Zellteilung: Phasen der Mitose und Meiose im Überblick

Der Prozess der Mitose

Prophase

In der Prophase tritt die Kondensation des Chromatins ein, sodass die Chromosomen sichtbar werden. Jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden, die am Zentromer verbunden sind. Die Zentriolen beginnen sich zu trennen, bis sie sich an den gegenüberliegenden Enden der Zelle befinden. Während sie sich trennen, bilden sie zwischen den polaren Mikrotubuli den mitotischen Spindelapparat. Die Kernmembran und der Nukleolus verschwinden, und die Chromosomen verteilen sich im Zytoplasma. Am Zentromer jedes Chromosoms bilden sich Kinetochoren aus den Mikrotubuli, die ihren Ursprung in den Zentriolen haben.

Metaphase

In der Metaphase erreichen die Chromosomen den maximalen Grad der Verdichtung. Die Spindel ist vollständig ausgebildet und erstreckt sich zwischen den zwei Polen der Zelle. Die kinetochoren Mikrotubuli schieben die Chromosomen langsam und allmählich in die Mitte der Spindel (Mittelebene), wo sie die Äquatorialplatte (Metaphaseplatte) bilden. Die Zentromere werden im rechten Winkel zur Achse der zwei Zentriolen angeordnet, sodass die Chromatiden jedes Chromosoms zu den entgegengesetzten Polen orientiert sind.

Anaphase

In der Anaphase beginnen die zwei Chromatiden jedes Chromosoms eine Trennungsbewegung zu den entgegengesetzten Polen. Die Trennung der beiden Chromatiden wird durch das Zentromer synchron an allen Chromosomen der Metaphaseplatte eingeleitet. Die polaren Mikrotubuli verlängern sich durch Polymerisation und trennen die zwei Spindelpole der achromatischen Spindel weiter voneinander. Die Anaphase endet, wenn die Chromosomen die Pole erreichen.

Telophase

In der Telophase beginnen die Nukleolen erneut zu erscheinen und die Chromosomen dekondensieren wieder. Eine neue Kernmembran erscheint um jede Gruppe von Chromosomen; diese Membranen werden aus dem endoplasmatischen Retikulum gebildet.

Der Prozess der Meiose

Prophase I

• 1. Leptotän: Die Chromosomen kondensieren und werden sichtbar; jedes besteht aus zwei Chromatiden, die eng zusammenliegen. Jedes Chromosom ist mit seinen Enden über Bindungsstellen an der Kernhülle befestigt.
• 2. Zygotän: Die homologen Chromosomenpaare richten sich aus. Diese Paarung wird als Synapsis bezeichnet und erfolgt durch eine Proteinstruktur, den sogenannten synaptonemalen Komplex. Es entsteht eine Struktur, die aus vier Chromatiden besteht.
• 3. Pachytän: Es kommt zum Crossing-over, dem Austausch von Chromatidmaterial zwischen den Chromatiden der homologen Chromosomen.
• 4. Diplotän: Die homologen Chromosomen beginnen sich zu trennen, bleiben jedoch an den Stellen, an denen das Crossing-over stattgefunden hat, verbunden. Diese Punkte werden Chiasmata genannt.
• 5. Diakinese: Die Chromosomen kondensieren weiter und die zwei Chromatiden sind bereits deutlich sichtbar. Das Schwesterchromatidenpaar ist durch das Zentromer verbunden, während jedes homologe Chromosomenpaar durch die Chiasmata verbunden bleibt, die zwischen nicht-schwesterlichen Chromatiden auftreten. Der Nukleolus und die Kernmembran verschwinden, und die Spindelfasern (Kinetochorfasern) beginnen sich zu bilden.

Metaphase I

In der Metaphase I ordnen sich die Tetraden in der Äquatorialplatte an. Die Zentromere jedes homologen Paares sind auf gegenüberliegenden Seiten der Zelle angeordnet. Die Kinetochoren sind zusammengeführt und entsprechend orientiert.

Metaphase II

Die Spindelfasern heften sich an die Kinetochoren der Chromosomen an. Letztere sind entlang der äquatorialen Ebene der Zelle ausgerichtet. Die erste und die zweite Metaphase lassen sich einfach unterscheiden: In der Metaphase I sind die Chromosomen in Viererbündeln (Tetraden) angeordnet, in der Metaphase II hingegen in Paaren (ähnlich wie in der mitotischen Metaphase). Dies ist in lebenden Zellen jedoch nicht immer offensichtlich.

Anaphase II

Die Chromatiden werden an ihrem Zentromer getrennt, und eine Reihe von Chromosomen bewegt sich zu jedem Pol. Während der Anaphase II werden die Chromosomen, deren Kinetochoren mit den Spindelfasern verbunden sind, getrennt und zu den entgegengesetzten Polen gezogen, genau wie in der mitotischen Anaphase. Wie in der Mitose wird nun jedes Chromatid als eigenständiges Chromosom betrachtet.

Telophase II und Zytokinese

In der Telophase II befindet sich ein Mitglied jedes homologen Paares an beiden Polen. Jedes ist ein nicht-dupliziertes Chromosom. Die Kernhüllen bilden sich erneut, der Spindelapparat verschwindet, die Chromosomen verlängern sich allmählich zu Chromatinfäden und die Zytokinese tritt ein. Die Ereignisse der Prophase werden umgekehrt: Der Nukleolus bildet sich neu und die Zellteilung ist abgeschlossen, wenn die Zytokinese zwei Tochterzellen (insgesamt vier aus dem gesamten Prozess) produziert hat.

Ergebnis und genetische Vielfalt

Die zwei aufeinanderfolgenden Teilungen produzieren vier haploide Kerne, die jeweils ein Chromosom von jedem Typ enthalten. Jede resultierende haploide Zelle verfügt über eine Kombination verschiedener Gene. Diese genetische Variation hat zwei Quellen:
1. Während der Meiose werden die mütterlichen und väterlichen Chromosomen gemischt, da jedes Paar zufällig während der Anaphase I verteilt wird.
2. DNA-Segmente werden zwischen den mütterlichen und väterlichen Gegenstücken im Rahmen des Crossovers ausgetauscht.