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7.1: Mitose und der Zellzyklus - Biologie

7.1: Mitose und der Zellzyklus - Biologie


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Jede Zelle hat eine begrenzte Anzahl von Optionen für ihre Zukunft:

  1. wachsen und teilen (obwohl dies in einigen Zellen verzögert sein kann, wie z. B. primären Eizellen)
  2. zu einer spezialisierten Zelle differenzieren und aufhören zu wachsen und sich zu teilen
  3. sterben (programmierter Zelltod genannt) Apoptose)

Jede Zelle in einem vielzelligen Organismus erhält Informationen aus unzähligen Quellen und verarbeitet diese Informationen, um über ihr Schicksal zu entscheiden. Der Prozess läuft so ab:

Der Zellzyklus wird an drei Kontrollpunkten kontrolliert:

  1. g1 Kontrollpunkt
  2. g2 Kontrollpunkt
  3. Mitose-Checkpoint

An jedem Kontrollpunkt wird die Zelle bewertet. Wenn alles in Ordnung ist, kann die Zelle zur nächsten Phase übergehen.

Mitose

DNA-Moleküle im Zellkern werden dupliziert Vor Mitose, während der S- (oder Synthese-) Phase der Interphase. Mitose ist der Prozess der Kernteilung. Am Ende der Mitose enthält eine Zelle zwei identische Kerne. Die Mitose wird in vier Stufen (PMAT) unterteilt, die unten aufgeführt sind.

Prophase → Metaphase → Anaphase → Telophase

Die Zytokinese, der Prozess der Zellteilung, findet während der letzten Phase der Mitose (Telophase) statt.

Einige Zellen gehen nicht durch die Mitose. In diesem Fall bewegen sich diese Zellen von G1 des Zellzyklus in eine Ruhephase namens G0. Manchmal eine Zelle in G0 wird zurück in G . ziehen1 und weiter durch den Zellzyklus. Andere Zellen bleiben einfach in G0 ihr ganzes Leben lang.

Teil 1: Beschriftungsdiagramme

Untersuchen Sie die Bilder unten. Listen Sie so vollständig wie möglich die wichtigsten Ereignisse auf, die in jedem Stadium der Mitose auftreten. Vergleichen Sie Ihre Liste mit Ihren Mitschülern.

Teil 2: Simulationen von Mitoseperlen

In dieser Übung erstellen Sie Chromosomenmodelle, um die Meiose Chromosomenreplikation und

Vergleich von Mitose und Prozess der Mitose.

Materialien

  • 8 Magnete (= Zentromere)
  • 30 Perlen einer Farbe
  • 30 Perlen einer anderen Farbe

Verfahren

  1. Stellen Sie die Hälfte der Perlen genau wie folgt auf und stellen Sie Gene auf dem Chromosom eines hypothetischen Lebewesens dar. Wir gehen davon aus, dass das Lebewesen diploid (2N) ist und zwei verschiedene Chromosomen hat. Da jedes Chromosom zwei Kopien besitzt, beträgt die diploide Zahl 4 (2 × 2 = 4).

    So sehen die Chromosomen Ihres Lebewesens in der nicht replizierten Form aus. Beachten Sie, dass es hier vier Chromosomen oder zwei homologe Paare gibt. Jedes Chromosomenpaar besteht aus einer mütterlichen und einer väterlichen Version des Chromosoms. Die mütterliche und die väterliche Version werden durch die jeweilige Perlenfarbe dargestellt.

  2. Replizieren Sie Ihre Chromosomen! Machen Sie von jedem Chromosom genügend Kopien, um sowohl die väterlichen als auch die mütterlichen Chromosomen in replizierter Form darzustellen, wie unten gezeigt. Beachten Sie, dass die Schwesterchromatiden farblich identisch sind. Stellen Sie sicher, dass Sie die Schwesterchromatiden, Chromosomen und den Unterschied zwischen einer replizierten und einer nicht replizierten Form identifizieren können.
  3. Verwenden Sie Ihren mütterlichen und väterlichen Satz replizierter Chromosomen und Ihre Notizen als Referenz und üben Sie den Prozess der Mitose, bis Sie sich damit sehr wohl fühlen. Jede Person in der Gruppe sollte den gesamten Prozess üben.

Denk darüber nach

Zeichnen Sie Ihre Perlenchromosomen in jedem Stadium der Mitose. Etikett jede Stufe. Hinweis: Sie müssen nicht jede einzelne Perle zeichnen. Achten Sie jedoch darauf, die relativen Größen und Farben der einzelnen Chromosomenpaare genau anzugeben.

Fahren Sie NICHT fort, bis Sie sich damit wohl fühlen! Wenn Ihre gesamte Gruppe bereit ist, lassen Sie es Ihren Lehrer wissen. Er oder sie wählt ein Gruppenmitglied aus, das ihn oder sie durch Ihre Simulation führt. Wenn es richtig gemacht wurde, können Sie mit dem nächsten Teil fortfahren.

Teil 3: Mikroskopische Mitose

In diesem Teil des Labs untersuchen Sie 2 verschiedene Folien:

  1. Ein Querschnitt einer Zwiebelwurzelspitze, wo das Zellwachstum (und folglich die Mitose) mit hoher Geschwindigkeit stattfindet.
  2. Blastula einer Felchen. Die Blastula ist ein besonderes Stadium während der Embryonalentwicklung, wenn ein befruchtetes Ei einen hohlen Zellball bildet. Während der Embryonalentwicklung teilen sich Zellen schnell und wir können eher die verschiedenen Stadien der Mitose sehen.

Materialien

  • Alu-Rutsche
  • Blastula-Rutsche für Felchen
  • Mikroskop

Verfahren

Sie müssen Ihr eigenes Mikroskop für dieses Labor haben!

  1. Unter Verwendung des korrekten Mikroskopverfahrens eine Zwiebelwurzelspitze unter hoher Leistung (400X) beobachten.
  2. Lokalisieren Sie den Bereich der aktiven Zellteilung, bekannt als Wurzelspitzenmeristem, der sich etwa 1 mm hinter der eigentlichen Wurzelspitze befindet.
  3. Identifizieren und zeichnen Sie eine Zelle in jede einzelne der vier Stadien der Mitose in der Zwiebelrutsche. Dann zeichnen Sie Zellen in Zytokinese und Interphase ebenso.
  4. Beobachten Sie den vorbereiteten Objektträger einer Felchen-Blastula unter hoher Leistung (400X).
  5. Identifizieren und zeichnen Sie eine Zelle in jede einzelne der vier Stadien der Mitose in der Felchen-Blastula-Folie. Ziehen Sie dann Zellen in Zytokinese und Interphase.

Teil 4: Schätzung der relativen Zeit, die in jedem Stadium der Mitose verbracht wird

Wenn Sie die Zeit einfrieren und eine Momentaufnahme einer Gruppe von Zellen in einem lebenden Organismus machen, können Sie die relative Zeit, die eine Zelle in jedem Stadium des Zellzyklus verbringt, einfach durch Zählen der Zellen in jedem Stadium abschätzen. Wenn sich beispielsweise 100 Zellen in Ihrer Ansicht befinden und 90 davon in der Prophase sind, können Sie davon ausgehen, dass die Zellen die meiste Zeit in der Prophase verbringen.

In diesem Teil üben Sie die Identifizierung von Zellen in den verschiedenen Stadien der Mitose und schätzen dann die relative Zeit, die eine Zelle in jedem Stadium verbringt.

Materialien

  • Alu-Rutsche
  • Mikroskop

Verfahren

  1. Kehren Sie zur Folie der Zwiebelwurzelspitze zurück. Unter Verwendung des korrekten Mikroskopverfahrens eine Zwiebelwurzelspitze unter hoher Leistung (400X) beobachten.
  2. Wählen Sie EINE Ansicht und ZÄHLEN Sie dann sorgfältig die Anzahl der Zellen in jeder Phase des Zellzyklus. Fühlen Sie sich frei, die Gesamtzahl der Zellen in jeder Phase zu schätzen.

Daten

ZwischenphaseProphaseMetaphaseAnaphaseTelophase
Anzahl der Zellen in jeder Phase:
Prozent der Zellen in jeder Stufe (siehe Gleichung 1)
Geschätzte Zeit, die eine Zelle in jeder Phase verbringt (siehe Gleichung 2)

Gleichung 1:

Gleichung 2:

Denk darüber nach

Gibt es Probleme mit dieser Schätzung? Wie könnten Sie diese Übung effektiver gestalten?

Teil 5: Mitose-Bingo

Füllen Sie die Felder mit den Namen der verschiedenen Stadien der Mitose aus. Sie werden dieselbe Bühne mehrmals verwenden. Beobachten Sie dann, wie verschiedene Stadien der Mitose auf dem Bildschirm angezeigt werden. Jedes Mal, wenn Sie eine Stufe auf Ihrer Karte sehen, bedecken Sie diese Stelle mit einem Marker. Sie müssen alle Punkte einer Karte abdecken, um zu gewinnen! (Druckversion hier.)

Laborfragen

  1. Beschreiben Sie, wie sich die Zytokinese in Pflanzenzellen und Tierzellen unterscheidet.
  2. Schätzen Sie ab, wie lange (relativ gesprochen) eine Zelle in jedem Stadium der Mitose (ohne Interphase) verbleibt. Wie haben Sie Ihre Schätzungen ermittelt?
  3. Können Sie sich einen Grund vorstellen, warum Zellen ein genetisches Programm enthalten, das der Zelle sagt, dass sie Selbstmord begehen (Apoptose)? Nennen Sie Gründe, warum das so ist.
  4. Ist der G0 Phase eine echte Ruhephase? Wenn die Zellen in G0 nicht wirklich ruhen, warum denkst du verwenden wir den Begriff ruhen, um den Zustand dieser Zellen zu beschreiben? [Tipp: Denken Sie an Ihre Nervenzellen und Muskelzellen.]

Der Zellzyklus

Die Zellzyklus ist eine geordnete Reihe von Ereignissen mit Zellwachstum und Zellteilung, die zwei neue Tochterzellen hervorbringt. Zellen auf dem Weg zur Zellteilung durchlaufen eine Reihe von zeitlich genau abgestimmten und sorgfältig regulierten Phasen des Wachstums, der DNA-Replikation und der Teilung, die zwei genetisch identische Zellen produzieren. Der Zellzyklus hat zwei Hauptphasen: die Interphase und die mitotische Phase ([Link]). Während Zwischenphase, die Zelle wächst und die DNA wird repliziert. Während der mitotisch Phase, die replizierte DNA und der zytoplasmatische Inhalt werden getrennt und die Zelle teilt sich. Sehen Sie sich dieses Video zum Zellzyklus an: https://www.youtube.com/watch?v=Wy3N5NCZBHQ

Zwischenphase

Während der Interphase durchläuft die Zelle normale Prozesse und bereitet sich gleichzeitig auf die Zellteilung vor. Damit eine Zelle von der Interphase in die mitotische Phase übergeht, müssen viele interne und externe Bedingungen erfüllt sein. Die drei Phasen der Interphase heißen G1, S und G2.

G1 Phase

Die erste Phase der Interphase wird als bezeichnet g1 Phase, oder erste Lücke, weil wenig Veränderung sichtbar ist. Während der G1 Stadium ist die Zelle auf biochemischer Ebene ziemlich aktiv. Die Zelle akkumuliert die Bausteine ​​der chromosomalen DNA und der dazugehörigen Proteine ​​sowie genügend Energiereserven, um die Aufgabe der Replikation jedes Chromosoms im Zellkern zu erfüllen.

S-Phase

Während der Interphase verbleibt die Kern-DNA in einer halbkondensierten Chromatin-Konfiguration. In dem S-Phase (Synthesephase) führt die DNA-Replikation zur Bildung von zwei identischen Kopien jedes Chromosoms – Schwesterchromatiden –, die fest an der Zentromerregion befestigt sind. In diesem Stadium besteht jedes Chromosom aus zwei Schwesterchromatiden und ist ein dupliziertes Chromosom. Das Zentrosom wird während der S-Phase dupliziert. Aus den beiden Zentrosomen entsteht das mitotisch Spindel, der Apparat, der die Bewegung der Chromosomen während der Mitose orchestriert. Das Zentrosom besteht aus einem Paar stäbchenförmiger Zentriolen im rechten Winkel zueinander. Zentriolen helfen bei der Organisation der Zellteilung. Zentriolen sind in den Zentrosomen vieler eukaryontischer Arten, wie Pflanzen und die meisten Pilze, nicht vorhanden.

G2 Phase

In dem g2 Phase, oder zweite Lücke, füllt die Zelle ihre Energiespeicher auf und synthetisiert die für die Chromosomenmanipulation notwendigen Proteine. Einige Zellorganellen werden dupliziert und das Zytoskelett wird zerlegt, um Ressourcen für die mitotische Spindel bereitzustellen. Während G . kann es zu zusätzlichem Zellwachstum kommen2. Die letzten Vorbereitungen für die mitotische Phase müssen abgeschlossen sein, bevor die Zelle in die erste Phase der Mitose eintreten kann.

Die mitotische Phase

Um zwei Tochterzellen herzustellen, müssen der Inhalt des Zellkerns und des Zytoplasmas geteilt werden. Die mitotische Phase ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem die duplizierten Chromosomen ausgerichtet, getrennt und an entgegengesetzte Pole der Zelle verschoben werden, und dann wird die Zelle in zwei neue identische Tochterzellen geteilt. Der erste Teil der mitotischen Phase, Mitose, besteht aus fünf Stufen, die die nukleare Teilung bewerkstelligen. Der zweite Teil der mitotischen Phase, Zytokinese genannt, ist die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen.

Mitose

Die Mitose ist in eine Reihe von Phasen unterteilt – Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase – die zur Teilung des Zellkerns führen ([Link]).

Welche der folgenden Ereignisse ist bei der Mitose richtig?

  1. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich. Die Schwesterchromatiden trennen sich.
  2. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Die Schwesterchromatiden trennen sich. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.
  3. Das Kinetochor wird an der Metaphasenplatte befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor zerfällt und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.
  4. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor bricht auseinander und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.

Während prophase, der „ersten Phase“, müssen mehrere Ereignisse eintreten, um den Zugang zu den Chromosomen im Zellkern zu ermöglichen. Die Kernhülle beginnt in kleine Vesikel aufzubrechen, der Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum fragmentieren und verteilen sich in die Peripherie der Zelle. Der Nukleolus verschwindet. Die Zentrosomen beginnen, sich zu den entgegengesetzten Polen der Zelle zu bewegen. Die Mikrotubuli, die die Basis der mitotischen Spindel bilden, erstrecken sich zwischen den Zentrosomen und drücken sie weiter auseinander, wenn sich die Mikrotubulusfasern verlängern. Die Schwesterchromatiden beginnen sich enger zu winden und werden unter einem Lichtmikroskop sichtbar.

Während Prometaphase, schreiten viele Prozesse, die in der Prophase begonnen wurden, weiter fort und gipfeln in der Bildung einer Verbindung zwischen den Chromosomen und dem Zytoskelett. Die Reste der Kernhülle verschwinden. Die mitotische Spindel entwickelt sich weiter, da sich mehr Mikrotubuli ansammeln und sich über die Länge des ehemaligen Kernbereichs erstrecken. Chromosomen werden kondensierter und optisch diskreter. Jedes Schwesterchromatid bindet über einen Proteinkomplex namens an Spindelmikrotubuli am Zentromer Kinetochor.

Während Metaphase, sind alle Chromosomen in einer Ebene ausgerichtet, die als bezeichnet wird Metaphaseplatte, oder die Äquatorebene, auf halbem Weg zwischen den beiden Polen der Zelle. Die Schwesterchromatiden sind immer noch fest miteinander verbunden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Chromosomen maximal kondensiert.

Während Anaphase, werden die Schwesterchromatiden in der Äquatorebene am Zentromer gespalten. Jedes Chromatid, jetzt Chromosom genannt, wird schnell zum Zentrosom gezogen, an dem sein Mikrotubulus befestigt war. Die Zelle wird sichtbar verlängert, wenn die nicht-kinetochoren Mikrotubuli an der Metaphaseplatte, wo sie sich überlappen, gegeneinander gleiten.

Während Telophase, werden alle Ereignisse, die die duplizierten Chromosomen für die Mitose während der ersten drei Phasen eingerichtet haben, rückgängig gemacht. Die Chromosomen erreichen die entgegengesetzten Pole und beginnen sich zu dekondensieren (entwirren). Die mitotischen Spindeln werden in Monomere zerlegt, die verwendet werden, um Zytoskelettkomponenten für jede Tochterzelle zusammenzusetzen. Kernhüllen bilden sich um Chromosomen herum.

Diese Seite mit Filmen veranschaulicht verschiedene Aspekte der Mitose. Sehen Sie sich den Film „DIC-Mikroskopie der Zellteilung in einer Molchlungenzelle“ an und identifizieren Sie die Phasen der Mitose.

Zytokinese

Zytokinese ist der zweite Teil der mitotischen Phase, in der die Zellteilung durch die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen abgeschlossen wird. Obwohl die Stadien der Mitose bei den meisten Eukaryoten ähnlich sind, ist der Prozess der Zytokinese bei Eukaryoten mit Zellwänden, wie Pflanzenzellen, ganz anders.

In Zellen wie tierischen Zellen, denen Zellwände fehlen, beginnt die Zytokinese nach dem Einsetzen der Anaphase. Ein kontraktiler Ring aus Aktinfilamenten bildet sich direkt innerhalb der Plasmamembran an der ehemaligen Metaphasenplatte. Die Aktinfilamente ziehen den Äquator der Zelle nach innen und bilden eine Fissur. Dieser Riss oder „Riss“ wird als bezeichnet Spaltfurche. Die Furche vertieft sich, wenn sich der Aktinring zusammenzieht, und schließlich werden die Membran und die Zelle in zwei Teile gespalten ([Link]).

In Pflanzenzellen ist eine Spaltfurche wegen der die Plasmamembran umgebenden starren Zellwände nicht möglich. Zwischen den Tochterzellen muss sich eine neue Zellwand bilden. Während der Interphase sammelt der Golgi-Apparat Enzyme, Strukturproteine ​​und Glukosemoleküle, bevor er in Vesikel zerfällt und sich in der sich teilenden Zelle verteilt. Während der Telophase bewegen sich diese Golgi-Vesikel auf Mikrotubuli, um sich an der Metaphase-Platte zu sammeln. Dort verschmelzen die Vesikel vom Zentrum zu den Zellwänden, diese Struktur heißt a Zellplatte. Wenn mehr Vesikel verschmelzen, vergrößert sich die Zellplatte, bis sie mit der Zellwand an der Peripherie der Zelle verschmilzt. Enzyme verwenden die Glukose, die sich zwischen den Membranschichten angesammelt hat, um eine neue Zellwand aus Zellulose aufzubauen. Die Golgi-Membranen werden auf beiden Seiten der neuen Zellwand zur Plasmamembran ([Link]).

G0 Phase

Nicht alle Zellen halten sich an das klassische Zellzyklusmuster, bei dem eine neu gebildete Tochterzelle sofort in die Interphase eintritt, dicht gefolgt von der mitotischen Phase. Zellen im g0 Phase bereiten sich nicht aktiv auf eine Teilung vor. Die Zelle befindet sich in einem ruhenden (inaktiven) Stadium, nachdem sie den Zellzyklus verlassen hat. Einige Zellen geben G . ein0 vorübergehend, bis ein externes Signal das Einsetzen von G . auslöst1. Andere Zellen, die sich nie oder selten teilen, wie reife Herzmuskel- und Nervenzellen, verbleiben in G0 dauerhaft ([Link]).

Kontrolle des Zellzyklus

Die Länge des Zellzyklus ist selbst innerhalb der Zellen eines einzelnen Organismus sehr variabel. Beim Menschen reicht die Häufigkeit des Zellumsatzes von wenigen Stunden in der frühen Embryonalentwicklung bis zu durchschnittlich zwei bis fünf Tagen für Epithelzellen oder bis zu einem ganzen Menschenleben, das in G . verbracht wird0 durch spezialisierte Zellen wie kortikale Neuronen oder Herzmuskelzellen. Es gibt auch Schwankungen in der Zeit, die eine Zelle in jeder Phase des Zellzyklus verbringt. Wenn Säugerzellen, die sich schnell teilen, in Kultur gezüchtet werden (außerhalb des Körpers unter optimalen Wachstumsbedingungen), beträgt die Zykluslänge ungefähr 24 Stunden. In sich schnell teilenden menschlichen Zellen mit einem 24-Stunden-Zellzyklus ist das G1 Phase dauert etwa 11 Stunden. Das Timing von Ereignissen im Zellzyklus wird durch Mechanismen sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle gesteuert.

Regulierung an internen Kontrollpunkten

Es ist wichtig, dass Tochterzellen exakte Duplikate der Elternzelle sind. Fehler bei der Vervielfältigung oder Verteilung der Chromosomen führen zu Mutationen, die an jede neue Zelle weitergegeben werden können, die aus der abnormalen Zelle hervorgegangen ist. Um zu verhindern, dass sich eine kompromittierte Zelle weiter teilt, gibt es interne Kontrollmechanismen, die auf drei Zellzyklus-Checkpoints an dem der Zellzyklus gestoppt werden kann, bis die Bedingungen günstig sind. Diese Kontrollpunkte treten gegen Ende von G . auf1, am G2–M-Übergang und während der Metaphase ([link]).

Das G1 Kontrollpunkt

Das G1 checkpoint bestimmt, ob alle Bedingungen für das Fortschreiten der Zellteilung günstig sind. Das G1 Checkpoint, auch Restriktionspunkt genannt, ist der Punkt, an dem sich die Zelle irreversibel auf den Zellteilungsprozess einlässt. Neben ausreichenden Reserven und Zellgröße wird am G . auf Schäden an der genomischen DNA geprüft1 Kontrollpunkt. Eine Zelle, die nicht alle Anforderungen erfüllt, wird nicht in die S-Phase entlassen.

Das G2 Kontrollpunkt

Das G2 Checkpoint versperrt den Eintritt in die mitotische Phase, wenn bestimmte Bedingungen nicht erfüllt sind. Wie im G1 Checkpoint, Zellgröße und Proteinreserven werden bewertet. Die wichtigste Rolle der G2 Kontrollpunkt ist sicherzustellen, dass alle Chromosomen repliziert wurden und die replizierte DNA nicht beschädigt ist.

Der M-Checkpoint

Der M-Checkpoint tritt gegen Ende des Metaphase-Stadiums der Mitose auf. Der M-Checkpoint wird auch als Spindel-Checkpoint bezeichnet, da er bestimmt, ob alle Schwesterchromatiden korrekt an den Spindel-Mikrotubuli befestigt sind. Da die Trennung der Schwesterchromatiden während der Anaphase ein irreversibler Schritt ist, wird der Zyklus nicht fortschreiten, bis die Kinetochore jedes Paares von Schwesterchromatiden fest an Spindelfasern verankert sind, die von gegenüberliegenden Polen der Zelle stammen.

Beobachten Sie, was beim G . passiert1, G2, und M Checkpoints, indem Sie diese Animation des Zellzyklus besuchen.

Abschnittszusammenfassung

Der Zellzyklus ist eine geordnete Abfolge von Ereignissen. Zellen auf dem Weg zur Zellteilung durchlaufen eine Reihe von zeitlich genau abgestimmten und sorgfältig regulierten Phasen. Bei Eukaryoten besteht der Zellzyklus aus einer langen Vorbereitungsphase, der sogenannten Interphase. Interphase ist unterteilt in G1, S und G2 Phasen. Die Mitose besteht aus fünf Stadien: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Mitose wird in der Regel von einer Zytokinese begleitet, bei der die zytoplasmatischen Bestandteile der Tochterzellen entweder durch einen Aktinring (tierische Zellen) oder durch Zellplattenbildung (Pflanzenzellen) getrennt werden.

Jeder Schritt des Zellzyklus wird durch interne Kontrollen überwacht, die als Checkpoints bezeichnet werden. Es gibt drei wichtige Kontrollpunkte im Zellzyklus: einen am Ende von G1, eine Sekunde am G2–M Übergang und der dritte während der Metaphase.

Kunstverbindungen

[link] Welches der folgenden Ereignisse ist in der Mitose richtig?

  1. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich. Die Schwesterchromatiden trennen sich.
  2. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Die Schwesterchromatiden trennen sich. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.
  3. Das Kinetochor wird an der Metaphasenplatte befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor zerfällt und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.
  4. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor bricht auseinander und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.

[link] D. Das Kinetochor wird an der mitotischen Spindel befestigt. Schwesterchromatiden reihen sich an der Metaphaseplatte auf. Das Kinetochor bricht auseinander und die Schwesterchromatiden trennen sich. Der Zellkern bildet sich neu und die Zelle teilt sich.

Mehrfachauswahl

In welchem ​​Teil des Zellzyklus werden Chromosomen dupliziert?

In welchem ​​Stadium der Mitose ist die Trennung der Schwesterchromatiden charakteristisch?

In welchem ​​Stadium der Mitose werden die einzelnen Chromosomen mit dem Lichtmikroskop sichtbar?

Was ist notwendig, damit eine Zelle das G . passiert?2 Kontrollpunkt?

  1. Zelle hat eine ausreichende Größe erreicht
  2. ein ausreichender Vorrat an Nukleotiden
  3. genaue und vollständige DNA-Replikation
  4. richtige Befestigung von mitotischen Spindelfasern an Kinetochoren

Freie Antwort

Beschreiben Sie die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Zytokinese-Mechanismen in Tierzellen und denen in Pflanzenzellen.

Es gibt nur sehr wenige Ähnlichkeiten zwischen der Zytokinese von Tierzellen und Pflanzenzellen. In tierischen Zellen bildet sich um die Peripherie der Zelle an der ehemaligen Metaphaseplatte ein Ring aus Aktinfasern. Der Aktinring zieht sich nach innen zusammen und zieht die Plasmamembran zum Zentrum der Zelle, bis die Zelle in zwei Teile eingeklemmt ist. In Pflanzenzellen muss zwischen den Tochterzellen eine neue Zellwand gebildet werden. Aufgrund der starren Zellwände der Mutterzelle ist eine Kontraktion der Zellmitte nicht möglich. Stattdessen bildet sich im Zentrum der Zelle an der ehemaligen Metaphasenplatte eine Zellplatte. Die Zellplatte wird aus Golgi-Vesikeln gebildet, die Enzyme, Proteine ​​und Glukose enthalten. Die Vesikel verschmelzen und die Enzyme bauen aus den Proteinen und Glukose eine neue Zellwand auf. Die Zellplatte wächst in Richtung der Zellwand der Elternzelle und verschmilzt schließlich mit ihr.

Glossar


Mitose

Mitose ist eine Form der eukaryotischen Zellteilung, die zwei Tochterzellen mit der gleichen genetischen Komponente wie die Mutterzelle produziert. Während der S-Phase replizierte Chromosomen werden so aufgeteilt, dass jede Tochterzelle eine Kopie jedes Chromosoms erhält. Bei aktiv teilenden tierischen Zellen dauert der gesamte Vorgang etwa eine Stunde.

Die replizierten Chromosomen werden an einen „mitotischen Apparat“ befestigt, der sie ausrichtet und dann die Schwesterchromatiden trennt, um eine gleichmäßige Aufteilung des genetischen Materials zu erreichen. Diese Trennung des genetischen Materials in einer mitotischen Kernteilung (oder Karyokinese) gefolgt von einer Trennung des Zellzytoplasmas in einer Zellteilung (oder Zytokinese) um zwei Tochterzellen zu produzieren.

Bei einigen einzelligen Organismen bildet die Mitose die Grundlage für die ungeschlechtliche Fortpflanzung. Bei diploiden vielzelligen Organismen beinhaltet die sexuelle Fortpflanzung die Verschmelzung von zwei haploiden Gameten, um eine diploide Zygote zu erzeugen. Mitotische Teilungen der Zygote und Tochterzellen sind dann für das spätere Wachstum und die Entwicklung des Organismus verantwortlich. Im erwachsenen Organismus spielt die Mitose eine Rolle beim Zellersatz, der Wundheilung und der Tumorbildung.

Die Mitose, obwohl ein kontinuierlicher Prozess, wird üblicherweise in fünf Phasen unterteilt: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Prophase

Prophase nimmt mehr als die Hälfte der Mitose ein. Die Kernmembran zerfällt in eine Reihe kleiner Vesikel und der Nukleolus zerfällt. Eine Struktur, die als bekannt ist Zentrosom verdoppelt sich, um zwei Tochterzentrosomen zu bilden, die zu entgegengesetzten Enden der Zelle wandern. Die Zentrosomen organisieren die Produktion von Mikrotubuli, die die Spindelfasern bilden, die die mitotische Spindel. Die Chromosomen verdichten sich zu kompakten Strukturen. Jedes replizierte Chromosom besteht nun aus zwei identischen Chromatiden (oder Schwesterchromatiden) zusammengehalten durch eine Struktur, die als bekannt ist Zentromer.

Prometaphase

Die Chromosomen wandern, angeführt von ihren Zentromeren, zur Äquatorebene in der Mittellinie der Zelle - im rechten Winkel zur von den Zentrosomen gebildeten Achse. Diese Region der mitotischen Spindel wird als bezeichnet Metaphaseplatte. Die Spindelfasern binden an eine Struktur, die mit dem Zentromer jedes Chromosoms verbunden ist, das Kinetochor genannt wird. Einzelne Spindelfasern binden an a Kinetochor Struktur auf jeder Seite des Zentromers. Die Chromosomen verdichten sich weiter.

Metaphase

Die Chromosomen richten sich entlang der Metaphaseplatte des Spindelapparates aus.

Anaphase

Das kürzeste Stadium der Mitose. Die Zentromere teilen sich, und die Schwesterchromatiden jedes Chromosoms werden auseinander gezogen – oder „trennen“ sich – und bewegen sich zu den gegenüberliegenden Enden der Zelle, gezogen von Spindelfasern, die an den Kinetochor-Regionen befestigt sind. Die getrennten Schwesterchromatiden werden jetzt als bezeichnet Tochterchromosomen. (Es ist die Ausrichtung und Trennung in Metaphase und Anaphase, die wichtig ist, um sicherzustellen, dass jede Tochterzelle eine Kopie jedes Chromosoms erhält.)

Telophase

Das letzte Stadium der Mitose und eine Umkehrung vieler der während der Prophase beobachteten Prozesse. Die Kernmembran bildet sich um die an jedem Pol der Zelle gruppierten Chromosomen neu, die Chromosomen entrollen sich und werden diffus, und die Spindelfasern verschwinden.

Zytokinese

Die letzte Zellteilung, um zwei neue Zellen zu bilden. Bei Pflanzen bildet sich eine Zellplatte entlang der Linie der Metaphasenplatte, bei Tieren kommt es zu einer Einschnürung des Zytoplasmas. Die Zelle tritt dann in die Interphase ein - das Intervall zwischen mitotischen Teilungen.


Phasen des Zellzyklus

Mitose

Beginnen wir diesen Zellzyklus mit „Geburt“.

Während der Mitose durchläuft die „Mutter“-Zelle eine komplexe Reihe von Schritten, um sicherzustellen, dass jede „Tochter“-Zelle das Material erhält, das sie zum Überleben benötigt, einschließlich einer Kopie jedes Chromosoms. Sobald die Materialien richtig sortiert sind, teilt sich die „Mutter“-Zelle in der Mitte und quetscht ihre Membran in zwei Teile.

In unserem Artikel über Mitose (https://biologydictionary.net/mitosis/) können Sie mehr über die detaillierten Schritte der Mitose lesen und wie eine Elternzelle sicherstellt, dass ihre Tochterzellen das erben, was sie zum Überleben brauchen.

Jede der neuen „Töchter“ ist nun eigenständig lebende Zellen. Aber sie sind klein und haben nur eine Kopie ihres genetischen Materials.

Das bedeutet, dass sie sich nicht teilen können, um sofort ihre eigenen „Töchter“ zu zeugen. Zuerst müssen sie die „Interphase“ durchlaufen – die Phase zwischen den Divisionen, die aus drei unterschiedlichen Phasen besteht.

G1 Phase

In G1 Phase wächst die neu gebildete Tochterzelle. Das „G“ wird meistens als „Lücke“ bezeichnet, da diese Phasen für einen außenstehenden Beobachter mit einem Lichtmikroskop als relativ inaktive „Lücken“ in der Zellaktivität erscheinen.

Nach dem, was wir heute wissen, könnte es jedoch zutreffender sein, zu sagen, dass das „G“ für „Wachstum“ steht – für die „G“-Phasen sind eine Aufregung der Protein- und Organellenproduktion sowie eine buchstäbliche Zunahme der Zellgröße .

Während der ersten „Wachstums-“ oder „Lücken“-Phase produziert die Zelle viele wichtige Materialien wie Proteine ​​und Ribosomen. Zellen, die auf spezialisierte Organellen wie Chloroplasten und Mitochondrien angewiesen sind, stellen während der G viel mehr von diesen Organellen her1 sowie. Die Größe der Zelle kann zunehmen, da sie lebenslang mehr Material aus ihrer Umgebung in ihre Maschinerie aufnimmt.

Dies ermöglicht der Zelle, ihre Energieproduktion und ihren Gesamtstoffwechsel zu steigern und sie auf … . vorzubereiten

S-Phase

Während der S-Phase repliziert die Zelle ihre DNA. Das „S“ steht für „Synthese“ – und bezeichnet die Synthese neuer Chromosomen aus Rohstoffen.

Dies ist ein sehr energieintensiver Vorgang, da viele Nukleotide synthetisiert werden müssen. Viele eukaryotische Zellen haben Dutzende von Chromosomen – riesige Massen an DNA – die kopiert werden müssen.

Die Produktion anderer Substanzen und Organellen wird während dieser Zeit stark verlangsamt, da sich die Zelle darauf konzentriert, ihr gesamtes Genom zu replizieren.

Wenn die S-Phase abgeschlossen ist, hat die Zelle zwei vollständige Sätze ihres genetischen Materials. Dies ist entscheidend für die Zellteilung, da so sichergestellt wird, dass beide Tochterzellen eine Kopie des „Bauplans“ erhalten, den sie zum Überleben und zur Vermehrung benötigen.

Die Replikation ihrer DNA kann jedoch dazu führen, dass die Zelle ein wenig erschöpft ist. Deshalb muss es durchgehen…

G2 Phase

Genau wie die erste „Lücken“-Phase des Zellzyklus ist die G2 Phase ist durch viel Proteinproduktion gekennzeichnet.

Während G2, überprüfen viele Zellen auch, ob beide Kopien ihrer DNA korrekt und intakt sind. Wenn festgestellt wird, dass die DNA einer Zelle beschädigt ist, kann ihr „G“2/M Checkpoint“ – so genannt, weil dieser „Checkpoint“ am Ende des G passiert2 Phase, genau zwischen G2 und „M-Phase“ oder „Mitose“.

Dieses g2/M Checkpoint“ ist eine sehr wichtige Sicherheitsmaßnahme für vielzellige Organismen wie Tiere. Wenn sich Zellen mit geschädigter DNA vermehren, können Krebserkrankungen auftreten, die zum Tod des gesamten Organismus führen können. Durch die Überprüfung, ob die DNA einer Zelle unmittelbar vor der Replikation beschädigt wurde, verringern Tiere und einige andere Organismen das Krebsrisiko.

Interessanterweise können einige Organismen G . überspringen2 zusammen und gehen direkt in die Mitose über, nachdem die DNA während der S-Phase synthetisiert wurde. Die meisten Organismen finden es jedoch sicherer, G . zu verwenden2 und der dazugehörige Kontrollpunkt!

Wenn das G2/M Checkpoint ist passiert, der Zellzyklus beginnt von neuem. Die Zelle teilt sich durch Mitose und neue Tochterzellen beginnen den Zyklus, der sie durch G . führt1, S und G2 Phasen, um eigene neue Tochterzellen zu produzieren.

Es sei denn natürlich, sie sind für … . bestimmt

Ein alternativer Weg: G0 Phase

Nach der Geburt durch Mitose sind einige Zellen nicht dazu bestimmt, sich selbst zu teilen, um Tochterzellen zu produzieren.

Neuronen zum Beispiel – tierische Nervenzellen – teilen sich nicht. Ihre „Mutterzellen“ sind Stammzellen, und die „Tochter“-Neuronenzellen sind so programmiert, dass sie den Zellzyklus nicht selbst durchlaufen, da unkontrolliertes Neuronenwachstum und Zellteilung für den Organismus sehr gefährlich sein können.

Also anstatt G . einzugeben1 Phase nach ihrer „Geburt“ treten Neuronen in eine Phase ein, die Wissenschaftler „G“ nennen0 Phase." Dies ist ein Stoffwechselzustand, der nur dazu dient, die Tochterzelle zu erhalten, nicht die Zellteilung vorzubereiten.

Neuronen und andere sich nicht teilende Zelltypen können ihr ganzes Leben in G . verbringen0 Phase, die ihre Funktion für den Gesamtorganismus erfüllen, ohne sich jemals zu teilen oder zu reproduzieren.


Zwischenphase

Die Interphase besteht aus 3 separaten Phasen: G1, S und G2. Während der G1 wächst die Zelle und erwirbt essentielle Bestandteile für die bevorstehende DNA-Replikation und Mitose. In der S-Phase wird die DNA der Zelle repliziert und die Organellen und Zentrosomen beginnen sich zu duplizieren. Organellen sind membrangebundene Strukturen in einer Zelle. Zentrosomen sind Organellen, die während der Zellteilung Spindelfasern produzieren. Die DNA-Replikation ist ein komplexer Prozess, aber vereinfacht gesagt repliziert sich die DNA, sodass die beiden aus der Mitose entstandenen Zellen die gleiche DNA haben. Schließlich gibt es in der G2-Phase mehr Wachstum und die Verdoppelung der Organellen und des Zentrosoms ist abgeschlossen. Nach Abschluss dieser 3 Abschnitte der Interphase kann die Zelle nun eine Mitose durchlaufen.


Kapitel 12 Zellzyklus

1. Erklären Sie, wie die Zellteilung bei Reproduktion, Wachstum und Reparatur funktioniert.

2. Beschreiben Sie die strukturelle Organisation eines prokaryontischen und eines eukaryontischen Genoms.

3. Beschreiben Sie die wichtigsten Ereignisse der Zellteilung, die es ermöglichen, das Genom einer Zelle an zwei Tochterzellen weiterzugeben.

4. Beschreiben Sie, wie sich die Chromosomenzahl während des menschlichen Lebenszyklus verändert.

Der mitotische Zellzyklus

5. Listen Sie die Phasen des Zellzyklus auf und beschreiben Sie die Abfolge von Ereignissen, die während jeder Phase auftreten.

6. Listen Sie die Phasen der Mitose auf und beschreiben Sie die für jede Phase charakteristischen Ereignisse.

7. Erkenne die Phasen der Mitose anhand von Diagrammen und mikroskopischen Aufnahmen.

8. Zeichnen oder beschreiben Sie den Spindelapparat, einschließlich Zentrosomen, Kinetochor-Mikrotubuli, Nicht-Kinetochor-Mikrotubuli, Astern und Zentriolen (in tierischen Zellen).

9. Beschreiben Sie, welche charakteristischen Veränderungen im Spindelapparat während jeder Mitosephase auftreten.

10. Erklären Sie die aktuellen Modelle für die polwärts gerichtete Chromosomenbewegung und die Verlängerung der Polarachse der Zelle.

11. Vergleichen Sie die Zytokinese bei Tieren und Pflanzen.

12. Beschreiben Sie den Prozess der binären Spaltung in Bakterien und erklären Sie, wie sich die eukaryotische Mitose aus der binären Spaltung entwickelt haben könnte.

Regulierung des Zellzyklus

13. Beschreiben Sie die Rolle von Checkpoints, Cyclin, Cdk und MPF im Kontrollsystem des Zellzyklus.

14. Beschreiben Sie die internen und externen Faktoren, die das Kontrollsystem des Zellzyklus beeinflussen.

15. Erklären Sie, wie die abnormale Zellteilung von Krebszellen den normalen Kontrollen des Zellzyklus entgeht.


Klinische Relevanz – Neoplasie

Neoplasie ist eine Krankheit von ungeprüfte Zellteilung und sein Fortschreiten wird einer Änderung der Aktivität von Zellzyklusregulatoren zugeschrieben. Tritt eine Mutation in einem Protein auf, das den Zellzyklus reguliert, z.B. p53, kann es zu einer schnellen, unkontrollierten Vermehrung dieser Zellen kommen.

Wenn das p53-Tumorsuppressorgen defekt ist, kann es Zellen mit beschädigter DNA nicht erkennen und nicht daran binden, um den Schaden zu reparieren oder zu verursachen Apoptose. Dies führt zu einer unkontrollierten Replikation von Zellen im Zellzyklus und einer Zunahme von mutiertem p53. Dies erhöht das Risiko von Neoplasmen und bringt auch die kanzerösen Eigenschaften in der p53-Mutante zum Vorschein.


Schau das Video: Mitose - REMAKE (November 2022).