Vermehrung der Zellen, Meiose und sexuelle Entwicklungszyklen

Bei der Kernteilung (Mitose und Meiose) auftretende fädige Struktur des Cytoskeletts. Er besteht aus Spindelfasern, die aus parallel orientierten Mikrotubuli aufgebaut sind. Die Spindelfasern gehen von je einem Pol aus, an dem sich Centriolen befinden. (Bei höheren Pflanzen fehlen Centriolen).

Die Spindelfasern sind bei der Kernteilung für den Transport der Chromosomen zu den Polen verantwortlich.

Änderung der Anzahl Chromosomensätze in einem Kern:

Wechsel von haploider und diploider Phase innerhalb eines Entwicklungsganges. Bei der sexuellen Fortpflanzung gibt es immer einen Kernphasenwechsel, da zumindest die Gameten haploid sind und die Zygote diploid.

Gesamtheit der Erbanlagen (Gene) eines Individuums.

Konkrete Ausprägung eines Individuums in Gestalt, Bau und Funktion, wie sie sich als Ergebnis des Genotypus und der jeweiligen Umwelt darstellt.

Die Interphase lässt sich in drei Abschnitte unterteilen, die G1-Phase, die S-Phase und die G2-Phase.

Während der G1-Phase wächst die Zelle zur ursprünglichen Grösse heran und die Entscheidung über eine weitere Zellteilung wird gefällt. Wird der Kontrollpunkt 1 überschritten, ist die betreffende Zelle dazu bestimmt, wieder eine Mitose durchzuführen, d.h. den Zellzyklus ein weiteres Mal zu durchlaufen. Wird der Kontrollpunkt dagegen nicht überschritten, teilen sich Kern und Zelle nicht weiter und es erfolgt die Differenzierung zu einer Gewebe- oder Dauerzelle (G0-Phase).

Auf die G1-Phase folgt die S-Phase, während der die DNA repliziert wird. Bei diploiden Organismen besitzt jede somatische Zelle nach der S-Phase einen doppelten Satz von Zwei-Chromatiden-Chromosomen. Das bedeutet, dass jedes Gen in vierfacher Ausfertigung vorliegt.

Auf die kurze G2-Phase (postsynthetische Phase) folgt die Kernteilung (Mitose) und danach die Teilung des Cytoplasmas.

1. Frühe Prophase

2. Späte Prophase

3. Metaphase

4. Anaphase

5. Telophase

2. Prophase

1. und 6. Interphase

4. Anaphase

3. Metaphase

5. Telophase

Teilt sich ein einzelliger Organismus so bilden sich zwei Tochterorganismen, welche mit dem Mutterorganismus genetisch identisch sind. Damit hat sich das Lebewesen durch Zellverdoppelung fortgepflanzt.

Durch umfangreiche Zellteilungen können auch Pflanzen, z.B. durch Stecklinge, Nachkommen erzeugen, die mit dem Mutterorganismus ebenfalls genetisch identisch sind. Bei den beiden genannten Beispielen handelt es sich um ungeschlechtliche Fortpflanzung (asexuelle oder vegetative Fortpflanzung).

Bei der sexuellen Fortpflanzunh hingegen entwickeln sich Lebewesen, welche sich genetisch von den Elternorganismen unterscheiden. Sie entstehen aus einer einzigen Zelle, der Zygote, die aus der Verschmelzung von zwei Gameten (Geschlechtszellen) hervorgegangen sind. Sie wird Zygote genannt. Aus der Zygote entsteht über viele Zellteilungen hinweg ein ausgewachsener Organismus. Auch im ausgewachsenen Zustand sorgt die Zellteilung für Erneuerung, Wundheilung und Regeneration des Organismus.

Die Anzahl der Chromosomen in einer Zelle ist artcharakteristisch und kann selbst bei nah verwandten Pflanzen- und Tierarten verschieden sein.

Körperzellen (somatische Zellen) von Menschen und Tieren enthalten normalerweise jedes Chromosom in doppelter Ausführung. Solche Chromosomenpaare haben dieselbe Länge und Form und heissen homologe Chromosomen. Der Organismus weist somit zwei Chromosomensätze auf, er ist diploid (2n). Je ein Chromosomensatz stammt vom mütterlichen bzw. väterlichen Organismus. Generative Zellen, auch Gameten genannt (Eizellen, Spermazellen, Pollenzellen) haben nur einen Chromosomensatz, sie sind haploid (1n). Beim Menschen zählt der haploide Chromosomensatz 23 Chromosomen. 22 Chromosomen sind nicht geschlechtsbestimmend (=Autosomen). Das 23.Chromosom ist geschlechtsbestimmend (=Geschlechtschromosom). Frauen haben in ihren Körperzellen jeweils zwei identische Geschlechtschromosomen (XX), Männer zwei verschiedene (XY). =46 Chromosomen in jeder menschl. Körperzelle

- Desoxyribonukleinsäure (DNA), der Erbsubstanz

- Histonproteinen, die dem Chromosom seine Struktur geben und zur Steuerung der Genaktivität beitragen

Der Komplex aus DNA und Histonproteinen heisst Chromatin.

- Chromatinorganisation aus einer Ketter von Nukleosomen ("Perlenkettenstruktur")

- Die Kette von Nukleosomen ist ihrerseits spiralförmig aufgewickelt und bildet Chromatinfasern.

- Während der Zellteilung werden die Chromatinfasern zusätzlich mehrfach schraubenartig gepackt, um die erforderliche Verkürzung zu erreichen. Im Mikroskop sind die Chromosomen dann typischerweise als X-förmige Strukturen erkennbar. Diese kondensierte Erscheinungsform der Chromosomen (Zwei-Chromatiden-Chromosomen) wird Transportform genannt.

Nach der Zellteilung dekondensieren die Chromosomen und sind somit im Lichtmikroskop nicht mehr sichtbar. Die Chromosomen liegen nun in der Arbeitsform vor. Chromatinfäden erscheinen im Kern als mehr oder weniger grob gekörnte Struktur.

- Reduktion der Chromosomenzahl um die Hälfte, damit die Chromosomenzahl bei sexueller Fortpflanzung mit Gametenverschmelzung über Generationen hinweg konstant gehalten werden kann.

- Schaffung eines grossen Angebotes genetisch verschiedener Individuen durch Crossing-over und Neukombination der Chromosomen.

Die Meiose besteht aus zwei Kernteilungen, die unmittelbar nacheinander ablaufen. Bei der ersten Kernteilung, auch erste Reifeteilung (RT I) oder Meiose I genannt, wird der Chromosomensatz von diploid auf haploid reduziert. Während diesem Teilungsschritt findet das Crossing-over statt. Die beiden resultierenden Tochterzellen sind haploid.

Unmittelbar nach der Meiose I folgt (ohne Interphase) die zweite Kernteilung, auch zweite Reifeteilung (RT II) oder Meiose II genannt. Sie verläuft wie eine normale Mitose. Aus einer meiotisch sich teilenden diploiden Zelle gehen somit vier haploide Tochterzellen hervor.

- Die haploiden Gameten verschmelzen zur Zygote (Kernphasenwechsel), welche die einzige diploide Zelle im Zyklus darstellt.

- Die Zygote teilt sich meiotisch: zygotischer Kernphasenwechsel

- Die aus der Meiose hervorgehenden haploiden Meiosporen bilden über Mitosen je einen haploiden vielzelligen Organismus, welcher später wieder mitotisch haploide Gameten entstehen lässt. Damit ist der Zyklus geschlossen.

- Beispiele:

Erdgeschichtlich alte Algengruppen, die meisten Pilze und manche Protisten.

- Die haploiden Gameten verschmelzen zur diploiden Zygote (Kernphasenwechsel).

- Aus der Zygote entsteht über Mitosen die diploide Diplontengeneration. Auf dieser entstehen durch Meiose (Kernphasenwechsel) haploide Meiosporen. Weil die diploide Generation Sporen hervorbringt, nennt man sie sporenbildende Generation oder Sporophyt.

- Die Meiosporen teilen sich mitotisch und bilden über weitere Mitosen die Haplontengeneration aus. Aus dieser haploiden Generation entstehen ebenfalls durch Mitosen haploide Gameten. Sie wird deshalb auch gametenbildende Generation oder Gametophyt genannt. Der Zyklus wird daduch geschlossen und startet neu mit einer Gametenverschmelzung.

- Beispiele:

einige Algen, alle Moose, Farne und Samenpflanzen

- Die haploiden Gameten verschmelzen zur diploiden Zygote (Kernphasenwechsel).

- Durch Mitosen bildet sich ein diploider Organismus, der Diplont

- Die Meiose läuft während der Bildung der Gameten ab, die sich vor der Gametenverschmelzung nicht mehr teilen. Die einzigen haploiden Stadien im Zyklus sind die Gameten.

- Beispiele:

Menschen, sowie auch Tiere und Protisten

Menschen, sowie auch Tiere und Protisten

einige Algen, alle Moose, Farne und Samenpflanzen

Erdgeschichtlich alte Algengruppen, die meisten Pilze und manche Protisten

Die Protisten (Protista) sind eukaryotische, ein- bis wenigzellige Lebewesen, die aber nicht näher miteinander verwandt sind. Zu den Protista zählen ein- oder wenigzellige Algen, Schleimpilze und Protozoen.

intra = innerhalb der Chromosomen

In der Prophase I paaren sich die homologen Chromosomen. Darauf folgt der Austausch von sich entsprechenden DNA-Abschnitten zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Dieser Vorgang wird je nach Lehrbuch als homologe Rekombination, Crossing over oder Crossover bezeichnet.

inter = zwischen den Chromosomen

In der Metaphase I und Anaphase I werden die homologen Chromosomen getrennt, wobei väterliche und mütterliche Chromosomen rein zufällig auf die beiden Tochterkerne verteilt werden.

Die zufällige Verteilung der väterlichen und mütterlichen Chromosomen zusammen mit dem Crossingover führen zu einer enromen genetischen Variabilität zwischen den verschiedneen Keimzellen. Diese Variabilität bewirkt bei der Nachkommenschaft neue Genotypen und Phaenotypen.

Mitose: Eine; Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase

Meiose: Zwei (RT I +II); Prophase, Meta‐phase, Anaphase und Telophase

Mitose: Finden nicht statt.

Meiose: Finden während Prophase I statt.

Mitose: Einchromatidenchromosomen wandern (zu den Polen)

Meiose: Anaphase I: Zweichromatiden‐ chromosomen wandern Anaphase II: Einchromatiden‐ chromosomen wandern

Mitose: 2; jede ist genetisch identisch mit der Elternzelle

Meiose: 4 haploide Zellen, genetisch verschieden; genetisch nicht identisch mit der Elternzelle

Mitose: Produktion von Zellen für Entwicklung, Wachstum und Geweberegeneration

Meiose: Reduziert Chromosomenzahl auf die Hälfte, sorgt für genetische Variabilität