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Kann die Zellteilung während der Prophase gestoppt werden?

Kann die Zellteilung während der Prophase gestoppt werden?


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Es gibt drei bekannte Kontrollpunkte, die eine ordnungsgemäße Teilung der Zelle sicherstellen.

Dies sind: der G1-Checkpoint, auch bekannt als Restriktions- oder Start-Checkpoint oder (Major Checkpoint); der G2/M-Checkpoint; und der Metaphase-Checkpoint, auch bekannt als Spindel-Checkpoint.

Ich wollte wissen, ob die Zellteilung während der Prophase (sobald sie einmal begonnen hat) gestoppt werden kann.


Mir ist nicht bekannt, dass ein solcher Stopp bei einer mitotischen Prophase auftritt, aber wenn Ihre Definition von "Zellteilung" die Meiose einschließt, lautet die Antwort ja: Bei einigen Arten stoppt die Eizelle bei der ersten Prophase (Prophase I), in einer Ruhephase genannt "dictyotene": https://en.m.wikipedia.org/wiki/Dictyate


Unterschied zwischen Interphase und Prophase

Interphase und Prophase sind zwei Begriffe, die verwendet werden, um verschiedene Perioden des Zellzyklus zu beschreiben. Als Interphase wird die Wachstumsphase der Zelle bezeichnet, die zwischen zwei mitotischen Teilungen auftritt. Während der Wachstumsphase sammelt die Zelle die notwendigen Nährstoffe für die Proteinsynthese und DNA-Replikation. Prophase ist die erste Phase der Zellteilung. Chromosomen sind während der Prophase mit dem Spindelapparat verbunden. Die Hauptunterschied zwischen interphase und prophase ist das während der Interphase wächst die Zelle, indem sie die Größe vergrößert und das genetische Material dupliziert, während während der Prophase die eigentliche Zellteilung durch Chromosomenkondensation beginnt.


Zellteilung Mitose und Meiose

Die zwei gut dokumentierten Arten der Zellteilung sind:

Mitose

Es ist die Art der Zellteilung, bei der sich eine Zelle teilt, um zwei genetisch identische Tochterzellen zu produzieren. Ein Großteil der Zellteilungen, die in unserem Körper stattfinden, ist die Mitose. Der Prozess ist integraler Bestandteil des Körperwachstums und der Entwicklung eines Organismus und findet während der gesamten Lebenszeit des Organismus statt. Für einige einzellige Organismen wie Hefe ist die mitotische Zellteilung die einzige Möglichkeit, sich zu vermehren. Im Folgenden lernen wir den mitotischen Prozess der Zellteilung kennen.

Die Zellteilungsphasen der Mitose sind:

Bevor die Mitose beginnt, befindet sich die Zelle in einem Zustand, der als Interphase bezeichnet wird, und kopiert ihre DNA. Daher bestehen die Chromosomen im Zellkern aus zwei Kopien, die als Schwesterchromatiden bezeichnet werden. Bei Tieren wird auch das Zentrosom kopiert. Zentrosomen kontrollieren die Mitose in tierischen Zellen. Es sollte hier erwähnt werden, dass Pflanzenzellen keine Zentriolen und Zentrosomen haben und das Mikrotubuli-Organisationszentrum die Mitose reguliert.

Frühe und späte Prophase

In der frühen Prophase leitet die Zelle die Zellteilung ein, indem sie einige Zellkomponenten abbaut und andere Komponenten aufbaut, und dann beginnt die Chromosomenteilung.

In diesem Stadium beginnen die Chromosomen zu kondensieren, was ihnen hilft, sich in späteren Stadien leicht zu trennen

Danach beginnt sich die mitotische Spindel zu bilden, eine Struktur aus Mikrotubuli. Es organisiert die Chromosomen und bewegt sie während der Mitose. Die mitotische Spindel wächst zwischen den Zentrosomen der Zelle, während sie sich zu verschiedenen Polen bewegen.

Der Nukleolus verschwindet dann, was ein Zeichen dafür ist, dass der Kern sich auf den Abbau vorbereitet.

In der späten Prophase, die auch Prometaphase genannt wird, beginnt die mitotische Spindel, die Chromosomen zu organisieren.

Sobald die Chromosomen fertig kondensiert sind, bilden sie eine kompakte Struktur.

Dann bricht die Kernhülle zusammen und die Chromosomen werden freigesetzt.

Am Ende der Prophase wächst die mitotische Spindel und einige Mikrotubuli beginnen, Chromosomen einzufangen und zu organisieren.

Metaphase

Die Metaphase beginnt, wenn die mitotische Spindel alle Chromosomen organisiert und sie in der Mitte der Zelle anordnet, um sich zu teilen.

Alle Chromosomen richten sich an der Metaphaseplatte aus

In diesem Stadium der Metaphase sollten die beiden Kinetochore jedes Chromosoms an Mikrotubuli von entgegengesetzten Spindelpolen angebracht werden. Bevor zur Anaphase übergegangen wird, überprüft die Zelle, ob alle Kinetochore richtig an Mikrotubuli befestigt sind, und dies wird als Spindel-Checkpoint bezeichnet.

Der Spindle Checkpoint stellt sicher, dass die Schwesterchromatiden gleichmäßig in zwei Tochterzellen aufgeteilt werden.

Anaphase

In diesem Stadium trennen sich die Schwesterchromatiden voneinander und bewegen sich zu den entgegengesetzten Polen der Zelle. Der Proteinkleber, der sie hält, bricht und ermöglicht es ihnen, sich zu trennen.

Mikrotubuli, die nicht an Chromosomen befestigt sind, verlängern sich und drücken sich auseinander. Dabei trennen sie die Pole und verlängern die Zelle. Diese Prozesse werden von Motorproteinen gesteuert und diese Proteine ​​tragen die Chromosomen und Mikrotubuli, während sie sich bewegen.

Telophase

In diesem Stadium ist die Zelle fast geteilt und beginnt, ihre normalen Zellstrukturen wiederherzustellen, während die Zytokinese stattfindet.

Die mitotische Spindel zerfällt in ihre Bausteine ​​und es werden zwei neue Kerne gebildet, einer für jeden Chromosomensatz.

Die Kernmembran und die Nukleolen erscheinen dann wieder und die Chromosomen beginnen zu dekondensieren, um in ihre normale Form zurückzukehren.

Zytokinese

In tierischen Zellen ist die Zytokinese kontraktil. In der Zelle befindet sich eine klemmartige Formation, die sie wie eine Geldbörse mit einem "Zugband" in zwei Teile teilt. Die „Zugschnur“ ist ein Band aus Aktinproteinfilamenten. Die Quetschfalte wird als Spaltfurche bezeichnet.

Pflanzenzellen können so nicht geteilt werden, da sie eine starre Zellwand haben und zu steif sind. In der Mitte der Zelle bildet sich eine Zellplatte, die die Tochterzellen spaltet.

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Meiose

Bei der Meiose teilt sich eine einzelne Zelle zweimal, um vier Zellen zu produzieren, die die Hälfte der ursprünglichen Menge an genetischem Material enthalten. Es kann in Samenzellen bei Männern und Eizellen bei Frauen beobachtet werden.

Es gibt 9 meiotische Zellteilungsphasen. Diese werden im Folgenden besprochen:

Zwischenphase

Ähnlich wie bei der Mitose wird das Erbgut der Zelle kopiert und zwei identische Chromosomensätze gebildet.

Die Zentrosomen und die Zentriolen werden ebenfalls kopiert und in dieser Phase erstrecken sich die Mikrotubuli von den Zentrosomen.

Prophase I

Die beiden Chromosomensätze verdichten sich zu einer X-förmigen Formation

Jedes Chromosom besteht aus zwei Schwesterchromatiden, die identische genetische Informationen enthalten.

Alle Chromosomen paaren sich. Zum Beispiel sind beide Kopien von Chromosom 1 und beide Kopien von Chromosom 2 zusammen.

Die Chromosomenpaare können dann Teile der DNA durch Crossing-Over oder Rekombination austauschen.

Am Ende löst sich in diesem Stadium die Kernmembran auf und setzt die Chromosomen frei.

Die meiotische Spindel, die aus Mikrotubuli und anderen Proteinen besteht, erstreckt sich über die Zelle.

Metaphase I

Die Chromosomenpaare richten sich in der Mitte der Zelle nebeneinander aus.

Die Zentriolen bewegen sich an den entgegengesetzten Polen der Zelle und die meiotischen Spindeln gehen von ihnen aus. Ihre Fasern heften sich an ein Chromosom jedes Paares.

Anaphase I

Die Chromosomenpaare werden dann durch die meiotische Spindel getrennt und bewegen jedes Chromosom zu entgegengesetzten Polen der Zelle.

Bei der Meiose I bleiben die Schwesterchromatiden der Zelle zusammen.

Telophase I und Zytokinese

Die Chromosomen bewegen sich zu entgegengesetzten Polen einer Zelle und jeder Pol hat einen vollständigen Chromosomensatz.

Um jeden Chromosomensatz beginnt sich eine Kernmembran zu bilden, um zwei neue Kerne zu bilden.


Zellzykluskontrolle

Ein sehr ausgeklügeltes und präzises Regulationssystem steuert den Weg der Zellen von einer Phase zur nächsten im Zellzyklus und beginnt mit der Mitose. Das Kontrollsystem umfasst Moleküle innerhalb der Zelle sowie externe Auslöser. Diese internen und externen Steuerungstrigger stellen der Zelle „Stopp“- und „Vorwärts“-Signale bereit. Eine genaue Regulierung des Zellzyklus ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Gesundheit eines Organismus, und der Verlust der Kontrolle des Zellzyklus kann zu Krebs führen.

Mechanismen der Zellzykluskontrolle

Während die Zelle ihren Zyklus durchläuft, beinhaltet jede Phase bestimmte Prozesse, die abgeschlossen sein müssen, bevor die Zelle in die nächste Phase übergehen soll. EIN Kontrollpunkt ist ein Punkt im Zellzyklus, an dem dem Zyklus signalisiert werden kann, sich vorwärts zu bewegen oder zu stoppen. An jedem dieser Checkpoints liefern unterschiedliche Molekülarten die Stop-and-Go-Signale, abhängig von bestimmten Bedingungen innerhalb der Zelle. EIN cyclin ist eine der primären Klassen von Molekülen zur Kontrolle des Zellzyklus (Abbildung 3). EIN cyclinabhängige Kinase (CDK) gehört zu einer Gruppe von Molekülen, die mit Cyclinen zusammenarbeiten, um das Fortschreiten an Zell-Checkpoints zu bestimmen. Durch die Interaktion mit vielen zusätzlichen Molekülen treiben diese Trigger den Zellzyklus voran, es sei denn, sie werden durch „Stopp“-Signale daran gehindert, wenn die Zelle aus irgendeinem Grund nicht bereit ist. Am G1 Checkpoint muss die Zelle für die DNA-Synthese bereit sein. Am G2 Checkpoint muss die Zelle vollständig auf die Mitose vorbereitet sein. Auch während der Mitose sorgt ein entscheidender Stop-and-Go-Checkpoint in der Metaphase dafür, dass die Zelle vollständig auf die Zellteilung vorbereitet ist. Der Metaphase-Checkpoint stellt sicher, dass alle Schwesterchromatiden ordnungsgemäß an ihren jeweiligen Mikrotubuli befestigt und an der Metaphasenplatte ausgerichtet sind, bevor das Signal gegeben wird, sie während der Anaphase zu trennen.

Abbildung 3. Kontrolle des Zellzyklus. Zellen durchlaufen den Zellzyklus unter der Kontrolle einer Vielzahl von Molekülen, wie Cyclinen und cyclinabhängigen Kinasen. Diese Kontrollmoleküle bestimmen, ob die Zelle bereit ist, in das folgende Stadium überzugehen.

Der Zellzyklus außer Kontrolle: Auswirkungen

Die meisten Menschen wissen, dass Krebs oder Tumore durch abnormale Zellen verursacht werden, die sich ständig vermehren. Wenn sich die abnormalen Zellen unaufhaltsam teilen, können sie das Gewebe um sie herum schädigen, sich auf andere Teile des Körpers ausbreiten und schließlich zum Tod führen. In gesunden Zellen verhindern die strengen Regulationsmechanismen des Zellzyklus dies, während Ausfälle der Zellzykluskontrolle eine unerwünschte und übermäßige Zellteilung verursachen können. Kontrollausfälle können durch vererbte genetische Anomalien verursacht werden, die die Funktion bestimmter „Stop“- und „Go“-Signale beeinträchtigen. Umwelteinflüsse, die die DNA schädigen, können auch zu einer Fehlfunktion dieser Signale führen. Häufig führt eine Kombination aus genetischer Veranlagung und Umweltfaktoren zu Krebs. Der Prozess, bei dem eine Zelle ihrem normalen Kontrollsystem entkommt und krebsartig wird, kann tatsächlich im ganzen Körper ziemlich häufig passieren. Glücklicherweise sind bestimmte Zellen des Immunsystems in der Lage, krebserregende Zellen zu erkennen und zu zerstören. In bestimmten Fällen bleiben die Krebszellen jedoch unentdeckt und vermehren sich weiter. Wenn der entstandene Tumor keine Gefahr für umliegendes Gewebe darstellt, wird er als gutartig bezeichnet und kann in der Regel leicht entfernt werden. Wenn der Tumor schadensfähig ist, gilt er als bösartig und der Patient wird mit Krebs diagnostiziert.

Homöostatische Ungleichgewichte: Krebs entsteht aus homöostatischen Ungleichgewichten

Krebs ist eine äußerst komplexe Erkrankung, die aus einer Vielzahl von genetischen und umweltbedingten Ursachen entstehen kann. Typischerweise führen Mutationen oder Aberrationen in der DNA einer Zelle, die normale Kontrollsysteme des Zellzyklus beeinträchtigen, zu Krebstumoren. Die Zellzykluskontrolle ist ein Beispiel für einen homöostatischen Mechanismus, der die richtige Zellfunktion und Gesundheit aufrechterhält. Während des Fortschreitens durch die Phasen des Zellzyklus liefern eine Vielzahl von intrazellulären Molekülen Stop-and-Go-Signale, um die Bewegung in die nächste Phase zu regulieren. Diese Signale werden in einem komplizierten Gleichgewicht gehalten, so dass die Zelle erst zur nächsten Phase übergeht, wenn sie bereit ist.

Die homöostatische Kontrolle des Zellzyklus kann man sich wie den Tempomaten eines Autos vorstellen. Der Tempomat wird kontinuierlich genau das richtige Maß an Beschleunigung anwenden, um eine gewünschte Geschwindigkeit beizubehalten, es sei denn, der Fahrer tritt auf die Bremse. In diesem Fall wird das Auto langsamer. In ähnlicher Weise enthält die Zelle molekulare Botenstoffe wie Cycline, die die Zelle in ihrem Zyklus vorantreiben. Neben Cyclinen liefert eine Klasse von Proteinen, die von Genen namens Proto-Onkogene kodiert werden, wichtige Signale, die den Zellzyklus regulieren und vorantreiben. Beispiele für proto-onkogene Produkte umfassen Zelloberflächenrezeptoren für Wachstumsfaktoren oder Zellsignalmoleküle, zwei Klassen von Molekülen, die die DNA-Replikation und Zellteilung fördern können.

Im Gegensatz dazu sendet eine zweite Klasse von Genen, die als Tumorsuppressorgene bekannt sind, während eines Zellzyklus Stoppsignale. So signalisieren bestimmte Proteinprodukte von Tumorsuppressorgenen potenzielle Probleme mit der DNA und verhindern so die Teilung der Zelle, während andere Proteine ​​der Zelle signalisieren, dass sie absterben sollte, wenn sie irreparabel geschädigt wird. Einige Tumorsuppressorproteine ​​signalisieren auch eine ausreichende umgebende Zelldichte, was darauf hinweist, dass sich die Zelle derzeit nicht teilen muss. Letztere Funktion ist bei der Verhinderung des Tumorwachstums von besonderer Bedeutung: Normale Zellen weisen ein Phänomen auf, das als „Kontakthemmung“ bezeichnet wird. Daher verursacht ein ausgedehnter Zellkontakt mit benachbarten Zellen ein Signal, das die weitere Zellteilung stoppt.

Diese beiden gegensätzlichen Klassen von Genen, Proto-Onkogene und Tumorsuppressorgene, sind wie das Gas- bzw. Bremspedal des zelleigenen „Cruise Control Systems“. Unter normalen Bedingungen werden diese Stop-and-Go-Signale in einem homöostatischen Gleichgewicht gehalten. Im Allgemeinen gibt es zwei Möglichkeiten, wie der Tempomat der Zelle die Kontrolle verlieren kann: ein fehlerhaftes (überaktives) Gaspedal oder eine fehlerhafte (unteraktive) Bremse. Wenn sie durch eine Mutation kompromittiert oder anderweitig verändert werden, können Proto-Onkogene in Onkogene umgewandelt werden, die Onkoproteine ​​produzieren, die eine Zelle in ihrem Zyklus vorantreiben und die Zellteilung stimulieren, selbst wenn dies unerwünscht ist.

Zum Beispiel könnte eine Zelle, die aufgrund eines ausgedehnten DNA-Schadens auf Selbstzerstörung programmiert werden sollte (ein Prozess, der Apoptose genannt wird), stattdessen durch ein Onkoprotein zur Proliferation veranlasst werden. Andererseits kann ein dysfunktionales Tumorsuppressorgen der Zelle möglicherweise nicht das notwendige Stoppsignal liefern, was ebenfalls zu einer unerwünschten Zellteilung und -proliferation führt. Ein feines homöostatisches Gleichgewicht zwischen den vielen Proto-Onkogenen und Tumorsuppressorgenen steuert den Zellzyklus feinfühlig und sorgt dafür, dass sich nur gesunde Zellen vermehren. Daher kann eine Störung dieses homöostatischen Gleichgewichts eine abnormale Zellteilung und krebsartige Wucherungen verursachen.


Was passiert während der Prophase?

Prophase ist eine der ersten Phasen der Mitose und konzentriert sich auf die Vorbereitung der Spindeln, der Metaphasenplatte und der Chromosomen, um in den späteren Phasen des Prozesses zu arbeiten. Prophase existiert sowohl in der Mitose als auch in der Meiose.

Während der Mitose und Meiose ist die Prophase die erste Phase des Teilungszyklus nach der DNA-Replikation in der G- und S-Phase. Der Hauptwert der Prophase besteht darin, dass das Chromatin zu Chromosomen kondensiert, die später in den letzten Stadien der Mitose und Meiose auf verschiedene Weise getrennt werden. Der Nukleolus im Zellkern verschwindet ebenfalls und die Zellmembran verschwindet, was es der Zelle leicht macht, sich in zwei Teile zu teilen. Die Miotischen Spindeln auf beiden Seiten der Zelle, die aus Mikrotubuli besteht, werden während der Prophase gebildet und machen sich bereit, sich zu bewegen. Dies ist ein wichtiger Teil der Teilung, da es die Chromosomen auf ihre jeweilige Seite auseinanderzieht.

Sowohl bei der Meiose als auch bei der Mitose spielt die Prophase die gleiche Rolle, es gibt keine Unterschiede zwischen den drei Fällen, außer der Tatsache, dass die Meiose nur mit Geschlechtszellen (Gameten) und die Mitose mit regulären somatischen Zellen auftritt. Bei der Meiose tritt die Prophase zweimal auf, da es zwei Teilungen gibt, die zu insgesamt vier Zellen führen.


Kann die Zellteilung während der Prophase gestoppt werden? - Biologie

Obwohl die Mitose ein kontinuierlicher Prozess ist, kann sie zur einfacheren Beschreibung in vier Phasen unterteilt werden:

Eine Zelle zwischen den Mitoseperioden wird als bezeichnet Zwischenphase, ist dies ein Zeitraum, in dem die Zelle wächst und ihre erforderlichen Funktionen ausführt.

Eine gute Gedächtnisstütze zum Erinnern an diese Phasen ist:

ich 'm ich Zwischenphase
P retty P rophase
m ean m Etaphase
EIN nd EIN naphase
T ähm T Elophase

Die folgende Animation zeigt die Stadien der Mitose:

Zwischenphase:

Eine Zelle zwischen den Mitosephasen wird als Interphase bezeichnet. Dies ist eine Phase, in der die Zelle wächst und ihre erforderlichen Funktionen ausführt. Während der Interphase liegt das Chromosomenmaterial in Form von locker gewundenen feinen Fäden vor, die als Chromatin bezeichnet werden. Diese sind nach den Chromatin-Granula benannt, die die DNA-Struktur enthalten, die sich entlang der Länge wie Perlen an einer Schnur befindet.

Kurz vor der Kernteilung verdoppelt sich das Zentriol in der Zelle. Das Zentriol ist eine Reihe von Proteinzylindern, die sich in der Nähe des Zellkerns befinden. Bei der Mitose werden viele Komponenten im Zellkern bewegt und dies wird von den Zentrosomen reguliert. Es werden auch perfekte Repliken jedes DNA-Moleküls innerhalb jedes Chromosoms erstellt. In diesem Stadium hat die Zelle 4 Kopien jedes DNA-Moleküls (2 in jedem Chromosom). Wenn die Kopie abgeschlossen ist, ist die Zelle bereit, mit der Mitose zu beginnen.

Prophase:

In der ersten Phase der Mitose werden die Chromosomen kürzer und dicker, indem ihre Bestandteile gewickelt und dicht gepackt werden. Jedes Chromosom existiert nun als ein Paar von Chromatiden, die durch ein Zentromer miteinander verbunden sind. Somit enthält der Prophase-Kern doppelt so viele Chromosomen wie üblich. Die Kernhülle zerfällt und die Zentriolen wandern jeweils zum gegenüberliegenden Ende der Zelle und hinterlassen eine breite Spur von Proteinspindelfasern, sogenannte Mikrotubuli, die von einem Zentriol zum anderen verlaufen.

Metaphase:

Während der Metaphase wird jedes Chromatidpaar mit seinen Zentromeren an die Spindelfasern gebunden. Die Phase ist abgeschlossen, wenn alle Chromatidpaare in der Mitte der Zelle aufgereiht sind.

Anaphase:

Die Zentromere teilen sich und die beiden Chromatiden jedes Doppelchromosoms trennen sich. Die Chromatiden jedes Paares werden dann zu den gegenüberliegenden Enden der Zelle gezogen.

Telophase

Die Gruppe der Chromatiden sammelt sich an gegenüberliegenden Enden der Zelle. Die Spindelfasern zerfallen und eine Kernhülle bildet sich um die Chromosomen an jedem Ende. Die Chromosomen entrollen sich und verlängern sich wieder zum Chromatin. In der Mitte der Zelle bildet sich eine Falte, die als Spaltung bezeichnet wird, und die Zelle trennt sich durch einen Prozess, der Zytokinese genannt wird.

Tochterzellen

Es entstehen zwei neue identische Zellen, die Tochterzellen genannt werden.


Kann die Zellteilung während der Prophase gestoppt werden? - Biologie

IN DIESEM KAPITEL

Zusammenfassung: In diesem Kapitel erfahren Sie, was Sie über die Zellteilung bei Prokaryoten (Binärspaltung), den Zellzyklus und die Zellteilung bei Eukaryoten (Mitose und Meiose) wissen müssen. Darüber hinaus werden die Lebenszyklen verschiedener Organismen diskutiert.

Es gibt vier Hauptstadien im Zellzyklus&mdashG1 , S, G2 , und M.

Die Stadien der Mitose sind: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase und Zytokinese.

Ein Crossing-Over tritt während der Prophase I der Meiose auf.

Beispiele für Kontrollmechanismen der Zellteilung: Wachstumsfaktoren, Checkpoints, dichteabhängige Hemmung und Cycline/Proteinkinasen.

Quellen der Zellvariation: Crossover, 2 n mögliche Gameten und zufällige Paarung von Gameten.

Einführung

Die Zellteilung, der Prozess, bei dem Zellen mehr ihrer Art produzieren, kann auf verschiedene Weise erfolgen. In diesem Kapitel diskutieren wir die Zellteilung bei Prokaryoten (Binärspaltung), den Zellzyklus und die Zellteilung bei Eukaryoten (Mitose und Meiose). Nach dem Vergleich von Mitose und Meiose werden wir die Lebenszyklen verschiedener Organismen berühren.

Zellteilung bei Prokaryoten

Prokaryoten sind einfache einzellige Organismen ohne Kern. Ihr genetisches Material ist in einem einzigen ringförmigen DNA-Chromosom angeordnet, das an der Zellmembran verankert ist. Wie bei Eukaryoten wird das genetische Material von Prokaryoten vor der Teilung dupliziert. Anstatt jedoch in einen komplexen Zyklus zur Zellteilung einzutreten, verlängern sich Prokaryonten einfach, bis sie ihre ursprüngliche Größe verdoppelt haben. An diesem Punkt klemmt sich die Zelle ein und trennt sich in zwei identische Tochterzellen in einem Prozess, der als . bekannt ist Zellteilung (Abbildung 9.1 ).

Abbildung 9.1 Binärspaltung.

Der Zellzyklus

Die Reproduktion eukaryotischer Zellen ist etwas komplizierter. Der Zellzyklus fungiert als Tagesplaner für Wachstum und Entwicklung der eukaryontischen Zelle. Es teilt der Zelle mit, wann und in welcher Reihenfolge sie Dinge tun wird, und besteht aus allen notwendigen Schritten, die für die Reproduktion einer Zelle erforderlich sind. Sie beginnt nach der Entstehung der Zelle und endet mit der Bildung zweier Tochterzellen durch Zellteilung. Für die beiden gerade gebildeten Tochterzellen beginnt es dann wieder. Der Zellzyklus besteht aus vier Hauptstadien, die in der folgenden Reihenfolge ablaufen: Phasen G1, S , g2, und m (Abbildung 9.2 ). Phasen G1 und G2 sind Wachstumsstadien S ist der Teil des Zellzyklus, in dem die DNA verdoppelt wird und die M-Phase steht für Mitose, die Zellteilungsphase.

Abbildung 9.2 Kreisdiagramm mit den vier Hauptstadien des Zellzyklus.

GROSSE IDEE 3.A.2

Bei Eukaryoten werden Informationen über den Zellzyklus an die nächste Generation weitergegeben .

Phasen des Zellzyklus

g1 Phase . Während der ersten Wachstumsphase des Zellzyklus bereitet sich die Zelle auf die Synthesephase des Zyklus vor und stellt sicher, dass sie über alle notwendigen Rohstoffe für die DNA-Synthese verfügt.

S-Phase . Die DNA wird so kopiert, dass jede Tochterzelle am Ende des Zellzyklus einen vollständigen Chromosomensatz besitzt.

g2 Phase . In der zweiten Wachstumsphase des Zyklus bereitet sich die Zelle auf die Mitose (zur Bildung von Körperzellen) und/oder Meiose (zur Bildung von Gameten) vor und sorgt so dafür, dass ihr die notwendigen Rohstoffe für die physikalische Trennung und Bildung von Tochterzellen zur Verfügung stehen.

M-Phase . Mitose ist das Stadium, in dem sich die Zelle in zwei neue Zellen trennt.

Die ersten drei Phasen des Zyklus (G1 , S und G2 ) machen den Teil des Zellzyklus aus, der als bekannt ist Zwischenphase. In dieser Phase verbringt eine Zelle etwa 90 Prozent ihres Zyklus. Die anderen 10 Prozent werden in der letzten Phase, der Mitose, ausgegeben.

Die Zeit, die eine Zelle benötigt, um einen Zyklus abzuschließen, variiert je nach Zelltyp. Einige Zellen durchlaufen einen vollständigen Zyklus in Stunden, während andere Tage dauern können. Die Geschwindigkeit, mit der sich Zellen replizieren, variiert ebenfalls. Hautzellen rasen ständig durch den Zellzyklus, während sich Nervenzellen nicht replizieren und wenn sie beschädigt sind, sind sie für immer verloren. Dies ist einer der Gründe, warum das Absterben von Nervenzellen ein solches Problem darstellt – diese Zellen können nicht durch mitotische Replikation repariert oder regeneriert werden.

Während der Mitose, der vierten Stufe des Zellzyklus, nimmt die Zelle tatsächlich die zweite DNA-Kopie, die während der S-Phase hergestellt wurde, und teilt sie gleichmäßig auf zwei Zellen auf. Einzellige Eukaryoten durchlaufen eine Mitose zum Zwecke der asexuellen Fortpflanzung. Komplexere mehrzellige Eukaryoten nutzen die Mitose auch für andere Prozesse wie Wachstum und Reparatur.

Die Mitose besteht aus vier Hauptstadien: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Auf diese Phasen folgt unmittelbar Zytokinese &ndashdie physikalische Trennung der neu gebildeten Tochterzellen. Während der Interphase sind die Chromosomen unsichtbar. Die Chromatin &mdashder Rohstoff, aus dem die Chromosomen entstehen&mdashi ist in dieser Phase lang und dünn. Wenn das Chromatin bis zu dem Punkt kondensiert, an dem das Chromosom durch ein Mikroskop sichtbar wird, sagt man, dass die Zelle mit der Mitose begonnen hat. Die AP-Biologie-Prüfung wird Ihnen keine detaillierten Fragen zu den verschiedenen Stadien der Mitose stellen Allgemeines verstehen, was bei jedem Schritt passiert.

Prophase . Nukleus und Nukleolus verschwinden Chromosomen erscheinen als zwei identische, verbundene Schwesterchromatiden mitotische Spindel (aus Mikrotubuli) beginnt sich zu bilden Zentriolen bewegen sich zu entgegengesetzten Polen der Zelle (Pflanzenzellen haben keine Zentriolen).

Metaphase . Denken Sie für die Metaphase in die Mitte. Die Schwesterchromatiden reihen sich in der Mitte der Zelle aneinander und sind bereit, sich aufzuspalten.

Anaphase . Denken Sie für Anaphase auseinander. Die gespaltenen Schwesterchromatiden wandern über die Mikrotubuli zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle und die Chromosomen werden vom Spindelapparat an die gegenüberliegenden Pole gezogen. Nach der Anaphase besitzt jeder Pol der Zelle einen vollständigen Chromosomensatz.

Telophase . Die Kerne für die neu gespaltenen Zellen, die die Nukleolen bilden, erscheinen wieder und das Chromatin entrollt sich.

Zytokinese . Neu gebildete Tochterzellen spalten sich auf. Tierische Zellen werden durch Bildung einer Spaltfurche, Pflanzenzellen durch Bildung einer Zellplatte gespalten.

Abbildung 9.3 ist eine bildliche Darstellung der Stadien der Mitose.

Abbildung 9.3 Die Stadien der Mitose.

Hier sind die Definitionen für Wörter, die Sie möglicherweise kennen müssen:

Zellplatte: Pflanzenzellstruktur, aufgebaut im Golgi-Apparat, bestehend aus Vesikel, die in der Mitte der Zelle miteinander verschmelzen und den Trennungsprozess vervollständigen.

Spaltfurche: zwischen den beiden Tochterzellen gebildete Furche (in tierischen Zellen), die sich zusammendrückt, um die Trennung der beiden Zellen nach der Mitose abzuschließen.

Zytokinese: die eigentliche Aufspaltung der neu gebildeten Tochterzellen, die jede Reise durch den Zellzyklus vervollständigt – manche betrachten sie als Teil der Mitose, andere betrachten sie als den Schritt unmittelbar nach der Mitose.

Mitotische Spindel: Apparat aus Mikrotubuli, der die Zelle bei der physikalischen Trennung der Chromosomen während der Mitose unterstützt.

Kontrolle der Zellteilung

Die Kontrolle des Zellzyklus ist für ein normales Zellwachstum wichtig. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie die Zelle den Prozess der Zellteilung steuert:

1. Kontrollpunkte . Während des gesamten Zellzyklus gibt es Kontrollpunkte, an denen die Zelle überprüft, ob genügend Nährstoffe und Rohstoffe vorhanden sind, um in die nächste Phase des Zyklus überzugehen. Das G1 checkpoint stellt beispielsweise sicher, dass die Zelle über genügend Rohstoffe verfügt, um in die S-Phase überzugehen und diese erfolgreich abzuschließen.

2. Dichteabhängige Hemmung . Wenn eine bestimmte Zelldichte erreicht ist, wird das Wachstum der Zellen verlangsamt oder gestoppt, weil nicht genügend Rohstoffe für das Wachstum und das Überleben weiterer Zellen vorhanden sind. Zellen, die durch diese Hemmung angehalten werden, treten in eine Ruhephase des Zellzyklus ein, die als G . bekannt ist0 . Krebszellen können diese Hemmung verlieren und außer Kontrolle geraten.

3. Wachstumsfaktoren . Einige Zellen teilen sich nicht, wenn bestimmte Faktoren fehlen. Wachstumsfaktoren unterstützen, wie der Name schon sagt, das Wachstum von Strukturen.

4. Cycline und Proteinkinasen . Cyclin ist ein Protein, das sich während G . ansammelt1 , S und G2 des Zellzyklus. EIN Proteinkinase ist ein Protein, das andere Proteine ​​durch die Addition von Phosphatgruppen kontrolliert. Cyclin-abhängige Kinase (CDK) ist während des gesamten Zellzyklus zu jeder Zeit vorhanden und bindet mit Cyclin, um einen Komplex zu bilden, der als MPF (Reifungs- oder Mitose-fördernder Faktor) bekannt ist. Da die Cyclinkonzentration zu Beginn des Zellzyklus niedrig ist, ist auch die Konzentration von MPF ​​niedrig. Wenn die Konzentration von Cyclin einen bestimmten Schwellenwert erreicht, wird genügend MPF gebildet, um die Zelle in die Mitose zu treiben. Mit fortschreitender Mitose sinkt der Cyclinspiegel, wodurch die Menge an vorhandenem MPF sinkt und die Zelle aus der Mitose herausgezogen wird.

Sam (12. Klasse): „Kontrollmechanismen sind ein wichtiges Thema für diesen Test. Über sie schreiben können.“

Haploide versus diploide Organismen

Eine Sache, die für einige meiner Schüler oft eine große Quelle der Verwirrung ist, ist die Unterscheidung zwischen haploid und diploid. Beginnen wir mit einer Begriffsdefinition:

EIN haploide (n ) ist ein Organismus, der nur eine Kopie jedes Chromosomentyps besitzt. Beim Menschen bezieht sich dies auf eine Zelle, die eine Kopie jedes homologen Chromosomentyps besitzt.

EIN diploide (2n ) ist ein Organismus, der zwei Kopien jedes Chromosomentyps besitzt. Beim Menschen bezieht sich dies auf die Paare von homologen Chromosomen.

Während der folgenden Diskussion der Meiose werden die Begriffe haploide und diploide wird oft gebraucht. Immer wenn wir „2“ sagenn “ oder diploid beziehen wir uns auf einen Organismus, der zwei volle enthält Sätze von Chromosomen. Der Buchstabe n wird verwendet, um die Anzahl der Chromosomensätze darzustellen. Wenn also ein Organismus 4 . hatn Chromosomen, dies bedeutet, dass es vier vollständige Chromosomensätze hat. Der Mensch ist diploid und besteht aus 2n Chromosomen zu allen Zeiten außer als Gameten, wenn sie es sind n . Menschen haben 23 unterschiedlich Chromosomen sind zwei voll Sätze von diesen 23 Chromosomen, eines von jedem Elternteil, für insgesamt 46 Chromosomen. Menschliche Geschlechtszellen haben jeweils 23 Chromosomen.

Nachdem wir Sie mit dem Wissen um die Unterscheidung zwischen haploid und diploid ausgestattet haben, ist es an der Zeit, in das Thema Meiose einzutauchen, die während des Prozesses der sexuellen Fortpflanzung auftritt. Eine Zelle, die für die Meiose bestimmt ist, durchläuft den Zellzyklus und synthetisiert eine zweite Kopie der DNA, genau wie mitotische Zellen. Aber nach G2 , die Zelle tritt stattdessen in die Meiose ein, die besteht aus zwei Zellteilungen, nicht eine. Die zweite Zellteilung existiert, weil die aus der Meiose zu bildenden Gameten haploid sein müssen. Dies liegt daran, dass sie sich bei der Empfängnis mit einem anderen haploiden Gameten verbinden werden, um die diploide Zygote zu produzieren. Meiosis ist wie eine zweiteilige TV-Miniserie. Es hat zwei Akte: Meiose I und Meiose II. Jeder dieser beiden Akte ist in vier Schritte unterteilt, die an Mitose erinnern: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Homologe Chromosomen ähneln sich in Form, Größe, Funktion und der darin enthaltenen genetischen Information. Beim Menschen sind die 46 Chromosomen in 23 homologe Paare unterteilt. Ein Mitglied jedes Paares stammt von der Mutter einer Person, das andere vom Vater. Meiose I ist die Trennung der homologen Paare in zwei separate Zellen. Meiose II ist die Trennung der duplizierten Schwesterchromatiden in Chromosomen. Als Ergebnis produziert ein einziger meiotischer Zyklus vier Zellen aus einer einzigen Zelle. Die Zellen, die während der Meiose im menschlichen Lebenszyklus produziert werden, heißen Gameten.

Auch hier wird die AP-Biologie-Prüfung nicht Ihre Beherrschung der kleinsten Details des meiotischen Prozesses testen. Ein allgemeines Verständnis der verschiedenen Schritte ist jedoch wichtig:

Prophase I . Jedes Chromosom paart sich mit seinem Homolog. Crossover (Synapse) tritt in dieser Phase auf. Die Kernhülle bricht auseinander und der Spindelapparat beginnt sich zu bilden.

Metaphase I . Chromosomen richten sich entlang der Metaphasenplatte aus, die mit ihrem homologen Partner übereinstimmt. Diese Stufe endet mit der Trennung der homologen Paare.

Anaphase I . Getrennte homologe Paare bewegen sich zu entgegengesetzten Polen der Zelle.

Telophase I . Kernmembran reformiert der Prozess der zytoplasmatischen Teilung beginnt.

Zytokinese . Nach der Aufspaltung der Tochterzellen sind die beiden neugebildeten Zellen haploid (n ).

Wie bereits erwähnt, besteht die Meiose aus einer einzigen Syntheseperiode, während der die DNA repliziert wird, gefolgt von zwei Zellteilungsakten. Mit Abschluss der ersten Zellteilung, Meiose I, sind die Zellen haploid, da sie nicht mehr aus zwei vollen Sätze von Chromosomen. Jede Zelle hat eines der duplizierten Chromatidpaare von jedem homologen Paar. Die Zelle tritt dann in die Meiose II ein.

Prophase II . Die Kernhülle bricht auseinander und der Spindelapparat beginnt sich zu bilden.

Metaphase II . Schwesterchromatiden reihen sich entlang des Äquators der Zelle auf.

Anaphase II . Schwesterchromatiden spalten sich auf und heißen Chromosomen wie sie an die Stangen gezogen werden.

Telophase II . Die Kerne und Nukleolen für die neu gespaltenen Zellen kehren zurück.

Zytokinese . Neu gebildete Tochterzellen teilen sich physisch.

Abbildung 9.4 ist eine bildliche Darstellung der Stadien der Meiose I und II.

Abbildung 9.4 Die Stadien der Meiose.

Beim Menschen ist der Prozess der Gametenbildung bei Frauen und Männern unterschiedlich. Bei Männern, Spermatogenese führt in jedem meiotischen Zyklus zur Produktion von vier haploiden Spermien. Bei Frauen heißt der Prozess Oogenese. Es ist ein schwieriger Prozess als die Spermatogenese, und jeder vollständige Meiosezyklus führt zur Produktion einer einzelnen Eizelle oder Eizelle. Nach der Meiose I der Weibchen erhält eine Zelle die Hälfte der Erbinformation und den Großteil des Zytoplasmas der Elternzelle. Die andere Zelle, die Polkörper, erhält einfach die Hälfte der genetischen Information und wird weggeworfen. Während der Meiose II teilt sich die verbleibende Zelle ein zweites Mal und bildet einen Polkörper, der weggeworfen wird, und eine einzige haploide Eizelle, die die Hälfte der genetischen Information und fast das gesamte Zytoplasma der ursprünglichen Elternzelle enthält. Das überschüssige Zytoplasma ist für das richtige Wachstum des Embryos nach der Befruchtung erforderlich. Somit produziert der Prozess der Oogenese zwei Polkörper und eine einzige haploide Eizelle.

Warum ist es wichtig, während der Meiose haploide Gameten zu produzieren? Während der Befruchtung wird ein Spermium (n ) trifft auf ein Ei (n ), um eine diploide Zygote (2n ). Wären entweder das Spermium oder die Eizelle diploid, dann würden die bei der sexuellen Fortpflanzung produzierten Nachkommen mehr Chromosomen enthalten als der Elternorganismus. Die Meiose umgeht dieses Problem, indem sie haploide Gameten produziert, die aus einer Kopie jedes Chromosomentyps bestehen. Während der Befruchtung zwischen zwei Gameten passt jede Kopie mit einer anderen Kopie jedes Chromosomentyps zusammen, um die diploide Zygote zu bilden.

Bevor wir fortfahren, gibt es einige wichtige Unterschiede zwischen Meiose und Mitose, die hervorgehoben werden sollten.

Bei der Meiose während der Prophase I verbinden sich die homologen Paare. Dieses Zusammenbringen von Chromosomen zu homologen Paaren tritt bei der Mitose nicht auf. Bei der Mitose richten sich die 46 Chromosomen einfach allein entlang der Metaphasenplatte aus.

Ein Ereignis von großer Bedeutung, das während der Meiose auftritt, das während der Mitose nicht auftritt, wird als . bezeichnet Überkreuzung (auch bekannt als überqueren ) (Abbildung 9.5 ). Wenn die homologen Paare während der Prophase I der Meiose zusammenpassen, wickeln sich komplementäre Teile der beiden homologen Chromosomen umeinander und werden zwischen den Chromosomen ausgetauscht. Stellen Sie sich vor, dass Chromosom A der homologe Partner von Chromosom B ist. Wenn sie sich während der Prophase I paaren, kann ein Stück Chromosom A, das einen bestimmten Genabschnitt enthält, gegen ein Stück Chromosom B ausgetauscht werden, das die gleiche genetische Information enthält. Dies ist einer der Mechanismen, der es den Nachkommen ermöglicht, sich von ihren Eltern zu unterscheiden. Denken Sie daran, dass ein Crossing-Over zwischen den homologen Chromosomenpaaren stattfindet, nicht die Schwesterchromatiden.

Abbildung 9.5 Frequenzweiche.

Lebenszyklen

Die AP-Biologie-Prüfung stellt charakteristischerweise eine oder zwei Fragen zu den verschiedenen Arten von Lebenszyklen von Pflanzen, Tieren und Pilzen. EIN Lebenszyklus ist die Abfolge von Ereignissen, die den Fortpflanzungszyklus eines Organismus ausmachen. Werfen wir einen kurzen Blick auf die drei wichtigsten Lebenszyklen.

Der komplizierteste Lebenszyklus der drei ist der von Pflanzen, auch genannt Generationswechsel (Abbildung 9.6 ). Es wird mit diesem Begriff bezeichnet, weil Pflanzen während des Lebenszyklus manchmal als diploide Organismen und manchmal als haploide Organismen existieren. Es wechselt zwischen den beiden Formen. Ähnlich wie bei den anderen Lebenszyklen verbinden sich zwei haploide Gameten zu einer diploiden Zygote, die sich teilt mitotisch das diploide vielzellige Stadium zu erzeugen: die Sporophyt. Der Sporophyt erfährt Meiose um eine haploide Spore zu produzieren. Mitose führt zur Produktion von haploiden vielzelligen Organismen, genannt Gametophyten. Der Gametophyt unterliegt Mitose haploide Gameten zu produzieren, die sich zu diploiden Zygoten verbinden. . . und herum und herum gehen sie.

Abbildung 9.6 Pflanzenleben: Generationenwechsel.

Der menschliche Lebenszyklus (Abbildung 9.7 ) ist ziemlich einfach. Die einzigen haploiden Zellen, die in diesem Lebenszyklus vorhanden sind, sind die während der Meiose gebildeten Gameten. Die beiden haploiden Gameten verbinden sich während der Befruchtung zu einer diploiden Zygote. Die mitotische Teilung führt dann zur Bildung des diploiden Vielzellers. Die meiotische Teilung produziert später haploide Gameten, die den Zyklus fortsetzen.

Abbildung 9.7 Lebenszyklus des Menschen.

Der Lebenszyklus von Pilzen (Abbildung 9.8 ) unterscheidet sich von der des Menschen. Pilze sind haploide Organismen, wobei die Zygote die einzige diploide Form ist. Wie beim Menschen sind die Gameten für Pilze haploid (n ) und die Befruchtung ergibt eine diploide Zygote. Aber in diesem Lebenszyklus teilt sich die Zygote nicht durch Mitose, sondern durch Meiose, um einen haploiden Organismus zu bilden. Ein weiterer Unterschied in diesem Lebenszyklus besteht darin, dass die Gameten gebildet werden von Mitose, nicht Meiose&mdashder Organismus ist schon haploid, bevor die Gameten gebildet werden.

Abbildung 9.8 Lebenszyklus von Pilzen.

Hier sind einige Wissenswertes über Lebenszyklen, die sich bei der Prüfung als nützlich erweisen könnten. Das einzige diploide Stadium eines Pilzes ist die Zygote. Das einzige haploide Stadium für einen Menschen ist der Gamet. Von den Lebenszyklen der Pflanzen ist das Moos (Bryophyt) eine Ausnahme, da seine prominente Generation der Gametophyt ist. Für Farne, Koniferen (kegelbildende Pflanzen) und Angiospermen (Blütenpflanzen) ist die prominente Generation der Sporophyt. Die dominante Sporophytengeneration gilt als evolutionär weiter fortgeschritten als eine dominante Gametophytengeneration. Diese verschiedenen Pflanzenarten werden später wieder auftauchen Kapitel 14 .

Quellen der Zellvariation

NYC-Lehrer: „Es ist wichtig, die Quellen der Variation zu kennen.“

Was unterscheidet uns von unseren Eltern? Warum sehen manche Menschen ihren Eltern erstaunlich ähnlich, andere nicht? Der Prozess der Zellteilung bietet reichlich Variationsmöglichkeiten. Denken Sie daran, dass sich während der Meiose homologe Chromosomenpaare entlang der Metaphasenplatte ausrichten.Diese Ausrichtung ist ein völlig zufälliger Prozess, und es besteht eine 50-prozentige Chance, dass das Chromosom des Paares von der Mutter der Person zur Seite geht und eine 50-prozentige Chance, dass das Chromosom des Paares vom Vater der Person dorthin geht Seite. Dies gilt für alle homologen Paare in einem Organismus. Dies bedeutet, dass 2 n mögliche Gameten können sich aus jedem gegebenen Satz von bilden n Chromosomen. In einem 3-Chromosom-Organismus gibt es beispielsweise 2 3 = 8 mögliche Gameten. Beim Menschen gibt es 23 homologe Paare. Dies ergibt 2 23 (8.388.608) verschiedene Möglichkeiten, wie sich die Gameten während der Gametogenese trennen können.

GROSSE IDEE 3.C.2

Überkreuzen und zufällige Sortierung während der Meiose erhöhen die Variation .

Eine weitere Variationsquelle bei der sexuellen Fortpflanzung ist die zufällige Bestimmung, welches Sperma auf welche Eizelle trifft. Beim Menschen stellt das Sperma eine von 2 23 Möglichkeiten der männlichen Gametenfabrik der Eizelle dar, eine von 2 23 Möglichkeiten der weiblichen Gametenfabrik. All diese Faktoren zusammen erklären, warum Geschwister sich nicht ähneln.

Eine dritte große Variationsquelle während der Gametenbildung ist die Überkreuzung (oder überqueren ), die während der Prophase I der Meiose auftritt. Es ist sehr wichtig, dass Sie sich daran erinnern, dass dieser Prozess stattfindet nur während dieser Phase der Zellteilung. Es kommt nicht in der Mitose vor.

Rezensionsfragen

1 . Welche der folgenden Pflanzenarten hat den Gametophyten als seine prominente Generation?

2 . In welcher Phase des Zellzyklus findet Crossing Over statt?

Für die Fragen 3–6 verwenden Sie bitte die folgenden Antwortmöglichkeiten:

3 . Während dieser Phase werden die gespaltenen Schwesterchromatiden, die heute als Chromosomen gelten, an die entgegengesetzten Pole der Zelle verschoben.

4 . Während dieser Phase verschlechtert sich der Kern und die mitotische Spindel beginnt sich zu bilden.

5 . In dieser Phase werden die beiden Tochterzellen tatsächlich getrennt.

6 . Während dieser Phase reihen sich die Schwesterchromatiden entlang des Äquators der Zelle auf und bereiten sich auf die Spaltung vor.

7 . Welcher der folgenden Organismen ist diploid (2n ) nur als Zygote und ist für jeden anderen Teil ihres Lebenszyklus haploid?

8 . Welche der folgenden Aussagen trifft auf eine menschliche Meiosezelle nach Abschluss der Meiose I zu?

C. Es hat sich in vier Tochterzellen geteilt.

D. Es geht direkt zur Meiose II über, ohne dass eine Unterbrechung dazwischen erfolgt.

9 . Welches der folgenden ist nicht stimmt das mit der cyclinabhängigen Kinase (CDK)?

A. Es ist nur während der M-Phase des Zellzyklus vorhanden.

B. Wenn genug davon mit Cyclin kombiniert wird, initiiert der gebildete MPF (Mitose-fördernder Faktor) die Mitose.

C. Es ist ein Protein, das andere Proteine ​​​​über Phosphatgruppen kontrolliert.

D. Es ist während des Zellzyklus zu jeder Zeit vorhanden.

10 . Welche der folgenden Aussagen zur Meiose und/oder Mitose ist falsch?

A. Mitose führt zu zwei diploiden Tochterzellen.

B. Meiose beim Menschen tritt nur in Gonadenzellen auf.

C. Homologe Chromosomen reihen sich während der Mitose entlang der Metaphaseplatte auf.

D. Crossover tritt während der Prophase I der Meiose auf.

E. Meiose besteht aus einer Replikationsphase gefolgt von zwei Teilungsphasen.

Antworten und Erklärungen

1 . B &ndashBryophyten oder Moose sind die Pflanzenart, deren dominante Generation der Gametophyt (haploid) ist. Die anderen in dieser Frage haben den Sporophyten (diploid) als ihre dominante Generation.

2 . C &ndashCrossover tritt beim Menschen nur in der Prophase I auf. Prophase I ist eine Hauptquelle für Variationen in der Produktion von Nachkommen.

7 . C &ndashDer Lebenszyklus von Pilzen unterscheidet sich von dem des Menschen. Pilze existieren als haploide Organismen, und das einzige Mal, dass sie in diploider Form existieren, ist als Zygote. Wie beim Menschen sind die Gameten für Pilze haploid (n ) und verbinden sich zu einer diploiden Zygote. Anders als beim Menschen teilt sich der Pilz Zygote durch Meiose zu einem haploiden Organismus.

8 . B &mdashMenschliche Zellen beginnen mit 46 Chromosomen, die in 23 homologen Chromosomenpaaren angeordnet sind. Zu diesem Zeitpunkt sind sie 2n weil sie zwei Kopien jedes Chromosoms haben. Nach der S-Phase des Zellzyklus wurde die DNA zur Vorbereitung der Zellteilung verdoppelt. Im ersten Stadium der Meiose werden die homologen Chromosomenpaare auseinandergerissen. Dies bedeutet, dass die Zellen nach der Meiose I n , oder haploid&mdashsie bestehen nicht mehr aus zwei vollständige Chromosomensätze.

9 . EIN &mdashCDK ist während des Zellzyklus zu jeder Zeit vorhanden. Es verbindet sich mit einem Protein namens Zyklin, die sich während der Interphase des Zellzyklus ansammelt, um MPF zu bilden. Wenn genügend MPF gebildet ist, wird die Zelle dazu gedrängt, die Mitose zu beginnen. Wenn die Mitose andauert, wird Cyclin abgebaut, und wenn die Konzentration von MPF ​​unter ein Niveau sinkt, das ausreicht, um die mitotische Teilung aufrechtzuerhalten, wird die Mitose zum Stillstand gebracht, bis der Schwellenwert beim nächsten Mal im Zyklus wieder erreicht wird.

10 . C &ndashDie Antwortmöglichkeiten A, B, D und E sind alle richtig. C ist falsch, weil sich homologe Chromosomenpaare nur während der Meiose paaren. Während der Mitose richten sich die Schwesterchromatidpaare entlang der Metaphasenplatte aus, getrennt vom homologen Gegenstück.

Schnelle Überprüfung

Folgende Begriffe sollten Ihnen bekannt sein:

Zellteilung: prokaryontische Zellteilung verdoppelt die DNA, verdoppelt die Größe und spaltet sich dann auf.

Zwischenphase: g1 + S + G2 = 90 Prozent des Zellzyklus.

Zytokinese: physikalische Trennung neu gebildeter Tochterzellen der Zellteilung.

Kontrollmechanismen der Zellteilung:

1. Wachstumsfaktoren: Faktoren, die, wenn vorhanden, das Wachstum fördern und, wenn sie fehlen, das Wachstum hemmen.

2. Kontrollpunkte: eine Zelle hört auf zu wachsen, um sicherzustellen, dass sie die Nährstoffe und Rohstoffe hat, um fortzufahren.

3. Dichteabhängige Hemmung: Die Zelle hört auf zu wachsen, wenn eine bestimmte Dichte erreicht ist und die Nahrung geht aus.

4. Cycline und Proteinkinasen: Cyclin verbindet sich mit CDK, um eine Struktur zu bilden, die als MPF bekannt ist und die Zelle in die Mitose schiebt, wenn genug vorhanden ist.

Haploide (n ): eine Kopie jedes Chromosoms.

Diploid (2n ): zwei Kopien jedes Chromosoms.

Homologe Chromosomen: Chromosomen, die in Form, Größe und Funktion ähnlich sind.

Spermatogenese: der Prozess der männlichen Gametenbildung (vier Spermien aus einer Zelle).

Oogenese: der Prozess der weiblichen Keimzellenbildung (eine Eizelle aus jeder Zelle).

Lebenszyklen: Abfolge von Ereignissen, die den Fortpflanzungszyklus eines Organismus ausmachen.

Menschlich: Zygote (2n ) &rarr vielzelliger Organismus (2n ) &rarr Gameten (n ) &rarr-Zygote (2n )

Pilze: Zygote (2n ) &rarr vielzelliger Organismus (n ) &rarr Gameten (n ) &rarr-Zygote (2n )

Variationsquellen : Frequenzweiche, 2 n mögliche Gameten, die gebildet werden können, zufällige Paarung von Gameten.

Zellteilung

1 . Alle der folgenden fungieren als Kontrollmechanismen für die Zellteilung, AUSSER

(B) Cycline und Proteinkinasen.

(C) dichteabhängige Hemmung.

(D) Generationswechsel.

2 . In welcher Phase des Zellzyklus bereitet sich die Pflanze auf die Mitose bzw. Meiose vor, indem sie dafür sorgt, dass ihr die für die physikalische Trennung und Bildung von Tochterzellen notwendigen Rohstoffe zur Verfügung stehen?

3 . In welchem ​​Stadium der Mitose werden die Chromosomen vom Spindelapparat zu den entgegengesetzten Polen der Zelle gezogen?

4 . Der Sporophyt ist die prominente Generation im Generationswechsel-Lebenszyklus jeder der folgenden AUSNAHME

Antworten und Erklärungen

1 . D &ndash Der Generationswechsel ist ein Pflanzenlebenszyklus, der so genannt wird, weil die Pflanze während des Zyklus manchmal als diploider Organismus und manchmal als haploider Organismus existiert. Dieser Zyklus ist nicht an der Kontrolle der Zellteilung beteiligt.

2 . C &ndashWenn Sie die Reihenfolge des Zellzyklus kennen, ist dieser einfach. Die Reihenfolge ist G1 &rarr S &rarr G2 &rarr M. Die zweite Wachstumsphase bereitet also eindeutig auf die Meiose- oder Mitosephase (M) vor.

3 . C &ndashFür Anaphase denken Sie „getrennt“. Die gespaltenen Schwesterchromatiden wandern über die Mikrotubuli zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle. Nach der Anaphase besitzt jeder Pol der Zelle einen vollständigen Chromosomensatz.

4 . EIN &ndashBryophyten (Moose) sind die Ausnahme von der allgemeinen Regel des Pflanzenlebenszyklus, da sie die einzigen Pflanzen sind, die den Gametophyten als ihre herausragende Generation haben.

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Kann die Zellteilung während der Prophase gestoppt werden? - Biologie

ICH. "Leben zeugt Leben" oder "alle Zellen kommen aus bereits vorhandenen Zellen"
Diese Sätze, die ein wesentlicher Bestandteil der Zelltheorie sind, unterstreichen die biologische Bedeutung der Zellteilung.

II. Die Mechanik der Zellteilung
Der Zellmechanismus variiert je nach Art, aber es gibt einige Gemeinsamkeiten bei allen Organismen:

III. Prokaryontische (bakterielle) Zellteilung
Bakterienzellen teilen sich durch einen Prozess namens binäre Spaltung, was wörtlich bedeutet, sich in zwei Hälften zu teilen. Der Prozess ist viel einfacher als in eukaryontischen Zellen, da Prokaryonten (1) keinen Kern haben und (2) viel weniger genetische Informationen (DNA) haben. Tatsächlich haben Bakterien einen einzigen zirkulären DNA-Strang. Dieses "Chromosom", das etwa 500 mal länger ist als eine einzelne Zelle, muss gefaltet werden, damit es in die Zelle passt. Das Chromosom ist an der Zellmembran befestigt (die Anheftungsstelle wird als Mesosom bezeichnet, aber merken Sie es sich nicht). Nachdem die DNA dupliziert wurde, wird auch der neu gebildete Strang an der Membran befestigt. Wenn sich die Zelle vergrößert, zieht sie die beiden Chromosomen auseinander und dann klemmt die Zelle ab. Siehe Diagramm im Text.

NS. Eukaryontische Zellteilung

A. Der Zellzyklus.
Zellen durchlaufen eine geordnete, vorhersehbare Reihe von Ereignissen, die Wachstum und Teilung beinhalten. Diese Phasen können wie folgt dargestellt werden: Interphase → Kernteilung (Mitose/Meiose) → Zytokinese → Interphase (von Tochterzellen)

Zwischenphase. Die Phase des Zyklus, in der die Zellen wachsen und ihre normalen Aktivitäten ausüben, wird als Interphase bezeichnet. Drei Hauptereignisse treten während der Interphase auf: (1) G1, was für die erste Lückenphase steht. Während dieses Abschnitts des Zyklus wächst die Zelle an Größe, führt ihre normalen Aktivitäten aus und bereitet sich auf die Replikation (Kopie) der DNA vor (2) S, was für "Synthese" steht, ist die Phase des Zyklus, in der die DNA kopiert wird (nachgebildet). Beachten Sie, dass jetzt doppelt so viel DNA vorhanden ist wie zu Beginn der Interphase und (3) G2 oder der zweiten Lückenphase. Während G2 bereitet sich die Zelle auf die Teilung vor. So können wir unseren Zellzyklus modifizieren: G1 → S → G2 → Kernteilung (Mitose/Meiose) → Zytokinese → G1 → und so weiter.

    Prophase. Chromosomen werden sichtbar, dh sie verdichten sich. Während der Interphase werden die DNA-Stränge im Kern aufgewickelt (unkondensiert). Dieses nicht kondensierte genetische Material wird Chromatin genannt, daher kann ein nicht kondensiertes Chromosom als Chromatin bezeichnet werden. Der Prozess des Kondensierens ist ähnlich wie ein Gummiband an einem Flugzeug aus Balsaholz, das dicker wird, wenn der Propeller immer wieder gedreht wird. Die kondensierte DNA und assoziierte Proteine ​​werden zu den Chromosomen.

Chromosomenstruktur. Die beiden Hälften des Chromosoms werden als Chromatiden bezeichnet. Sie sind an einer verengten Region (Zentromer) befestigt. Am Zentromer gibt es spezielle Stellen, die als Kinetochore bezeichnet werden, an denen sich Mikrotubuli mit dem Chromosom verbinden.

Darüber hinaus beginnen sich während der Prophase auf gegenüberliegenden Seiten in der Nähe des Kerns Spindelmikrotubuli zu bilden.

Lassen Sie uns nun unseren Zellzyklus modifizieren, um die Phasen der Mitose einzubeziehen:

G1 → S → G2 → Prophase → (Prometaphase) → Metaphase → Anaphase → Telophase → Zytokinese → Interphase

V. Kontrolle der Zellteilung.

A. Startpunktsteuerung.
Um sich zu teilen, muss die Zelle einen bestimmten "Start"-Punkt passieren. Sobald sie vorbei ist, ist die Zelle verpflichtet oder verpflichtet, den Teilungsprozess abzuschließen. Für die meisten Zellen ist dieser Startpunkt der Übergang zwischen G1- und S-Phase. Daher werden sich nicht teilende Zellen typischerweise in G1 angehalten und können vorübergehend oder dauerhaft in einen Nicht-Zyklus-Zustand namens G0 eintreten. Startpunktsteuerungen umfassen:

Zellen können zählen. Normale Säugetierzellen in Kultur teilen sich nur etwa 20/820950 Mal (manchmal als Hayflick-Limit bezeichnet), dann stirbt die Zellpopulation. Somit muss es eine Art von "Zähl"-Mechanismus geben. Viele Arten von Krebszellen können anscheinend nicht zählen. HeLa-Zellen sind Krebszellen, die sich seit ihrer ersten Isolierung aus Henrietta Lacks im Jahr 1951 viele Male geteilt haben.

Wie werden Zellen gezählt? Die Antwort scheint im Telomer zu liegen, einer Kappe, die sich am Ende jedes Chromosoms befindet. Wie die Plastikkappe an Ihrem Schnürsenkel, die verhindert, dass sich der Schnürsenkel auflöst, schützt und stabilisiert das Telomer das Chromosom. Die Telomerregion besteht aus 1500 - 1600 Nukleotiden. Die menschliche Telomerregion ist durch die wiederholte Nukleotidsequenz TTAGGG gekennzeichnet. Es wurde gezeigt, dass die Telomerregion bei jeder Teilung 50 - 200 Nukleotide verliert. So kann die Verkürzung des Telomers der eigentliche Abakus sein, auf dem die Zellen gezählt werden, wenn das Telomer zu kurz wird, teilt sich die Zelle nicht mehr. Interessanterweise haben Krebszellen kürzere, aber stabile Telomere. Diese Zellen besitzen jedoch auch ein Enzym (Telomerase), das diese Region herstellt oder verlängert. In bösartigen Zellen, die getestet wurden, hatten 90 von 100 das Enzym Telomerase und in unsterblichen Zellen wie HeLa-Zellen hatten 98/100 aktive Telomerase. Im Gegensatz dazu wird Telomerase nur in normalen Zellen vor der Geburt gefunden.

B. Zellzykluskontrolle.
Sobald sich die Zelle zu teilen beginnt, müssen die Aktionen sorgfältig choreografiert werden. Mindestens zwei Haupttypen von Proteinen sind in diesem Prozess wichtig: Cycline und Kinasen.

VI. Pflanzen vs. Tiere
Der Hauptunterschied bei der Zellteilung zwischen Pflanzen und Tieren ist die Zytokinese (Pinching vs. Walling). Darüber hinaus haben Tiere Zentriolen, Pflanzen jedoch nicht. Diese sind offenbar keine zwingende Notwendigkeit für die Zellteilung.


Inhalt

Mikroskopie kann verwendet werden, um kondensierte Chromosomen zu visualisieren, während sie sich durch Meiose und Mitose bewegen. [4]

Verschiedene DNA-Färbungen werden verwendet, um Zellen so zu behandeln, dass kondensierende Chromosomen als Bewegung durch die Prophase sichtbar gemacht werden können. [4]

Die Giemsa-G-Banding-Technik wird häufig verwendet, um Säugetierchromosomen zu identifizieren, aber die Anwendung der Technologie auf Pflanzenzellen war aufgrund des hohen Grades der Chromosomenverdichtung in Pflanzenzellen schwierig. [5] [4] G-Bändering wurde 1990 für Pflanzenchromosomen vollständig realisiert. [2] Die Silberfärbung, eine modernere Technologie, kann in Verbindung mit der Giesma-Färbung verwendet werden, um den synaptonemalen Komplex während der verschiedenen Stadien der meiotischen Prophase abzubilden. [7] Um G-Banding durchzuführen, müssen Chromosomen fixiert werden, und daher ist es nicht möglich, an lebenden Zellen durchzuführen. [8]

Fluoreszierende Farbstoffe wie DAPI können sowohl in lebenden Pflanzen- als auch in Tierzellen verwendet werden. Diese Färbungen banden keine Chromosomen, sondern ermöglichen stattdessen die DNA-Sondierung bestimmter Regionen und Gene. Die Verwendung der Fluoreszenzmikroskopie hat die räumliche Auflösung erheblich verbessert. [9]

Prophase ist das erste Stadium der Mitose in tierischen Zellen und das zweite Stadium der Mitose in Pflanzenzellen. [10] Zu Beginn der Prophase gibt es aufgrund der Replikation in der Interphase zwei identische Kopien jedes Chromosoms in der Zelle. Diese Kopien werden als Schwesterchromatiden bezeichnet und sind durch ein DNA-Element, das Zentromer genannt, verbunden. [11] Die Hauptereignisse der Prophase sind: die Kondensation der Chromosomen, die Bewegung der Zentrosomen, die Bildung der mitotischen Spindel und der Beginn des Nukleolabbaus. [3]

Kondensation von Chromosomen Bearbeiten

DNA, die in der Interphase repliziert wurde, wird aus DNA-Strängen mit Längen von 0,7 µm bis zu 0,2-0,3 µm kondensiert. [3] Dieses Verfahren verwendet den Kondensationskomplex. [11] Kondensierte Chromosomen bestehen aus zwei Schwesterchromatiden, die am Zentromer verbunden sind. [12]

Bewegung von Zentrosomen Bearbeiten

Während der Prophase in tierischen Zellen bewegen sich die Zentrosomen weit genug auseinander, um mit einem Lichtmikroskop aufgelöst zu werden. [3] Die Mikrotubuli-Aktivität in jedem Zentrosom wird aufgrund der Rekrutierung von γ-Tubulin erhöht. Replizierte Zentrosomen aus der Interphase bewegen sich zu entgegengesetzten Polen der Zelle auseinander, angetrieben von Zentrosomen-assoziierten Motorproteinen. [13] Ineinandergreifende interpolare Mikrotubuli von jedem Zentrosom interagieren miteinander und helfen dabei, die Zentrosomen zu entgegengesetzten Polen zu bewegen. [13] [3]

Bildung der mitotischen Spindel Bearbeiten

Mikrotubuli, die am Interphase-Gerüst beteiligt sind, zerfallen, wenn sich die replizierten Zentrosomen trennen. [3] Die Bewegung von Zentrosomen zu entgegengesetzten Polen wird in tierischen Zellen von der Organisation einzelner radialer Mikrotubuli-Anordnungen (Astern) durch jedes Zentromer begleitet. [13] Interpolare Mikrotubuli von beiden Zentrosomen interagieren, verbinden die Mikrotubuli und bilden die Grundstruktur der mitotischen Spindel. [13] Planetenzellen haben keine Zentrosomen und die Chromosomen können Mikrotubuli in den Mitoseapparat einbringen. [13] In Pflanzenzellen sammeln sich Mikrotubuli an entgegengesetzten Polen und beginnen, den Spindelapparat an Orten zu bilden, die als Brennpunkte bezeichnet werden. [10] Die mitotische Spindel ist von großer Bedeutung im Prozess der Mitose und wird schließlich die Schwesterchromatiden in der Metaphase absondern. [3]

Beginn des Nukleolenabbaus Bearbeiten

Die Nukleolen beginnen in der Prophase abzubauen, was zum Abbruch der Ribosomenproduktion führt. [3] Dies deutet auf eine Umlenkung der Zellenergie vom allgemeinen Zellstoffwechsel hin zur Zellteilung hin. [3] Die Kernhülle bleibt während dieses Prozesses intakt. [10]

Die Meiose umfasst zwei Runden der Chromosomensegregation und durchläuft daher zweimal die Prophase, was zu Prophase I und Prophase II führt. [12] Prophase I ist die komplexeste Phase in der gesamten Meiose, da homologe Chromosomen sich paaren und genetische Informationen austauschen müssen. [3] : 98 Prophase II ist der mitotischen Prophase sehr ähnlich. [12]

Prophase I Bearbeiten

Prophase I ist in fünf Phasen unterteilt: Leptoten, Zygoten, Pachyten, Diploten und Diakinese. Zusätzlich zu den Ereignissen, die in der mitotischen Prophase auftreten, treten innerhalb dieser Phasen mehrere entscheidende Ereignisse auf, wie die Paarung homologer Chromosomen und der gegenseitige Austausch von genetischem Material zwischen diesen homologen Chromosomen. Prophase I tritt je nach Art und Geschlecht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf. Viele Arten stoppen die Meiose im Diplotän der Prophase I bis zum Eisprung. [3] : 98 Beim Menschen können Jahrzehnte vergehen, da Eizellen in der Prophase I arretiert bleiben, nur um die Meiose I vor dem Eisprung schnell abzuschließen. [12]

Leptotän Bearbeiten

In der ersten Phase der Prophase I, Leptoten (aus dem Griechischen für "empfindlich"), beginnen die Chromosomen zu kondensieren.Jedes Chromosom befindet sich in einem haploiden Zustand und besteht aus zwei Schwesterchromatiden, jedoch ist das Chromatin der Schwesterchromatiden noch nicht genug kondensiert, um in der Mikroskopie auflösbar zu sein. [3] : 98 Homologe Regionen innerhalb homologer Chromosomenpaare beginnen sich miteinander zu assoziieren. [2]

Zygotene Bearbeiten

In der zweiten Phase der Prophase I, Zygoten (aus dem Griechischen für „Konjugation“), haben alle mütterlich und väterlich abgeleiteten Chromosomen ihren homologen Partner gefunden. [3] : 98 Die homologen Paare durchlaufen dann eine Synapse, einen Prozess, bei dem der synaptonemale Komplex (eine proteinartige Struktur) entsprechende Regionen der genetischen Information auf mütterlich und väterlich abgeleiteten Nicht-Schwesterchromatiden homologer Chromosomenpaare ausrichtet. [3] : 98 [12] Die gepaarten homologen Chromosomen, die durch den synaptonemalen Komplex gebunden sind, werden als Bivalente oder Tetraden bezeichnet. [10] [3] : 98 Geschlechtschromosomen (X und Y) sind nicht vollständig synaptisch, da nur ein kleiner Bereich der Chromosomen homolog ist. [3] : 98

Der Nukleolus bewegt sich von einer zentralen zu einer peripheren Position im Kern. [14]

Pachytän Bearbeiten

Die dritte Phase der Prophase I, Pachytene (aus dem Griechischen für „dick“), beginnt mit dem Abschluss der Synapse. [3] : 98 Chromatin ist so stark kondensiert, dass Chromosomen nun in der Mikroskopie aufgelöst werden können. [10] Strukturen, die als Rekombinationsknötchen bezeichnet werden, bilden sich auf dem synaptonemalen Komplex der Bivalente. Diese Rekombinationsknoten erleichtern den genetischen Austausch zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden des synaptonemalen Komplexes in einem Ereignis, das als Crossing-over oder genetische Rekombination bekannt ist. [3] : 98 Bei jedem Bivalent können mehrere Rekombinationsereignisse auftreten. Beim Menschen treten durchschnittlich 2-3 Ereignisse auf jedem Chromosom auf. [13] : 681

Diplotene Bearbeiten

In der vierten Phase der Prophase I, Diplotän (aus dem Griechischen für „zweifach“), wird das Crossing-Over abgeschlossen. [3] : 99 [10] Homologe Chromosomen behalten einen vollständigen Satz genetischer Informationen, jedoch sind die homologen Chromosomen jetzt gemischter mütterlicher und väterlicher Abstammung. [3] : 99 Sichtbare Verbindungen, sogenannte Chiasmata, halten die homologen Chromosomen an den Stellen zusammen, an denen die Rekombination stattfand, wenn sich der synaptonemale Komplex auflöst. [12] [3] : 99 In diesem Stadium kommt es bei vielen Arten zum meiotischen Stillstand. [3] : 99

Diakinese Bearbeiten

In der fünften und letzten Phase der Prophase I, der Diakinese (aus dem Griechischen für "Doppelbewegung"), ist eine vollständige Chromatinkondensation aufgetreten und alle vier Schwesterchromatiden können mit dem Mikroskop in zweiwertigen Verbindungen gesehen werden. Der Rest der Phase ähnelt den frühen Stadien der mitotischen Prometaphase, da die meiotische Prophase damit endet, dass sich der Spindelapparat zu bilden beginnt und die Kernmembran zu zerfallen beginnt. [10] [3] : 99

Prophase II Bearbeiten

Die Prophase II der Meiose ist der Prophase der Mitose sehr ähnlich. Der auffälligste Unterschied besteht darin, dass die Prophase II mit einer haploiden Anzahl von Chromosomen im Gegensatz zur diploiden Anzahl in der mitotischen Prophase auftritt. [12] [10] Sowohl in tierischen als auch in pflanzlichen Zellen können Chromosomen während der Telophase I dekondensieren, sodass sie in Prophase II erneut kondensieren müssen. [3] : 100 [10] Wenn Chromosomen nicht erneut kondensiert werden müssen, verläuft die Prophase II oft sehr schnell, wie dies beim Modellorganismus Arabidopsis zu beobachten ist. [10]

Weibliche Säugetiere und Vögel werden mit allen Eizellen geboren, die für zukünftige Ovulationen benötigt werden, und diese Eizellen werden im Prophase-I-Stadium der Meiose arretiert. [15] Beim Menschen beispielsweise werden Eizellen zwischen dem dritten und vierten Schwangerschaftsmonat innerhalb des Fötus gebildet und sind daher bei der Geburt vorhanden. Während dieses prophase I arretierten Stadiums (dictyate), das Jahrzehnte dauern kann, sind vier Kopien des Genoms in den Eizellen vorhanden. Die adaptive Bedeutung des Prophase-I-Arrests ist noch nicht vollständig verstanden. Es wurde jedoch vorgeschlagen, dass das Anhalten von Ooctyen im Stadium der vier Genomkopien die Informationsredundanz bereitstellen kann, die erforderlich ist, um Schäden in der DNA der Keimbahn zu reparieren. [15] Der verwendete Reparaturprozess scheint eine homologe rekombinatorische Reparatur zu sein. [15] [16] Prophase-arretierte Oozyten haben eine hohe Fähigkeit zur effizienten Reparatur von DNA-Schäden. [16] Die DNA-Reparaturfähigkeit scheint ein wichtiger Qualitätskontrollmechanismus in der weiblichen Keimbahn und eine kritische Determinante der Fertilität zu sein. [16]

Der bemerkenswerteste Unterschied zwischen Prophase in Pflanzenzellen und Tierzellen tritt auf, weil Pflanzenzellen Zentriolen fehlen. Die Organisation des Spindelapparates ist stattdessen mit Herden an entgegengesetzten Zellpolen verbunden oder wird durch Chromosomen vermittelt. Ein weiterer bemerkenswerter Unterschied ist die Präprophase, ein zusätzlicher Schritt in der Pflanzenmitose, der zur Bildung des Präprophasebandes führt, einer Struktur, die aus Mikrotubuli besteht. In der mitotischen Prophase I von Pflanzen verschwindet diese Bande. [10]

Prophase I bei der Meiose ist die komplexeste Iteration der Prophase, die sowohl in Pflanzenzellen als auch in Tierzellen auftritt. [3] Um sicherzustellen, dass die Paarung homologer Chromosomen und die Rekombination des genetischen Materials ordnungsgemäß erfolgt, gibt es zelluläre Kontrollpunkte. Das meiotische Checkpoint-Netzwerk ist ein DNA-Schadensreaktionssystem, das die Reparatur von Doppelstrangbrüchen, die Chromatinstruktur und die Bewegung und Paarung von Chromosomen steuert. [17] Das System besteht aus mehreren Wegen (einschließlich des meiotischen Rekombinations-Checkpoints), die verhindern, dass die Zelle mit Fehlern aufgrund der Rekombination in die Metaphase I eindringt. [18]


Zellbiologie 07: Mikrotubuli und Zellteilung

In Vorlesung 6 wurden Mikrotubuli vorgestellt, und diese Vorlesung wird ihre Rolle bei der Zellteilung diskutieren. Hier ein Einführungsvideo:

Überblick über den Zellzyklus

Die Zellzyklus - Der Prozess der Zellteilung und -replikation – wird durch eine Reihe biochemischer Schalter gesteuert, die als Zellzyklus-Kontrollsystem bezeichnet werden.

Der Zellzyklus ist in Phasen unterteilt, die in Phasen unterteilt sind – Menschen werden sich auf die 𔄜 Phasen” beziehen, aber dann gibt es tatsächlich 5, und die Menschen verwenden auch andere Wörter, um diese Phasen zu gruppieren, und andere Wörter, um diese zu unterteilen Sie. Ich habe mein Bestes getan, um die Beziehung zwischen diesen Begriffen in der folgenden Tabelle zusammenzufassen. (modifiziert/erweitert von Wikipedia):

Allgemeine Gruppierung die vermeintlichen 𔄜 Phasen” Unterphasen
nicht teilend Lücke 0 (g0)
Zwischenphase Lücke 1 (g1) G1a
R
G1b
Synthese (S)
Lücke 2 (g2)
Mitose Mitose (m) prophase
Prometaphase
Metaphase
Anaphase
Telophase
Zytokinese

Der Inhalt jeder Phase ist in diesem herausragenden Wikimedia Commons-Bild von Kelvinsong wunderschön zusammengefasst:

Die sich am schnellsten teilenden menschlichen Zellen können einen Zellzyklus in etwa 24 Stunden abschließen (G1: 9h, S: 10h, G2: 4h, M: 30 min). Hefe kann einen Zyklus in 30 Minuten beenden und die sich am schnellsten teilenden Drosophila-Zellen benötigen nur 8 Minuten.

Zu den Hauptkontrollern dieses Prozesses gehören die Cycline, die die cyclinabhängige Kinase oder CDK regulieren. Denken Sie daran, dass Kinasen Proteine ​​sind, die andere Proteine ​​phosphorylieren. Die Phosphorylierung von CDKs Zielmolekülen ermöglicht das Fortschreiten der Mitose. Genauer gesagt handelt es sich bei dem reifungsfördernden Faktor oder MPF um einen obligaten heterodimeren Komplex aus Cyclin B und CDK, der nur dann seine phosphorylierende Wirkung entfaltet, wenn beide Proteine ​​vorhanden sind.

Rolle der Mikrotubuli

Mikrotubuli sind während des gesamten Zellzyklus von entscheidender Bedeutung – sie organisieren zelluläre Komponenten und teilen sie in zwei Teile. Hier sind eine Reihe von Videos des Zellzyklus, die die Rolle der Mikrotubuli hervorheben:

Bei Tieren haben ruhende Zellen und sogar Zellen in der Interphase normalerweise nur ein MTOC, ein sogenanntes Zentrosom, das als zentrale Drehscheibe für alle Mikrotubuli in der Zelle dient. Ein Zentrosom besteht aus zwei Zentriolen, wie unten gezeigt (nochmals vielen Dank an Kelvinsong):

Die beiden Zentriolen lösen sich voneinander und replizieren sich während der S-Phase und trennen sich dann, um während der M-Phase entgegengesetzte „Pole„ eine neue Zelle (ein weiteres Bild von Boss Kelvinsong):

Während der Mitose haben Sie also die beiden ‘Pole’ der Zelle, jeder mit Mikrotubuli, die am (-) Ende verankert sind und deren (+) Enden sich überlappen und in die Mitte der Zelle zeigen, wie hier gezeigt (Wikimedia Commons-Bild von Lordjuppiter):

Das Ganze wird als Spindelapparat bezeichnet, und der Bereich, in dem sich die Mikrotubuli der beiden MTOCs überlappen, wird als „Interdigitalzone“ bezeichnet. #8216mitotische Aster.’

Mikrotubuli in dieser Phase sollen in drei Kategorien eingeteilt werden:

    nach außen in Richtung Zellrinde zeigen, um den gesamten Spindelapparat entlang der Zellteilungsachse zu verankern.
  1. Kinetochore Mikrotubuli heften sich an das Kinetochor von Chromatiden.
  2. Polare Mikrotubuli, die parallel zueinander, aber gegenläufig orientiert sind, sind entscheidend, um den Spindelapparat während der Mitose auseinander zu drücken. (Tatsächlich sind polare Mikrotubuli auch früher vorhanden und helfen, die Zentrosomen während der Prophase auseinander zu drücken).

Wenn Sie Fotos gegenüber Diagrammen bevorzugen, sieht der gesamte Spindelapparat so aus, mit Chromatiden in Blau, Mikrotubuli in Grün und den Kinetochoren als rote Punkte:

Mikrotubuli werden während der Mitose viel dynamischer: Mehr Gamma-Tubulin fördert eine leichtere Nukleation, aber XMAP215, ein Mikrotubulus-Stabilisator, wird phosphoryliert und somit während der Mitose inaktiviert, wodurch Kinesin-13 frei bleibt, um die Mikrotubuli zu zerstören. Vermögen sind schnell gemacht und verloren. Die Halbwertszeit eines Mikrotubulus während der Mitose beträgt etwa 15 Minuten, verglichen mit 30 Minuten während der Interphase. Die Leute untersuchen die Mikrotubuli-Dynamik mit FRAP: Fügen Sie einen fluoreszierenden Mikrotubulus hinzu, bleichen Sie ihn und sehen Sie, wie schnell der Wiederzusammenbau stattfindet, je nachdem, wie schnell die Fluoreszenz wieder auftritt. +Spitzen spielen auch eine wichtige Rolle bei der Unterstützung und dem Zusammenbau der Mikrotubuli.

Kinesin-5 hat zwei polare Köpfe, die sich an gegenüberliegende Mikrotubuli binden und versuchen, in Richtung des (+) Endes von jedem zu laufen. Dies drückt die beiden Mikrotubuli auseinander und liefert die treibende Kraft für die Trennung der MTOCs.

Centromere DNA hat eine niedrige Informationsentropie und spezielle Histone, die sich von anderen Chromatinen unterscheiden. Zentromere sind ein Teil des Genoms, den Sie bei der Next-Gen-Sequenzierung fast nie finden, selbst in wirklich großer Tiefe. Das liegt daran, dass Zentromere einem anderen Zweck dienen als der Rest des Genoms: Die dortige Sequenz ist günstig für die Interaktion mit zentromeren Proteinen und die Anheftung von Kinetochoren. Cohesine sind Proteine, die die beiden Schwesterchromatiden zusammenhalten. Wir bezeichnen Kinetochorproteine ​​als zweischichtig, das innere Kinetochor und das äußere Kinetochor.

Während der Prometaphase bewegen sich die Chromosomen hin und her. Kinesine verankern die Chromosomen an den Kinetochor-Mikrotubuli jenseits der Spitze, wo Kinesin-13 die Mikrotubuli depolymerisiert, unterstützt durch einen Mangel an verfügbaren Tubulin-Dimeren. Eine Kombination aus Motorproteinen, Mikrotubuli-wechselwirkenden Proteinen und Tretmühlen dient dazu, die Chromosomen zu bewegen. In der Zwischenzeit arbeiten Dynein und Dynactin – Motorproteine, die zum (-) Ende wandern – an den astralen Mikrotubuli und ziehen die MTOCs in Richtung der Zellperipherie. In der Metaphase werden die Chromatiden entlang der ‘Metaphasenplatte’ ausgerichtet.

Während dieses Prozesses löst sich die Kernhülle auf und so wird der Kernimport irrelevant. Ran-GEF lokalisiert in der Nähe von Chromosomen und erzeugt hohe Konzentrationen von Ran-GTP, das Energie für einige notwendige Prozesse liefert (?).

Zellen haben einen Mechanismus, um die Spannung in den Mikrotubuli zu erkennen, die ihre Anheftungschromatide anzeigt, bevor die Mitose fortschreiten kann. Es ist entscheidend, sicherzustellen, dass jedes Chromatid richtig verankert ist, um eine Aneuploidie zu vermeiden.

Neben den Mikrotubuli spielen übrigens auch andere Elemente des Zytoskeletts eine Schlüsselrolle im Zellzyklus. Bei der Zytokinese bildet Aktin einen kontraktilen Ring und zwingt mit Hilfe von Myosin-II-Motorproteinen die Zelle in zwei Teile.

Bedeutung von Modellorganismen

Die Entdeckung von Regulationsprozessen des Zellzyklus beruhte stark auf einigen netten Merkmalen populärer Modellorganismen.

Saccharomyces cerevisiae (Knospenhefe) und Schizosaccharomyces pombe (Spalthefe) können als Haploide oder Diploide vorliegen. Das ist wichtig, denn in der haploiden Phase kann eine Mutation ein Gen ausschalten ’ Sie müssen nicht beide Allele treffen. Und in Hefe sind viele Mutationen, insbesondere in den Genen Cdc__ (Zellteilungskontrolle) temperaturabhängig, wobei ein Protein mit einer Missense-Mutation bei ‘permissiven’ Temperaturen noch richtig funktionieren kann, aber seine native Funktion bei ‘nicht- zulässige’ Temperaturen. Dies macht es möglich, den Knockout-Phänotyp (bei der nicht-permissiven Temperatur) zu studieren, während es dennoch den Vorteil hat, die Organismen leicht vermehren zu können (bei der permissiven Temperatur). Das ganze S. cerevisiae Genom sind als Plasmidbibliotheken verfügbar, was es ermöglicht, zu screenen, welches Plasmid den Phänotyp einer gegebenen Mutante rettet. So wurden viele der Gene entdeckt, die den Zellzyklus regulieren.

In S. cerivisiae, Knospung ist Teil der Phase G1, und sobald die Tochterzelle eine bestimmte Größe erreicht, zu einem Zeitpunkt namens “START”, sind die beiden entschlossen, in S einzutreten und schließlich den Zellzyklus abzuschließen. Säugetierzellen haben in G1 ihren eigenen Verpflichtungspunkt, der als Restriktionspunkt oder R bezeichnet wird, der analog zu START ist.

Temperaturempfindliche Cdc28-Mutanten knospen bei der nicht zulässigen Temperatur nicht. Das Cdc28-Gen kodiert für das Hefehomologe unserer cyclinabhängigen Kinase (CDK), die, wenn und nur wenn sie mit Cyclin komplexiert ist, andere Proteine ​​phosphorylieren kann, um ihre Teilnahme an Zellzyklusphasen zu regulieren. Temperaturempfindliche Mutanten bei der nicht-permissiven Temperatur bleiben stecken, unfähig zu knospen und treten in die S-Phase ein. Stattdessen verhalten sie sich wie Wildtypzellen, denen Nährstoffe entzogen sind: Sie werden groß genug, um START zu passieren, aber dann nicht weiter.

Xenopus (eine Art Frosch) erwies sich als entscheidend für das Verständnis des Zellzyklus, da an seiner Reproduktion eine sehr große Anzahl von Zellen beteiligt ist (dh genug Ausgangsmaterial für Western Blots usw.), die perfekt synchronisiert sind (dh alle befinden sich in der gleichen Phase des Zellzyklus) (Vergleichen Sie zum Beispiel mit Hefe, wo sich nicht alle Zellen gleichzeitig in der gleichen Phase befinden.) Auch das Ei selbst ist groß und leicht zu bearbeiten, und auf die Befruchtung folgen mehrere Zellzyklen. Bei Fröschen , Eier beginnen mit der meiotischen Teilung, halten dann aber in der G2-Phase für 8 Monate an, während sie an Größe wachsen und Dinge lagern, die nach der Befruchtung für das Wachstum benötigt werden.

Zwischenfilamente

Neben Mikrofilamenten und Mikrotubuli besitzen eukaryotische Zellen auch eine Vielzahl von "anderen" Proteinen des Zytoskeletts, die als Zwischenfilamente (IFs) bezeichnet werden. Obwohl vielfältiger als Mikrofilamente und Mikrotubuli, sind IFs nicht nur ein Sammelbegriff für ‘andere Filamente’–, sondern sind eine Gruppe verwandter Proteine. Sie erstrecken sich im Allgemeinen durch das Zytoplasma und die innere Kernhülle, sind unpolar und haben keine mit ihnen assoziierten Motorproteine. Sie haben eine hohe Zugfestigkeit und sind sehr stabil, mit einer langsamen Austauschrate und wenig Zerfall, obwohl eine Phosphorylierung ihre Demontage fördern kann. Hier sind einige beliebte Beispiele:

    kommen in Epithelzellen, Mesodermzellen und Neuronen vor. Sie verleihen Kraft und kommen in saurer und basischer Form vor. Jeder kann seinen eigenen Strang bilden, aber die meisten IFs bestehen aus zwei Strängen – einem basischen und einem sauren, die irgendwie umeinander verdreht sind. Haare und Nägel bestehen aus ‘hartem’E-Keratin, das reich an Cystein für Disulfidbrücken ist, was für die immense Festigkeit sorgt. Dauerwellen und Glätten beruhen auf der Reduzierung der Disulfidbindungen, der Umformung des Haares und der anschließenden Neubildung der Disulfidbindungen. Sie haben auch ‘soft’Keratin in Ihrer Haut. wie Vimentin finden sich in mesenchymalen Zellen (Knochen, Knorpel und Fett). befinden sich in neuronalen Axonen und regulieren deren Durchmesser, was wiederum die Geschwindigkeit der Aktionspotentialausbreitung bestimmt. sind beide am weitesten verbreitet und gelten als dem phylogenetischen Vorfahren aller anderen IFs am ähnlichsten. Sie bieten strukturelle Unterstützung für die Kernmembran. Sie könnten helfen, die Kernporenkomplexe zu verteilen und auch die DNA zu organisieren.

Über Eric Vallabh Minikel

Eric Vallabh Minikel ist auf einer lebenslangen Suche, um Prionenkrankheiten vorzubeugen. Er ist Wissenschaftler am Broad Institute of MIT und Harvard.


AP-Labor 3 Probe 4 Mitose

Alle Zellen stammen aus anderen Zellen. Während der Zellteilung werden neue Zellen gebildet, die sowohl die Replikation des Zellkerns als auch die Teilung des Zytoplasmas beinhaltet. Die zwei Arten der Zellteilung sind Mitose und Meiose. Mitose macht normalerweise Körperzellen, Körperzellen. Mitose wird in adulten Zellen zur asexuellen Fortpflanzung, Regeneration und zur Erhaltung und Reparatur von Körperteilen verwendet. Der als Meiose bezeichnete Prozess bildet Gameten, Spermien und Eier sowie Sporen in Pflanzen. Gameten- oder Sporenzellen haben die Hälfte der Chromosomen der Elternzelle.

Mitose ist die erste der in diesem Labor untersuchten Zellteilungen. Es ist leicht in Zellen zu beobachten, die schnell wachsen, wie Felchen-Blastula oder Zwiebelwurzelspitzen, die in diesem Labor verwendet werden. Die Zwiebelwurzelspitzen haben den höchsten Prozentsatz an Zellen, die die Mitose durchlaufen. Die Felchen-Blastula wird direkt nach der Befruchtung der Eizelle gebildet. Dies ist eine Zeit mit schnellem Wachstum und zahlreichen Zellteilungen, in denen Mitose beobachtet werden kann. Kurz vor der Mitose befindet sich die Zelle in der Interphase, einem Teil des Zellzyklus, in dem die Zelle einen ausgeprägten Kern und Nukleolen aufweist. Als nächstes kommt die Prophase, bei der sich das Chromatin zu verschiedenen Chromosomen verdickt und die Kernhülle aufbricht und sie in das Zytoplasma freigibt. Die ersten Anzeichen des Spindelapparates treten auf. Als nächstes beginnt die Zelle mit der Metaphase, bei der sich die Spindel an das Zentromer jedes Chromosomenpaares anheftet und sie in die Mitte der Zelle bewegt. Diese ebene Position wird als Metaphasenplatte bezeichnet. Dann beginnt die Anaphase, wenn die Chromatiden getrennt und zu den entgegengesetzten Polen gezogen werden. Das letzte Stadium ist die Telophase, in der die Kernhülle neu gebildet wird und sich die Chromosomen allmählich entfalten. Dann kann eine Zytokinese auftreten, die eine Spaltfurche bildet, und dann werden sich die beiden Tochterzellen trennen.

Die Meiose ist komplexer und umfasst zwei Kernteilungen. Die beiden Unterteilungen heißen Meiose I und Meiose II. Diese beiden Unterteilungen führen zur Produktion von vier haploiden Gameten. Dieser Prozess ermöglicht eine erhöhte genetische Variation durch Kreuzung, wo Gene ausgetauscht werden können. Der Prozess hängt wie die Mitose von der Interphase ab, um die DNA zu replizieren. Die Meiose beginnt mit der Prophase I. In diesem Stadium bewegen sich homologe Chromosomen zu einer Tetrade zusammen. Hier kommt es zum Cross-Over, was zur Rekombination von Genen führt.Metaphase I bewegt die Tetraden zur Metaphasenplatte in der Mitte der Zelle, und Anaphase I reduziert die Tetraden auf ihre ursprüngliche zweisträngige Form und bewegt sie zu entgegengesetzten Polen. Telophase I bereitet die Zelle dann auf ihre zweite Teilung vor. Meiose II ist wie Mitose, außer dass die Tochterzellen haploid statt diploid sind. Die DNA-Replikation findet in der Interphase II nicht statt, und Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II treten wie üblich auf. Die einzige Änderung ist die Anzahl der Chromosomen.

Mitose ist leicht in der Felchen-Blastula und der Zwiebelwurzelspitze zu beobachten. Meiose und Crossing-Over treten bei der Produktion von Gameten bei Tieren und Sporen bei Pflanzen auf.

Die in diesem Labor verwendeten Materialien sind: Lichtmikroskope, vorbereitete Objektträger von Felchen-Blastula und Zwiebelwurzelspitzen, Bleistift und Papier.

Die in diesem Labor verwendeten Materialien sind: Lichtmikroskope, vorbereitete Objektträger mit Zwiebelwurzelspitzen, Papier und Bleistift.

Die Materialien, die in diesem Abschnitt des Labors verwendet werden, sind: ein Chromosomen-Simulations-Kit, Bleistift und Papier.

Die Materialien, die in diesem Bereich des Labors verwendet werden, sind: Lichtmikroskope, vorbereitete Objektträger von Sordaria fimicola, Bleistift und Papier.

Beobachten Sie die vorbereiteten Objektträger von Felchen-Blastula und Zwiebelwurzelspitzen unter den 10X- und 40X-Objektiven. Skizziere und bezeichne jeden Abschnitt der Zellteilung.

Beobachten Sie jede Zelle und bestimmen Sie, in welchem ​​Stadium sich die Zelle befindet. Zählen Sie insgesamt mindestens 200 Zellen und teilen Sie sie in Gruppen derselben Phase auf. Bedenken Sie, dass es 24 Stunden dauert, bis die Zellen der Zwiebelwurzelspitze den Zellzyklus abgeschlossen haben.

Verwenden Sie das Laborbuch, um zu zeigen, wie die Chromosomen hergestellt werden. Das Simulationskit enthält viele Perlen, die Sie verwenden können. Es gibt rote und gelbe Perlen, die verwendet werden können, um die verschiedenen Chromatiden zu zeigen. Es gibt auch ein Stück, das einem halben Zentromer ähnelt, das einen Magneten hat, um sich mit einem anderen zu verbinden.

Beobachten Sie den vorbereiteten Objektträger mit einem Lichtmikroskop und zeichnen Sie alle Daten auf.

Die folgenden Skizzen zeigen die Phasen der Mitose für die Zwiebelwurzelspitze.


Schau das Video: Mitosis: The Amazing Cell Process that Uses Division to Multiply! Updated (Dezember 2022).