Biologie 1

Während der Interphase nimmt die Zellgrösse zu. Die DNA der Chromosomen wird repliziert und das Centrosom verdoppelt.

• Kondensation der Chromosomen

• Aufbau der Mitosespindel

• noch haben die

  Spindelmikrotubuli keinen Zugang zu den kondensierten Chromosomen, da die Kernhülle noch intakt ist

• Auflösung der Kernhülle

• Anheftung der Chromosomen

  an die Mitosespindel

• Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an

• Die Chromosmen sind deutlich in ihre beiden Chromatiden gespalten, welche jedoch immer noch durch das Centromer zusammengehalten werden.

• Die Spindelfaser des Spindelapparates nehmen mit den Chromosomen Kontakt auf. Am Schluss ist jedes Chromosom mit einer Faser des einen und des anderen Spindelpols verbunden.

• Durch Zertrennung des Centromers werden die Chromsomen geteilt (zerfällt in die beiden Chromatiden).

• Die jeweiligen Chromatiden rücken auseinander. Die Chromatiden werden durch die Spindelfasern je an einen Spindelpol gezogen.

• Rückbildung des Spindelapparates

• Umwandlung der Chromatiden in Chromatinfäden, es entsteht in beiden Zellpolen ein Chromatingerüst.

• Es bildet sich ein Kern um jedes Chromatingerüst.

• Durch die Neubildung von Zellmembranen teilt sich die Zelle in der Region der Äquatorialebene.

• besteht aus Mikrotubulifasern

• Spindelapparat setzt sich aus den Centrosomen, den Spindelfasern und den Astralmikrotubuli zusammen (kurze Mikrotubuli)

• Zusammenbau der Mikrotubuli beginnt während der Prophase amCentrosom

Im Bereich der Furche liegt ein kontraktiler Ring aus Mikrofilamenten (Aktin-Myosin- Ring) welcher sich zusammenzieht, bis die Furche so gross ist, dass sich die Zellen voneinander abgeschnürt haben.

Die Cytoskinese in Pflanzenzellen läuft anders ab. Es gibt keine Teilungsfurche, dafür wird im Innern eine Zellplatte aus Zellwandmaterial (vereinigte Vesikel die vom Golgi-Apparat stammen) gebildet, welche das Zellplasma für die zwei Tochterzellen trennt.

Später wird daraus dann eine neue Zellwand gebaut und so werden die Tochterzellen endgültig getrennt.

Es muss gewährleistet werden, dass alle Prozesse in der richtigen Reihenfolge ablaufen, und die externen und internen Bedingungen für die Teilung erfüllt sind.

Fehler führen häufig zu Tumoren!

Kontrolle wird durch spezifische Proteine, wie Zykline und Zyklin- abhängige Kinasen (Cdk‘s), und Wachstumsfaktoren reguliert.

Kontrollpunkte werden als „Checkpoints“ bezeichnet

1.M-G1-Phase:
Chromosomen komplett getrennt?

2. G1-S-Phase:
-Zellgröße?
-Umweltbedingungen (Nährstoffe

oder Wachstumsfaktoren) in Ordnung?

-DNA beschädigt?

3. S-G2-Phase: Übergang

4. G2-M-Phase: -Zellgröße? -DNA repliziert?

• Meiose für Bildung von Keimzellen, damit sie haploid

werden

• Meiose I = Reduktionsteilung

• Meiose II = Mitose

• Der diploide Chromosomensatz wird zum haploiden

reduziert

• Es entstehen 4 Tochterzellen, die je den halben

Chromosomensatz der Ursprungszelle enthält.

Prophase I:

• Chromosomen verdichten sich.

• Die homologen Chromosomen (jede besteht aus 2 Schwesterchromatiden)

  paaren sich und tauschen Stücke aus.

Metaphase I

• • Die Chromatiden sind auf der Metaphasenplatte angeordnet.
  • Fasern von beiden Polen nehmen Kontakt mit den Chromosomen auf

.Anaphase I
• Der Spindelapparat transportiert die Chromosomen zu den Polen.

• Die Schwesterchromatiden bleiben jedoch durch das Centromer miteinander

verbunden.

Telophase I

• An den Polen sammeln sich je die haploiden Sätze, jedes Chromosombesteht aber immer noch aus zwei Chromatiden.

• Zelle wird geteilt.

dauert lange, 5 Stadien Aneinanderlagerung der homologen Chromosomen zum synaptonemalen Komplex

1. 2. 3. 4. 5.

1. Leptotän (erste Spiralisierung der Chromosomen; an Kernmembran fixiert)
2. Zygotän (Paarung homologer Chromosomen; Bildung des synaptonemalen Komplexes)

3. Pachytän (Unterteilung in zwei Chromatiden sichtbar (Tetrade); Crossing-over)

4.Diplotän (Parallelanordnung lockert sich; Kreuzungsstellen als Chiasmata sichtbar)

5. Diakinese (Chromosomen haben maximale Kondensation; Auflösung der Kernmembran

Prophase II

• Es bildet sich ein neuer Spindelapparat
• Die Chromosomen bewegen sich zur Metaphaseplatte

Metaphase II
• Chromosomen ordnen sich wie bei der Mitose an, wobei die

Schwesterchromatiden der Chromosomen zu den

entgegengesetzten Polen zeigen.

Anaphase II

• Schwesterchromatiden trennen sich am Centromer und bewegensich zu den entgegengesetzten Polen. Sie sind jetzt individuelle Chromosomen geworden.

Telophase II

• An den beiden Zellpolen bilden sich die Kerne
• Es existieren nun 4 Tochterzellen mit je einem haploiden

Chromosomensatz.

Mitose: 

Zahl der Zellteilungen: 

• 1 (Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase)

Chromosomensatz zu Beginn der Teilungsvorgänge:

• Säuger diploid (verdoppelt)

Dauer der Prophase 

• kurz

Endergebnis (Zahl der Tochterzellen, Chromosomenzahl)

• 2, jede diploid

Meiose:

Zahl der Zellteilungen

• 2 (jeweils bestehend aus Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase)

Chromosmensatz zu Beginn der Teilungsvorgänge: 

• diploid, verdoppelt

Dauer der Prophase:

• deutlich länger

Endergebnis (Zahl der Tochterzellen, Chromosomenzahl)

• 4, haploid

• Freie Rekombination der Chromosomen

• In der Metaphase I ist es zufällig, welches Chromosom des homologen Paares gegen welchen Pol ausgerichtet ist -> zufällige Verteilung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen.

• Inter- und intrachromosomale Rekombination in der Meiose: neue Mischung, neue Eigenschaften

• Sexuelle Fortpflanzung: Variabilität

• Variabilität und Selektion als Grundlage der Evolution neuer Arten

• Forschung genetischer Manipulation

• Crossing over

•  In der Prophase I entstehen Chromosomen, die ein einzigartiges Gemisch aus väterlichem und mütterlichem Material darstellen.

• Zufällige Befruchtung

• Wenn jeder Elternteil 2n verschiedene Gameten erzeugen kann, so produzieren die Eltern zusammen eine Zygote,

Nondisjunction:

Bei der Meiose I trennt sich ein homologes Chromosomenpaar oder in der Meiose II ein Schwesterchromatidenpaar nicht.

• –  Eines der vier Gameten erhält zwei Chromosomen desselben TypsNach Befruchtung wird dies als Aneuploidie bezeichnet

• –  Ein anderer Gamet geht leer ausMonosomie

  Trisomien und Monosomien führen in den meisten Fällen nicht zu überlebensfähigen Individuen, da die bei der Trisomie die Balance der Genprodukte gestört ist und bei der Monosomie die Auswirkung letaler Gene nicht kompensiert werden kann.

Aneuploidie:

Down-Syndrom (Trisomie 21)
– 3KopiendesChromosoms21,

Häufigkeit 1:700

– körperliche Anomalien, geistige Retardierung

Polyploidie:

Organismen welche mehr als zwei vollständige Chromosomensätze besitzen, z.B. die Viscacha-Ratte aus Agentinien.

Polyploide sind allgemein vom Aussehen her „normaler“ alsAneuploide. Offensichtlich stört ein zusätzliches (oder fehlendes) Chromosom die genetische Balance weit mehr als ein zusätzlicher vollständiger Chomosomensatz.

- alle ausser Sperme- und Eizellen

- 23 Chromosomenpaare 

alle "Nicht- geschlechtschromosomen", also alle ausser X und Y

die beidne Chromosomen, die ein Paar bilden, tragen die Information für dasselbe (ausgenommen Geschlechtschromosomen)

Sperma- und Eizellen, haben 22 Autosomen +1 Geschlechtschromosom, haploide Zellen

Befruchtung; Verschmelzen von Eizelle und Sperma, führt zur Zygote (diploid)

Ausstattung der Zelle mit DNA, der genetischen Information

DNA- Protein- Komplex, kontrolliert die Aktivität der Gene

Kernteilung

Teilung des Cytoplasma

Variation der Mitose, bei der die Tochterzellen nur die Hälfte der elterlichen Chromosomen erhalten,  Geschieht nur in den Geschlechtsorganen

• Fortpflanzung
• Erneuerung
• Wundheilung
• Regeneration

Findet während der Embryonalentwicklung, im Wachstum und zur Zellerneuerung statt.

Bei der Vermehrung von Zellen wechseln sich Zellwachstum (kontinuierlich) und Zellteilung (diskontinuierlich) ab.

Den Ablauf der Zellteilung ist ein wiederkehrender zyklischer Prozess à Zellzyklus

Regulation der Zellteilung:

• –  bezüglich Zellwachstum und DNA-Replikation sorgfältig reguliert und koordiniert

• –  in allen Eukaryotenzellen, von der Hefe bis zu den Säugerzellen, über eine Serie von Proteinkinasen gesteuert, die genetisch konserviert sind.

• –  In höheren Eukaryoten über Wachstumsfaktoren gesteuert, so dass Zellen nach Bedarf produziert werden können.

• G1
• S
• G2
• M

Zellwachstum und Vorbereiten der Chromosomen für die Replikation

DNA-Synthese zur Verdoppelung des Genoms

Zellwachstum und Synthese von Proteinen für die Mitose.

Mitose

In den Chromosomen ist die DNA um Histone gewickelt. Die so entstandene Kette ist wiederum in sich selbst verdreht und ist zu dem für Chromosome typischen x-förmigen Paket zusammengewickelt. Eine hohe Verpackungsdichte der DNA ist erreicht: der zuvor 5cm lange DNA-Strang ist auf eine Länge von weniger als 5um verkürzt (Faktor 104)!