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Zellteilung und Rekombination

Die Teilung von Zellen erfüllt zwei wichtige Aufgaben. Einerseits geht es darum, Zellen eines Organismus laufend durch identische zu ersetzen, um so die Maschinerie des Lebens aufrecht zu erhalten. Andererseits Werden Zellen auch geteilt, um Keimzellen zu bilden, welche für die geschlechtliche Fortpflanzung unersetzlich sind.

Tafelbild das die Zellteilung in Mitose und Meiose sowie die Rekombination via Crossingover zeigt. Daneben wird ebenfalls auf die Spermatogenese und Oogenese eingegangen.

 

Mitose - Bildung identischer Tochterzellen

Die grundlegende Form der Zellteilung, die gleichermassen bei einzelligen Organismen vorkommt, um sich vegetativ zu vermehren, und auch beim Zellersatz von mehrzelligen Organismen eine zentrale Rolle spielt, ist die Mitose. Hier entstehen aus einer Vorläuferzelle zwei genetisch identische Tochterzellen, indem jedes Chromosom in Form zweier Chromatiden auf die Tochterzellen verteilt wird.

Die Mitose wird in vier Phasen aufgeteilt: 

  • Prophase
    Während der Prophase wird das Chromatin zu Chromosomen kondensiert, dadurch werden die Chromosomen sichtbar. Darüber hinaus, wird die Kernmembran die den Zellkern vom Rest der Zelle trennt, aufgelöst.
  • Metaphase
    Während der Metaphase bindet der nun gebildete Spindelapparat am Centromer der Chromosomen und ordnet diese auf der Äquatorialebene der Zelle an.
  • Anaphase
    Zu Beginn der Anaphase werden die Chromatiden am Centromer voneinander getrennt, so dass sie zu den jeweiligen Polen gezogen werden.
  • Telophase
    Die Telophase markiert das Ende der Mitose, der Spindelaparat löst sich auf nachdem die Chromatiden auf die beiden Pole der Zelle verteilt wurden. Die Zelle beginnt sich einzuschnüren

Direkt nach der Mitose, die der Teilung des Zellkerns entspricht, findet die Cytokinese statt, also die Teilung Ger Zelle selbst. Danach verfügt jede der entstandenen Tochterzellen über einen diploiden Chromosomensatz (2n) mit zwei Chromatiden (2c) pro Chromosomenpaar.

In der Grundstruktur läuft die Meiose ähnlich ab, einige wichtige Unterschiede führen jedoch dazu, dass dabei vier haploide Keimzellen entstehen, die sich genetisch alle unterscheiden. Die Meiose läuft dabei in zwei Schritte unterteilt, die wiederum in die gleichen Abschnitte unterteilt werden wie die Mitose.

 

Meiose I - Halbierung des Chromosomensatzes.

Der grösste Unterschied zwischen der Meiose I, der Meiose II sowie der Mitose, findet sich in der Metaphase und Anaphase. Während der Meiose I werden die Chromosomen paarweise (nicht einzeln) auf der Äquatorialebene angeordnet, während der Anaphase wird jeweils ein ganzes Chromosom pro homologem Chromosomenpaar zum jeweiligen Pol gezogen. Das Resultat Meiose eins sind zwei Haploide (1n) Zellen die jeweils über zwei Chromatiden pro Chromosomenpaar verfügen (2c).

 

Meiose II - Bildung haploider Keimzellen

Die Meiose II wiederum schliesst direkt an die Meiose I an und startet daher mit zwei Haploiden (1n) Zellen die über zwei Chromatiden pro Chromosomenpaar verfügen (2c). Der Ablauf in den Phasen entspricht dabei jenem der Mitose mit dem einzigen Unterschied, dass die Zellen haploid (1n) und nicht diploid (2n) sind. Es resultieren vier haploide Zellen, die jeweils über ein Chromatid pro Chromosomensatz verfügen. 

 

Spermatogenese und Oogenese

Die Meiose dient der Bildung von Keimzellen, dabei wird in tierischen Organismen die Bildung von Spermien (Spermatogenese) sowie die Bildung von Eizellen (Oogenese) unterschieden. Zur Meiose ist anzumerken, dass in männlichen Individuen im Zuge der Spermatogenese 4 Spermien entstehen, während bei weiblichen Individuen eine verhältnissmässig grössere Eizelle und 3 kleine Pollkörper gebildet werden. Die Pollkörper enthalten fast kein Cytoplasma und werden im Zuge der Eizellreifung abgebaut.

 

Rekombination und Crossing-over

Die Rekombination der genetischen Information ist eine wichtige Triebfeder der Evolution. Die Grundlage dafür wird während der Meiose gelegt. Einerseits indem die Chromosomen zufällig auf die entstehenden Tochterzellen verteilt werden, andererseits jedoch auch durch Crossing-overs. Diese finden während der ersten Reifeteilung der Meiose statt. Dabei lagern sich zwei Schwesterchromatiden nebeneinander an, wobei eine aus vier Chromatiden bestehende Tetrade entsteht. Dabei kommt es zum Austausch von ganzen Chromosomenstücken von einem Chromosom zum anderen, während dem die Meiose I wie oben beschrieben abläuft.

Diese Crossingovers sind sehr häufig und finden Pro Meiose und somit pro Generation im Schnitt 71 mal statt und durchmischen die DNA regelrecht von Generation zu Generation.

 

Quellen:

- B. Alberts et. all; Molecular Biology of the Cell, 5th Edition

- D. Reich; Who we are and where we come from, 2018