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Meiose (interaktive Unterrichtseinheit)Sehr schöne lichtmikroskopische Bilder der Stadien einer Meiose.
Meiose und ihre Bedeutung für die VererbungZUM.de: Zentrale für Unterrichtsmedien im Internet
Vergleich von Mitose und MeioseChemgaPedia: umfangreiche Enzyklopädie zur Chemie
Vergleich von Mitose und MeiosePDF-Datei aus Biologie & Chemie
Die Meiose
Kernteilung bei Keimzellen
Einführung
Körperzellen enthalten einen doppelten Satz der Chromosomen,
je einen von der Mutter und vom Vater
2n = diploid
beim Mensch: n = 23 ➜ 46 Chromosomen
Das bedeutet, dass bei der Befruchtung der Eizelle durch das Spermium nur jeweils ein einfacher Satz an Chromosomen (n) von der Mutter und vom Vater zusammen kommen können, um eine diploide Zygote zu bilden, welche durch nachfolgende mitotische Teilungen immer wieder diploide Zellen hervorbringt.
Und das wiederum bedeutet, dass Spermium und Eizelle haploid (n) sein müssen!
Die Erzeugung von haploiden Keimzellen (Gameten) aus ursprünglich diploiden Zellen geschieht durch die Meiose.
Der Ablauf der Meiose
- Um die Chromosomenzahl konstant zu halten, muss sie vor der geschlechtlichen Fortpflanzung halbiert werden
- dies geschieht in der 1. und 2. Reifeteilung der Meiose
- Unterschied zur Mitose: die homologen Chromosomen der diploiden unreifen Keimzellen legen sich in der Prophase der Reifeteilung I paarweise aneinander
➜ Chromosomenpaarung - das bedeutet, dass in der Anaphase der Reifeteilung I ganze Chromosomen auf die Tochterzellen verteilt werden
- erst in der Reifeteilung II, die einer Mitose entspricht, findet dann die Aufteilung der Chromatiden statt
Reduktionsteilung: doppelter Chromosomensatz wird auf einen
einfachen Chromosomensatz reduziert
- Prophase
- Aufschraubung und Verkürzung der DNA ➜ Transportform
- Chromosomenpaarung: homologe Chromosomen legen sich aneinander
➜ (Chromatiden-)Tetrade
- Metaphase
- ähnlich Mitose
- Kernspindel entsteht
- Chromosomenpaare (Tetraden) ordnen sich in der Äquatorialebene an
- es ist zufällig, welches Chromosom (das mütterliche oder das väterliche) welcher Zellseite zugewandt ist
- Anaphase
- Trennung der homologen Chromosomen
- jeder Zellpol bekommt haploiden Chromosomen-Satz
- Telophase
- haploide Chromosomensätze lagern sich zu neuen Kernen zusammen
- Chromosomen haben noch 2 Chromatiden (im Unterschied zur Mitose)
- Chromosomen strecken sich nur wenig und nur vorübergehend werden sie in eine neue Kernhülle eingeschlossen, denn es folgt ...
Zwei-Chromatiden-Chromsomen werden getrennt,
es entstehen Ein-Chromatid-Chromosomen
- sie verläuft nach dem Prinzip der Mitose:
Chromatiden werden auf die beiden Tochterkerne verteilt
➜ vier haploide Keimzellen als Endergebnis
Sinn der Meiose - Neuverteilung des Erbmaterials
► Interchromosomale Rekombination
Verteilung mütterlicher und väterlicher Chromosomen während der 1. Reifeteilung nach den „Zufallsprinzip“.
A und A' seien homologe Chromosomen
AA' BB' CC' Keimzelle mit 3 Chromosomen (n = 3)
Kombinationsmöglichkeiten (2n)
ABC | ABC' | AB'C | AB'C' |
A'BC | A'BC' | A'B'C | A'B'C' |
Mensch 23 Chromosomenpaare ➜ 223 ➜ 8,4 Mio.
► Intrachromosomale Rekombination
Crossing-over
Die Begriffe chromosomales Crossing-over (chromosomale Überkreuzung) bzw. chromosomale Rekombination bezeichnen in der Genetik einen Stückaustausch zwischen väterlichen und mütterlichen Chromosomen während der Entwicklung der Keimzellen, genauer während der Meiose. An die nachfolgende Generation werden also Chromosomen weitergegeben, die eine Mischung aus väterlichen und mütterlichen Abschnitten darstellen und dadurch eine große genetische Vielfalt ermöglichen.
Die lichtmikroskopisch sichtbare Folge dieser chromosomalen Rekombination sind Überkreuzungen zweier Chromatiden.
Beim Mensch ereignen sich durchschnittl. 1-3 Crossing-over pro Chromosomenpaar.
Ablauf
Vor der Meiose kommt es zunächst zu einer normalen Verdopplung der DNA, so dass alle Chromosomen mit zwei Chromatiden vorliegen. Während der Meiose lagern sich in der Prophase I die zwei homologen Chromosomen, also die sich jeweils entsprechenden mütterlichen und väterlichen, aneinander. Die entstehende Struktur wird als als Tetrade (da vier Chromatiden vorhanden sind) bezeichnet.
Zwei homologe Schwesterchromatiden können dann an der jeweils gleichen Stelle brechen. Die Bruchstellen in den Chromosomen werden dabei „über Kreuz“ (crossing over = Überkreuzung) wieder zusammengesetzt. Daher werden ganze Chromosomenbereiche zwischen zwei Chromosomen ausgetauscht. Am Ende sieht man im Mikroskop eine „Überkreuzung“ ein Chiasma (Mz. Chiasmata).
Im weiteren Verlauf der Meiose weichen die neu kombinierten homologen Zwei-Chromatiden-Chromosomen in Richtung der Zellpole auseinander, weil sie entlang des Spindelapparats dorthin wandern.
Hat ein Crossing-over stattgefunden, bleiben die Chromatiden an den Stellen des falsch verschmolzenen Bereichs jedoch etwas länger aneinander hängen, was im Lichtmikroskop als Chiasma (eine Figur entsprechend dem griechischen Chi) zu beobachten ist. Es entstehen Mosaikchromatiden, die sowohl väterliches als auch mütterliches Erbgut enthalten.
Das Crossing-over ist die Voraussetzung für die intrachromosomale Rekombination und sorgt mit dafür, dass neue Merkmalskombinationen bei den sich geschlechtlich fortpflanzenden Lebewesen entstehen.
Literatur: Alberts et al., Molecular Biology of the Cell, 4. Aufl. 2002
Quelle: Wikipedia: Crossing-over
Genotypische Geschlechtsbestimmung beim Menschen
- Mensch hat 22 homologe Chromosomen ➜ Autosomen
und die Geschlechtschromosomen ➜ Gonosomen - XX ➜ weiblicher Organismus
- XY ➜ männlicher Organismus
- Spermien mit X-Chromosom ➜ führt zu einer Frau
Spermien mit Y-Chromosom ➜ führt zu einem Mann - Gene (Gonosomen) bestimmen das Geschlecht
➜ Geschlechtsrealisation
/ | X | Y |
X | XX | XY |
X | XX | XY |
Meiose beim Mensch
Oogenese ist die unter 2 Reifeteilungen erfolgende Entwicklung der Oogonien zum reifen Ei. Die 1. Teilung beginnt bereits vor der Geburt, geht aber zunächst nur bis zur Prophase der ersten RT (bleibt vor der Metaphase stehen) und wird erst nach Erreichen der Follikelreife vollendet, wobei aus der großen diploiden Zelle (= primäre Oozyte = Ovocytus primarius) 2 unterschiedliche haploide Zellen hervorgehen, u. zwar die sekundäre Oozyte (= Ovocytus secundarius) u. das 1. Polkörperchen. Die anschließende 2. Reifeteilung setzt mit dem Eisprung (Ovulation) ein, wird aber nur im Falle einer Befruchtung vollendet (bei Nichtbefruchtung geht die Zelle zugrunde); sie führt zur Bildung des Reifeies u. eines weiteren, des sog. 2. Polkörperchens; parallel erfolgt separat die Teilung des 1. Polkörperchens in 2 Polkörperchen.
► Heranwachsen des Organismus
- Zygote teilt sich zunächst mitotisch
- Nach vielen mitotischen Teilungen beginnen die Urkeimzellen mit den Meiosen
► Oogenese
- Meiose beginnt mit der Prophase der 1. Reifeteilung
- Prophase wird hier für wenige Tage bis zu vielen Jahren - je nach Spezies - angehalten, bis zur Geschlechtsreife ➜ primäre Oocyten
- Eireifung (mit Geschlechtsreife eintretend)
Teilung I der Meiose geht weiter:- Metaphase I – Anaphase I – Telophase I
- Zellteilung: Cytoplasma teilt sich sehr asymmetrisch zu 2 sekundären Oocyten mit ganz unterschiedlichen Größen:
kleines Polkörperchen und große Zelle mit gesamten Entwicklungspotential - jedes Chromosom hat seine beiden Schwesterchromatiden
- es folgt keine Interphase
- 2. Reifeteilung - Schwesterchromatiden werden getrennt
- es entsteht wie vorher ein 2. Polkörperchen und die reife Eizelle (Ovum)➜ haploider Satz der einfachen Chromosomen
- wegen der asymmetrischen Teilungen des Cytoplasmas behalten die Oocyten ihre Größe; Polkörperchen degenerieren
- Ovulation (Eisprung): Abgabe der reifen Eizelle durch das Ovarium
► Spermatogenese
- erst mit der Geschlechtsreife beginnen die Keimzellen in den Hoden sich mitotisch zu teilen
- dann teilen sie sich durch Meiose (1. und 2. Reifeteilung) ➜ haploide „Ein-Chromatid-Chromosom“-Spermatiden (4 pro Keimzelle!)
- Spermatiden reifen morphologisch zu den Spermatozoen (Spermien)
- Spermien werden in den Nebenhoden gespeichert
► Paarung
- durch Befruchtung wird die entstehende Zygote wieder diploid