Zellteilung und Fortpflanzung: Zytokinese und Meiose
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Zytokinese: Teilung des Zytoplasmas
Die Zytokinese bezeichnet die Teilung des Zytoplasmas. In tierischen Zellen erfolgt dies durch Strangulation (Einschnürung), während es in pflanzlichen Zellen durch die Bildung einer intrazellulären Septierung geschieht.
Zytokinese in Tierischen Zellen
Die Teilung beginnt am Ende der Anaphase. Die Plasmamembran stülpt sich in der Äquatorialzone ein und bildet die Teilungsfurche. Im Inneren der Zelle bildet sich ein kontraktiler Ring aus Aktin und Myosin. Dieser Ring zieht sich zusammen (Strangulation) und führt zur Teilung des Zytoplasmas, wodurch zwei Tochterzellen entstehen.
Zytokinese in Pflanzenzellen
Die Teilung beginnt mit der Akkumulation von Vesikeln des Golgi-Apparates in der Äquatorialzone. Diese Vesikel verschmelzen miteinander und bilden die frühe Zellplatte (Phagmoplast). Diese Platte wächst vom Zentrum zur Peripherie.
Anschließend beginnen sich die Plasmamembranen der beiden Zellen zu bilden. Es bleibt jedoch eine Kommunikation zwischen den beiden Zellen bestehen, die sogenannten Plasmodesmen.
Die Vesikel liefern Pektine und Hemizellulose, welche die Mittellamelle bilden. Später wird Zellulose hinzugefügt, um die Zellwand zu bilden.
Weitere Unterschiede bei der Zellteilung
Ein weiterer Unterschied bei der Zellteilung in Pflanzen und Tieren ist die Abwesenheit von Zentriolen in Pflanzenzellen.
In pflanzlichen Zellen und einigen Protozoen erscheint zu Beginn der Prophase ein Organellen-freier Raum, die sogenannte Klare Zone. Diese Zone ist das Mikrotubuli-organisierende Zentrum (MTOC). Dieser Bereich dehnt sich aufgrund der Organisation in zwei Zentren aus, die als Polarkappen bezeichnet werden. Zwischen diesen beiden Kappen bildet sich die mitotische Spindel.
Diese Art der Spindel ohne Aster (Stern) wird anastrale Spindel genannt, während die Spindel mit Astralstern astrale Spindel genannt wird.
Formen der Teilung des Zytoplasmas
Bipartition oder Binäre Teilung
Das Zytoplasma der Mutterzelle wird geteilt, nachdem sich der Kern gestreckt hat, was zu zwei identischen Zellen führt.
- Einschnürung: Typisch für Einzeller.
- Rissbildung: Bei Metazoen (vielzelligen Tieren).
- Fächerung: Bei Pflanzen (sowohl in einigen Thallophyten als auch Metaphyten).
Pluripartition oder Multiple Teilung
Umfasst die Teilung des Zytoplasmas, nachdem sich der Kern mehrmals geteilt hat, sodass viele Kerne im Zytoplasma vorhanden sind.
- Sporulation: Typisch für Protozoen und Sporozoen.
Gemmation (Knospung)
Ein kleiner, ungleich verteilter Teil des Zytoplasmas, die sogenannte Knospe, wird abgeschnürt. Anschließend teilt sich der Kern und wandert in die Knospe. Eine Zelle ist dabei größer als die andere. Es ist üblich, dass sie für eine Weile miteinander verbunden bleiben. Ein Beispiel hierfür sind Hefen.
Asexuelle und Sexuelle Fortpflanzung
Asexuelle Fortpflanzung
Die Nachkommen sind genetisch identisch mit den Eltern. Der neue Organismus entsteht durch Mitose aus einer oder mehreren Vorläuferzellen. Es handelt sich um eine alleinige Elternschaft (uniparental).
Beispiele: Zwiebeln und Pflanzenstecklinge, Knospung bei Korallen.
Sexuelle Fortpflanzung
Die Nachkommen sind genetisch verschieden von den Eltern. Diese Individuen bilden Keimzellen (Gameten), die haploid sind, oder Meiosporen. Sie oder ihre Vorfahren sind durch Meiose entstanden.
Zwei Gameten vereinigen sich und führen zu einem neuen Individuum. Meiosporen treten bei Pilzen und Pflanzen auf, Gameten bei Tieren und Pflanzen.
Meiose: Reduktionsteilung
Die Meiose ist ein Prozess, bei dem Zellen mit der Hälfte der Chromosomen der Stammzellen erzeugt werden. Sie besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungsprozessen:
- Meiose I: Reduktionsteilung
- Meiose II: Äquationsteilung
In der Interphase vor der Meiose wird die DNA repliziert.
Meiose I: Reduktionsteilung
Prophase I: Die komplexeste Phase
Die Prophase I besteht aus fünf Subphasen:
Leptotän
Die DNA-Fasern spiralisieren sich und bilden Chromosomen. Diese Chromosomen bestehen aus zwei Chromatiden.
Zygotän
Die Chromosomen jedes Paares lagern sich zusammen (Synapsis). Die vollständige Paarung einzelner Gene wird durch den Synaptonemalen Komplex ermöglicht. Dieser Komplex besteht aus einer Querachse (ein Proteinfilament neben einem Chromatid), der zentralen Achse und einer weiteren Querachse (neben dem Chromatid des homologen Chromosoms).
Pachytän
Die Chromosomenpaare bleiben zusammen und bilden Bivalente oder Tetraden. Hier findet das Crossing-over (Austausch von Fragmenten zwischen homologen Chromatiden) statt. Normalerweise gibt es 2 oder 3 Crossing-over-Punkte pro Chromosom, was zur genetischen Rekombination führt.
Diplotän
Die Chromosomen beginnen sich zu trennen (Desynapsis), sind aber nicht vollständig getrennt. Die Überkreuzungspunkte sind als Chiasmata sichtbar.
Diakinese
Die Trennung setzt sich fort; die Chiasmata sind sehr deutlich. Die Kernhülle und der Nucleolus verschwinden, während die Spindel gebildet wird.
Metaphase I
Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich zufällig in der Äquatorialebene an.
Anaphase I
Die homologen Chromosomenpaare werden getrennt.
Telophase I
Die Chromosomen beginnen sich zu entspiralisieren, und die Kernhülle bildet sich. Fast unmittelbar danach beginnt die Meiose II.
Meiose II: Äquationsteilung
Die Meiose II beginnt nach einer kurzen Interphase (Interkinese), in der die DNA nicht verdoppelt wird. Dieser Prozess ähnelt einer mitotischen Teilung.