Wie sich unsere Zellen teilen

Zellerneuerung und Zellteilung hört man mittlerweile überall. Beides sind unverzichtbare Prozesse, die es uns möglich machen zu leben. Doch was bringt unsere Zellen eigentlich dazu, sich zu teilen und dadurch zu verdoppeln? Heute tauchen wir tiefer in das Thema der Zellteilung ein.  

Was ist Zellteilung

Wir sprechen sehr viel über Zellerneuerung, Stoffwechsel und Zellgesundheit im Allgemeinen. Jedoch liegt all diesen Prozessen ein Ablauf zugrunde, der nicht nur essenziell für unser Wachstum und Leben ist, sondern unsere Zellen überhaupt erst dort hinbringt, wo sie sein müssen, um zu funktionieren: Die Zellteilung.

Denn Organismen wachsen und verändern sich nicht (nur) dadurch, dass sich die Zellen vergrößern, sondern viel mehr dadurch, dass die Zellen regelmäßig geteilt werden und sich so vermehren. Die Zellteilung trägt maßgeblich dazu bei, dass sich beispielsweise unsere Haut erneuern kann und verschiedene Gewebe unseres Körpers funktionsfähig gemacht werden.

Kurz gesagt, wird bei der Zellteilung (oder auch Cytokinese genannt) zum Beispiel eine Mutterzelle so dupliziert, dass daraus zwei idente Tochterzellen entstehen können, ohne dass genetisches Material verloren geht. So weit so gut. Leider ist der Prozess einer Zellteilung ein sehr komplizierter Vorgang, den wir heute versuchen möchten, Euch näher zu erklären.

Fangen wir mit der Mitose an

Kommt Euch das Wort „Mitose“ bekannt vor? Die meisten von uns haben zumindest in der Schule einmal davon gehört. Die Mitose ist die „Basisform“ der Zellteilung, die es den Zellen ermöglicht zu wachsen, sich zu duplizieren und sich dann, wie bereits oben erwähnt, so zu teilen, dass sie identisch sind. Diese werden wieder und wieder geteilt, bis sie sich zu Gruppen zusammenschließen und dann Gewebe oder Organe bilden. Dieser Vorgang geht natürlich nicht ohne das Zusammenspiel von vielen verschiedenen Teilen der Zelle, die in perfekter zeitlicher Abstimmung funktionieren.

Und hier wird es kompliziert.

Die Abläufe, die in einer Zelle von einer Zellteilung bis zur nächsten stattfinden werden mit dem Wort „Zellzyklus“ beschrieben. Und dieser wird wiederum in zwei Phasen unterteilt, welche sich Interphase (=die Wachstums- und Verdopplungsphase) und Teilungsphase (=das ist die eigentliche Mitose) nennen. Diese wechseln sich in jedem Zellzyklus immer wieder ab: Frisch geteilte Zellen treten in die Wachstumsphase ein, bis sie sich wieder teilen können und so weiter. Ein Zyklus dauert bei Säugetieren in etwa 24 Stunden.

Interphase

Ihr denkt, dass es das schon war? Dann müssen wir Euch leider enttäuschen. Denn die Interphase (wie sollte es anders sein) lässt sich noch einmal in mehrere Phasen einteilen. Während der Interphase liegt unsere Erbsubstanz als lange Fäden (=Chromatin) vor. Nach der vorangegangenen Teilungsphase tritt die Zelle in die G1-Phase (das G kommt von „growth“) ein in der alle Teile der Zellen, also Organellen, Proteine, etc. verdoppelt werden und die Zelle wächst, so dass sie an die Größe der Mutterzelle herankommen. Darauf folgt die S-Phase (auch Synthese-Phase genannt), in der die Erbsubstanz verdoppelt wird. Ist das geschafft, beginnt die G2-Phase, in der die Zelle weiter wächst und so auf die bevorstehende Teilung vorbereitet wird.

Mitose-Phase

Ist einmal alles bei der richtigen Größe angekommen und das Zellmaterial verdoppelt, können die Zellen mit der Teilung beginnen. Wie Ihr Euch vielleicht schon denken könnt, läuft auch diese wieder in – Überraschung – mehreren Phasen ab. Diese nennen sich Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase (die detaillierten Abläufe dieser Phasen ersparen wir Euch lieber). Während diesen Phasen wird aus den langen (mittlerweile verdoppelten) Chromatinfäden Chromosomen, welche dann in die neu entstehenden Zellen gezogen werden, damit das gleiche genetische Material in beiden Tochterzellen fixiert wird. Dort wird das Erbgut wieder zu Chromatin umgewandelt und die Interphase beginnt erneut.

Soweit so gut. Doch unsere Zellen teilen sich nicht nur, um Duplikate herzustellen, sondern auch, um es uns zu ermöglichen genetisches Material auf sichere Weise zu halbieren, damit es sich bei der Fortpflanzung mit dem genetischen Material von jemand anderes verbinden kann. Würden unsere Zellen das nicht tun, würde sich das Erbgut bei jeder Befruchtung einer Eizelle verdoppeln und verdoppeln und was dabei herauskommen würde, fragen wir jetzt einmal lieber nicht.

Um zu ermöglichen, dass die Menge unserer Erbsubstanz nicht exponentiell größer wird, gibt es dafür die andere wichtige Form der Zellteilung, die sich Meiose nennt.

Meiose

Bei der Meiose wird in zwei Schritten die Anzahl der Chromosomen in unseren Zellkernen halbiert. Diese Art der Teilung findet bei uns Menschen in den Geschlechtszellen, den Spermien und Eizellen statt – also in jenen Zellen, die an der Fortpflanzung direkt beteiligt sind.

Wie Ihr Euch vermutlich schon denken könnt, kann auch die Meiose in mehrere Phasen unterteilt werden. Die Reduktionsteilung (Meiose 1) und die Äquations-, oder auch Reifeteilung (Meiose 2). Während der Reduktionsteilung wird die Chromosomenzahl erst einmal halbiert. Dabei kommt es häufig zu einem Austausch von genetischem Material von väterlichen und mütterlichen Chromosomen. Dieser Vorgang, welcher auch als „Crossing-over“ bezeichnet wird, ermöglicht es, die genetische Vielfalt weiterzugeben und bei der Halbierung der Chromosomen nach wie vor genetisches Material von beiden Teilen der Befruchtung zu behalten und dieses neu zu kombinieren. In der zweiten Phase werden diese neuen, halbierten Chromosomensätze auf die Tochterzellen verteilt.

Und wie geht es weiter?

Verbinden sich die Geschlechtszellen mit halbiertem Chromosomensatz einmal mit passenden anderen Geschlechtszellen, verbinden sich die beiden reduzierten Chromosomen und es kommt zur Bildung einer neuen, vollständigen Zelle. Diese tritt wiederum in den Mitosezyklus ein und beginnt so ihr Wachstum, die Vermehrung und die Zuordnung zu bestimmten Geweben, Organen, etc.

Zusammenfassung

Trotz der vielen Phasen und komplexen Schritten, kann man nicht leugnen, was für eine Hochleistung unser Körper durch die ganzen Abläufe vollbringt. Durch perfekt abgestimmte Abläufe ermöglichen es uns unsere Zellen so, zu wachsen, unseren Körper zu formen und sich auf Veränderungen anzupassen. Doch nicht nur das, durch die Zellteilung ist uns auch genetische Vielfalt möglich. Also mag der Vorgang dahinter noch so komplex sein – es ist eine großartige Maschinerie, die unsere Entwicklung gestaltet.