Die Regulation des Zellzyklus und seine Kontrollpunkte

Der Zellzyklus ist ein komplexer Prozess, der durch verschiedene Kontrollmechanismen präzise gesteuert wird. Die wichtigsten Regulatoren sind dabei die Cycline und Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs). Diese Proteine arbeiten als molekulare Schalter, die den Übergang zwischen den verschiedenen Zellzyklusphasen kontrollieren.

Die Lage der Kontrollpunkte im Zellzyklus ist strategisch wichtig: In der G1-Phase wird durch Cyclin D und seine zugehörige CDK der Eintritt in die S-Phase reguliert. Während der S-Phase und G2-Phase ist Cyclin A aktiv und steuert die DNA-Replikation. In der G2/M-Phase übernimmt Cyclin B die Kontrolle über den Eintritt in die Mitose.

Der Abbau der Cycline erfolgt zu bestimmten Zeitpunkten durch Ubiquitinierung, wodurch ihre Konzentration zyklisch schwankt. Diese Schwankungen sind essentiell für das geordnete Fortschreiten des Zellzyklus.

Definition: Die Cyclin-abhängige Kinase (CDK) ist ein Enzym, das nur in Verbindung mit einem passenden Cyclin aktiv wird und durch Phosphorylierung andere Proteine reguliert.

Die Phasen der Mitose und ihre Bedeutung

Die Mitose ist ein präzise regulierter Prozess der Zellteilung, der in mehrere distinkte Phasen unterteilt ist. In der Prophase kondensiert das Chromatin zu sichtbaren Chromosomen, während sich der Spindelapparat bildet. Die Metaphase ist gekennzeichnet durch die Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene.

Während der Anaphase werden die Schwesterchromatiden zu den entgegengesetzten Polen gezogen. Die Telophase schließt den Prozess ab, indem sich neue Kernmembranen bilden und die Chromosomen dekondensieren. Die abschließende Cytokinese teilt das Cytoplasma.

Beispiel: Die Spindelfasern funktionieren wie molekulare Seile, die die Chromosomen präzise auseinanderziehen.

RNA-Prozessierung und Genstruktur

Die RNA-Prozessierung ist ein wichtiger Schritt bei Eukaryoten, der zwischen Transkription und Translation stattfindet. Eukaryotische Gene bestehen aus codierenden Abschnitten (Exons) und nicht-codierenden Abschnitten (Introns).

Vokabular: Introns sind DNA-Abschnitte, die keine Proteininformation enthalten und während der Prozessierung entfernt werden.

Die prä-mRNA wird durch mehrere Modifikationen zur reifen mRNA verarbeitet. Am 5'-Ende wird eine Cap-Struktur angefügt, am 3'-Ende ein Poly-A-Schwanz. Die Introns werden herausgeschnitten (Spleißen) und die Exons werden zur fertigen mRNA verbunden.

Diese Prozessierung ermöglicht eine zusätzliche Regulationsebene der Genexpression und erhöht die Komplexität der Genprodukte durch alternatives Spleißen. Die reife mRNA kann dann ins Cytoplasma transportiert werden, wo die Translation stattfindet.