Gametogenese, Genetik und Zellbiologie: Grundlagen der Vermehrung und Osmose

Gametogenese

Bildung von zwei Typen von Vermehrungsmaterial in der Phase der Gameten.

Oogenese

Die Oogenese beginnt im Eierstock (Ovar) mit der Keimung und erreicht die Reife durch die sexuelle Entwicklung. Durch Mitose vermehren sich die Oogonien (2n). Durch Wachstum, bei dem sich Cytoplasma in den Oozyten anhäuft, werden einige Oogonien zu Oozyten 1. Ordnung (2n). Diese durchlaufen in reifenden Eizellen die erste Meiose (Reifeteilung), aus der Oozyten 2. Ordnung (n) und der erste Polarkörper (n) hervorgehen. Nach der zweiten Meiose entstehen die Ovotide (n) und der zweite Polarkörper.

Spermatogenese

Die Vermehrung erfolgt im Hoden, sobald die Geschlechtsreife erreicht ist. Die Spermatogonien vermehren sich durch Mitose, und ihre Anzahl wird erhöht. Anschließend wachsen sie zu großen Zellen heran, den Spermatozyten 1. Ordnung (2n). Jeder Spermatozyt 1. Ordnung durchläuft die Meiose, bei der die DNA-Menge reduziert wird. Dabei entstehen zwei Spermatozyten 2. Ordnung (n), die jeweils zwei Spermatiden bilden.

Spermiogenese

Durch die zweite Meiose (Meiose II) werden die Spermatiden in Spermien umgewandelt, die die genetische Information tragen.

Befruchtung

Die Befruchtung ist die Vereinigung der Gameten. Sie führt zur Bildung der diploiden Zygote (2n) durch das Eindringen des Spermiums in die Eizelle. Die Amphimixis ist die Vereinigung zweier haploider Zellkerne.

Lebenszyklen

• Haplont: Nur die diploide Zygote durchläuft die Meiose und erzeugt vier haploide Zellen, aus denen die haploide adulte Form hervorgeht (z. B. Pilze, Algen).
• Diplont: Die Meiose erfolgt bei der Bildung der Gameten, die haploid sind. Aus der Befruchtung entsteht eine diploide Zygote, die sich durch Mitose vermehrt und zum adulten Individuum wird (z. B. Tiere, viele Protozoen, einige Algen und Pilze).
• Diplohaplont: Ein diploides Individuum (Sporophyt) erzeugt durch Meiose haploide Sporen. Aus diesen entstehen haploide Individuen (Gametophyten), die haploide Gameten bilden. Aus der Befruchtung geht wieder der diploide Sporophyt hervor (z. B. viele Pflanzen, einige Algen und Pilze).

Genetische Veränderungen

Mutationen

Genmutationen sind Veränderungen der Nukleotidsequenz eines Gens.

Chromosomenmutationen sind Veränderungen in der Struktur oder Anzahl der Chromosomen.

Rekombination

Die Rekombination tritt während der Reifeteilung (Meiose) zu haploiden Zellen auf. Dabei werden Gene zwischen zwei Chromatiden eines Chromosoms und dem homologen Chromosom nach dem Zufallsprinzip ausgetauscht. Dies geschieht bei der Bildung der Geschlechtszellen und führt zu zufälligen Kombinationen von Chromosomen.

Zelltypen

Prokaryoten

Prokaryoten haben keinen echten Zellkern. Ihr Nucleoid enthält die DNA, die frei im Zytoplasma liegt. Sie besitzen keine Zentriolen. Bakterien sind etwa 1 bis 10 Mikrometer groß.

Eukaryoten

Eukaryotische Zellen besitzen einen echten Zellkern, in dem sich die DNA befindet. Sie sind etwa 10 bis 100 Mikrometer groß und teilen sich durch Mitose. Zu den eukaryotischen Reichen gehören Tiere und Pflanzen.

Zellorganellen

Tierzelle: Zellkern, Kernmembran, Endoplasmatisches Retikulum (ER), Golgi-Apparat, Mitochondrien, Vakuolen, Zytoplasma, Lysosomen, Zentriolen.

Pflanzenzelle: Endoplasmatisches Retikulum (ER), Chloroplasten, Mitochondrien, Zellkern, Vakuole, Golgi-Apparat, Zellwand.

Kohlenhydrate

Glukose bildet zwischen C1 und C5 Ringe. Bei der Verknüpfung werden Wassermoleküle (H₂O) abgespalten. Stärke ist ein Polysaccharid und dient Pflanzen als Energiereserve. Glykogen speichern Tiere in Leber und Muskeln. Cellulose hat eine Strukturfunktion und stützt die Pflanzen.

Osmose

Osmose ist der Transport von Lösungsmittel (meist Wasser) durch eine semipermeable Membran von einer Lösung mit geringerer Konzentration zu einer Lösung mit höherer Konzentration. Die Membran lässt nur bestimmte Moleküle durch.

• Isotonisch: Gleiche Konzentration innerhalb und außerhalb der Zelle.
• Hypotonisch: Die Umgebung hat eine geringere Konzentration als die Zelle. Die Zelle nimmt Wasser auf und entwickelt Turgor.
• Hypertonisch: Die Umgebung hat eine höhere Konzentration als die Zelle. Die Zelle verliert Wasser, schrumpft und kann durch Plasmolyse absterben.