Zellteilung: Mitose, Meiose und Mendelsche Regeln

Phasen der Mitose

Prometaphase

Während der Prometaphase fragmentiert die Kernhülle, wodurch sich Cytoplasma und Kernplasma vermischen. Die Chromosomen bleiben innerhalb der mitotischen Spindel. In der Region der Zentromere entwickeln sich Kinetochoren (eines pro Chromatid), an denen Mikrotubuli ansetzen. Die Bewegung der Chromosomen in dieser Phase wird oft als „Tanz der Chromosomen“ bezeichnet.

Metaphase

Die Zentromere richten sich in der Äquatorialplatte aus, sodass die Chromatiden jedes Chromosoms zu den entgegengesetzten Polen ausgerichtet sind.

Anaphase

Diese Phase beginnt, wenn die Proteine, die die Schwesterchromatiden zusammenhalten, abgebaut werden. Die Chromatiden werden polwärts gezogen, während sich die Mikrotubuli an den Kinetochoren verkürzen.

Telophase

Die in der Prophase und Prometaphase eingeleiteten Prozesse werden umgekehrt. Die Kernhüllen rekonstruieren sich um die Chromosomenreste, Nukleolen erscheinen wieder und das Chromatin entspiralisiert sich.

Zytokinese

Die Zytokinese ist ein separater Prozess, der gleichzeitig mit der Telophase beginnt und die vollständige Zellteilung vollzieht:

• Tierische Zellen: Es bildet sich eine Teilungsfurche durch einen kontraktilen Aktin-Ring, der das Zytoplasma abschnürt.
• Pflanzliche Zellen: Vesikel aus dem Golgi-Apparat bilden eine Zellplatte (Fragmoplast), aus der eine neue Zellwand entsteht.

Homologe Chromosomen und Genetik

Homologe Chromosomen bilden Paare und rekombinieren während der Meiose. Sie besitzen die gleiche Struktur und die gleichen Loci, aber unterschiedliche Allele. Geschlechtschromosomen bestimmen das Geschlecht (bei Menschen XX für weiblich, XY für männlich).

Meiose

Die Meiose findet in Keimzellen statt, um haploide Gameten (n) aus diploiden Zellen (2n) zu bilden. Sie umfasst zwei Teilungen:

1. Reduktionsteilung (Meiose I): Die Chromosomenzahl wird halbiert.
2. Äquationsteilung (Meiose II): Entspricht einer mitotischen Teilung.

Die biologische Bedeutung liegt in der genetischen Variabilität durch Rekombination und Crossing-over.

Chromosomentheorie der Vererbung

Boveri und Sutton erkannten 1902 Parallelen zwischen dem Verhalten der Chromosomen und Mendels Erbfaktoren. Thomas Hunt Morgan bestätigte später durch Experimente mit Fruchtfliegen, dass Gene linear auf Chromosomen angeordnet sind und gekoppelt vererbt werden können.

Genotyp und Phänotyp

Der Genotyp ist die Gesamtheit der Gene eines Organismus, während der Phänotyp die Ausprägung der Merkmale beschreibt, die durch Genotyp und Umwelteinflüsse bestimmt wird.

Mendelsche Gesetze

• 1. Gesetz (Uniformitätsregel): Kreuzt man zwei reinerbige Individuen, sind die Nachkommen der F1-Generation uniform.
• 2. Gesetz (Spaltungsregel): Bei der Kreuzung von Individuen der F1-Generation spalten sich die Merkmale in der F2-Generation in einem bestimmten Verhältnis auf (z. B. 3:1).
• 3. Gesetz (Unabhängigkeitsregel): Verschiedene Merkmale werden unabhängig voneinander vererbt, sofern die Gene auf verschiedenen Chromosomen liegen.

Der Zellzyklus

Der Zellzyklus gliedert sich in:

• G1-Phase: Aktive Phase mit RNA-Synthese.
• S-Phase: DNA-Replikation (Duplizierung der Chromosomen).
• G2-Phase: Vorbereitung auf die Mitose.
• M-Phase: Mitose und Zytokinese.

Die Progression wird durch Cyclin-abhängige Kinasen (CDKs) reguliert. Checkpoints stellen sicher, dass die DNA korrekt repliziert wurde, bevor die Zelle in die nächste Phase eintritt.