Zellzyklus
Der Zellzyklus ist der zyklische Ablauf von Ereignissen in einer eukaryontischen Zelle von einer Zellteilung zur nächsten. Der Zellzyklus besteht im Regelfall aus Interphase, Mitose und Zellteilung.
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Phasen des Zellzyklus
thumb|Schema des Zellzyklus. I=Interphase, M=Mitosis. Die Dauer der Mitose in Relation zu den anderen Phasen ist zur Veranschaulichung verlängert dargestellt thumb|Einzelne Phasen der Mitose Der Zellzyklus der Zelle ist in zwei Phasen gegliedert: Nach der Mitose (Zellteilung) kommt die Zelle in die Interphase (Zwischenphase). Die Interphase ist in eine G0-, G1-, S-und G2-Phase aufgeteilt. Die Phasen des Zellzyklus im einzelnen:
- G0-Phase - Nach der G1-Phase kann die G0-Phase kommen, d.h., dass die Zelle eine bestimmte Aufgabe innerhalb des Organismus annimmt, die Chromosomen sich nicht verdoppeln (siehe Ein-Chromatid-Chromosome) und die Zelle sich nicht mehr weiter teilt. Die G0-Phase wird auch als Ruhephase bezeichnet.
- G1-Phase - In der G1-Phase, die gleich nach der Mitose folgt, wächst die Zelle, um ihr ursprüngliches Volumen zurückzubekommen. Zugleich bildet sie Enzyme, die für die DNA-Synthese erforderlich sind. Dieser Vorgang dauert im Mittel 3, bei in Kultur gehaltenen Säugerzellen zwischen 1 und 12 Stunden.
- S-Phase - In der S-Phase werden die Erbinformationen der Zelle verdoppelt durch identische Reduplikation der DNA. Dadurch entstehen aus den Ein-Chromatid-Chromosomen wieder Zwei-Chromatiden-Chromosome. Diese Phase dauert um die 14 Stunden.
- G2-Phase - Die G2-Phase dient zur Vorbereitung auf die Mitose. Es werden verstärkt RNA-Moleküle und zellteilungsspezifische Proteine synthetisiert. Die mittlere Dauer beträgt 1,5 bis 3 Stunden.
- M-Phase - Als M-Phase wird die Mitose bezeichnet. Sie ist die eigentliche Zellteilung. Die 0,5 bis 1 Stunde dauernde Mitose ist in die Phasen Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase aufgeteilt.
Insgesamt vergeht zwischen zwei Zellteilungen durchschnittlich eine Zeit von 12 bis 24 Stunden (bei Säugerzellen in Kultur).
Regulation des Zellzyklus
Im Zellzyklus gibt es sog. Checkpoints, an denen kontrolliert wird, ob alle Kriterien für den Eintritt in die nächste Phase erfüllt sind. Zum Beispiel muss vor der G2-Phase die DNA vollständig repliziert sein. An solchen Checkpoints besteht dann die Möglichkeit einer Unterbrechung (Arretierung) des Zellzyklus oder auch der Apoptose, des eingeleiteten programmmierten Zelltodes.
Es existieren spezielle Zellzyklusproteine wie die CDKs (Cycline dependent Kinases) und die sog. Zykline. Zu bestimmten Zeitpunkten im Zyklus werden diese Proteine verstärkt exprimiert, bis die Konzentration ein Maximum erreicht. Von diesem Maximum nimmt man an, dass es den Kontrollpunkt darstellt. Danach werden die Zykline schnell abgebaut. CDKs bilden mit ihrem zugehörigen Zyklin Komplexe, deren (De-)Aktivierung unter anderem durch Wachstumsfaktoren und Protoonkogene gesteuert wird. Die CDKs phosphorilieren spezifisch eine Reihe anderer Proteine und steuern so den Zellzyklus.
Zellzyklus und Krebs
Die Entdeckung des Zellzyklus ermöglicht einen tiefen Einblick in die Krebsentstehung. Fehlregulationen im Zellzyklus können zu einem unkontrollierten Zell- und damit Gewebewachstum führen. Dabei gehen wichtige Regulationsproteine (z. B. p53) durch Mutation verloren oder werden übermäßig exprimiert.
Nobelpreis für Medizin
Für ihre Entdeckungen betreffend der Kontrolle des Zellzyklus erhielten die Wissenschaftler Leland H. Hartwell (US), R. Timothy Hunt (UK) und Paul M. Nurse (UK) im Jahre 2001 den Nobelpreis für Medizin.