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Kombinationsmöglichkeiten in der Telophase 1 der Meiose

Kombinationsmöglichkeiten in der Telophase 1 der Meiose


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Wie ihr vielleicht schon wisst

Meiose ist der Prozess bei eukaryotischen, sich sexuell fortpflanzenden Tieren, der die Anzahl der Chromosomen in einer Zelle vor der Fortpflanzung reduziert $^{[1]}$

Einer der Gründe, warum die Meiose in der Evolution so wichtig war, ist Variation.

Wie mein Lehrer immer sagte: Die Natur würfelt… - Es ist die Magie der Genetik; zwei völlig unterschiedliche Personen könnten dieselben Eltern haben.

Also hier die Frage:

Angenommen, wir haben eine Zelle mit vier Chromosomen (zwei Paare von homologen Chromosomen) in der Prophase 1. Ich habe alle möglichen Kombinationen gezeichnet, die passieren könnten - diese werden zufällig ausgewählt - in der Telophase 1.

Gibt es eine genetische Störung (nicht nur beim Menschen), bei der die vier Anfangschromosomen in der Telophase in zwei Teile gespalten sind, von denen jeder ein paar homologe Chromosomen enthält? D.h. (bezogen auf das Bild) ist die Kombination $(color{rot}{rot}+color{blau}{blau})(color{grün}{grün}+schwarz)$ in der Telophase 1 möglich?

$$$$ $^{[1]}$ Zitat von https://biologydictionary.net/meiosis/


Wenn die homologen Chromosomen während der Meiose nicht richtig getrennt werden, entweder durch Einfügen einer zusätzlichen Kopie eines Chromosoms oder durch Einfügen von Nullkopien eines Chromosoms, werden Gameten "neuploid" und folglich eine Zygote, die aus dieser Gamete resultiert, eine zusätzliche oder fehlendes Chromosom.

Für den Menschen sind die meisten Aneuploidien zu einem bestimmten Zeitpunkt der frühen Entwicklung vollständig tödlich, sodass es bei Lebendgeburten keine assoziierte genetische Störung gibt.

Eine häufige Aneuploidie, die für den Embryo nicht tödlich ist, ist eine zusätzliche Kopie von Chromosom 21; Dies verursacht das Down-Syndrom.


4.1: Meiose

  • Von Stefanie West Leacock
  • Dozent (Biologie) an der University of Arkansas in Little Rock
  • Beschreiben und zeichnen Sie die wichtigsten Ereignisse und Stadien der Meiose, die zu haploiden Gameten führen.
  • Denken Sie daran, dass sich homologe Chromosomen während der Meiose I (einer Reduktionsteilung) und dass sich Schwesterchromatiden während der Meiose II (einer Gleichungsteilung) trennen.
  • Vergleichen Sie Mitose und Meiose.
  • Vergleichen Sie die Prozesse der Oogenese und Spermatogenese beim Menschen, einschließlich der Chromosomenkomplemente der Gameten.

Die meisten Eukaryoten replizieren sich sexuell – eine Zelle eines Individuums verbindet sich mit einer Zelle eines anderen, um die nächste Generation zu erschaffen. Damit dies gelingt, müssen die fusionierenden Zellen halb so viele Chromosomen enthalten wie im erwachsenen Organismus. Andernfalls würde sich die Anzahl der Chromosomen mit jeder Generation verdoppeln! Die Reduzierung der Chromosomenzahl wird durch den Prozess der Meiose. Bei der Meiose gibt es normalerweise zwei Schritte, Meiose I und II. Bei der Meiose I segregieren die homologen Chromosomen, während bei der Meiose II die Schwesterchromatiden segregieren. Die meisten vielzelligen Organismen nutzen die Meiose, um Gameten, die Zellen, die zu Nachkommen verschmelzen. Einige einzellige Eukaryoten wie Hefe verwenden ebenfalls Meiose.

Die Meiose beginnt ähnlich wie die Mitose (eine Zelle hat ihre Chromosomen repliziert und ist groß genug, um sich zu teilen), erfordert jedoch zwei Teilungsrunden. Bei der ersten, als Meiose I bekannt, trennen sich die homologen Chromosomen und segregieren. Während der Meiose II trennen sich die Schwesterchromatiden und segregieren. Beachten Sie, wie Meose I und II beide in Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase unterteilt sind. Nach zwei Zytokinese-Runden werden vier Zellen produziert, jede mit einer einzelnen Kopie jedes Chromosoms.

Die Meiose ist in zwei Stadien unterteilt, die mit den römischen Ziffern I (eins) und II (zwei) bezeichnet werden. Meiose I heißt a reduzierend Teilung, weil es die Anzahl der Chromosomen verringert, die von jeder der Tochterzellen vererbt werden. Meiose I wird weiter unterteilt in Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I, die den entsprechenden Stadien der Mitose grob ähneln, außer dass in Prophase I und Metaphase I homologe Chromosomen miteinander paaren, oder Synapse, und heißen zweiwertige. Dies ist ein wichtiger Unterschied zwischen Mitose und Meiose, da er die Segregation von Allelen beeinflusst und auch die Rekombination durch Crossing-over ermöglicht, wie später beschrieben wird. Während der Anaphase I wandert ein Mitglied jedes Paares homologer Chromosomen zu jeder Tochterzelle (1N). Meiose II ähnelt der Mitose, wobei sich ein Schwesterchromatid von jedem Chromosom trennt, um zwei Tochterzellen zu produzieren. Da die Meiose II wie die Mitose zur Segregation von Schwesterchromatiden führt, wird Meiose II als An . bezeichnet gleichberechtigt Aufteilung.

Meiose I

Bei der Meiose I replizierte ich, homologe Chromosomen paaren sich oder bilden eine Synapse während des Pachytänstadiums der Prophase I, richten sich während der Metaphase I in der Mitte der Zelle aus und trennen sich während der Anaphase I. Dazu müssen die homologen Chromosomen gebracht werden zusammen, während sie während der Prophase I kondensieren. Diese Bindungen werden auf zwei Arten gebildet. Proteine ​​binden über ihre gesamte Länge an beide homologen Chromosomen und bilden die synaptonemaler Komplex (Synapse bedeutet Kreuzung). Diese Proteine ​​halten die Chromosomen in einer vorübergehenden Struktur namens a bivalent. Die Proteine ​​werden beim Eintritt der Zelle in die Anaphase I freigesetzt, so dass die homologen Chromosomen getrennt werden können.

Abbildung (PageIndex<1>): Die Meiose ist ein Prozess, bei dem sich eine diploide Zelle in 4 haploide Zellen teilt. Am Ende der Meiose gibt es vier genetisch unterschiedliche Zellen. Das Diagramm zeigt die Meiose als nichtzyklischen Prozess. (CC VON Marek Kultys über https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Meiosis_diagram.jpg)

Chromosomenkondensation während der Meiose

Mit fortschreitender Meiose wird Chromatin zunehmend kondensiert. Bei einigen Organismen wird die DNA so kondensiert, dass sie unter dem Mikroskop als DNA-Fleck statt als Linie erscheint. Wie Sie von kondensiertem Chromatin erwarten können, tritt während dieser Meiosestadien nur eine geringe Transkriptionsaktivität auf, sodass Zellen die benötigten mRNAs vor der Meiose produzieren müssen.

Abbildung (PageIndex<2>): Die DNA-Färbung während der Meiose bei Arabidopsis zeigt einen zunehmenden Grad der Chromosomenkondensation in verschiedenen Stadien der Prophase I (A-C). Nachfolgende Phasen der Meiose sind Metaphase I (D), Telophase I (E), Metaphase II (F), Anaphase II (G) und Telophase II (H). (Copyright CC von Chelysheva et al. (2008) Das Arabidopsis BLAP75/Rmi1-Homolog spielt eine entscheidende Rolle bei der meiotischen Doppelstrangbruchreparatur. PLoS Genet 4(12): e1000309.)

Homologe Rekombination

Innerhalb des synaptonemalen Komplexes findet während der Prophase 1 eine homologe Rekombination oder ein Crossing-Over statt. Dies sind Stellen, an denen DNA-Endonukleasen zwei Nicht-Schwester-Chromatiden an ähnlichen Stellen brechen und dann Nicht-Schwester-Chromatiden kovalent wieder zusammenfügen, um eine Kreuzung zwischen Nicht-Schwester-Chromatiden (4.1.1: Homologe Rekombination) zu erzeugen. Diese Reorganisation der Chromatiden wird für den Rest der Meiose bestehen bleiben und zur Rekombination von Allelen in den Gameten führen.

Crossovers dienen dazu, homologe Chromosomen während der Meiose I zusammenzuhalten, damit sie sich erfolgreich segregieren.

Meiose II

Am Ende der Meiose I liegen zwei haploide Zellen mit jeweils einer replizierten Kopie jedes Chromosoms (1n) vor. Da von jedem Homolog nur eine Kopie vorhanden ist, werden keine Bivalente gebildet. In der Metaphase der Meiose II werden die Chromosomen wieder in die Mitte der Zelle gebracht, aber diesmal sind es die Schwesterchromatiden, die sich während der Anaphase II trennen.

Nach der Zytokinese gibt es vier Zellen, von denen jede nur ein nicht repliziertes Chromosom jedes Typs enthält. Meiose II ähnelt der Mitose insofern, als die Anzahl der Chromosomen pro Zelle unverändert ist - beide sind gleichberechtigt Zellteilungen &ndash aber bei der Meiose II haben alle vier Zellen eine unterschiedliche genetische Zusammensetzung. Es wird allelische Unterschiede zwischen den Gameten geben.


Kombinationsmöglichkeiten in der Telophase 1 der Meiose - Biologie

3.3.1 Ein diploider Kern teilt sich durch Meiose, um vier haploide Kerne zu produzieren.

Meiose tritt bei der Produktion von Gameten für die sexuelle Fortpflanzung bei Tieren auf (Sporen bei Pflanzen). Meiose tritt in zwei Stadien auf: Meiose I und Meiose II.

Meiose I beinhaltet die Bildung von 2 haploiden Zellen aus einer diploiden Zelle. Die erste Stufe ist die Prophase I. Während der Metaphase I reihen sich die homologen Chromosomen Seite an Seite. In der Anaphase I werden homologe Chromosomen getrennt und wandern zu entgegengesetzten Polen. Die Zelle teilt sich während der Telophase I in zwei Teile, um zwei haploide Zellen zu produzieren.

Meiose II ist der Mitose sehr ähnlich, außer bei haploiden Zellen. In der Prophase II bilden sich Spindelfasern zurück. In der Metaphase II reihen sich die Chromosomen in der Mitte der Zelle auf. Die Schwesterchromatiden werden in der Anaphase II auseinandergezogen und die Zelle teilt sich in der Telophase II erneut in zwei Teile. Die Chromosomenzahl bleibt durchgehend gleich.

Somit bildet eine diploide Zelle durch Meiose vier genetisch unterschiedliche haploide Zellen.

3.3.2 Die Halbierung der Chromosomenzahl ermöglicht einen Sexuallebenszyklus mit Verschmelzung von Gameten.

Gameten sind Geschlechtszellen, das Sperma und das Ei. Gameten sind haploid, was bedeutet, dass sie nur eine genetische Information haben. Wenn sich also zwei Gameten während der sexuellen Fortpflanzung befruchten, bilden sie eine Zelle mit einer diploiden Chromosomenzahl.

Wenn durch ein seltsames Ereignis zwei diploide menschliche Gameten befruchtet würden, dann hätten Sie eine Person mit 92 Chromosomen, was ziemlich unmöglich ist.

3.3.3 DNA wird vor der Meiose repliziert, sodass alle Chromosomen aus zwei Schwesterchromatiden bestehen.

Dies verdoppelt im Wesentlichen die Chromosomenzahl

3.3.4 Die frühen Stadien der Meiose beinhalten die Paarung homologer Chromosomen und das Überkreuzen, gefolgt von der Kondensation.

Nicht-Schwester-Chromatiden stammen von verschiedenen Chromosomen, sind aber zueinander homolog. Das Chiasma ist der Ort, an dem sich die Chromosomen während der Prophase-I . verbinden

Während der Prophase I paaren sich homologe Chromosomen zu Tetraden (bivalenten) in einem Prozess, der Synapse genannt wird. Eine Überkreuzung tritt dann zwischen Tetraden auf, wenn genetische Informationen zwischen Nicht-Schwesterchromatiden ausgetauscht werden. Dies führt zu genetischer Vielfalt

3.3.5 Die Orientierung von Paaren homologer Chromosomen vor der Trennung ist zufällig.

Organismen, die sich sexuell fortpflanzen, haben einen Chromosomensatz von ihrer Mutter und einen homologen Satz von ihrer Mutter. Die Chromosomen beeinflussen die gleichen Eigenschaften, jedoch auf unterschiedliche Weise (blaue Augen, braune Augen). Während der Meiose-I, wenn sich die homologen Chromosomen trennen, ist nicht abzusehen, in welche Tochterzelle die homologen Chromosomen gehen.

3.3.6 Trennung von Paaren homologer Chromosomen in der ersten Teilung der Meiose halbiert die Chromosomenzahl.

Dies liegt daran, dass sich die homologen Chromosomen in verschiedene Zellen aufteilen

3.3.7 Crossover und zufällige Orientierung fördern die genetische Variation.

Weil es im Grunde verschiedene DNA-Sätze mischt.

Die möglichen Kombinationen für die zufällige Orientierung beim Menschen sind ziemlich groß, tatsächlich gibt es 2^23 mögliche Kombinationen oder 107.3741.824 mögliche Orientierungen. (2 hoch der haploiden Chromosomenzahl)

3.3.8 Die Fusion von Gameten verschiedener Elternteile fördert die genetische Variation.

Sowohl der Vater als auch die Mutter haben durch Meiose produzierte Geschlechtszellen und somit eine Vielzahl einzigartiger Gameten mit einzigartigen Genomen. Und wenn die Gameten die Eizelle und das Sperma verschmelzen, das befruchtet wird, ist zufällig. Von den vielen Eizellen, die die Frau hat, und den Millionen Spermien, die Männer produzieren, sind die beiden, die befruchten werden, völlig zufällig. Und das führt auch zu genetischer Variation

3.3.9 Nicht-Disjunktion kann das Down-Syndrom und andere Chromosomenanomalien verursachen.

Während der Anaphase-I oder Anaphase-II ist es möglich, dass sich homologe Chromosomen nicht trennen. Dies bedeutet, dass ein zusätzliches Chromosom in eine Zelle eindringt und eine andere ein Chromosom weniger hat. Dies wird als Nicht-Disjunktion bezeichnet und kann zu Chromosomenanomalien wie dem Down-Syndrom führen.

Das Down-Syndrom tritt auf, wenn eine Person ein zusätzliches Chromosom 21 (insgesamt 47) hat. Dies liegt daran, dass entweder das Spermium oder die Eizelle, die während der Befruchtung verschmolzen sind, 24 statt 23 Chromosomen hatte.

3.3.10 Studien, die zeigen, dass das Alter der Eltern die Wahrscheinlichkeit einer Nichtdisjunktion beeinflusst.

Studien zeigen, dass je älter die Eltern sind, desto höher sind die Chancen auf Nicht-Disjunktion. Dies bedeutet, dass ältere Eltern eine höhere Chance haben, Nachkommen mit genetischen Anomalien zu bekommen

3.3.11 Beschreibung der Methoden zur Gewinnung von Zellen für die Karyotypanalyse, z.B. Chorionzottenbiopsie und Amniozentese und die damit verbundenen Risiken.

3.3.12 Zeichnen von Diagrammen, um die Stadien der Meiose zu zeigen, die zur Bildung von vier haploiden Zellen führen.


Prometaphase I

Das Schlüsselereignis in der Prometaphase I ist die Anheftung der Spindelfasermikrotubuli an die Kinetochorproteine ​​an den Zentromeren. Kinetochore-Proteine ​​sind Multiproteinkomplexe, die die Zentromere eines Chromosoms an die Mikrotubuli der mitotischen Spindel binden. Mikrotubuli wachsen aus Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs). In tierischen Zellen sind MTOCs Zentrosomen, die sich an gegenüberliegenden Polen der Zelle befinden. Die Mikrotubuli von jedem Pol bewegen sich zur Mitte der Zelle und heften sich an eines der Kinetochore der beiden fusionierten homologen Chromosomen. Jedes Mitglied des homologen Paares heftet sich an einen Mikrotubulus, der sich von entgegengesetzten Polen der Zelle aus erstreckt, so dass in der nächsten Phase die Mikrotubuli das homologe Paar auseinander ziehen können. Eine Spindelfaser, die an einem Kinetochor befestigt ist, heißt a Kinetochor-Mikrotubulus. Am Ende der Prometaphase I ist jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen angebracht, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden noch an der Chiasmata zusammengehalten. Außerdem ist die Kernmembran vollständig aufgebrochen.


Meiose I

Der Meiose geht eine Interphase bestehend aus G1, S und G2 Phasen, die nahezu identisch mit den Phasen vor der Mitose sind. Das G1 Phase (die „erste Lückenphase“) konzentriert sich auf das Zellwachstum. Während der S-Phase – der zweiten Phase der Interphase – kopiert die Zelle oder repliziert die DNA der Chromosomen. Endlich im G2 Phase (die „zweite Lückenphase“) durchläuft die Zelle die letzten Vorbereitungen für die Meiose.

Während der DNA-Duplikation in der S-Phase wird jedes Chromosom repliziert, um zwei identische Kopien zu erzeugen.Schwesterchromatiden die am Zentromer durch Cohesinproteine ​​zusammengehalten werden, die die Chromatiden bis zur Anaphase II zusammenhalten.

Prophase I

Zu Beginn der Prophase I, bevor die Chromosomen mit dem Mikroskop klar zu erkennen sind, werden die homologen Chromosomen an ihren Spitzen durch Proteine ​​an die Kernhülle angehängt. Wenn die Kernhülle zu zerfallen beginnt, bringen die mit homologen Chromosomen assoziierten Proteine ​​das Paar näher zusammen. Denken Sie daran, dass sich bei der Mitose homologe Chromosomen nicht paaren. Der synaptonemale Komplex, ein Proteingitter zwischen den homologen Chromosomen, bildet sich zunächst an bestimmten Stellen und breitet sich dann über die gesamte Länge der Chromosomen aus. Die enge Paarung der homologen Chromosomen nennt man Synapse. Bei der Synapse sind die Gene auf den Chromatiden der homologen Chromosomen genau aufeinander abgestimmt. Der synaptonemale Komplex unterstützt den Austausch von Chromosomensegmenten zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden – ein Vorgang, der als Crossing-Over bezeichnet wird. Die Überkreuzung kann nach dem Austausch visuell beobachtet werden, da Chiasmata (Singular = Chiasma).

Auch wenn die X- und Y-Geschlechtschromosomen beim Menschen nicht vollständig homolog sind (d. h. die meisten ihrer Gene unterscheiden sich), gibt es einen kleinen Homologiebereich, der es den X- und Y-Chromosomen ermöglicht, sich während der Prophase I zu paaren. Ein partielles Synaptonemal Komplex entwickelt sich nur zwischen den Regionen der Homologie.

In Abständen entlang des synaptonemalen Komplexes befinden sich große Proteinaggregate, die als Rekombinationsknoten bezeichnet werden. Diese Anordnungen markieren die Punkte späterer Chiasmata und vermitteln den mehrstufigen Prozess des Crossovers – oder der genetischen Rekombination – zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden. In der Nähe des Rekombinationsknotens wird die doppelsträngige DNA jedes Chromatids gespalten, die abgeschnittenen Enden werden modifiziert und eine neue Verbindung zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden hergestellt. Mit fortschreitender Prophase I beginnt der synaptonemale Komplex abzubauen und die Chromosomen beginnen zu kondensieren. Wenn der synaptonemale Komplex verschwunden ist, bleiben die homologen Chromosomen am Zentromer und an den Chiasmata aneinander gebunden. Die Chiasmata bleiben bis zur Anaphase I. Die Anzahl der Chiasmata variiert je nach Art und Chromosomenlänge. Für eine korrekte Trennung der homologen Chromosomen während der Meiose I muss mindestens ein Chiasma pro Chromosom vorhanden sein, aber es können bis zu 25 sein. Nach dem Crossover bricht der synaptonemale Komplex zusammen und die Kohäsinverbindung zwischen homologen Paaren wird entfernt. Am Ende der Prophase I werden die Paare nur noch an der Chiasmata zusammengehalten. Diese Paare werden Tetraden genannt, weil die vier Schwesterchromatiden jedes Paares homologer Chromosomen jetzt sichtbar sind.

Die Crossover-Ereignisse sind die erste Quelle genetischer Variation in den durch Meiose erzeugten Kernen. Ein einziges Crossover-Ereignis zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden führt zu einem reziproken Austausch äquivalenter DNA zwischen einem mütterlichen Chromosom und einem väterlichen Chromosom. Wenn ein rekombinantes Schwesterchromatid in eine Gametenzelle bewegt wird, trägt es etwas DNA von einem Elternteil und etwas DNA von dem anderen Elternteil. Das rekombinante Chromatid weist eine Kombination aus mütterlichen und väterlichen Genen auf, die vor dem Crossover nicht existierten. Crossover-Ereignisse können fast überall entlang der Länge der synapsierten Chromosomen auftreten. Unterschiedliche Zellen, die eine Meiose durchlaufen, produzieren daher unterschiedliche rekombinante Chromatiden mit unterschiedlichen Kombinationen von mütterlichen und elterlichen Genen. Mehrere Kreuzungen in einem Arm des Chromosoms haben den gleichen Effekt, indem sie DNA-Segmente austauschen, um genetisch rekombinierte Chromosomen zu erzeugen.

Prometaphase I

Das Schlüsselereignis in der Prometaphase I ist die Anheftung der Spindelfasermikrotubuli an die Kinetochorproteine ​​an den Zentromeren. Kinetochore-Proteine ​​sind Multiproteinkomplexe, die die Zentromere eines Chromosoms an die Mikrotubuli der mitotischen Spindel binden. Mikrotubuli wachsen aus Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs). In tierischen Zellen sind MTOCs Zentrosomen, die sich an gegenüberliegenden Polen der Zelle befinden. Die Mikrotubuli von jedem Pol bewegen sich zur Mitte der Zelle und heften sich an eines der Kinetochore der beiden fusionierten homologen Chromosomen. Jedes Mitglied des homologen Paares heftet sich an einen Mikrotubulus, der sich von entgegengesetzten Polen der Zelle aus erstreckt, so dass in der nächsten Phase die Mikrotubuli das homologe Paar auseinander ziehen können.Eine Spindelfaser, die an einem Kinetochor befestigt ist, heißt a Kinetochor-Mikrotubulus. Am Ende der Prometaphase I ist jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen angebracht, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden noch an der Chiasmata zusammengehalten. Außerdem ist die Kernmembran vollständig aufgebrochen.

Metaphase I

Während der Metaphase I sind die homologen Chromosomen an der Metaphaseplatte angeordnet – etwa in der Mittellinie der Zelle, wobei die Kinetochore entgegengesetzten Polen gegenüberliegen. Die homologen Paare orientieren sich zufällig am Äquator. Wenn zum Beispiel die beiden homologen Mitglieder von Chromosom 1 markiert sind ein und B, dann könnten die Chromosomen a-b oder b-a aneinanderreihen. Dies ist wichtig, um die Gene zu bestimmen, die von einem Gameten getragen werden, da jeder nur eines der beiden homologen Chromosomen erhält. (Denken Sie daran, dass homologe Chromosomen nach der Überkreuzung nicht identisch sind. Sie enthalten geringfügige Unterschiede in ihrer genetischen Information, wodurch jeder Gamet eine einzigartige genetische Ausstattung hat.)

Die Zufälligkeit in der Ausrichtung der rekombinierten Chromosomen an der Metaphasenplatte, gekoppelt mit den Crossover-Ereignissen zwischen Nicht-Schwesterchromatiden, sind für einen Großteil der genetischen Variation bei den Nachkommen verantwortlich. Um dies weiter zu verdeutlichen, denken Sie daran, dass die homologen Chromosomen eines sich sexuell fortpflanzenden Organismus ursprünglich als zwei separate Sätze vererbt werden, einer von jedem Elternteil. Am Beispiel des Menschen ist ein Satz von 23 Chromosomen in der von der Mutter gespendeten Eizelle vorhanden. Der Vater liefert den anderen Satz von 23 Chromosomen im Spermium, das die Eizelle befruchtet. Jede Zelle der vielzelligen Nachkommen hat Kopien der ursprünglichen zwei Sätze homologer Chromosomen. In der Prophase I der Meiose bilden die homologen Chromosomen die Tetraden. In der Metaphase I reihen sich diese Paare in der Mitte zwischen den beiden Polen der Zelle auf, um die Metaphasenplatte zu bilden. Da eine Mikrotubulusfaser mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf ein mütterlich oder väterlich vererbtes Chromosom trifft, ist die Anordnung der Tetraden an der Metaphaseplatte zufällig. Somit kann jedes von der Mutter vererbte Chromosom einem der Pole zugewandt sein. Ebenso kann jedes väterlich vererbte Chromosom auch einem der Pole zugewandt sein. Die Orientierung jeder Tetrade ist unabhängig von der Orientierung der anderen 22 Tetraden.

Diese Veranstaltung – die willkürlich (oder unabhängig) Ansammlung homologer Chromosomen an der Metaphaseplatte – ist der zweite Mechanismus, der Variation in die Gameten oder Sporen einführt. In jeder Zelle, die eine Meiose durchmacht, ist die Anordnung der Tetraden unterschiedlich. Die Anzahl der Variationen hängt von der Anzahl der Chromosomen ab, die einen Satz bilden. Es gibt zwei Möglichkeiten der Orientierung an der Metaphasenplatte die mögliche Anzahl der Ausrichtungen beträgt daher 2 n in einer diploiden Zelle, wo n ist die Anzahl der Chromosomen pro haploidem Satz. Menschen haben 23 Chromosomenpaare, was allein durch die zufällige Ausrichtung der Chromosomen an der Metaphaseplatte zu über acht Millionen (2 23 ) möglichen genetisch unterschiedlichen Gameten führt. Diese Zahl beinhaltet nicht die Variabilität, die zuvor durch Kreuzung zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden erzeugt wurde. Angesichts dieser beiden Mechanismen ist es höchst unwahrscheinlich, dass zwei aus der Meiose resultierende haploide Zellen die gleiche genetische Zusammensetzung aufweisen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Meiose I genetisch unterschiedliche Gameten auf zwei Arten erzeugt. Erstens erzeugen während der Prophase I Crossover-Ereignisse zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden jedes homologen Chromosomenpaares rekombinante Chromatiden mit neuen Kombinationen von mütterlichen und väterlichen Genen. Zweitens erzeugt die zufällige Ansammlung von Tetraden auf der Metaphaseplatte einzigartige Kombinationen von mütterlichen und väterlichen Chromosomen, die ihren Weg in die Gameten finden.

Anaphase I

In der Anaphase I ziehen die Mikrotubuli die verknüpften Chromosomen auseinander. Die Schwesterchromatiden bleiben am Zentromer fest miteinander verbunden. Die Chiasmata werden in der Anaphase I gebrochen, wenn die an den fusionierten Kinetochoren befestigten Mikrotubuli die homologen Chromosomen auseinander ziehen (Abbildung 11.5).

Telophase I und Zytokinese

In der Telophase kommen die getrennten Chromosomen an entgegengesetzten Polen an. Der Rest der typischen Telophase-Ereignisse kann je nach Spezies auftreten oder nicht. Bei einigen Organismen „dekondensieren“ die Chromosomen und Kernhüllen bilden sich um die getrennten Chromatiden, die während der Telophase I produziert werden. Bei anderen Organismen findet die Zytokinese – die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen – ohne Neubildung der Kerne statt. Bei fast allen Tierarten und einigen Pilzen trennt die Zytokinese den Zellinhalt über a Spaltfurche (Verengung des Aktinrings, die zur zytoplasmatischen Teilung führt). In Pflanzen, a Zellplatte wird während der Zellzytokinese von Golgi-Vesikeln gebildet, die an der Metaphasenplatte fusionieren. Diese Zellplatte wird letztendlich zur Bildung von Zellwänden führen, die die beiden Tochterzellen trennen.

Zwei haploide Zellen sind das Ergebnis der ersten meiotischen Teilung einer diploiden Zelle. Die Zellen sind haploid, weil an jedem Pol nur eines von jedem Paar der homologen Chromosomen vorhanden ist. Daher ist nur ein vollständiger Chromosomensatz vorhanden. Aus diesem Grund gelten die Zellen als haploid – es gibt nur einen Chromosomensatz, obwohl jedes Chromosom noch aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Denken Sie daran, dass Schwesterchromatiden lediglich Duplikate eines der beiden homologen Chromosomen sind (mit Ausnahme von Veränderungen, die während des Crossing-Over aufgetreten sind). In der Meiose II trennen sich diese beiden Schwesterchromatiden, wodurch vier haploide Tochterzellen entstehen.


Müllers Ratsche

Um die Vorteile der sexuellen Fortpflanzung gegenüber der asexuellen Fortpflanzung besser zu verstehen, schlug Herman Joseph Muller das folgende Modell vor:

  1. Mutationen sind unvermeidlich.
  2. Wir wissen, dass zufällige Mutationen häufiger schädlich sind (beeinflussen Überleben und Reproduktionsrate negativ) als förderlich sind (positiven Einfluss auf Überleben und Reproduktionsrate haben). Das liegt in der Natur der Dinge – es ist einfacher, etwas aus Versehen zu zerstören, als es aus Versehen zu verbessern.
  3. Daher werden im Laufe der Generationen schädliche Mutationen häufiger auftreten als nützliche. Sogar Chromosomen, die seltene vorteilhafte Mutationen erwerben, werden im Hinblick auf den adaptiven Vorteil "nach unten gezogen", indem sich schnell dysfunktionale Allele ansammeln, die auch auf demselben Chromosom vorkommen.
  4. Meiotische Rekombination kann (durch zufälliges Crossing-Over) seltene nützliche Allele von schädlichen Allelen auf demselben Chromosom trennen, zufälliges Sortiment der Chromosomen können vorteilhafte Allele von schlechten im selben Elterngenom trennen, und Düngung kann (wieder durch Glück) ermöglichen, gegen Kombinationen von schwachen Allelen und Kombinationen von nützlichen Allelen zu selektieren.

Credit: "Schema zur Veranschaulichung einer Methode des Crossing-over", Thomas Hunt Morgan, 1916 "Eine Kritik der Evolutionstheorie" Morgan war der erste, der überzeugende Beweise dafür vorlegte, dass Chromosomen Gene tragen.

Ein evolutionärer Vorteil der Rekombination. In der obigen Abbildung sehen wir zwei homologe Chromosomen (schwarz vs. weiß) aus einem diploiden Organismus. Homologe Chromosomen tragen die gleichen Gene, tragen aber möglicherweise für viele dieser Gene unterschiedliche Allele. Das weiße Chromosom ist vom "Wildtyp" mit traditionellen, häufig gefundenen Allelen an zwei verschiedenen Genen (offene Kreise zeigen ihre Position auf dem Chromosom an). Das schwarze Chromosom trägt zwei neue, aber rezessive Allele. Das feste rote Allel ist schädlich (= schlecht für die Fortpflanzungsfähigkeit). Das feste grüne Allel ist von Vorteil – es fördert den Fortpflanzungserfolg. Bei Personen, die das schwarze Chromosom tragen, werden die positiven Aspekte der guten Allele durch das negative Allel aufgehoben und umgekehrt. Daher kann die natürliche Auslese nicht auf verringern die Häufigkeit (im Genpool der Population) des schlechten Allels oder to Zunahme die Häufigkeit des guten Allels. Können Sie sehen, wie die meiotische Rekombination es der natürlichen Selektion ermöglicht, die Häufigkeit von hilfreichen vs. schädlichen Allelen zu beeinflussen?

Es steht außer Frage, dass die sexuelle Fortpflanzung Organismen, die diesen Mechanismus nutzen, um Nachkommen zu produzieren, evolutionäre Vorteile bietet. Die problematische Frage ist, warum trotz scheinbar stabiler Bedingungen die sexuelle Fortpflanzung fortbesteht, wenn sie schwieriger ist und weniger Nachkommen für einzelne Organismen hervorbringt? Variation ist das Ergebnis der sexuellen Fortpflanzung, aber warum ist eine ständige Variation notwendig? Geben Sie die Hypothese der Roten Königin ein, die erstmals 1973 von Leigh Van Valen vorgeschlagen wurde. 1 Das Konzept wurde in Anlehnung an die Rasse der Roten Königin in Lewis Carrolls Buch benannt, Genauer betrachtet, in dem die Rote Königin sagt, dass man auf Hochtouren laufen muss, um zu bleiben, wo man ist.

Alle Arten koevolutionieren mit anderen Organismen. Zum Beispiel entwickeln sich Raubtiere mit ihrer Beute und Parasiten mit ihren Wirten. Ein bemerkenswertes Beispiel für die Koevolution zwischen Raubtieren und ihrer Beute ist die einzigartige Koadaptation von nachtfliegenden Fledermäusen und ihrer Mottenbeute. Fledermäuse finden ihre Beute durch hohe Klickgeräusche, aber Motten haben einfache Ohren entwickelt, um diese Klickgeräusche zu hören, damit sie den Fledermäusen ausweichen können. Die Motten haben auch angepasste Verhaltensweisen, wie zum Beispiel, dass sie von der Fledermaus wegfliegen, wenn sie sie zum ersten Mal hören, oder plötzlich zu Boden fallen, wenn die Fledermaus auf ihnen ist. Fledermäuse haben &ldquoleise&rdquo-Klicks entwickelt, um dem Gehör der Motten zu entgehen. Einige Motten haben die Fähigkeit entwickelt, auf die Klicks der Fledermäuse mit ihren eigenen Klicks zu reagieren, um die Echoortungsfähigkeiten der Fledermäuse zu verwirren.

Jeder winzige Vorteil, der durch eine günstige Variation gewonnen wird, verschafft einer Art einen Vorteil gegenüber engen Konkurrenten, Räubern, Parasiten oder sogar Beutetieren. Die einzige Methode, die es einer koevolutionären Art ermöglicht, ihren eigenen Anteil an den Ressourcen zu behalten, besteht auch darin, ihre Überlebensfähigkeit und die Produktion von Nachkommen kontinuierlich zu verbessern. Wenn eine Art einen Vorteil erlangt, müssen auch andere Arten einen Vorteil entwickeln, sonst werden sie verdrängt. Arten, deren Individuen nicht mithalten können, sterben aus. Das Schlagwort der Roten Königin lautete: &bdquoEs braucht alles, was man tun kann, um am selben Ort zu bleiben.&rdquo Dies ist eine treffende Beschreibung der Koevolution zwischen konkurrierenden Arten.


Kombinationsmöglichkeiten in der Telophase 1 der Meiose - Biologie

In diesem Abschnitt gehen Sie den folgenden Fragen nach:

  • Wie verhalten sich Chromosomen während der Meiose?
  • Welche zellulären Ereignisse treten während der Meiose auf?
  • Was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen Meiose und Mitose?
  • Wie kann der Prozess der Meiose genetische Variation erzeugen?

Anschluss für AP ® Kurse

Als wir in einem früheren Kapitel den Zellzyklus und die Mitose untersucht haben, haben wir gelernt, dass sich Zellen teilen, um zu wachsen, andere Zellen zu ersetzen und sich ungeschlechtlich zu vermehren. Ohne Mutation oder Veränderungen in der DNA erhalten die durch Mitose produzierten Tochterzellen eine Reihe von genetischen Anweisungen, die mit denen der Mutterzelle identisch sind. Da Veränderungen in den Genen sowohl die Einheit als auch die Vielfalt des Lebens bestimmen, können sich Organismen ohne genetische Variation nicht durch natürliche Selektion entwickeln. Evolution findet nur statt, weil Organismen Wege entwickelt haben, ihr genetisches Material zu variieren. Dies geschieht durch Mutationen in der DNA, Rekombination von Genen während der Meiose und Meiose, gefolgt von Befruchtung in sich sexuell fortpflanzenden Organismen.

Die sexuelle Fortpflanzung erfordert, dass diploide (2n) Organismen produzieren haploide (1n) Zellen durch Meiose und dass diese haploiden Zellen zu neuen, diploiden Nachkommen verschmelzen. Die Vereinigung dieser beiden haploiden Zellen, eine von jedem Elternteil, ist die Befruchtung. Obwohl die Prozesse der Meiose und Mitose Ähnlichkeiten aufweisen, sind ihre Endprodukte unterschiedlich. Denken Sie daran, dass eukaryotische DNA in Chromosomen enthalten ist und dass Chromosomen in homologen Paaren (Homologen) vorkommen. Bei der Befruchtung trägt der männliche Elternteil ein Mitglied jedes homologen Paares zu den Nachkommen bei, und der weibliche Elternteil steuert das andere bei. Mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen enthalten homologe Chromosomen die gleichen Gene, aber diese Gene können unterschiedliche Variationen aufweisen, die Allele genannt werden. (Zum Beispiel könnten Sie ein Allel für braune Augen von Ihrem Vater und ein Allel für blaue Augen von Ihrer Mutter geerbt haben.) Wie bei der Mitose werden homologe Chromosomen während des S-Stadiums (Synthese) der Interphase dupliziert. Im Gegensatz zur Mitose, bei der es nur eine Kernteilung gibt, hat die Meiose jedoch zwei vollständige Runden der Kernteilung – Meiose I und Meiose II. Daraus resultieren vier Kerne und (meist) vier Tochterzellen mit jeweils der halben Chromosomenzahl der Mutterzelle (1n). Die erste Teilung, Meiose I, trennt homologe Chromosomen und die zweite Teilung, Meiose II, trennt Chromatiden. (Denken Sie daran: Während der Meiose repliziert die DNA EINMAL, teilt sich aber ZWEIMAL, während bei der Mitose die DNA EINMAL repliziert, sich aber nur EINMAL teilt.).

Obwohl Mitose und Meiose in vielerlei Hinsicht ähnlich sind, haben sie unterschiedliche Ergebnisse. Der Hauptunterschied liegt in der Art der produzierten Zellen: Mitose produziert identische Zellen, was das Wachstum oder die Reparatur von Geweben ermöglicht. Meiose erzeugt Fortpflanzungszellen oder Gameten. Gameten, oft als Geschlechtszellen bezeichnet, vereinigen sich mit anderen Geschlechtszellen, um neue, einzigartige Organismen zu produzieren.

Genetische Variation tritt während der Meiose I auf, bei der sich homologe Chromosomen paaren und Nicht-Schwesterchromatidsegmente austauschen (Crossover). Hier trennen sich die homologen Chromosomen in verschiedene Kerne, was zu einer Verringerung der „Ploidie“ führt. Während der Meiose II – die eher einer mitotischen Teilung ähnelt – trennen sich die Chromatiden und teilen sich in vier haploide Geschlechtszellen auf. Aufgrund von Crossover enthalten die resultierenden Tochterzellen jedoch keine identischen Genome. Wie bei der Mitose regulieren äußere Faktoren und innere Signale den meiotischen Zellzyklus. Wie wir in einem späteren Kapitel genauer untersuchen werden, können Fehler in der Meiose genetische Störungen wie das Down-Syndrom verursachen.

Die präsentierten Informationen und die hervorgehobenen Beispiele im Abschnitt unterstützen Konzepte und Lernziele, die in Big Idea 3 des AP ® Biologie-Curriculum-Frameworks skizziert sind. Die im Curriculum Framework aufgeführten Lernziele bilden eine transparente Grundlage für den AP ® Biologiekurs, eine forschende Laborerfahrung, Lehraktivitäten und AP ® Prüfungsfragen. Ein Lernziel verbindet erforderliche Inhalte mit einer oder mehreren der sieben wissenschaftlichen Praktiken.

Große Idee 3 Lebende Systeme speichern, rufen, übertragen und reagieren auf Informationen, die für Lebensprozesse unerlässlich sind.
Beständiges Verständnis 3.A Vererbbare Informationen sorgen für Kontinuität des Lebens.
Grundlegendes Wissen 3.A.2 Bei Eukaryoten werden vererbbare Informationen über Prozesse wie Zellzyklus und Mitose oder Meiose plus Befruchtung an die nächste Generation weitergegeben.
Wissenschaftliche Praxis 6.2 Der Student kann Erklärungen von Phänomenen aufbauen, die auf Beweisen basieren, die durch wissenschaftliche Praktiken gewonnen wurden.
Lernziel 3.9 Der Student ist in der Lage, anhand von visuellen Darstellungen oder Erzählungen eine Erklärung zu erstellen, wie DNA in Chromosomen durch Mitose oder Meiose gefolgt von Befruchtung an die nächste Generation weitergegeben wird.
Grundlegendes Wissen 3.A.2 Bei Eukaryoten werden vererbbare Informationen über Prozesse wie Zellzyklus und Mitose oder Meiose plus Befruchtung an die nächste Generation weitergegeben.
Wissenschaftliche Praxis 7.1 Die Studierenden können Phänomene und Modelle über räumliche und zeitliche Skalen hinweg verbinden.
Lernziel 3.10 Der Student ist in der Lage, den für die Evolution notwendigen Zusammenhang zwischen Meiose und erhöhter genetischer Vielfalt darzustellen.

Die Challenge-Fragen zur Wissenschaftspraxis enthalten zusätzliche Testfragen für diesen Abschnitt, die Ihnen bei der Vorbereitung auf die AP-Prüfung helfen. Diese Fragen beziehen sich auf folgende Standards:
[APLO 1.9][APLO 2.15][APLO 2.39][APLO 3.11][APLO 3.9]

Sie lesen, dass die Befruchtung die Vereinigung zweier Geschlechtszellen aus zwei individuellen Organismen ist. Wenn diese beiden Zellen jeweils einen Chromosomensatz enthalten, enthält die resultierende befruchtete Zelle zwei Chromosomensätze. Haploide Zellen enthalten einen Chromosomensatz. Zellen mit zwei Chromosomensätzen werden als diploid bezeichnet. Die Anzahl der Chromosomensätze in einer Zelle wird als Ploidieebene bezeichnet. Wenn der Fortpflanzungszyklus fortgesetzt werden soll, muss eine diploide Zelle die Anzahl ihrer Chromosomensätze reduzieren, bevor eine erneute Befruchtung stattfinden kann. Andernfalls würde sich die Anzahl der Chromosomensätze verdoppeln und sich in jeder Generation weiter verdoppeln. Neben der Befruchtung beinhaltet die sexuelle Fortpflanzung also eine Kernteilung, die die Anzahl der Chromosomensätze reduziert.

Die meisten Tiere und Pflanzen sind diploid und enthalten zwei Chromosomensätze. In den somatischen Zellen eines Organismus, die manchmal als „Körperzellen“ bezeichnet werden (alle Zellen eines mehrzelligen Organismus mit Ausnahme der Fortpflanzungszellen), enthält der Zellkern zwei Kopien jedes Chromosoms, die als homologe Chromosomen bezeichnet werden. Homologe Chromosomen sind übereinstimmende Paare, die dieselben Gene an identischen Stellen entlang ihrer Länge enthalten. Diploide Organismen erben eine Kopie jedes homologen Chromosoms von jedem Elternteil zusammen, sie werden als vollständiger Chromosomensatz betrachtet. Haploide Zellen, die eine einzelne Kopie jedes homologen Chromosoms enthalten, finden sich nur in den Fortpflanzungsstrukturen eines Organismus, wie den Eierstöcken und Hoden. Haploide Zellen können entweder Gameten oder Sporen sein. Männliche Gameten sind Spermien und weibliche Gameten sind Eier. Alle Tiere und die meisten Pflanzen produzieren Gameten. Sporen sind haploide Zellen, die einen haploiden Organismus produzieren oder mit einer anderen Spore zu einer diploiden Zelle verschmelzen können. Einige Pflanzen und alle Pilze produzieren Sporen.

Wie Sie erfahren haben, ist die Kernteilung, die haploide Zellen bildet – die Meiose – eng mit der Mitose verwandt. Mitose ist der Teil eines Zellreproduktionszyklus, der zu identischen Tochterkernen führt, die auch genetisch mit dem ursprünglichen Elternkern identisch sind. Bei der Mitose befinden sich sowohl der Eltern- als auch der Tochterkern auf dem gleichen Ploidie-Niveau – diploid für die meisten Pflanzen und Tiere. Die Meiose verwendet viele der gleichen Mechanismen wie die Mitose. Der Ausgangskern ist jedoch immer diploid und die am Ende einer meiotischen Zellteilung entstehenden Kerne sind haploid. Um diese Reduktion der Chromosomenzahl zu erreichen, besteht die Meiose aus einer Runde Chromosomenduplikation und zwei Runden der Kernteilung. Da die Ereignisse, die während jedes der Teilungsstadien auftreten, den Ereignissen der Mitose analog sind, werden die gleichen Stadiennamen zugewiesen. Da es jedoch zwei Teilungsrunden gibt, werden der Hauptprozess und die Phasen mit einem „I“ oder einem „II“ bezeichnet. Somit ist die Meiose I die erste Runde der meiotischen Teilung und besteht aus Prophase I, Prometaphase I und so weiter.Meiose II, in der die zweite Runde der meiotischen Teilung stattfindet, umfasst Prophase II, Prometaphase II und so weiter.

Meiose I

Der Meiose geht eine Interphase voraus, die aus dem G . besteht1, S und G2 Phasen, die nahezu identisch mit den Phasen vor der Mitose sind. Das G1 Phase, die auch als erste Gap-Phase bezeichnet wird, ist die erste Phase der Interphase und konzentriert sich auf das Zellwachstum. Die S-Phase ist die zweite Phase der Interphase, in der die DNA der Chromosomen repliziert wird. Schließlich ist das G2 Phase, auch zweite Gap-Phase genannt, ist die dritte und letzte Phase der Interphase In dieser Phase durchläuft die Zelle die letzten Vorbereitungen für die Meiose.

Während der DNA-Duplikation in der S-Phase wird jedes Chromosom repliziert, um zwei identische Kopien zu produzieren, die Schwesterchromatiden genannt werden, die am Zentromer durch Kohäsinproteine ​​zusammengehalten werden. Cohesin hält die Chromatiden bis zur Anaphase II zusammen. Die Zentrosomen, die die Mikrotubuli der meiotischen Spindel organisieren, replizieren sich ebenfalls. Dies bereitet die Zelle auf den Eintritt in die Prophase I, die erste meiotische Phase, vor.

Prophase I

Früh in der Prophase I, bevor die Chromosomen mikroskopisch deutlich zu sehen sind, werden die homologen Chromosomen an ihren Spitzen durch Proteine ​​an die Kernhülle angehängt. Wenn die Kernhülle zu zerfallen beginnt, bringen die mit homologen Chromosomen assoziierten Proteine ​​das Paar nahe aneinander. Denken Sie daran, dass sich bei der Mitose homologe Chromosomen nicht paaren. Bei der Mitose reihen sich homologe Chromosomen Ende-an-Ende aneinander, sodass bei der Teilung jede Tochterzelle ein Schwesterchromatid von beiden Mitgliedern des homologen Paares erhält. Der synaptonemale Komplex, ein Proteingitter zwischen den homologen Chromosomen, bildet sich zunächst an bestimmten Stellen und breitet sich dann über die gesamte Länge der Chromosomen aus. Die enge Paarung der homologen Chromosomen wird Synapse genannt. Bei der Synapse sind die Gene auf den Chromatiden der homologen Chromosomen genau aufeinander abgestimmt. Der synaptonemale Komplex unterstützt den Austausch von Chromosomensegmenten zwischen nicht-schwesterhomologen Chromatiden, ein Vorgang, der als Crossing-Over bezeichnet wird. Ein Crossing-Over kann nach dem Austausch visuell als Chiasmata (Singular = Chiasma) beobachtet werden (Abb. 11.2).

Obwohl die X- und Y-Geschlechtschromosomen nicht homolog sind (die meisten ihrer Gene unterscheiden sich), weisen Arten wie der Mensch einen kleinen Homologiebereich auf, der es den X- und Y-Chromosomen ermöglicht, sich während der Prophase I zu paaren. Ein partieller synaptonemaler Komplex entwickelt sich nur zwischen den Homologieregionen.

In Abständen entlang des synaptonemalen Komplexes befinden sich große Proteinansammlungen, die als Rekombinationsknötchen bezeichnet werden. Diese Anordnungen markieren die Punkte späterer Chiasmata und vermitteln den mehrstufigen Prozess des Crossovers – oder der genetischen Rekombination – zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden. In der Nähe des Rekombinationsknotens an jedem Chromatid wird die doppelsträngige DNA gespalten, die geschnittenen Enden werden modifiziert und eine neue Verbindung zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden hergestellt. Mit fortschreitender Prophase I beginnt der synaptonemale Komplex abzubauen und die Chromosomen beginnen zu kondensieren. Wenn der synaptonemale Komplex verschwunden ist, bleiben die homologen Chromosomen am Zentromer und an den Chiasmata aneinander gebunden. Die Chiasmata bleiben bis zur Anaphase I. Die Anzahl der Chiasmata variiert je nach Art und Chromosomenlänge. Für eine korrekte Trennung der homologen Chromosomen während der Meiose I muss mindestens ein Chiasma pro Chromosom vorhanden sein, aber es können bis zu 25 sein. Nach dem Crossover bricht der synaptonemale Komplex zusammen und die Cohesin-Verbindung zwischen homologen Paaren wird ebenfalls entfernt. Am Ende der Prophase I werden die Paare nur noch an den Chiasmata zusammengehalten (Abb. 11.3) und werden Tetraden genannt, weil nun die vier Schwesterchromatiden jedes homologen Chromosomenpaares sichtbar sind.

Die Crossover-Ereignisse sind die erste Quelle genetischer Variation in den durch Meiose erzeugten Kernen. Ein einziges Crossover-Ereignis zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden führt zu einem reziproken Austausch äquivalenter DNA zwischen einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom. Wenn nun dieses Schwesterchromatid in eine Gametenzelle gebracht wird, trägt es etwas DNA von einem Elternteil des Individuums und etwas DNA von dem anderen Elternteil. Das rekombinante Schwesterchromatid weist eine Kombination von mütterlichen und väterlichen Genen auf, die vor dem Crossover nicht existierten. Mehrere Kreuzungen in einem Arm des Chromosoms haben den gleichen Effekt und tauschen DNA-Segmente aus, um rekombinante Chromosomen zu erzeugen.

Prometaphase I

Das Schlüsselereignis in der Prometaphase I ist die Anheftung der Spindelfasermikrotubuli an die Kinetochorproteine ​​an den Zentromeren. Kinetochore-Proteine ​​sind Multiproteinkomplexe, die die Zentromere eines Chromosoms an die Mikrotubuli der mitotischen Spindel binden. Mikrotubuli wachsen aus Zentrosomen, die sich an gegenüberliegenden Polen der Zelle befinden. Die Mikrotubuli bewegen sich in Richtung Zellmitte und heften sich an eines der beiden fusionierten homologen Chromosomen. Die Mikrotubuli heften sich an die Kinetochore jedes Chromosoms. Wenn jedes Mitglied des homologen Paares an entgegengesetzten Polen der Zelle befestigt ist, können die Mikrotubuli in der nächsten Phase das homologe Paar auseinander ziehen. Eine Spindelfaser, die an einem Kinetochor befestigt ist, wird als Kinetochor-Mikrotubulus bezeichnet. Am Ende der Prometaphase I ist jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen angebracht, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden bei Chiasmata noch zusammengehalten. Außerdem ist die Kernmembran vollständig aufgebrochen.

Metaphase I

Während der Metaphase I sind die homologen Chromosomen im Zentrum der Zelle angeordnet, wobei die Kinetochore entgegengesetzten Polen gegenüberliegen. Die homologen Paare orientieren sich zufällig am Äquator. Wenn zum Beispiel die beiden homologen Mitglieder von Chromosom 1 mit a und b gekennzeichnet sind, könnten die Chromosomen a-b oder b-a aneinanderreihen. Dies ist wichtig, um die Gene zu bestimmen, die von einem Gameten getragen werden, da jeder nur eines der beiden homologen Chromosomen erhält. Denken Sie daran, dass homologe Chromosomen nicht identisch sind. Sie enthalten geringfügige Unterschiede in ihrer genetischen Information, wodurch jeder Gamet eine einzigartige genetische Ausstattung hat.

Diese Zufälligkeit ist die physikalische Grundlage für die Erzeugung der zweiten Form der genetischen Variation bei Nachkommen. Bedenken Sie, dass die homologen Chromosomen eines sich sexuell fortpflanzenden Organismus ursprünglich als zwei separate Sätze vererbt werden, einer von jedem Elternteil. Am Beispiel des Menschen ist ein Satz von 23 Chromosomen in der von der Mutter gespendeten Eizelle vorhanden. Der Vater liefert den anderen Satz von 23 Chromosomen im Spermium, das die Eizelle befruchtet. Jede Zelle der vielzelligen Nachkommen hat Kopien der ursprünglichen zwei Sätze homologer Chromosomen. In der Prophase I der Meiose bilden die homologen Chromosomen die Tetraden. In der Metaphase I reihen sich diese Paare in der Mitte zwischen den beiden Polen der Zelle auf, um die Metaphasenplatte zu bilden. Da eine Mikrotubulusfaser mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf ein mütterlich oder väterlich vererbtes Chromosom trifft, ist die Anordnung der Tetraden an der Metaphaseplatte zufällig. Jedes mütterlicherseits vererbte Chromosom kann jedem Pol gegenüberliegen. Jedes väterlicherseits vererbte Chromosom kann auch einem der Pole gegenüberliegen. Die Orientierung jeder Tetrade ist unabhängig von der Orientierung der anderen 22 Tetraden.

Dieses Ereignis – die zufällige (oder unabhängige) Ansammlung homologer Chromosomen an der Metaphaseplatte – ist der zweite Mechanismus, der Variationen in die Gameten oder Sporen einführt. In jeder Zelle, die eine Meiose durchmacht, ist die Anordnung der Tetraden unterschiedlich. Die Anzahl der Variationen hängt von der Anzahl der Chromosomen ab, die einen Satz bilden. Es gibt zwei Möglichkeiten der Orientierung an der Metaphasenplatte die mögliche Anzahl der Ausrichtungen beträgt daher 2n, wo n ist die Anzahl der Chromosomen pro Satz. Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, was zu über acht Millionen (2 23 ) mögliche genetisch unterschiedliche Gameten. Diese Zahl beinhaltet nicht die Variabilität, die zuvor in den Schwesterchromatiden durch Crossover erzeugt wurde. Angesichts dieser beiden Mechanismen ist es höchst unwahrscheinlich, dass zwei aus der Meiose resultierende haploide Zellen die gleiche genetische Zusammensetzung aufweisen (Abbildung 11.4).

Um die genetischen Konsequenzen der Meiose I zusammenzufassen, werden die mütterlichen und väterlichen Gene durch Crossover-Ereignisse rekombiniert, die zwischen jedem homologen Paar während der Prophase I auftreten die ihren Weg in die Gameten finden.

Anaphase I

In der Anaphase I ziehen die Mikrotubuli die verknüpften Chromosomen auseinander. Die Schwesterchromatiden bleiben am Zentromer fest miteinander verbunden. Die Chiasmata werden in der Anaphase I gebrochen, wenn die an den fusionierten Kinetochoren befestigten Mikrotubuli die homologen Chromosomen auseinander ziehen (Abbildung 11.5).

Telophase I und Zytokinese

In der Telophase kommen die getrennten Chromosomen an entgegengesetzten Polen an. Der Rest der typischen Telophase-Ereignisse kann je nach Spezies auftreten oder nicht. Bei einigen Organismen dekondensieren die Chromosomen und Kernhüllen bilden sich um die Chromatiden in der Telophase I. Bei anderen Organismen findet die Zytokinese – die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen – ohne Neubildung der Kerne statt. Bei fast allen Tierarten und einigen Pilzen trennt die Zytokinese den Zellinhalt über eine Spaltfurche (Verengung des Aktinrings, die zur Zytoplasmateilung führt). In Pflanzen wird während der Zellzytokinese eine Zellplatte durch Golgi-Vesikel gebildet, die an der Metaphasenplatte fusionieren. Diese Zellplatte wird letztendlich zur Bildung von Zellwänden führen, die die beiden Tochterzellen trennen.

Zwei haploide Zellen sind das Endergebnis der ersten meiotischen Teilung. Die Zellen sind haploid, weil an jedem Pol nur eines von jedem Paar der homologen Chromosomen vorhanden ist. Daher ist nur ein vollständiger Chromosomensatz vorhanden. Deshalb gelten die Zellen als haploid – es gibt nur einen Chromosomensatz, obwohl jedes Homolog noch aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Denken Sie daran, dass Schwesterchromatiden lediglich Duplikate eines der beiden homologen Chromosomen sind (mit Ausnahme von Veränderungen, die während des Crossing-Over aufgetreten sind). In der Meiose II trennen sich diese beiden Schwesterchromatiden, wodurch vier haploide Tochterzellen entstehen.

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Sehen Sie sich den Prozess der Meiose an und beobachten Sie, wie sich Chromosomen ausrichten und wandern, bei Meiosis: An Interactive Animation.

  1. Fehler können nur während des Rekombinationsprozesses auftreten, die zu Deletionen, Duplikationen oder Translokationen führen können, die solche Anomalien verursachen.
  2. Aberrationen, die entstehen, wenn sich ein Paar homologer Chromosomen während der Anaphase I nicht trennt oder wenn sich Schwesterchromatiden während der Anaphase II nicht trennen, erben die Tochterzellen eine ungleiche Anzahl von Chromosomen.
  3. Fehler während der Anaphase I der Meiose verursachen nur solche Aberrationen, die zu einer ungleichen Anzahl von Chromosomen führen.
  4. Fehler während der Meiose führen zu Variationen in der DNA-Sequenz, die speziell nur von der Größe der Variante abhängt.

Meiose II

Bei einigen Arten treten Zellen in eine kurze Interphase oder Interkinese ein, bevor sie in die Meiose II eintreten. Interkinese fehlt eine S-Phase, daher werden Chromosomen nicht dupliziert. Die beiden in der Meiose I produzierten Zellen durchlaufen die Ereignisse der Meiose II synchron. Während der Meiose II trennen sich die Schwesterchromatiden innerhalb der beiden Tochterzellen und bilden vier neue haploide Gameten. Die Mechanik der Meiose II ist der Mitose ähnlich, außer dass jede sich teilende Zelle nur einen Satz homologer Chromosomen hat. Daher hat jede Zelle die Hälfte der Anzahl von Schwesterchromatiden, die als diploide Zelle, die eine Mitose durchmacht, getrennt werden müssen.

Prophase II

Sind die Chromosomen in der Telophase I dekondensiert, kondensieren sie wieder. Wenn Kernhüllen gebildet wurden, zerfallen sie in Vesikel. Die während der Interkinese duplizierten Zentrosomen entfernen sich voneinander zu entgegengesetzten Polen, und es werden neue Spindeln gebildet.

Prometaphase II

Die Kernhüllen sind vollständig aufgebrochen und die Spindel ist vollständig ausgebildet. Jedes Schwesterchromatid bildet ein individuelles Kinetochor, das sich von entgegengesetzten Polen an Mikrotubuli anheftet.

Metaphase II

Die Schwesterchromatiden sind maximal kondensiert und am Äquator der Zelle ausgerichtet.

Anaphase II

Die Schwesterchromatiden werden von den Kinetochor-Mikrotubuli auseinandergezogen und bewegen sich zu entgegengesetzten Polen. Nicht-kinetochore Mikrotubuli verlängern die Zelle.

Telophase II und Zytokinese

Die Chromosomen kommen an entgegengesetzten Polen an und beginnen zu dekondensieren. Um die Chromosomen bilden sich Kernhüllen. Zytokinese trennt die beiden Zellen in vier einzigartige haploide Zellen. Zu diesem Zeitpunkt sind die neu gebildeten Kerne beide haploid. Die erzeugten Zellen sind genetisch einzigartig aufgrund der zufälligen Ansammlung väterlicher und mütterlicher Homologe und wegen der Rekombination von mütterlichen und väterlichen Chromosomenabschnitten (mit ihren Gensätzen), die während des Crossovers auftritt. Der gesamte Prozess der Meiose ist in Abbildung 11.6 skizziert.

Vergleich von Meiose und Mitose

Mitose und Meiose sind beides Formen der Kernteilung in eukaryontischen Zellen. Sie haben einige Ähnlichkeiten, weisen aber auch deutliche Unterschiede auf, die zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen (Abbildung 11.7). Mitose ist eine einzelne Kernteilung, die zu zwei Kernen führt, die normalerweise in zwei neue Zellen aufgeteilt werden. Die aus einer mitotischen Teilung resultierenden Kerne sind genetisch identisch mit dem ursprünglichen Kern. Sie haben die gleiche Anzahl von Chromosomensätzen, einen Satz bei haploiden Zellen und zwei Sätze bei diploiden Zellen. Bei den meisten Pflanzen und allen Tierarten sind es typischerweise diploide Zellen, die eine Mitose durchlaufen, um neue diploide Zellen zu bilden. Im Gegensatz dazu besteht die Meiose aus zwei Kernteilungen, die zu vier Kernen führen, die normalerweise in vier neue Zellen aufgeteilt werden. Die aus der Meiose resultierenden Kerne sind genetisch nicht identisch und enthalten nur einen Chromosomensatz. Dies ist die Hälfte der Chromosomensätze in der ursprünglichen Zelle, die diploid ist.

Die Hauptunterschiede zwischen Mitose und Meiose treten bei der Meiose I auf, einer ganz anderen Kernteilung als der Mitose. In der Meiose I werden die homologen Chromosomenpaare miteinander assoziiert, werden mit dem synaptonemalen Komplex verbunden, entwickeln Chiasmata und durchlaufen einen Crossover zwischen Schwesterchromatiden und reihen sich entlang der Metaphaseplatte in Tetraden mit Kinetochorfasern von gegenüberliegenden Spindelpolen aneinander an Kinetochor eines Homologs in einer Tetrade. Alle diese Ereignisse treten nur in der Meiose I auf.

Wenn sich die Chiasmata auflösen und die Tetrade aufgebrochen wird, wobei sich die Homologen zu dem einen oder anderen Pol bewegen, wurde die Ploidieebene – die Anzahl der Chromosomensätze in jedem zukünftigen Kern – von zwei auf eins reduziert. Aus diesem Grund wird die Meiose I als Reduktionsteilung bezeichnet. Während der Mitose gibt es keine solche Verringerung des Ploidieniveaus.

Meiose II ist einer mitotischen Teilung viel analoger. In diesem Fall reihen sich die duplizierten Chromosomen (nur ein Satz von ihnen) auf der Metaphaseplatte mit geteilten Kinetochoren auf, die von entgegengesetzten Polen an Kinetochorfasern befestigt sind. Während der Anaphase II teilen sich die Kinetochoren wie in der mitotischen Anaphase und ein Schwesterchromatid – jetzt als Chromosom bezeichnet – wird zu einem Pol gezogen, während das andere Schwesterchromatid zum anderen Pol gezogen wird. Wäre da kein Crossover gewesen, wären die beiden Produkte jeder einzelnen Teilung der Meiose II identisch (wie bei der Mitose). Stattdessen unterscheiden sie sich, weil es immer mindestens einen Crossover pro Chromosom gegeben hat. Meiose II ist keine Reduktionsteilung, denn obwohl es in den resultierenden Zellen weniger Kopien des Genoms gibt, gibt es immer noch einen Chromosomensatz, wie es am Ende der Meiose I der Fall war.

EVOLUTION-VERBINDUNG

Das Geheimnis der Evolution der Meiose

Einige Merkmale von Organismen sind so weit verbreitet und grundlegend, dass es manchmal schwerfällt, sich daran zu erinnern, dass sie sich wie andere einfachere Merkmale entwickelt haben. Die Meiose ist eine so außerordentlich komplexe Reihe von zellulären Ereignissen, dass Biologen Schwierigkeiten hatten, Hypothesen und Tests aufzustellen, wie sie sich entwickelt haben könnten. Obwohl die Meiose untrennbar mit der sexuellen Fortpflanzung und ihren Vor- und Nachteilen verbunden ist, ist es wichtig, die Fragen der Evolution der Meiose und der Evolution des Geschlechts zu trennen, da die frühe Meiose aus anderen Gründen als heute vorteilhaft gewesen sein kann. Über den Tellerrand zu schauen und sich vorzustellen, was die frühen Vorteile der Meiose gewesen sein könnten, ist ein Ansatz, um herauszufinden, wie sie sich entwickelt haben könnte.

Meiose und Mitose teilen offensichtliche zelluläre Prozesse und es macht Sinn, dass sich die Meiose aus der Mitose entwickelt hat. Die Schwierigkeit liegt in den deutlichen Unterschieden zwischen Meiose I und Mitose. Adam Wilkins und Robin Holliday 1 fassten die einzigartigen Ereignisse zusammen, die für die Evolution der Meiose aus der Mitose eintreten mussten. Diese Schritte sind homologe Chromosomenpaarung, Crossover-Austausch, Schwesterchromatiden, die während der Anaphase angeheftet bleiben, und Unterdrückung der DNA-Replikation in der Interphase. Sie argumentieren, dass der erste Schritt der schwierigste und wichtigste ist und dass das Verständnis seiner Entwicklung den evolutionären Prozess klarer machen würde. Sie schlagen genetische Experimente vor, die Aufschluss über die Evolution der Synapse geben könnten.

Es gibt andere Ansätze, um die Evolution der Meiose zu verstehen. Bei einzelligen Protisten gibt es verschiedene Formen der Meiose. Einige scheinen einfachere oder „primitivere“ Formen der Meiose zu sein. Der Vergleich der meiotischen Teilungen verschiedener Protisten kann Aufschluss über die Evolution der Meiose geben. Marilee Ramesh und Kollegen 2 verglichen die an der Meiose beteiligten Gene bei Protisten, um zu verstehen, wann und wo sich die Meiose entwickelt haben könnte. Obwohl die Forschung noch im Gange ist, deuten neuere Forschungen zur Meiose bei Protisten darauf hin, dass sich einige Aspekte der Meiose später entwickelt haben als andere. Dieser genetische Vergleich kann uns sagen, welche Aspekte der Meiose die ältesten sind und welche zellulären Prozesse sie möglicherweise in früheren Zellen übernommen haben.


Telophase I

Die Meiose besteht aus zwei Abteilungen, die beide ein Telophase-Stadium enthalten. Während der Telophase I werden die homologen Chromosomen in separate Kerne segregiert. Obwohl eine weitere Teilung stattfinden muss, damit die Meiose abgeschlossen ist, müssen die Zellen noch die Kernhüllen neu bilden, die Mikrotubuli der Spindelfasern zerlegen und die Zytokinese durchlaufen. Die Zellen treten dann in eine kurze Ruhephase ein, die als bekannt ist Interkinese.

Telophase II

Bei der anschließenden Zellteilung werden die Schwesterchromatiden jedes Chromosoms getrennt.Während der Telophase II werden die Schwesterchromosomen von neuen Kernmembranen umgeben. Obwohl die beiden während der Telophase II entstandenen Zellen von demselben Chromosom stammen, das dupliziert wurde, kann eine Variation in den Prozess der Rekombination eingeführt werden, bei der Teile der homologen Chromosomen in der Prophase I ausgetauscht wurden. Zwischen den vier Zellen, die am Ende der Meiose gebildet werden , können die beiden Allele für jedes Gen auf viele verschiedene Arten getrennt werden, in Kombination mit Allelen für viele andere Gene.


Kombinationsmöglichkeiten in der Telophase 1 der Meiose - Biologie

Die Zellteilung ist ein sehr wichtiges Thema im Studium der Molekularbiologie für den SAT Biologie E/M Fachtest. Dieses Kapitel führt Sie in die Themen Mitose (Zellteilung) und Meiose (Bildung von Gameten) ein sowie in die Vorgänge in der Zelle vor, während und nach diesen Prozessen.

WIE EINE GANZE ZELLE SICH REPRODUZIERT: MITOSE

Für den SAT Biology E/M Subject Test müssen Sie sich mit der Zellteilung auskennen, die auch als . bezeichnet wird Mitose. Bevor wir über die Mitose selbst sprechen, lassen Sie uns darüber sprechen, was passiert, bevor die Mitose auftritt. Der Einfachheit halber sprechen wir über eine menschliche Zelle.

Die meisten menschlichen Zellen (alle außer Spermien und Eizellen) haben 46 Chromosomen in ihren Kernen. Die Chromosomen kommen paarweise vor, so dass wir sagen können, dass die Zellkerne 23 homologe Chromosomenpaare haben. Dies sollte Sie nicht überraschen, denn wir haben bereits darüber gesprochen. Vor der Mitose einer Zelle repliziert sich jedes einzelne Chromosom in seinem Zellkern. In einer menschlichen Zelle müssen sich alle 46 Chromosomen replizieren. Wie das geht, haben wir bereits besprochen.

Zwischenphase ist die Zeit, in der sich Chromosomen replizieren, aber während der Interphase passieren viele andere Dinge, zum Beispiel führt die Zelle alle ihre normalen Aktivitäten aus. Die Interphase wird manchmal als Ruhestadium der Zelle bezeichnet, nicht weil die Zelle es leicht macht, sondern weil die Zelle sich nicht aktiv teilt.

Die Chromosomen replizieren sich während eines Teils der Interphase, der S-Phase genannt wird. „S“ steht für „Synthese“ – in diesem Fall Synthese (oder Replikation) von DNA.

Sobald die Interphase vorbei ist, hat die Zelle jedes ihrer 46 Chromosomen repliziert. Wie viele Chromosomen hat es jetzt? Nun, die Antwort scheint 46 x 2 = 92 zu sein. Wenn eine Zelle die Interphase beendet hat, würden Sie denken, dass sie 92 Chromosomen hat, und mehr oder weniger haben Sie Recht. Aber die Terminologie kann verwirrend werden.

Achten Sie auf dieses Wort: Chromatid

Nach der Interphase werden jedes Chromosom und das gerade hergestellte DNA-Duplikat in ihrer Mitte durch eine Region namens a . zusammengehalten Zentromer. Die beiden Chromosomen und das Zentromer bilden eine vereinigte physikalische Struktur.

Wir betrachten die gesamte Struktur&mdash die beiden Chromosomen, die durch ein Zentromer verbunden sind&mdashand nennen das Ganze a Chromosom. Das Wort Chromatid wird verwendet, um jedes der einzelnen Chromosomen zu beschreiben.

Wenn die Interphase vorbei ist, haben sich alle 46 Chromosomen der Zelle verdoppelt. Wir könnten wollen zu sagen, dass die Zelle 92 Chromosomen hat, aber so wird es nicht beschrieben. Stattdessen sagen wir, dass die Zelle immer noch 46 Chromosomen hat, von denen jedes jetzt aus zwei Chromatiden besteht.

Schnelles Quiz #1

Füllen Sie die Lücken aus und kreuzen Sie die entsprechenden Kästchen an:

1. Eine menschliche Zelle hat nach der Interphase insgesamt _______________ Chromosomen, die jeweils aus zwei _________________________ bestehen.

2. Während der Phase, die als Interphase bezeichnet wird, [ />alle />nur ein paar ] der Chromosomen der Zelle replizieren.

3. Nach der aktuellen biologischen Terminologie hat eine menschliche Zelle nach der Interphase in ihrem Kern insgesamt [ />92 />46 ] Chromosomen, wobei jedes Chromosom in seiner Mitte ein ___________________________ hat, das die Chromatiden miteinander verbindet.

4. DNA-Replikation ist [ />der einzige Prozess />einer von vielen prozessen ], das während der Interphase stattfindet.

Richtige Antworten finden Sie in Kapitel 15.

Mitose geschieht in vier Schritten

Nach der Interphase beginnt die Mitose. Schritt 1 wird genannt prophase. In der Prophase bewegen sich die Zentriolen voneinander weg zu gegenüberliegenden Seiten der Zelle. Sie bilden ein Bündel von Fasern namens mitotische Spindel. Diese Fasern heften sich an die Chromosomen an ihren Zentromeren und helfen, sie während der Mitose zu schieben und zu ziehen. Die Chromosomen verdichten sich (noch enger zusammenrollen) und wir können sie sehen (natürlich unter dem Mikroskop). Auch die Kernmembran beginnt aufzubrechen.

Die Zelle in der Prophase der Mitose

Beachten Sie, dass die Zelle in der obigen Zeichnung und in den folgenden nur vier Chromosomen hat. Das ist okay. Zur Vereinfachung haben wir die anderen 42 Chromosomen weggelassen. Aber alles, was mit diesen vier Chromosomen passiert, passiert mit den anderen 42. Sie müssen sie sich nur vorstellen. Beachten Sie auch, dass ein Chromosomensatz hell und einer dunkel ist. Dies soll nur klarstellen, dass jedes Chromosom einen homologen Partner hat. Das lange helle Chromosom und das lange dunkle Chromosom sind ein homologes Paar. Ebenso sind das kürzere helle Chromosom und das kürzere dunkle Chromosom ein homologes Paar.

Schritt 2 wird genannt Metaphase. Während der Metaphase richten sich die Chromosomen aus und werden von den Spindelfasern gezogen und am Äquator der Zelle gezogen. Der Äquator der Zelle wird als bezeichnet Metaphaseplatte.

Die Zelle in der Metaphase der Mitose

Schritt 3 wird genannt Anaphase. In der Anaphase teilt sich das Zentromer, das jedes Chromatidpaar verbindet, in zwei Teile, sodass sich jedes Chromatid von seinem Partner trennt. Und rate was? Nun wird jedes Chromatid wieder als Chromosom bezeichnet. Wenn sich also die Zentromere gespalten haben, muss man zugeben, dass die Zelle kurzzeitig 92 Chromosomen hat. Die neu getrennten Chromosomen bewegen sich mit Hilfe der Spindelfasern zu entgegengesetzten Polen der Zelle.

Auch während der Anaphase beginnt sich die Zelle physisch in zwei Teile zu teilen. Der Bereich, in dem es nach innen klemmt, wird als bezeichnet Spaltfurche. Die Spaltfurche tritt in Tierzellen auf, wie unten zu sehen ist.

Die Zelle in der Anaphase der Mitose

Schritt 4 wird genannt Telophase. In jeder neuen Zelle bildet sich eine Kernmembran und es entstehen zwei Tochterzellen mit jeweils 46 Chromosomen. Das Zytoplasma teilt sich dann während eines Prozesses namens Zytokinese.

Die Zelle in der Telophase der Mitose

Dann treten natürlich die beiden neuen Tochterzellen in die Interphase ein.

• Vor der Mitose, Zwischenphase

Beachten Sie, dass die Mitose in tierischen Zellen im gesamten Organismus auftritt, in Pflanzenzellen jedoch nur in bestimmten Wachstumsregionen, genannt Meristeme. Dort ist der Apikalmeristems die ein Längenwachstum ermöglicht und an der Spitze des Stängels und der Wurzelspitze zu finden ist. Aus diesem Grund betrachten Biologieklassen häufig Wurzelspitzen von Allium (der Zwiebel), wenn sie die Mitose studieren. Das seitliche Meristem ermöglicht ein Wachstum in der Breite. Ein Beispiel ist das vaskuläre Kambium in holzigen Stämmen. Krebs ist ein Beispiel für unkontrollierte Zellteilung, die auf Probleme zurückzuführen ist, die aus dem Zellzyklus stammen.

Schnelles Quiz #2

Füllen Sie die Lücken aus und kreuzen Sie die entsprechenden Kästchen an:

1. Die Chromosomen der Zelle werden während einer Phase namens ________________________ sichtbar.

2. Der Spindelapparat bildet sich während einer Phase namens [ Anaphase prophase Metaphase ].

3. Die Teilung des Zytoplasmas einer Zelle ist als ________________ bekannt und geschieht während [ prophase Anaphase Telophase ].

4. Doppelte Chromosomen (die Chromatiden) trennen sich voneinander und bewegen sich während eines Stadiums namens _________________________ zu entgegengesetzten Polen der Zelle.

5. Während einer Phase namens _________________________ replizieren sich alle Chromosomen einer Zelle.

6. Die Zentromere teilen sich während einer Phase namens ___________________.

7. Während der Prophase bewegen sich die _________________________ voneinander weg zu den gegenüberliegenden Seiten der Zelle.

Richtige Antworten finden Sie in Kapitel 15.

Gene, Proteine ​​und Chromosomen

Früher sagte man, dass jedes Gen in einer eukaryontischen Zelle einem einzelnen Protein entspricht. Heute wissen wir, dass ein Gen mehrere Proteine ​​oder andere Genprodukte erzeugen kann, aber die alten Ein-Gen-Ein-Protein Theorie ist immer noch die einfachste Definition eines Gens und dass sich die Definition ständig ändert, wenn wir mehr erfahren. Die Ein-Gen-eins-Protein-Theorie bedeutet, dass wir, wenn wir „Gen“ sagen, über einen Teil eines Chromosoms sprechen, der letztendlich zu ein Proteinmolekül. Ein Gen ist jeder Teil eines Chromosoms, der für die Bildung eines Proteinmoleküls verantwortlich ist.

Ein Chromosom ist nur ein langes Stück DNA, und ein Chromosom enthält viele, viele Gene. Es braucht drei Nukleotide, um ein mRNA-Codon zu bilden, und obwohl ein Codon nur für eine Aminosäure kodiert und ein einzelnes Protein eine lange, lange Kette von Aminosäuren ist, ist ein einzelnes Chromosom so sehr, sehr lange, dass es zu Hunderten und Aberhunderten von Proteinen führen kann. Das mag schwer vorstellbar sein, aber es ist wahr.

Denken Sie daran, warum Chromosomen wichtig sind: Sie enthalten Gene

• Chromosomen sind sehr lange DNA-Stränge.

• DNA ist eine Kette von Nukleotiden.

• Ein DNA-Strang kann die Produktion eines mRNA-Moleküls steuern, das auch eine Nukleotidkette ist.

• mRNA wandert vom Zellkern zum Zytoplasma und bindet an ein Ribosom.

• Eine Reihe von drei mRNA-Nukleotiden ist ein Codon, das für eine bestimmte Aminosäure kodiert.

• Aminosäuren (übertragen von tRNA) binden an das Ribosom entsprechend der Reihenfolge der Codons des mRNA-Moleküls.

• Zwischen den Aminosäuren werden Peptidbindungen gebildet und es entsteht ein Polypeptid (ein Protein).

Dieser Vorgang wird als Proteinsynthese bezeichnet, oder Übersetzung.

• Nicht die gesamte DNA eines Chromosoms wird zur Herstellung von mRNA verwendet.

• Die Teile des Chromosoms, die in mRNA transkribiert und schließlich in Protein translatiert werden, werden als . bezeichnet Gene.

Denken Sie also daran: Wenn wir „Gen“ sagen, sprechen wir von einem Teil eines Chromosoms. Welche Portion? Ein Teil, der letztendlich &mdashvia mRNA und Ribosomen &mdashone Protein produziert. Denken Sie auch daran, dass ein Chromosom genügend Nukleotide enthält, um die Produktion vieler verschiedener Proteine ​​​​zu bewirken. Das ist eine andere Art, das zu sagen ein Chromosom enthält eine große Anzahl von Genen.

Eine letzte Sache über Gene ist die Idee von Genexpression. Wenn ein Gen ein Protein erzeugt, sagt man, dass das Gen „exprimiert“ wird. Für den Fachtest SAT Biologie sollten Sie auf jeden Fall mit dem Konzept der Genexpression innerhalb der Genetik vertraut sein.

Aber woher kommen diese Chromosomen und ihre Gene?

Sie kamen von deiner Mutter und deinem Vater. Denken Sie daran, wir sagten, dass alle menschlichen Zellen (außer Spermien und Eizellen) 46 Chromosomen haben und die Chromosomen als zwei Sätze von jeweils 23 Chromosomen gefunden wurden. Ein Satz von 23 Chromosomen stammte von Ihrer Mutter in einer Eizelle und ein Satz von 23 Chromosomen stammte von Ihrem Vater in einer Samenzelle. Das bedeutet also, dass Spermien und Eizellen (Geschlechtszellen, oder Gameten) haben nur 23 Chromosomen, die Hälfte der normalen (nicht geschlechtsspezifischen) somatisch) Zellen. Zellen mit zwei vollständigen Chromosomensätzen werden als diploide, und Zellen, die nur einen Chromosomensatz haben, werden als haploide. Spermien und Eizellen sind also haploide Zellen.

Wie kommt es, dass Spermien und Eizellen nur 23 Chromosomen haben? Sie durchlaufen eine spezielle Art der Zellteilung namens Meiose.

Bei den Zahlen

Diploide Zahl verweist
zur Anzahl der Chromosomen
eine Zelle hat, wenn
es ist in einem diploiden Zustand. Zum
eine menschliche Zelle, die diploide
Nummer ist 46. Haploide
Nummer
bedeutet die Zahl
von Chromosomen eine Zelle
hat, wenn es in einem haploiden ist
Zustand. Natürlich ist die
haploide Zahl ist immer
die Hälfte der diploiden
Nummer. Für einen Menschen
sein, das haploide
Nummer ist 23.

DIE BILDUNG DER SPIELE: MEIOSE

Die Gameten, Spermien und Eizellen, teilen sich die einzigen menschlichen Zellen, die haploid sind. Jedes hat 23 Chromosomen. Wenn ein Spermium und eine Eizelle zusammenkommen – das heißt, wenn das Spermium die Eizelle befruchtet – verbinden sich die Chromosomen des Spermiums mit den Chromosomen in der Eizelle. Die neu gebildete Zelle&mdashthe Zygote&mdashi ist diploid. Die diploide Zygote durchläuft dann eine Mitose, um die Entwicklung des neuen Menschen zu beginnen. Wir werden uns in Kürze die Einzelheiten der Bildung eines Spermas und einer Eizelle ansehen. Aber lassen Sie uns zuerst die Grundlagen der Meiose durchgehen.

1. Die Zelle durchläuft während der Interphase eine DNA-Replikation, so als ob sie eine gewöhnliche Mitose durchlaufen würde. Alle Chromosomen replizieren sich, und wir haben eine Zelle mit noch 46 Chromosomen, die jeweils aus zwei Chromatiden bestehen, die durch ein Zentromer verbunden sind.

2. Die replizierten Chromosomen werden in zwei Teilungssätzen aufgespalten: Prophase I, Metaphase I, Anaphase I, Telophase I und Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II.

3. Die Unterschiede zwischen Mitose und Meiose werden alle während der ersten Unterteilungen gefunden: Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I.

Meiose I besteht aus vier Phasen: Prophase I, Metaphase I, Anaphase I und Telophase I. Denken Sie daran, dass die Chromosomen bereits repliziert wurden und als zwei Chromatiden am Zentromer zusammengehalten werden. Der größte Unterschied zwischen diesen vier Phasen und den vier Phasen der Mitose besteht darin, dass sich die homologen Chromosomen ganz am Anfang in einem Prozess namens . paaren Synapse. Dies ändert alles.

Synapsen treten auf während Prophase I. Alle Chromosomen müssen ihren homologen Partner finden und sich paaren. Chromosom 1-A muss Chromosom 1-B finden, Chromosom 2-A muss Chromosom 2-B finden und so weiter. Es dauert eine Weile und die Prophase I ist die längste Phase der Meiose. Wenn die Synapse abgeschlossen ist, werden alle Chromosomen mit ihren Partnern gepaart. Anstatt also 46 replizierte Chromosomen zu finden, die herumschweben, finden wir 23 Paare von replizierten Chromosomen. Da jedes Paar aus vier Chromatiden besteht (zwei Chromatiden pro repliziertem Chromosom und zwei replizierten Chromosomen), wird dieses Paar auch als a . bezeichnet Tetrade (Tetra = vier). Beachten Sie, dass in den folgenden Zeichnungen nur vier Paare der 23 Paare gezeigt werden.

Alle anderen normalen Ereignisse, die in der Prophase auftreten, treten immer noch auf. Die Spindel wird gebildet, die Chromosomen kondensieren und die Kernmembran zerfällt. Nachdem die Synapse auftritt, wird ein Ereignis namens überqueren stattfinden. Im Grunde bedeutet dies, dass gleiche Abschnitte auf homologen Chromosomen ausgetauscht werden.

Metaphase I

Während der Metaphase der Mitose richten sich die Chromosomen am Äquator der Zelle aus. Während der Metaphase der Meiose richten sich die Chromosomen auch am Äquator der Zellen aus.

Überqueren

Beachten Sie, dass der Einfachheit halber in
die Zeichnungen zur Meiose,
wir zeigen nicht
überqueren. Jedoch,
ihr könnt euch vorstellen, dass jeder
eines der schwarzen Chromosomen
hat ein bisschen
grau, und jeder der grauen
Chromosomen hat eine
entsprechendes bisschen
Schwarz. Auch der
Chromosomen nicht
unbedingt mit allen aneinanderreihen
das Schwarze links und
alles grau auf der rechten Seite.
Es könnte verwechselt werden, mit
etwas von dem Schwarzen auf dem
richtig und einige der grauen
auf der Linken.

Bei der Meiose sind Chromosomen bleib in ihren homologen Paaren. Anstelle von 46 einzelnen Chromosomen, die sich aneinanderreihen, gibt es also 23 Chromosomenpaare.

Für den SAT Biologie-Fachtest sollten Sie mit dem Konzept der Unabhängige Auswahl an Chromosomen. Die Art und Weise, wie sich die Chromosomen während der Metaphase ausrichten, beeinflusst das Ergebnis der genetischen Information in den sich bildenden Gameten. Dies liegt daran, dass die Gene auf nicht homologen Chromosomenpaaren unabhängig voneinander vererbt werden. Wenn zum Beispiel n = die haploide Zahl und n = 4 ist, dann ist 2 n = 16. Dies bedeutet, dass es 16 mögliche Kombinationen für die Chromosomen in den Gameten gibt. Liegen Gene auf dem gleichen Chromosom, werden sie als bezeichnet verknüpfte Gene und werden gemeinsam vererbt. Crossing-Over kann verbundene Gene trennen.

Während der Anaphase der Mitose teilen sich die 46 replizierten Chromosomen an ihren Zentromeren und ein Chromatid geht zu jedem der gegenüberliegenden Pole der Zelle. In der Anaphase I der Meiose teilen sich die Zentromere NICHT. Stattdessen trennen sich die homologen Paare, wobei sich ein ganzes repliziertes Chromosom (ein Paar Chromatiden und ein Zentromer) zu jedem der gegenüberliegenden Pole der Zelle bewegt.

• Bei der Mitose trennen sich die Chromatiden jedes Chromosoms.

• Bei der Meiose trennen sich die homologen Paare.

Anaphase I der Meiose

Telophase I

Die Telophase I der Meiose ist der Telophase der Mitose sehr ähnlich. Die beiden Zellen beenden die Teilung ihres Zytoplasmas (Zytokinese), und die Kernmembranen bilden sich um die Chromosomen herum. Aber das lässt uns mit einer seltsamen Situation zurück. Die beiden neuen Zellen haben KEINE 23 homologen Chromosomenpaare (46 Chromosomen insgesamt), sie haben 23 replizierte Chromosomen (jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden).

Da es keine homologen Paare gibt, werden die Zellen von Telophase I als haploid angesehen.

Telophase I der Meiose

Die Meiose II ist praktisch identisch mit der Mitose, was die Bewegung der Chromosomen und ihre Aufteilung angeht. Da wir jedoch mit den beiden bei der Meiose I gebildeten Zellen beginnen, haben sie nur die Hälfte der Chromosomenzahl, die eine Zelle bei einer Mitose haben würde. Denken Sie daran, dass die Zelle bei der Mitose mit 46 replizierten Chromosomen beginnt. Die Zellen, mit denen wir in Meiose II beginnen, haben aufgrund von Meiose I nur 23 replizierte Chromosomen. Aber die Phasen und die Chromosomenbewegungen sind identisch mit denen der Mitose. Während der Prophase II bildet sich die Spindel, die Kernmembran zerfällt und die DNA kondensiert (natürlich gibt es diesmal keine Chromosomenpaarung, weil es nichts zu paaren gibt - die homologen Partner wurden während der Anaphase I getrennt). Während der Metaphase II reihen sich die Chromosomen einzeln entlang des Äquators auf und während der Anaphase II das Zentromer spaltet sich und die Chromatiden teilen sich. Dann werden die Chromatiden wieder Chromosomen genannt. Während der Telophase II bildet sich um die neu gespaltenen Chromosomen eine Kernmembran, und wir haben vier haploide Zellen.

Die vier haploiden Zellen replizieren sich nicht weiter, es sei denn, die Befruchtung löst neue Zellzyklen aus.

Schnelles Quiz #3

Füllen Sie die Lücken aus und kreuzen Sie die entsprechenden Kästchen an:

1. Wenn für einen bestimmten Organismus die diploide Chromosomenzahl 10 beträgt, dann ist die haploide Zahl _________________________.

2. Die erste Metaphase der Meiose (Metaphase I) unterscheidet sich von der Metaphase der Mitose dadurch, dass sich auf jeder Spindelfaser ein _________________________ Chromosomen anordnet.

3. Die vier aus der Meiose resultierenden Zellen sind ______________________.

4. Der Übergang erfolgt nach _________________________.

5. Das Wort [ />haploide />diploide ] bezieht sich auf eine Zelle, für die jedes Chromosom keinen homologen Partner hat.

6. Die erste Anaphase der Meiose (Anaphase I) unterscheidet sich von der Anaphase der Mitose dadurch, dass Zentromere [ />tun />nicht ] Teilen.

7. Prophase I der Meiose [ />ist />ist nicht ] ähnlich der Prophase der Mitose.

Richtige Antworten finden Sie in Kapitel 15.

Meiose und die Bildung von Samenzellen: Spermatogenese

Da Spermien und Eizellen die Gameten sind, wird die Bildung von Spermien und Eizellen genannt Gametogenese. Wenn wir konkret über die Bildung von Spermien sprechen, nennen wir es Spermatogenese. Spermatogenese erfordert meiose, (nicht mitose).

1. Das Spermatogonium repliziert während der Interphase alle seine Chromosomen. Es hat jetzt 46 Chromosomen, und jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden, die durch ein Zentromer verbunden sind.

2. Die Zelle durchläuft die Prophase I, die homologen Chromosomen paaren sich (Synapse) und es kommt zu einem Crossing-Over.

3. Die Zelle durchläuft die Metaphase I, in der sich die gepaarten Chromosomen auf Spindeln am Äquator aufreihen. Wir sehen zwei Zentromere auf jeder Spindelfaser.

4. Die Zelle durchläuft Anaphase I, aber die Zentromere teilen sich nicht. Stattdessen trennen sich die homologen Chromosomenpaare.

5. Die Zellteilung endet während der Telophase I und wir haben jetzt zwei Zellen. Jede Zelle hat 23 Chromosomen, und jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden, die noch durch ein Zentromer verbunden sind. Diese Zellen gelten als haploid.

6. Jede dieser beiden Zellen durchläuft dann Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase II. Diese zweite Gruppe von Unterteilungen ähnelt der Mitose. Chromosomen kondensieren (aber nicht paaren) während der Prophase II, sie reihen sich während der Metaphase II einzeln entlang der Spindelfasern auf, und die Zentromere teilen sich während der Anaphase II. Die Zellteilung endet während der Telophase II, und am Ende haben wir vier Zellen, von denen jede 23 nicht replizierte Chromosomen hat (sie sind immer noch haploid).

Wir beginnen mit einer diploiden Zelle namens a Spermatowegium (es ist wegna wird eine Samenzelle). Spermatogonien leben in winzigen Röhrchen namens Samenkanälchen, befindet sich in den Hoden. Die Hoden sind die männlichen Keimdrüsen. Ein diploides Spermatogonium durchläuft eine Meiose und produziert vier haploide Samenzellen. Der Unterschied zwischen Oogenese und Spermatogenese besteht darin, dass sich bei der Oogenese nur eine Gamete bildet und zur Eizelle wird, während bei der Spermatogenese alle vier Gameten zu funktionellen Spermien werden.

Meiose und die Bildung von Eizellen: Oogenese

Wenn wir sagen Oogenese, sprechen wir von der Bildung weiblicher Eizellen, auch bekannt als Eizellen (Singular = Ovum). Wir beschäftigen uns wieder mit Meiose.

Die Oogenese ähnelt der Spermatogenese: Eine diploide Zelle bildet durch Meiose haploide Zellen.

1. Die Ausgangszelle ist a primäre Eizelle.

2. Primäre Eizellen werden in den Eierstöcken des weiblichen Fortpflanzungssystems gefunden. Der Eierstock ist die weibliche Keimdrüse.

3. Die letzte Zelle wird als Eizelle bezeichnet.

4. Oogenese führt zur Produktion von eine einzelne Eizelle aus einer einzigen primären Eizelle. Zwei der Tochterzellen, die aus der meiotischen Teilung resultieren, zerfallen einfach. Sie bekommen kein Zytoplasma und keine Organellen. Diese Zellen heißen Polkörper. Dies unterscheidet sich stark von der Spermatogenese, bei der vier reife Spermien aus einem einzigen Spermatogonium hergestellt werden.

5. Die Oogenese erfolgt monatlich, beginnend in der Pubertät und endend in den Wechseljahren (das Ende des regulären Menstruationszyklus, ein Ereignis, das normalerweise zwischen dem 46. und 54. Lebensjahr auftritt). Pro Monat wird eine einzige Eizelle produziert.

Abgesehen von den Unterschieden in den Namen der Anfangs- und Endzelle und der Absorption von Tochterzellen bei der Oogenese ist der Gesamtprozess ziemlich gleich.

Für die Prüfung sollten Sie auch mit dem Gedanken der genetischen Variation vertraut sein. Dies bezieht sich auf genetische Unterschiede sowohl innerhalb als auch zwischen Populationen. Es gibt drei Ursachen für die Variation zwischen den Nachkommen. All dies führt zu genetischer Variation innerhalb von Populationen und ist daher für den Evolutionsprozess wichtig. Diese drei Ursachen für die Variation zwischen den Nachkommen sind:

1. Unabhängige Chromosomenauswahl während der Metaphase I der Meiose

2. Überkreuzung während der Synapse in der Prophase I der Meiose

Schnelles Quiz #4

Füllen Sie die Lücken aus und kreuzen Sie die entsprechenden Kästchen an:

1. Die am Ende der Telophase I produzierten Zellen gelten als [ />haploide />diploide ].

2. Die Spermatogenese beginnt am _________________________ und dauert ______________________________.

3. _________________________ reife Spermien werden aus einem einzigen Spermatogonium hergestellt.

4. Die weibliche Keimdrüse ist die _________________________.

5. Die Oogenese beginnt am ________________________ und endet am ________________________.

6. [ />Vier />Einer ] reife Eizellen (Ovum) werden (werden) aus einer einzigen primären Eizelle hergestellt.

7. Die Spermatogenese findet auf einem [ Täglich monatlich ] Basis, während die Oogenese auf einer [ Täglich monatlich ] Grundlage.

8. Die Zellen, die während der Oogenese zerfallen, werden ____________________________________________ genannt.


Vorlesungsnotizen

Zwischenphase kein Teil der Meiose

  • Replikation = Bildung von Schwesterchromatiden
  • Chromosomen verdichten sich
  • Nukleolus verschwindet
  • Spindelformen
  • Synapse von Bivalenten: Paarung homologer Chromosomen
  • Crossing Over tritt zwischen Nicht-Schwesterchromatiden auf
  • Kernmembran verschwindet
  • Chromosomen verdichten sich weiter
  • Spindelmikrotubuli heften sich an Zentromere
  • Bivalente reihen sich am Äquator auf
  • Trennung homologer Paare
  • Chromosomen werden durch die Spindel zu den Polen verschoben
  • Chromosomen an den Polen
  • Kernhülle taucht wieder auf
  • Spindel verschwindet
  • Chromosomen entrollen sich teilweise
  • Chromosomen kondensieren wieder
  • Kernhülle verschwindet
  • neue Spindelformen (rechtwinklig zur vorherigen Spindel)
  • Spindelmikrotubuli heften sich an Zentromere
  • Chromosomen wandern zum Äquator
  • Schwesterchromatiden getrennt
  • Spindelmikrotubuli bewegen Chromatiden zu entgegengesetzten Polen
  • Chromosomen (=Chromatiden) kommen an Polen an
  • Spindel verschwindet
  • Kernmembran erscheint wieder
  • Nukleolus taucht wieder auf
  • Chromosomen dekondensieren zu Chromatin
  • Zellteilung

2. Skizzieren Sie den Prozess überqueren.

  • während der Synapse, Prophase I, homologe Chromosomenpaare bilden bivalente
  • Teile von Nicht-Schwesterchromatiden überlappen, brechen bei Chiasmata, verbinden sich in einem System des gegenseitigen Austauschs wieder mit neuem Chromatid
  • neue Kombinationen, die als Rekombinanten bekannt sind

3. Erklären Sie, wie die Meiose zu einer effektiv unendlichen genetischen Vielfalt in Gameten führt, indem sie in der Prophase I überkreuzt und in der Metaphase I zufällig ausgerichtet wird.

  • Sorte, die durch Rekombination von mütterlichen und väterlichen Chromosomen hergestellt wird
  • für jedes homologe Chromosomenpaar werden die mütterlichen und väterlichen Chromosomen zufällig den Tochterzellen zugeordnet
  • mögliche Anordnungen von Chromosomen in haploiden Tochterzellen = (2)nth, wobei n = Anzahl der homologen Paare
  • beim Menschen, n = 23, und mögliche Anordnungen = (2)23 = ungefähr 8 Millionen
  • Sorte, die durch Rekombination innerhalb einzelner Chromosomen entsteht
  • während der Synapse, Prophase I, homologe Chromosomenpaare bilden bivalente
  • Teile von Nicht-Schwesterchromatiden überlappen, brechen bei Chiasmata, verbinden sich in einem System des gegenseitigen Austauschs wieder mit neuem Chromatid
  • neue Kombinationen, die als Rekombinanten bekannt sind

4. Staat Mendelsches Gesetz des unabhängigen Sortiments = zwei oder mehr Paare von Allelen sortieren sich während der Gametenbildung unabhängig voneinander.

5. Erklären Sie die Beziehung zwischen dem Mendelschen Gesetz des unabhängigen Sortiments und der Meiose.


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