mitose mehrere Stunden in Anspruch nimmt. Am schnellsten geht die Zellkernteilung bei Organen, in denen ständig neue Zellen gebildet werden. Dazu gehören die Haut, die Schleimhäute und das Knochenmark. Im Knochenmark findet die Blutbildung statt. Die Zellkernteilung muss hier also besonders schnell ablaufen.

Wie häufig teilen sich die Zellkerne?

Die Häufigkeit der Zellkernteilungen hängt in erster Linie davon ab, wie schnell sich die Zellen teilen. In sich schnell teilenden Zellen kommt es häufiger zu Zellteilungen. Bei Zellen, die sich nur langsam teilen, kommt es dementsprechend zu einer geringeren Anzahl Zellkernteilungen. Wichtig ist zu beachten, dass es im Körper Zellen gibt, die sich nicht mehr teilen. Diese Zellen nennt man differenzierte Zellen. Diese sterben irgendwann ab und müssen ersetzt werden. Diese Funktion haben die Vorläuferzellen. Sie können sich noch teilen und werden dann teilweise zu differenzierten Zellen, die sich wiederum nicht mehr teilen können.

Was passiert, wenn die Zellkernteilung fehlerhaft abläuft?

Im Zellzyklus bestehen mehrere Kontrollpunkte, die verhindern sollen, dass Fehler bei der Zellteilung entstehen. Diese Kontrollpunkte befinden sich an verschiedenen Stellen, an denen kritische Vorgänge ablaufen. In der Zellkernteilung ist die kritischste Phase, die Trennung der Chromosomen. Geschehen hier Fehler, können zwei unterschiedliche Chromosomen entstehen. Die entstehende Zelle wäre fehlerhaft und es könnte eine Tumorzelle entstehen. Der Kontrollpunkt der Mitose befindet sich in der Metaphase, also der Phase, in der die Chromosomen in einer Reihe angeordnet werden. Die Funktionsweise des Kontrollpunkts besteht darin, dass der nächste Schritt nicht beginnt, bevor nicht alle Chromosomen richtig angeordnet sind. Geschieht ein Fehler, wird im besten Fall die Mitose gestoppt und die Zellkernteilung bricht ab.

Es kann allerdings vorkommen, dass an diesem Kontrollpunkt Fehler geschehen. Entstehen Zellkerne mit einem unterschiedlichen Gehalt an Chromosomen, können die entstehenden Zellen entweder vom Körper zerstört werden oder es entstehen Zellen mit einem höheren Risiko einer Entartung.

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Wie entsteht ein Tumor?

Das Wort Tumor bedeutet wörtlich übersetzt Schwellung und kann durch verschiedene Prozesse ausgelöst werden. Die häufigste Ursache für eine Schwellung ist eine Entzündung, die durch eine vermehrte Wassereinlagerung eine Schwellung verursacht. Ein Tumor, der durch ungebremste Vermehrung von Zellen verursacht wird, wird auch Neoplasie genannt. Es gibt viele verschiedene Neoplasie-Formen, die aus unterschiedlichen Zellen hervorgehen. Generell entstehen Neoplasien durch einen Verlust der Kontrolle über Wachstum und Teilung der Zelle. Zellen enthalten verschiedene Proteine, die dafür sorgen, dass eine Zelle nicht unkontrolliert wächst. Diese Proteine können durch Veränderungen der Gene, die die Vorlage sind für diese Proteine, in ihrer Funktion eingeschränkt sein. Durch diesen Verlust der Kontrollfunktion, kommt es zu ungebremstem Wachstum und der entarteten Zellen.

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Qualitätssicherung durch: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 17.12.2018
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