Die Meiose
(meiosis, griech.: Verminderung)
Während durch die Mitose Körperzellen für
Wachstum und Gewebeteilung reproduziert werden, ist die Meiose für die Produktion von Gameten (Geschlechtszellen)
verantwortlich. Bei der Meiose finden im Gegensatz zur mitotischen Teilung zwei
Zellteilungen statt und es entstehen vier Zellen (statt zwei wie bei der
Mitose).
Die Meiose gliedert sich in zwei Reifeteilungen:
in der 1. Reifeteilung werden die homologen
(gleichartig strukturierten) Chromosomen separiert,
in der 2. Reifeteilung werden die Chromatiden
getrennt (mitotische Teilung).
1. Reifeteilung
Es finden jeweils in der 1. und 2. Reifeteilung 4 verschiedene Phasen statt.
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Prophase I
Abb.
aus Campbell, S. 254
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Die Prophase I ist die längste Phase innerhalb der Meiose.
Während der Prophase liegt in der Zelle eine diploide Chromosomenanzahl
von 46 (2n = 46) vor, d.h., in der Zelle befindet sich ein
diploider Chromosomensatz (jeweils ein einfacher (haploider Chromosomensatz
von der Mutter und vom Vater stammend).
Die Zwei-Chromatiden-Chromosomen kondensieren innerhalb der Urgeschlechtszelle, d.h., die Chromosomen verkürzen sich und
werden sichtbar als lange, dünne Fäden. Aus den Chromosomenpaaren der
Zygote gehen jeweils zwei homologe Chromosomenpaare
hervor. Die Chromatiden eines solchen Chromosoms nennt man
Schwesterchromatiden.
Die homologen Chromosomen legen sich dann parallel aneinander, Centromer an
Centromer (Paarung
der homologen Chromosomen). Jedes Chromosomenpaar besteht nun aus 4
parallel angeordneten Chromatiden,
Tetrade genannt.
Es kann vorkommen, dass sich Nicht-Schwesterchromatiden überkreuzen und
dadurch Bruchstücke des einen Chromatids mit dem anderen
Nicht-Schwesterchromatid ausgetauscht werden; dies nennt man dann
Chiasma ( Überkreuzung), der Vorgang heißt crossing-over. Diese
Chiasmata entstehen zufällig und durch diesen Vorgang wird genetisches
Material innerhalb der Chromatiden ausgetauscht (intrachromosomale Rekombination).
Die Zelle bereitet sich auf die Kernteilung vor; die
Centriolenpaare bewegen sich von einander fort, die Spindelfasern bilden
sich aus, die Kernhülle und das Kernkörperchen lösen sich auf.
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Metaphase I
Abb.
aus Campbell, S. 254
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In der Metaphase I ordnen sich die Chromosomenpaare beiderseitig in der
Mitte der Zelle (Äquatorialebene, Metaphasenebene) zwischen den
beiden Polen des Spindelapparates an. Spindelfasern der Pole verbinden sich
mit dem jeweils näher gelegenen Centromer der homologen Chromosomenpaare.
Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich zufällig an der
Äquatorialebene an.
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Anaphase I
Abb.
aus Campbell, S. 254
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Die Anaphase I dient hauptsächlich zur Trennung der homologen Chromosomenpaare.
Während die Schwesterchromatiden zusammenverbunden bleiben, werden die
homologen Chromosomenpaare zu den Polen hingezogen und dadurch getrennt.
Auf jeder Pol-Seite ist also ein haploider Chromosomensatz.
Aufgrund der zufälligen Anordnung und Verteilung der mütterlichen und
väterlichen Chromosomen ist dieser Vorgang die Ursache für
die interchromosomale Rekombination.
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Telophase I
Abb.
aus Campbell, S. 255
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Wenn die Chromosomen die Pole erreicht haben, wird die Zellteilung
eingeleitet. Die Chromosomen verschrauben sich wieder, so dass sie nicht
mehr sichtbar sind. Das Zellplasma teilt sich (Cytokinese) und jedes
Chromosom hat nun seine beiden Chromatiden (im Gegensatz zur Mitose!). Es
existieren nun zwei Zellen.
Bereits in der Telophase I unterscheiden sich die Spermatocyten (männliche
Zellen) und die Oocyten (weibliche Zellen). Während die Spermatocyte (1.
Ordnung) beginnt, sich in zwei gleich große Zellen zu trennen,
ist bei der Oocyte nur eine Zelle komplett ausgebildet und eine
verkleinerte Zelle, die mit der großen Eizelle zusammenhängt.
Es schließt sich dann ohne Interphase fließend die Prophase II an.
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Es finden in der 2. Reifeteilung ebenfalls 4 verschiedene Phasen statt. Sie
ähneln jetzt der mitotischen Zellteilung.
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Prophase II
Abb.
aus Campbell, S. 255
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In der Prophase II schrauben sich wieder die Chromosome auf und es wird ein
neuer Spindelapparat gebildet, der die Chromosomen wieder zur Äquatorialebene
zieht. Die Kernhülle und das Nucleoli zerfallen wieder.
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Metaphase II
Abb.
aus Campbell, S. 255
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Die Chromosomen ordnen sich mit ihren Centromeren direkt in der
Äquatorialebene an.
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Anaphase II
Abb.
aus Campbell, S. 255
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Die Schwester-Chromatiden in beiden Zellen werden jeweils am Centromer
getrennt und die nun getrennten Chromatiden wandern dann jeweils zu den
Zellpolen.
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Telophase II
Abb.
aus Campbell, S. 255
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Die Chromatiden befinden sich an den Polen und die Kerne bilden sich. Die
Cytokinese beginnt und durch die Teilung der zwei Zellen entstehen 4 Zellen mit jeweils einen haploiden
Chromosomensatz.
Bei den Spermatocyten entstehen vier gleich große Zellen
(Spermatiden), die später zu Spermien werden. Bei der Oocyte entsteht eine (große) Eizelle
und drei kleine und unfruchtbare Richtungskörperchen, die aber keine
Funktion haben.
Die Chromosomen dekondensieren langsam wieder. Es sind nun vier genetisch
nicht identische Zellen mit jeweils haploidem Chromosomensatz und
Ein-Chromatid-Chromosomen entstanden. Bei der nächsten Interphase werden
diese dann wieder zu Zwei-Chromatiden-Chromosomen.
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Hauptunterschiede zwischen Meiose und Mitose in Bezug auf das Ergebnis
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Meiose
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Mitose
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Funktion
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Bildung von Geschlechtszellen |
Vermehrung von Körperzellen |
Erbinformationen
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erbungleiche Teilung; Gene werden neu kombiniert; vier gentisch
verschiedene Zellen. |
erbgleiche Teilung; jede Tochterzelle hat die gleiche
Erbinformation wie die Mutterzelle. |
Chromosomensatz
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4 Zellen mit haploidem Satz |
2 Zellen mit diploidem Satz |
Genetische Variabilität
Unter der genetischen Variabilität versteht man die Möglichkeit der
Unterschiedlichkeit der Erbinformationen. Während der Meiose gibt es
verschiedene Möglichkeiten, die diese Erbinformationen neukombinieren:
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Interchromosomale Rekombination
In der Metaphase I ordnen sich die homologen Chromosomen zufällig in
der Äquatorialebene an, so dass hier bereits eine willkürliche
Verteilung von mütterlichen und väterlichen Erbinformationen
stattfindet. Die Möglichkeiten betragen 2n, wobei n die
haploide Chromosomenzahl ist; das entspräche beim Menschen also 223,
also etwa 8 Millionen Möglichkeiten. |
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Intrachromosomale Rekombination
Durch mögliche Überkreuzungen (Chiasmata) zwischen zwei
Nichtschwester-Chromatiden in der Prophase I bei der Paarung der
homologen Chromosomen kommt es zum Austausch von
Erbinformationen. |
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Befruchtung
Bei der Befruchtung der Eizelle haben Eizelle und Spermium jeweils
eine genetische Variabilität von mindestens 8 Millionen verschiedener
Kombinationsmöglichkeiten. |
Kombiniert man diese 3 Faktoren miteinander, so kommt man beim Menschen auf
mindestens rund 64.000.000.000.000 verschiedene Möglichkeiten (ohne die
intrachromosomale Rekombination). Damit ist eine ausreichende genetische
Variabilität beim Menschen gegeben.
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Quellen:
Tobias Erle, 2001, M. W.
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