Die Vermehrung der Zellen

Biozusammenfassung: Kapitel 12 (deutsches Buch 11)
Die Vermehrung der Zellen
Vermehrung, Wachstum und Wundheilung von Organismen erfolgen durch Zellteilung
Eine Zelle kann man nicht wie ein Käse einfach in zwei Hälften teilen ➝ zu komplex
DNA muss in beide Tocherzellen gelangen
Genom = gesamte erbliche DNA-Ausstattung einer Zelle (bei Bakterien DNA und Plasmide)
Zelle, die sich teilt, kopiert alle ihre Gene.
Bakterien vermehren sich durch Zellteilung
Gene liegen auf nur einem Chromosom, welches aus einem ringförmigen DNA-Molekül besteht
Bei Teilung muss aber gesamtes Genom kopiert werden (DNA und Plasmide)
Bakterienchromosom ist an die Plasmamembran angemacht. Nach Kopiervorgang: zwei
Chromosomen an Membran, zwischen ihnen wächst die Menbran. Wenn genug lang:
Plasmamembran schnürt sich nach innen, zwei Tochterzellen entstehen. (siehe Buch)
Das Genom einer Eukaryotenzelle ist auf mehreren Chromosomen
Jede Eukary.Art besitzt in jedem Zellkern eine charakteristische Zahl von Chromosomen.
Somatische Zellen: alle Körperzellen ausser Geschlechtszellen (Mensch: 46 Chromosomen)
Gameten: Ei und Samenzelle (Mensch: 23 Chromosomen)
Verdoppelung und Aufteilung der Chromosomen in der Mitose ➝ siehe Buch
Mensch:
Erbt 46 Chromosomen (von jedem Elternteil 23) ➝ Eizelle und Samenzelle verinigen sich zur
Zygote ➝ viele Mitosen ➝➝➝ Billionen von Körperzellen
Gameten entstehen durch Meiose (nur in Keimdrüsen oder Gonaden ➝ Hoden und Eierstöcke).
Meiose = Reduktionsteilung
Im Zellzyklus wechseln Mitose und Interphase ab
Schema des Zellzyklus ➝ siehe Buch
Mitosephase oder M-Phase, in der der Zellkern und das Cytoplasma geteilt wird (Mitose und
Cytokinese), ist der kürzeste Teil des Zellzyklus!
Interphase = Wachstumsperiode
-Interphase ist lang: G1, S, G2 ➝ Wachstum der Zelle durch Proteinsynthese und
Produktion cytoplasmatischer Organellen. Chromosomen werden nur in S verdoppelt
(DNA-Synthese)
-S-Phase = Synthese. Chromosomen werden verdoppelt
-G = Gap (Lücke)
Mitose wird unterteilt in: Pro-, Prometa-, Meta-, Ana- und Telophase
Die Mitosespindel verteilt die Chromosomen auf die Tochterzellen
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Biozusammenfassung: Kapitel 12 (deutsches Buch 11)
Mitosespindel wird in Cytoplasma während der Prophase gebildet. Sie besteht aus Mikrotubuli
und Proteinen. Mehrere parallele Mikrotubuli bilden eine Spindel.
Der Zusammenbau der Mikrotubuli beginnt im Centrosom (➝ Organisationszentrum).
Während der Interphase ➝ Verdoppelung des Centrosoms: beide Centrosome befinden sich
angangs dicht beienander, erst in der Prometaphase stehen sie sich gegenüber (Zellpole).
Kinetochor (Proteinkomplex) wird in der Prophase gebildet. Dieser lagert sich um das
Centromer
Am Kinet. werden die Kinetochorfasern gebildet ➝ verbinden sich mit Centrosom
➝Chromosome werden hin- und hergezogen bis sie geordnet (Prometaphase) auf einer Linie
(Metaphaseplatte oder Äquatorialplatte) liegen.
Anaphase: Teilung des Chromosoms an Centromer (Schwesterchromatide getrennt).
Kinetochormikrotubuli verkürzen sich (depolymerisieren)➝ Chromatide wandern zu den Polen.
Ende der Anaphase: 2 Chromosomensätze an entgegengesetzten Polen.
Telophase: neue Zellkernhülle wird gebildet und Cytokinese (Teilung des Cytoplasmas)
Cytokinese
-
Teilungsfurche entsteht
leichte Vertiefung der Zelloberfläche in der Nähe der früheren Metaphaseplatte
Vertiefung wegen kontraktilem Ring aus Actinfasern (an der Furche) ➝ zieht sich zusammen
Bei Pflanzen: Cyotkinese völlig anders
- keine Teilungsfurche, dafür entsteht eine Zellplatte (in Telophase), wo früher
Metaphaseplatte war
- Vesikel, welche vom Golgi-Apparat stammen, wandern zu dieser Metaphaseplatte,
vereinigen sich, es entsteht eine Doppelmembran (Zellplatte)
Innere und äussere Signale steuern die Zellteilung
Geschwindigkeit unterschiedlich: Hautzellen teilen sich häufig, Nervenzellen überhaupt nicht
mehr (beim Erwachsenen).
Zellteilungsexperimente
• Teilen sich nicht, wenn dem Kulturmedium ein wichtiger Nährstoff fehlt.
Säugetierzellen teilen sich nur, wenn die Nährlösung Wachstumsfaktoren
(Regulationssubstanzen) enthält.
Bsp: Fibroblasten (Zellen des Bindegewebes) brauchen für Teilung PDGF (plated-derived
growth factor), den von Blutplättchen abgeleiteten Wachstumsfaktor. An Zelloberfläche PDGFRezeptoren, falls PDGF bindet ➝ Teilung
In vivo: Blutplättchen zerfallen in Nähe der Verletzung und setzen PDFG frei ➝ Vermehrung
der Fibroblasten ➝ Heilung
•
Zelldichte: teilen sich bis eine Enzellschicht den Nährboden bedeckt (Monolayer).
Überfüllung hemmt Zellteilung ➝ Dichteabhängige Zellteilungshemmung. Krebszellen
haben dieses Phänomen nicht.
Korrekter Ablauf des Zellzyklus ist entscheidend für das gesunde Überleben des Organismus.
Daher gibt es bei Phasenübergänge Kontrollpunkte ➝ Qualitätskontrolle
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Biozusammenfassung: Kapitel 12 (deutsches Buch 11)
G1-Kontrollpunkt (Restriktionspunkt): vor DNA-Synthese (S-Phase) ➝ alles oder nichts
Entscheidung; wenn okay ➝ Zellteilung wird eingeleitet.
Zelle kann am Restriktionspunkt den Zellzyklus verlassen, Zelle tretet dann in G0-Phase ein. ➝
Zelle ist dann arretiert, im Ruhezustand, teilt sich nicht mehr. Z.B. Nervenzellen beim
Menschen. Andere können wieder zurückgeholt werden z.B. Leberzellen.
Bevor DNA-Synthese eingeleitet ➝ Zellen müssen gewisse Grösse haben, respektive Verhältnis
von Volumengrösse der Zelle zu ihrer Genomgrösse muss Schwellwert übersteigen
(Regulationsmechanismus).
Als Zeitgeber der Mytose dienen zyklische Veränderungen von Regulatorproteinen
Nach dem Restriktionspunkt ➝ kein Abbruch mehr möglich
Heisst aber nicht, dass nun alles unkontrolliert abläuft: das eine beginnt erst, wenn das andere
abgeschlossen ist.
Regulatorproteine = molekulare Zeitgeber
Diese gehören zu den Proteinkinasen ➝ Enzyme, welche Aktivität anderer Proteine kontrolliert
➝ phosphorylieren andere Proteine und können diese so regulieren ➝ das Zielprotein wird
eingeschaltet.
Ausschaltung durch Dephosphorylierung der Zielproteine mit Hilfe von Phosphatasen
(Enzyme).
Dritte Gruppe von Regulatorproteinen, die Cycline: ihre Konzentration wechselt zyklisch.
Eine Proteinkinase, die zur Steuerung des Zellzyklus beiträgt, wird nur dann aktiv, wenn sie an
ein bestimmtes Cyclin gekoppelt ist ➝ cyclineabhängige Proteinkinasen (CdK).
Bsp: Mitose-Promotor-Faktor (MPF) ➝ Cyklin-CdK und Cyclin bilden Komplex. Dieser ist der
Hauptschalter für Übergang Interphase ➝ Mitose (siehe Buch)
Falls Cyklinkonzentration in G2-Phase hoch und sich mit Proteinkinasemolekülen verbunden,
entsteht MPF-Komplex, welcher Prophase aktiviert.
Am Ende der Mitose aktiviert MPF ein Enzym, welches Cykline abbaut. CdK verbleibt
inaktiviert in der Zelle, kann sich später erneut mit Cyclin zusammenlagern, welches in der
nächsten Interphase gebildet wird.
G1-Phase ist die variabelste: hinsichtlich der Dauer, der Vielfalt äusserer und innerer Einflüsse
auf die Zellteilung, Ernährungszustand, Wachstumsfaktoren u.a. ➝ all diese Faktoren bestimmen
wiederum ob Restriktionspunkt zu überschreiten ist.
Krebszellen haben sich von der Kontrolle des Zellzyklus befreit
Teilen sich übermässig, wandern in andere Gewebe
Krebs: bei Pflanzen, Mensch und Tier
Reagieren nicht auf Signale, die das Wachstum und die Proliferation (= Vermehrung durch
mitotische Teilung) von Zellen normalerweise zum Stillstand bringen, haben keine
dichteabhängige Teilungshemmung. Stoppen erst, wenn keine Nährstoffe mehr vorhanden.
Falls sie Teilung einstellen, dann an verschiedenen Stellen des Zellzyklus (nicht nur am
Restriktionspunkt)
Transformation: Umwandlung einer normalen zelle in eine Krebszelle
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Biozusammenfassung: Kapitel 12 (deutsches Buch 11)
Normalerweise werden entartete Zellen vom Immunsystem bekämpft, gelingt dies nicht, entsteht
ein Tumor.
•
•
benigner (gutartiger) Tumor: Zellen bleiben am Ursprungsort ➝ kein Problem, lassen sich
entfernen
maligner (bösartiger) Tumor: dringt in andere Gewebe, schädigt andere Organe ➝ Krebs
Entartete Zellen:
- keine Kontrolle über Teilung
- können ungewöhliche Zahl von Chromosomen besitzen
- gestörter Stoffwechsel
- keine nützlichen Funktionen
- können sich von Nachbarzellen lösen (➝ Veränderung der Zelloberfläche) ➝ Verteilung
durch Blut- und Lymphkreislauf
- Primärtumor kann so Metastasen (Tochtergeschwulste) bilden
Bekämpfung:
- energiereiche Strahlung
- giftige chemische Wirkstoffe
➝ beide Methoden schädigen aber auch gesunde Zellen
Krebs kann viele Ursachen haben, vor allem aber Veränderung von Genen.
Problem: es gibt hunderte verschiedener Krebsarten.
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