Arbeitsblatt: Mitose/Meiose

Vorgänge im Zellkern: Mitose und Meiose 1. Systeme der Zellreproduktion Einzellige Lebewesen nutzen die Zellteilung vor allem für die Fortpflanzung, während bei vielzelligen Lebewesen die Zellteilung auch beim Wachstum und bei der Reparatur von Geweben eine wichtige Rolle spielt. Damit sich die Zelle teilen kann, müssen vier Ereignisse eintreten: 1. Es muss ein Reproduktionssignal geben, welches die Ereignisse der Fortpflanzung in Gang setzt. 2. Die Replikation (Verdoppelung) der DNA und anderer Zellbestandteile muss erfolgen. 3. Die Zelle muss die replizierte DNA auf die beiden neuen Zellen verteilen, man bezeichnet dies als Segregation. 4. Der Plasmamembran, bzw. der Zellwand muss neues Material hinzugefügt werden. 2. Eukaryotische Zellen trennen sich durch Mitose und Meiose Auch höchst komplexe Eukaryoten wie Säugetiere und Blütenpflanzen gehen aus einer einzigen Zelle hervor, der befruchteten Eizelle. Diese Zelle entsteht durch die Verschmelzung zweier Geschlechtszellen, die man als Gameten bezeichnet. Diese wiederum – Spermium und Eizelle – stammen von den Eltern des Lebewesens, sodass die befruchtete Eizelle genetisches Material von beiden elterlichen Zellen erhält, also je einen Chromosomensatz des männlichen und des weiblichen Elternteils. Die Bildung eines vielzelligen Lebewesens aus einer befruchteten Eizelle bezeichnet man als Entwicklung. Dabei kommt es sowohl zur Reproduktion als auch zur Spezialisierung der Zellen. Die Reproduktion oder Mitose einer eukaryotischen Zelle umfasst drei Schritte: • Replikation der DNA im Zellkern. • Verpackung der replizierten DNA in zwei neue Zellkerne (Teilung der Zellkerne). • Teilung des Cytoplasmas (Cytokinese). Ein zweiter Zellteilungsmechanismus der Eukaryoten ist die Meiose. Sie tritt bei Zellen auf, die Gameten (Keimzellen) hervorbringen, die wiederum paarweise zu einem neuen Lebewesen verschmelzen. Während bei der Mitose die beiden Tochterzellen genetisch mit der Ausgangszelle identisch sind sie besitzten alle die gleiche DNA – ist das bei der Meiose nicht der Fall. Das Durchmischen des genetischen Materials bei der Meiose führt zu führt zu Diversität, indem es zu neuen Genkombinationen führt. 3. Eukaryotische Chromosomen Die meisten menschlichen Zellen enthalten zwei vollständige Sätze an genetischer Information, einen von der Mutter und den anderen vom Vater (Ausnahme bilden die Gameten und die kernlosen roten Blutzellen). Im Gegensatz zu Prokaryoten verfügen Menschen und andere Eukaryoten jedoch über mehr als ein Chromosom, und während der Interphase befinden sich diese Chromosomen im Inneren eines Zellkerns. Der zentrale Bestandteil des eukaryotischen Chromosoms ist ein riesiges, doppelsträngiges DNA Molekül, das mit zahlreichen Proteinen einen Komplex bildet. Dieses dichte Material ist das Chromatin. Die DNA einer normalen menschlichen Zelle hat eine Gesamtlänge von zwei Meter, der Zellkern besitzt jedoch nur einen Durchmesser von 5m was auf die starke Komprimierung der DNA hinweist. Chromosomen enthalten grosse Mengen an Proteinen, die man als Histone bezeichnet. Die Wechselwirkung der Histone untereinander bewirkt die Bildung von perlenförmigen Einheiten, die man als Nucleosomen bezeichnet. Während der Interphase, in der die DNA repliziert wird, besteht ein Chromosom aus einem einzelnem DNAMolekül, das um eine riesige Zahl von Nucleosomen gewunden ist, wie Perlen an einer Schnur. Währen der Mitose, bzw. der Meiose kondensiert das Chromatin immer stärker, indem sich die Nucleosomen immer enger zusammenlagern und aufspiralisieren, bis zu den Zeitpunkt, in dem die Chromosomen im Mikroskop in ihrer typischen Form sichtbar werden. 4. Mitose: Spaltung in zwei identische Tochterzellen Bei der Mitose gehen aus einem einzigen Zellkern zwei Zellkern hervor, die untereinander und mit dem ursprünglichen Kern genetisch identisch sind. Dieser Vorgang stellt die exakte Verteilung der Chromosomen einer eukaryotischen Zelle auf die Tochterzelle sicher. In der Realität ist die Mitose ein kontinuierlicher Prozess, bei dem jedes Ereignis stufenlos ins nächst übergeht. Studieren sie die einzelnen Ereignisse der Mitose anhand der nachfolgenden Abbildungen: 5. Meiose: Reduktion eines diploiden zu einem haploiden Chromosomensatz Die Meiose umfasst zwei Teilungen des Zellkerns, welche die Anzahl der Chromosomen auf das haploide Mass verringert, um die geschlechtliche Fortpflanzung vorzubereiten. Das Wichtigste bei der Meiose: Der Zellkern teilt sich zweimal, die DNA repliziert sich nur einmal. Im Gegensatz zu den identischen Produkten der Mitose unterscheiden sich die Produkte der Meiose untereinander und von der ursprünglichen Zelle. Studieren sie die einzelnen Ereignisse der Meiose anhand der nachfolgenden Abbildungen: 6. Mitose und Meiose im Vergleich Mitose • Was ist die Mitose? • Wer oder was macht die Mitose? • Was ist der Sinn und Zweck der Mitose • Wie läuft die Mitose ab? Meiose • Was ist die Meiose? • Wer oder was macht die Meiose? • Was ist der Sinn und Zweck der Meiose • Wie läuft die Meiose ab? Spindelfasern Spindelfasern Spindelfasern Chromatin Chromatin Chromatin Anaphase Anaphase Anaphase Centromer Centromer Centromer 1Chromatid 1Chromatid 1Chromatid chromosom chromosom chromosom Transportphase Transportphase Transportphase Prophase Prophase Prophase Äquatorialebene Äquatorialebene Äquatorialebene Telophase Telophase Telophase Arbeitsphase Arbeitsphase Arbeitsphase Interphase Interphase Interphase 2Chromatid 2Chromatid 2Chromatid chromosom chromosom chromosom Metaphase Metaphase Metaphase Centriolenpaar Centriolenpaar Centriolenpaar Pole Pole Pole