Wenn sich eukaryotische Zellen teilen, durchlaufen sie einen komplexen Prozess mit vier Hauptstadien, einschließlich einer G2-Phase. Das Zellzyklus umfasst Schritte wie Zellwachstum, DNA-Replikation und Mitose (ein kritisches Thema in der Zellbiologie).
weil eukaryotische Zellen einen Kern haben, der ebenfalls dupliziert werden muss, ist der Gesamtprozess komplizierter als die binäre Spaltung von prokaryotischen Zellen, denen ein Kern fehlt.
Das Mitose Phase ist der letzte Schritt der Zellteilung. Es entstehen zwei neue Tochterzellen, jede mit einer vollständigen DNA-Komplementierung, einem Zellkern und Organellen. Wenn die Zelle aufhören soll, sich zu teilen, verlässt sie den Zellzyklus und tritt in die G0-Phase ein.
Soll sich die Zelle wieder teilen, geht sie in die Zwischenphase zwischen zwei Zellteilungen. Die drei Teile der Interphase sind die G1-Phase (oder Gap 1-Phase) gefolgt von der S-Phase (oder Protein- und DNA-Synthesephase) und schließlich die G2-Phase (oder Gap 2-Phase) vor der nächsten Mitosephase.
Wann treten Zellen in die verschiedenen Phasen ein?
Die Zellteilung durch Mitose ist eine asexuelle Form der Zellvermehrung, die verwendet wird, um mehr Zellen derselben Art zu produzieren. Höhere tierische Zellen verwenden die Mitose, um neue Zellen zu produzieren, einschließlich Zellen, die sich schnell abnutzen, wie beispielsweise Hautzellen. Das Verfahren wird auch beim Gewebewachstum wie bei Jungtieren oder zur Reparatur von Schäden eingesetzt.
In einigen Geweben werden, sobald ein Organismus die erforderliche Anzahl von Zellen eines bestimmten Typs hat, keine neuen Zellen mehr benötigt und die vorhandenen Zellen treten in die G0-Phase ein, in der sie sich nicht mehr vermehren. Dies gilt insbesondere für hochdifferenzierte Zellen wie Nervenzellen. Sobald das Gehirn oder das Rückenmark die richtige Anzahl von Zellen hat, teilen sich die Nervenzellen nicht mehr, um mehr zu produzieren.
Muss sich die Zelle erneut teilen, tritt sie in folgende Phasen ein:
Die Schritte des Zellzyklus
1. Das G1 Lückenphase
Dies ist die Lücke zwischen Zellteilung und DNA-Replikation. Das Zelle macht sich fertig für seine nächste Teilung im Zellzyklus oder er verlässt den Zellzyklus und tritt in G0 ein.
2. Das S Synthesephase
Die Zelle setzt sich für den Beginn der nächsten Zellteilung ein und macht Kopien seiner DNA während zusätzliche Proteine synthetisiert werden, die für die Zellteilung benötigt werden.
3. Die G2-Lückenphase
Das ist die Lücke zwischen DNA Replikation und Mitose. Die Zelle reproduziert ihre Organellen und sorgt dafür, dass alles ist bereit für die spaltung.
Eintritt in die G2-Phase
Nach dem Zellwachstum während der G1-Phase und der DNA-Replikation während der S-Phase ist die Zelle bereit, in die G2-Phase einzutreten. G2 wird als Gap-Phase bezeichnet, da kein weiterer zellteilungsspezifischer Fortschritt stattfindet. Stattdessen gibt es ein hohes Maß an Vorbereitung und Überprüfung um sicherzustellen, dass alles für eine erfolgreiche Mitose vorhanden ist.
Bevor die G2-Phase beginnen kann, muss jedes Chromosom der Zelle dupliziert worden sein und die für die zusätzlichen Zellmembranen und Zellstrukturen benötigten Proteine müssen vorhanden sein.
Zu Beginn von G2 werden die Organellen wie die Mitochondrien und der Lysosomen beginnen zu multiplizieren. Diese Organellen haben ihre eigene DNA und können sich unabhängig voneinander teilen, aber die Zelle selbst muss zusätzliche Ribosomen bilden, um den Bedarf der zukünftigen zwei Tochterzellen zu decken.
Was passiert in der G2-Phase?
Die G2-Phase hat zwei Hauptfunktionen.
Zuerst muss die Zelle schau mal ob alles fertig ist für Mitose, und es muss eventuelle Mängel beheben. Wenn die Zelle größere Probleme erkennt, die nicht sofort behoben werden können, kann sie den Zellzyklus unterbrechen und den Teilungsprozess stoppen. In der G2-Phase stellt der Organismus sicher, dass keine neuen Zellen defekt sind.
Zu den Kontrollen, die die Zelle durchführt, gehört die Überprüfung, ob die DNA korrekt repliziert wurde und genügend Material für zwei Zellen vorhanden ist. Die DNA-Stränge müssen vollständig sein, ohne Brüche, und es muss die richtige Anzahl von doppelten Strängen der ursprünglichen Zelle vorhanden sein. Findet die Zelle einen Bruch, ist der DNA-Strang repariert.
Die beiden neuen Zellen müssen von kompletten Membranen umschlossen sein und jede muss genügend Zellmaterial erhalten, um richtig zu funktionieren. Während der G2-Phase wird oft zusätzliches Protein synthetisiert und die Organellen vermehren sich, bis genug für zwei Zellen vorhanden ist.
Andere Zellmaterialien wie Lipide für die Membran kann auch hergestellt werden. Bei all dieser Aktivität wird die Zelle oft wächst erheblich während G2.
Der G2/M-Phasen-Checkpoint
Fortgeschrittene Organismen wie Wirbeltiere haben spezialisierte und differenzierte Zellen, die ihre Aktivität koordinieren und für viele Funktionen aufeinander angewiesen sind. Dadurch reagieren diese Organismen sehr empfindlich auf Zellabbau und defekte Zellen.
Um zu vermeiden, dass Zellen entstehen, die nicht richtig funktionieren, haben viele Tiere spät einen Zellteilungs-Checkpoint die G2-Phase. Die Zelle hat viele Schlüsselfaktoren überprüft und die Ergebnisse werden am Kontrollpunkt überprüft.
Wenn die Zelle Probleme gefunden hat und diese beheben konnte, passiert sie den Kontrollpunkt und die Zellteilung kann fortgesetzt werden. Wenn die Probleme weiterhin bestehen, teilt sich die Zelle nicht und versucht, die Probleme zu beheben, bevor der Zellteilungsprozess fortgesetzt wird.
Spezifische Bewertungen an der Kontrollstelle durchgeführt werden:
- DNA-Schäden: Spezifische Proteine sammeln sich an den Stellen der gebrochenen DNA. Wenn diese Proteine vorhanden sind, teilt sich die Zelle nicht.
- DNA Replikation: Die Zelle bricht den Teilungsvorgang ab, wenn nicht alle DNA-Stränge vollständig dupliziert wurden.
- Beurteilung des Zellzustands: Zellproteine, Organellen und andere Strukturen müssen in ausreichender Menge vorhanden sein.
- Zellstress: Wenn die Zelle unter Stress steht, stoppt das Zellwachstum. Beispielsweise, UV-Licht kann Zellen stressen und zu einer Checkpoint-Aktivierung in der G2/M-Phase führen, die den Zellzyklus stoppt.
Verlassen der G2-Phase
Sobald der G2-Checkpoint passiert ist, kann sich die Zelle auf die Mitose vorbereiten. Die erste Phase der Mitose ist die Prophase, in der die Vorbereitungen für die Migration der Chromosomen zu den gegenüberliegenden Enden der Zelle stattfinden. Wenn die Zelle die G2-Phase verlässt, werden Proteine freigesetzt, die die Mitosefunktionen fördern.
Die Zelle beginnt den Teilungsprozess.
Schlüsselfunktionen, die ausgeführt werden, wenn die Zelle G2 verlässt, werden durch einen Proteinkomplex namens MPF oder die mitosefördernder Faktor. Sobald die ersten Mitosefunktionen im Gange sind, wird MPF neutralisiert.
An diesem Punkt haben sich die Spindeln für die Mitose gebildet und die Kernhülle hat begonnen, sich zu zersetzen. Die duplizierte DNA hat die Form von Chromatin, und es kondensiert, um die neuen Chromosomen zu bilden.
Während die G2-Phase ein wichtiger Faktor bei der Kontrolle des Zellwachstums für fortgeschrittene Organismen ist, ist sie für die Zellteilung nicht wesentlich. Einige primitive eukaryotische Zellen und einige Krebszellen können direkt von der S-Phase der DNA-Replikation zur Mitose übergehen.
Das Fehlen der G2-Phase eliminiert einen Kontrollpunkt, der zur Kontrolle des Gewebewachstums verwendet werden kann und hilft einigen Krebsarten, sich schnell auszubreiten.
Normale Zellen im Gewebe fortgeschrittener Tiere benötigen die G2-Phase und ihren Checkpoint, um ein koordiniertes Wachstum aller Zellen des Organismus und seiner Gewebe zu gewährleisten. Wenn eine Zelle die G2-Phase verlässt und den entsprechenden Checkpoint erfolgreich passiert hat, a erfolgreiche Zellteilung mit zwei funktionsfähigen Tochterzellen wird viel wahrscheinlicher.