Meiose (Vertiefungswissen)

Hallo, ich bin Biola und erkläre dir in diesem Video den Ablauf der Meiose. Außerdem werden die beiden Begriffe diploid und haploid verständlich gemacht und die Spermatogenese und Oogenese erklärt. Wie du bereits weißt, ist die DNA der Träger der Erbinformation und liegt in der Zelle im Zellkern vor. Dieser wird auch mit dem Fachbegriff Nucleus bezeichnet. Während der Meiose verdichtet sich der DNA-Faden, auch Chromatinfaden genannt. Das kannst du dir so vorstellen: Wie ein langer Wollfaden, der in einer bestimmten Art und Weise zusammengeknäult wird. Die DNA liegt durch diesen Prozess im kondensierten Zustand vor und es werden die x-förmigen Chromosomen unter dem Mikroskop sichtbar. Jedes Lebewesen hat eine bestimmte Anzahl an Chromosomen im Zellkern. In menschlichen Körperzellen liegen 46 Chromosomen vor, diese kann man unter dem Mikroskop sichtbar machen und sie der Größe nach sortieren. Dadurch wird deutlich, dass 22 Chromosomen als gleiche Paare vorliegen. Diese beiden gleichen Chromosomen, die sich in ihrer Größe und Struktur gleichen, werden als homologe Chromosomen bezeichnet. Die 22 Chromosomenpaare, also 44 Chromosomen, werden auch Autosomen genannt. Außerdem liegen 2 Geschlechtschromosomen vor, die für die Ausprägung des Geschlechts des Erbmaterialträgers zuständig sind und als Gonosomen bezeichnet werden. Es gibt 2 Arten von Geschlechtschromosomen: x und y. Frauen haben in den Zellkernen ihrer Körperzellen 44 Autosomen und 2 X-Chromosomen. Männer haben 44 Autosomen und 1 X- und 1 Y- Chromosom. Du hast die Hälfte deiner Erbsubstanz von deiner Mutter, die Hälfte von deinem Vater geerbt. Das heißt, deine Mutter hat dir die in der Eizelle liegenden 22 Chromosomen und 1 X-Chromosom vererbt. Dein Vater hat dir die im Spermium liegenden 22 Chromosomen vererbt und 1 X-Chromosom, wenn du weiblich bist, oder 1 Y-Chromosom, wenn du männlich bist. Bei der Verschmelzung von Eizelle und Spermium entsteht eine Zygote, aus der ein ganzer Organismus heranwächst. Diese hat 44 Chromosomen und XX bei weiblichen Nachkommen bzw. XY bei männlichen Nachkommen. Das bedeutet, dass die Anzahl der Chromosomen von 46 Chromosomen auf insgesamt 23 Chromosomen reduziert werden muss, bevor er an einen Nachkommen vererbt wird. Wenn das nicht der Fall wäre und Mutter und Vater beide jeweils 46 Chromosomen vererben würden, hätte das Kind schon 92 Chromosomen und in jeder folgenden Generation würde die Anzahl der Chromosomen sich weiter verdoppeln. Um die Anzahl der Chromosomen in jeder Generation stabil zu halten, gibt es die Meiose. Kommen wir also zur Meiose: Wie du gerade gelernt hast, findet bei der Meiose eine Reduzierung der Anzahl der Chromosomen statt. Eine Zelle mit einem doppelten Chromosomensatz, also 46 Chromosomen, nennt man diploid. Eine Zelle mit einem einzigen Chromosomensatz, also 23 Chromosomen, nennt man haploid. Diese Zahl wird als "n" bezeichnet, deswegen hat der diploide Chromosomensatz "2n". Bei der Meiose wird der diploide Chromosomensatz also zum haploiden Chromosomensatz reduziert, also von "2n" zu "n". Gucken wir uns zunächst den Ablauf der Meiose an. Man unterteilt die Meiose in zwei reife Teilungen: die Reduktionsteilung, auch Meiose 1 genannt, und die Äquationsteilung, auch Meiose 2 genannt. Bevor eine Geschlechtszelle in die Meiose tritt, liegt sie in der Interphase vor. Die DNA liegt als Chromatinfaden im Zellkern. Kommen wir also zur ersten Reifeteilung: der Reduktionsteilung. In der Prophase I beginnen die Chromosomen, sich im Zellkern zu verdichten. Die Komponenten in der Zelle bereiten sich für die Kernteilung vor. Die Kernmembran und das Kernkörperchen, auch Nucleoli genannt, lösen sich auf und die Centriolen weichen voneinander. Der Spindelapparat wird ausgebildet. Die homologen Chromosomen paaren sich. Diesen Vorgang bezeichnet man als Synapsis. Dieser Prozess wird durch den synaptonemalen Komplex bewirkt, einer Struktur zwischen den beiden homologen Chromosomenpaaren. Da die beiden gepaarten Chromosomen aus je 2 Schwesterchromatiden, also insgesamt 4 Chromatiden bestehen, spricht man in diesem Stadium von Tetraden. Tetra bedeutet 4. Die Chromatiden der homologen Chromosomen überkreuzen sich. Diese Überkreuzungen werden Chiasmata genannt. Hierbei können Stücke der Chromatiden ausgetauscht werden. Dieser als Crossing-Over bezeichnete Vorgang erzeugt rekombinante Chromosomen, in denen Gene mütterlichen und väterlichen Ursprungs kombiniert werden. Deshalb spricht man auch von intrachromosomaler Rekombination. Die Spindel-Mikrotubuli nehmen Kontakt mit den Chromosomen auf - und zwar am Kinetochor, einer Struktur, die am Centromer liegt. Die Chromosomen fangen an, sich zur Metaphaseplatte zu bewegen. Diese wird auch Äquatorialebene genannt. In der Metaphase I sind die homologen gepaarten Chromosomen an der Metaphaseplatte angeordnet. Die Kinetochor-Mikrotubuli des einen Zellpols sind mit je einem Chromosom jedes Paares verbunden. Während Mikrotubuli des anderen Zellpols mit dem jeweils anderen Chromosom in Kontakt treten. In der Anaphase I zieht sich der Spindelapparat zusammen und transportiert die Chromosomen dabei zu den Polen. Dabei werden die homologen Chromosomenpaare voneinander getrennt. Die Schwesterchromatiden bleiben über ihre Centromere miteinander verbunden. Ein Chromosom wandert zu einem Zellpol, während das andere zum entgegengesetzten Zellpol wandert. Welche der beiden homologen Chromosomen zu welchem der Zellpole wandert, bleibt dem Zufall überlassen. Es gibt also 2ⁿ Möglichkeiten der Verteilung. In diesem Fall wären es 2⁴, bei einem vollkommenen menschlichen Chromosomensatz wären das 2²³ Möglichkeiten, also über 8 Millionen. Man spricht von interchromosomaler Rekombination. In der Telophase I trennt der Spindelapparat die homologen Chromosomenpaare, bis sie an den Zellpolen angelangt sind. An jedem Zellpol sammelt sich nun ein haploider Satz an Chromosomen, die aus jeweils 2 Schwesterchromatiden bestehen. Fast zeitgleich wird die Cytokinese eingeleitet, also die Teilung des Cytoplasmas. Dabei werden 2 Tochterzellen gebildet. Diese beiden haploiden Zellen gehen jetzt beide eine zweite Reifeteilung durch: die Äquationsteilung: In der kurzen Prophase II bewegen sich die Chromosomen zur Metaphaseplatte. In der Metaphase II ordnen sich die Chromosomen an der Metaphaseplatte an. In der Anaphase II trennen sich die am Centromer verbundenen Schwesterchromatiden und bewegen sich zu den entgegengesetzten Zellpolen. Bei der Telophase II beginnen die Kernhüllen, sich zu bilden und es findet eine Cytokinese statt. Es sind nun 4 Tochterzellen vorhanden, die 1-Chromatid-Chromosom enthalten und somit einen haploiden Chromosomensatz aufweisen. Sehen wir uns also die Bildung der Keimzellen bei der Frau und beim Mann etwas genauer an: Die Meiose findet in den Geschlechtsorganen statt. Dabei entstehen haploide Geschlechtszellen, die auch Keimzellen oder Gameten genannt werden. Bei der Frau werden bei der sogenannten Oogenese haploide Eizellen in den Eierstöcken produziert. Bei Männern werden bei der Spermatogenese Spermien in den Hoden produziert. Bei der Oogenese entstehen aus der sogenannten Urkeimzelle durch ungleiche Teilung des Plasmas eine plasmareiche Eizelle und 3 fast plasmalose Polkörper, die bald absterben. Die Eizelle enthält 22 Chromosomen und 1 X-Chromosom. Beim männlichen Geschlecht reifen aus der Urkeimzelle 4 Spermien heran, alle 4 Spermien enthalten 22 Chromosomen und ein X- oder ein Y-Chromosom. Fassen wir die Meiose also zusammen: Die Meiose findet in den Keimzellen statt und dient der Reduktion des diploiden Chromosomensatzes auf einem haploiden Chromosomensatz. Die Meiose gliedert sich in 2 Reifeteilungen. Bei der Reduktionsteilung wird die Anzahl der Chromosomen reduziert, indem die homologen Chromosomen auf 2 Tochterzellen verteilt werden. Bei der Äquationsteilung werden die Schwesterchromatiden voneinander getrennt. Bei der Keimzellenbildung entstehen 4 Spermien oder 1 Eizelle. Die Keimzellen sind haploid und unterscheiden sich genetisch sowohl von den Zellen ihrer Eltern als auch untereinander. Die Meiose sorgt für genetische Variabilität der Keimzellen durch Rekombination. Dies ist unter anderem wichtig für die Evolution. Das war die Meiose. Bis zum nächsten Video! Eure Biola.