Genetik: Vererbung, Chromosomen, Mitose & Meiose

Genetik: Vererbung und Chromosomen

Definition der Genetik

Die Genetik befasst sich mit der Weitergabe genetischer Informationen von Generation zu Generation.

Schlüsselexperimente in der Genetik

Transplantationsexperiment mit südafrikanischen Krallenfröschen

Der Zellkern enthält die Erbinformationen. Jede Zelle enthält die gleiche Erbinformation.

Pfropfungsversuch bei Acetabularia

Der Zellkern enthält die Erbinformationen zur Ausbildung der äußeren Merkmale.

Aufbau der Chromosomen

Das Chromatin des Zellkerns besteht aus langen, fädigen Strukturen. Diese können sich spiralig aufwickeln (Kondensation) und bilden dann kurze, dicke Strukturen, die Chromosomen. Jedes Chromosom besteht aus zwei Hälften, den Chromatiden, die an einer Stelle, dem Centromer, miteinander verbunden sind.

Ordnung der Chromosomen

Chromosomen werden nach folgenden Kriterien geordnet:

• Größe
• Bänderung
• Lage des Centromers

Karyogramm

Ein Karyogramm ist ein geordnetes Bild der Gesamtzahl der Chromosomen in einem Zellkern.

Der Mensch hat 46 Chromosomen, jeweils zwei sind identisch; diese nennt man homologe Chromosomen (diploider Chromosomensatz). Ausnahme: Die Geschlechtschromosomen des Mannes sind verschieden (XY) und bilden das 23. Paar. Man unterscheidet zwischen Körperchromosomen (Autosomen) und Geschlechtschromosomen (Gonosomen).

Mitose: Der Zellzyklus

Die Mitose dient dem Wachstum und der Vermehrung von Zellen. Dabei trennen sich die Chromosomen.

Phasen der Mitose

1. Interphase: Die Zelle erfüllt ihre Funktion (Wachstum, Stoffwechsel). Die Erbinformation wird verdoppelt.
2. Prophase: Kondensation des Chromatins.
3. Prometaphase: Auflösung der Kernmembran und der Nucleoli. Bildung des Spindelapparates.
4. Metaphase: Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene.
5. Anaphase: Trennung der Schwesterchromatiden.
6. Telophase: Die Chromatiden erreichen die Zellpole. Dekondensation der Chromosomen. Bildung von Kernmembran und Nucleoli.
7. Cytokinese: Ausbildung einer Zellmembran zwischen den Tochterzellen.

Meiose: Bildung von Keimzellen

Die Meiose dient der Bildung haploider Keimzellen aus diploiden Urkeimzellen (Reproduktion).

Spermien und Eizellen haben einen einfachen (haploiden) Chromosomensatz. Jeder Mann und jede Frau kann über 8 Millionen verschiedene Spermien bzw. Eizellen bilden. Bei der Befruchtung gibt es über 64 Millionen Kombinationsmöglichkeiten.

Phasen der Meiose

1. Prophase I: Kondensation der Chromatidfäden. Paarung der homologen Chromosomen.
2. Metaphase I: Anordnung der Chromosomenpaare in der Äquatorialebene. Ausbildung des Spindelapparates.
3. Anaphase I: Trennung der homologen Chromosomenpaare.
4. Telophase I: Teilung der Zelle in zwei haploide Zellen (Cytokinese).
5. Prophase II: Auflösung der Kernmembran. Ausbildung des Spindelapparates.
6. Metaphase II: Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene.
7. Anaphase II: Trennung der Schwesterchromatiden.
8. Telophase II: Teilung der Zellen in vier haploide Zellen (Keimzellen) (Cytokinese).

Reifeteilungen

• 1. Reifeteilung (Reduktionsteilung): Phase 1-4; die homologen Chromosomen werden getrennt.
• 2. Reifeteilung (Äquationsteilung): Phase 5-8; die Chromatiden werden getrennt.

Tetrade: Wenn vier Chromatiden in der Äquatorialebene angeordnet sind, spricht man von einer Tetrade.

Down-Syndrom (Trisomie 21)

Eine Fruchtwasseruntersuchung kann zur Aufspürung genetischer Krankheiten dienen (Risiko: 0,5% tödliche Frühgeburt).

Trisomie 21 (drei Chromosomen beim 21. Paar): Bei der Meiose kann es zu Fehlern kommen, sodass eine der vier haploiden Zellen zwei Chromatiden erhält und eine andere keine. Wenn diese Keimzelle befruchtet wird, hat sie zusammen mit einer anderen Zelle insgesamt drei Chromosomen, also insgesamt 47 Chromosomen statt 46.