Die Bedeutung der indirekten Spaltung

Indirekte Zellteilung

Die indirekte Zellteilung, auch als Mitose bekannt, ist eine der Phasen des Zellzyklus. Diese Zellteilung kann sowohl in Prokaryoten als auch in Eukaryoten stattfinden. In vielzelligen Organismen gibt es zwei Haupttypen von Zellen: somatische Zellen und Keimzellen. Bei der indirekten Zellteilung teilen sich die somatischen Zellen in zwei genetisch identische Tochterzellen, die beide die gleiche genetische Information wie die Mutterzelle aufweisen. Im menschlichen Körper beispielsweise müssen jede Minute etwa dreihundert Millionen neue somatische Zellen gebildet werden, und diese entstehen ausschließlich durch die indirekte Zellteilung. Die Keimzellen hingegen durchlaufen eine halbierte Teilung, bekannt als Meiose, um Gameten zu erzeugen: männliche Spermien und weibliche Eizellen.

Wichtigkeit der indirekten Zellteilung

Die Bedeutung der indirekten Zellteilung manifestiert sich in mehreren Aspekten:

• Reproduktion: Unizelluläre Organismen, wie Bakterien, reproduzieren sich durch indirekte Zellteilung, ein Vorgang, der als binäre Spaltung bezeichnet wird. Dies ist der bevorzugte Reproduktionsweg für Organismen, die sich nicht sexuell fortpflanzen können, sei es aufgrund unzureichender Energie, um einen Partner zu finden, oder um Geschlechtszellen zu produzieren. Durch mehrfaches Teilen erzeugen sie genetisch identische Bakterienkolonien.
• Wachstum: Vielzellige Organismen nutzen in den frühen Entwicklungsstadien der Wachstumsphase die indirekte Zellteilung, um die Zellzahl und somit das Volumen des Organismus zu vergrößern.
• Heilung von Wunden und Erneuerung von geschädigten Zellen und Geweben: Bei kleineren Verletzungen können sich die Zellen durch indirekte Zellteilung teilen, um geschädigte Bereiche zu reparieren und beschädigte Zellen zu regenerieren.

Vorbereitung auf die indirekte Zellteilung

Bevor die somatischen Zellen mit der indirekten Zellteilung beginnen, durchlaufen sie die Interphase, die 90-95% des Zellzyklus ausmacht. Diese Phase unterteilt sich in drei Hauptteile:

• Erste Wachstumsphase: In diesem Stadium vergrößert sich die Zelle, es steigt die Anzahl ihrer Organellen, und die Zelle wird diploid, was bedeutet, dass sie zwei Sätze homogener Chromosomen enthält.
• Synthesephase: Hier verdoppelt sich die DNA, und jedes Chromosom erstellt eine identische Kopie von sich selbst.
• Zweite Wachstumsphase: In dieser Phase wächst die Zelle weiterhin und produziert zusätzliche benötigte Proteine.

Phasen der indirekten Zellteilung

Während der indirekten Zellteilung durchläuft die Zelle folgende Phasen:

• Prophase: In dieser Phase treten folgende Veränderungen auf:
  • Die genetische Materie, die zur chromatinartigen Struktur verdichtet ist, bildet die Chromosomen. Jedes Chromosom besteht aus zwei Schwesterchromatiden, die an der Centromer-Region durch ein spezielles Protein, das Kohäsinprotein, verbunden sind.
  • Das Paar der Zentrosomen beginnt sich zu trennen und bewegt sich zu den Polen der Zelle. Das Zentrosom spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Mikrotubuli und verdoppelt sich vor dem Beginn der Teilung.
• Prometaphase: Oft wird diese Phase als Teil der Prophase betrachtet. Folgende Veränderungen treten auf:
  • Die Zellkernhülle löst sich auf.
  • Jedes Chromosom bildet ein Protein namens Kinetochor in der Centromer-Region, an dem die Mikrotubuli anlagern und beginnen, die Schwesterchromatiden zu trennen.
  • Die Mikrotubuli, die nicht mit Chromosomen verbunden sind, verbinden sich, um den Spindelapparat zu bilden.
• Metaphase: Hier ordnen sich die Chromosomen in der Äquatorialebene der Zelle an, was durch die Zugkräfte der Mikrotubuli geschieht, die mit den Kinetochoren verbunden sind.
• Anaphase: In dieser Phase geschehen folgende Veränderungen:
  • Das Kohäsinprotein, das die Schwesterchromatiden verbindet, beginnt zu zerfallen, was die Trennung der Chromatiden ermöglicht.
  • Die Mikrotubuli verkürzen sich, ziehen die Schwesterchromatiden auseinander, die nun als komplette Chromosomen betrachtet werden.
  • Jede Gruppe von Chromosomen sammelt sich an einem der Zellpole.
• Telophase: In dieser Phase treten folgende Änderungen ein:
  • Die Mikrotubuli verlängern sich weiterhin.
  • Die Überreste der alten Kernhülle werden verwendet, um eine neue Kernhülle um jede der getrennten Chromosomenansammlungen zu bilden.
  • Die Zellkerne bilden sich erneut aus.
  • Die Chromosomen erscheinen wieder als Chromatin-Netzwerk.
• Zytokinese: Hier beginnt die Zelle, sich an der Äquatorialplatte einzuschnüren, und es bildet sich ein Einschnürungsgraben, der die Zelle in zwei Tochterzellen teilt. In Pflanzenzellen hingegen bildet sich in der Mitte der Zelle eine Zellplatte, die sich anschließend zu einer Zellwand entwickelt und die Zelle in zwei Teile trennt.

Bakterielle Spaltung

Die bakterielle Zelle besteht aus Zytoplasma, das von einer Plasmamembran und einer Zellwand umgeben ist. Im Zytoplasma befinden sich Ribosomen und ein ringförmiges DNA-Molekül. Die meisten Bakterienarten reproduzieren sich durch einen Typ der indirekten Zellteilung, der als binäre Spaltung bekannt ist. Diese ist weniger komplex im Vergleich zur Mitose bei vielzelligen Organismen. Folgende Schritte kennzeichnen die binäre Spaltung:

• Das DNA-Molekül verdoppelt sich, und beide Entstehenden Moleküle lagern sich an die Plasmamembran an.
• Die Zelle wächst, das Volumen nimmt zu, und der Abstand zwischen den DNA-Molekülen vergrößert sich.
• Die Plasmamembran beginnt sich von innen an der Zellmitte nach innen zu ziehen.
• Die Zellwand wächst in der zentralen Zellregion und trennt die beiden DNA-Moleküle, wodurch die Zelle in zwei identische Tochterzellen geteilt wird.

Fehler bei der indirekten Zellteilung

In einigen Fällen können während der indirekten Zellteilung Fehler auftreten. Einige dieser Fehler können in der kritischen Phase nach der Bildung des Zygoten, der aus der Fusion von Spermium und Eizelle resultiert, auftreten. Solche Fehler führen zu Mutationen, die Veränderungen in der genetischen Zusammensetzung oder der Chromosomenstruktur bewirken können. Die Gefährlichkeit von Mutationen liegt darin, dass sie an Nachkommen weitergegeben werden können. Einige dieser Mutationen können keinen Einfluss auf das Leben des Embryos haben, während andere zu Missbildungen führen können oder sogar tödlich enden können. Ein weiteres Problem, das während der Teilung auftreten kann, ist die Unfähigkeit der Chromosomen, sich in der Anaphase korrekt zu trennen. Unkontrollierte Zellteilungen können ebenfalls auftreten, was zur Entstehung von Krebs führen kann.