Tara Rodden Robinson - Genetik kompakt für Dummies

Während der Telophase beginnen sich neue Kernmembranen um die beiden Chromosomensätze zu bilden (siehe Abbildung 2.6). Die Chromosomen lockern sich und gehen langsam wieder in ihre für die Interphase übliche Form zurück. Mit Ende der Telophase beginnt die eigentliche Zellteilung.

Sobald die Mitose abgelaufen ist und sich zwei neue Kerne geformt haben, teilt sich die Zelle in zwei kleinere identische Tochterzellen. Dieser Vorgang wird auch Zytokinese genannt ( Zyto bedeutet »Zelle« und Kinese heißt »Bewegung«). Im Prinzip beginnt die Zytokinese nach der Metaphase und endet mit dem Beginn der Interphase. Jede Zelle enthält jeweils einen kompletten Chromosomensatz der Ausgangszelle. Sämtliche Organellen und das Zytoplasma werden aufgeteilt, um die neuen Zellen gleichermaßen mit dem für ihren Metabolismus und ihr Wachstum Notwendigen auszustatten. Die beiden neuen Zellen befinden sich nun in der Interphase (genauer gesagt in der G1-Phase) und beginnen von Neuem mit ihrem eigenen, neuen Zellzyklus.

Die Meiose ist eine Form der Zellteilung, bei der sich die Anzahl der Chromosomen zur Vorbereitung auf die sexuelle Fortpflanzung reduziert. Die DNA-Menge im Zellkern wird bei der Meiose genau halbiert, sodass bei einer späteren Befruchtung, bei der ja die Chromosomen von Vater und Mutter zusammengeführt werden, der Nachkomme wieder einen vollständigen Chromosomensatz bekommt. Diploide Zellen sind nach der Meiose haploid oder, anders ausgedrückt, die Zelle reduziert ihre Chromosomenzahl von 2 n auf 1 n . Beim Menschen werden bei der Meiose Geschlechtszellen (also Eizellen oder Spermien) mit jeweils 23 Chromosomen produziert – also mit nur jeweils einer Kopie der homologen Chromosomen.

Die Meiose ähnelt der Mitose in vielerlei Hinsicht. Die Phasen haben auch ähnliche Namen und die Chromosomen verhalten sich ähnlich, aber die Produkte der Meiose sind vollkommen anders als die der Mitose. In der Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase der Meiose passiert etwas anderes als in den entsprechenden Phasen der Mitose. Während bei der Mitose zwei vollkommen identische Zellen herauskommen, produziert die Meiose vier Zellen mit jeweils der Hälfte des Erbguts der Ursprungszelle. Des Weiteren tauschen die homologen Chromosomen während der Meiose durch Rekombination einzelne DNA-Segmente. Die Rekombination ist der eigentliche Clou der Meiose und führt zu einer größeren genetischen Variation, die dafür sorgt, dass jedes Individuum, das durch sexuelle Fortpflanzung gezeugt wurde, wirklich einzigartig ist. In Abbildung 2.7erkennen Sie die beiden Phasen der Meiose.

Im Grunde genommen besteht die Meiose aus zwei Zellteilungen: Meiose I und die Fortsetzung, Meiose II. Studenten verlieren bei der Meiose oft die wichtigsten Aspekte aus den Augen – die Rekombination und die zufällige Aufteilung der elterlichen Chromosomen auf die Geschlechtszellen. Um Verwirrung zu vermeiden, teile ich die Meiose nicht in einzelne Phasen ein, sondern konzentriere mich darauf, was mit den Chromosomen selbst geschieht.

Während der Meiose I:

Die homologen Paare der Chromosomen liegen im Zellkern Seite an Seite und können dabei einige Teile des Erbguts austauschen. Dies nennt man Crossing-over oder Rekombination . Es geschieht während der Prophase I.

Während der Metaphase I ordnen sich die homologen Chromosomen paarweise in der Äquatorialebene an und werden in der Anaphase I zu den Zellpolen gezogen und dabei getrennt.

In der Telophase I teilt sich die Zelle; dabei reduziert sich das genetische Material um die Hälfte. Danach gehen die beiden Tochterzellen sofort in die zweite Runde – die Meiose II.

Während der Meiose II:

In der Prophase II verdichten sich die einzelnen Chromosomen (jetzt als Schwesterchromatiden) und stellen sich während der Metaphase II wieder in der Äquatorialebene auf.

Dann trennen sich die Chromatiden und werden zu den jeweiligen Zellpolen transportiert (Anaphase II).

Die Zellen teilen sich, und so entstehen insgesamt zweimal zwei, also vier Tochterzellen mit nur einer Kopie (1 n ) jedes Chromosoms.

Zellen, die sich meiotisch teilen, starten in einer Phase, die der Interphase vor der Mitose ähnelt. Die Zellen wachsen in der G1-Phase, replizieren ihre DNA in der S-Phase und bereiten sich während der G2-Phase auf die Teilung vor. Wenn die Meiose startet, verdichten sich die Chromosomen. Sie liegen dann, genau wie bei der Mitose auch, in Form von Schwesterchromatiden als vierfacher Chromosomensatz vor. Danach folgt die Meiose I, die ich in den folgenden Absätzen vorstelle.

Während der Prophase I (I, weil es die erste Runde in der Meiose ist) finden die homologen Chromosomen zueinander. Eines dieser homologen Chromosomen kam ursprünglich von der Mutter, das andere vom Vater des Lebewesens, dessen Zellen gerade die Meiose durchlaufen. Die homologen maternalen und paternalen Chromosomen liegen nun nebeneinander. In Abbildung 2.2sehen Sie das gesamte Set der 46 menschlichen Chromosomen. Die beiden Chromosomen, die zusammen ein Paar bilden, sehen zwar gleich aus, sind es aber nicht. Die homologen Chromosomen haben unterschiedliche Kombinationen von Allelen an den Tausenden von Loci.

Abbildung 2.7: Die Phasen der Meiose

Während sich die jeweiligen homologen Chromosomen in der Prophase I paarweise anordnen, verhaken sich die Chromatiden der zwei Homologen, und die Chromatiden tauschen Teile ihrer »Arme« aus. Enzyme schneiden die Chromosomen auseinander und versiegeln die so neu kombinierten Stränge wieder. Den ganzen Prozess nennt man Crossing-over . Sobald dieser Prozess abgeschlossen ist, enthalten die Chromatiden teils ihre Original-DNA, teils die DNA des Homologen. Dabei werden die Loci nicht vertauscht oder in eine andere Reihenfolge gebracht. Die Gene liegen nach wie vor an derselben Stelle des Chromosoms. Nur hat sich der Inhalt geändert, sodass das Erbgut von Vater und Mutter auf den homologen Chromosomen durchmischt ist.

Abbildung 2.8zeigt das Crossing-over in Aktion. In der Abbildung erkennen Sie ein Paar homologer Chromosomen mit zwei Loci. An beiden Loci haben die Chromosomen jeweils unterschiedliche Versionen der Gene – oder anders ausgedrückt, die Allele sind verschieden. Das eine Chromosom besitzt die Allele A und b , das zweite besitzt a und B . Nach der Replikation der DNA sind die Schwesterchromatiden exakt gleich (weil es ja Kopien sind). Nach dem Crossing-over haben die Chromosomen ihre Arme ausgetauscht. Deshalb hat jetzt jedes Homolog eine Schwesterchromatide, die sich von der anderen unterscheidet.

Die rekombinierten Chromosomen finden sich in der Metaphase I in der Äquatorialebene ein (siehe Abbildung 2.7). Die Kernmembran zerfällt, und die homologen Chromosomen werden (ähnlich wie in der Anaphase bei der Mitose) von Spindelfasern am Zentromer gepackt und in Richtung des jeweiligen Pols gezogen und so getrennt.

Am Ende der ersten Phase der Meiose teilt sich die Zelle zum ersten Mal (Telophase I, gefolgt von Zytokinese I). Die beiden Tochterzellen enthalten nun einen kompletten Chromosomensatz. Die nun partnerlosen Chromosomen liegen aber immer noch in Form von Schwesterchromatiden vor.