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Vorlesung 29: Meiose - Biologie

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Vorlesung 29: Meiose

Vorlesung 29: Meiose - Biologie

*Fahrplan kann sich ändern


DATUM THEMA LESEN
9-3 Einführung in die Klasse Lehrplan
WAS IST WISSENSCHAFT?
9-5 Regeln zur Vorhersage der Realität Laborhandbuch in.
9-8 Biologie als Wissenschaft *M&B-Kap. 1
9-10 Übersicht: Grundlagen der Biologie
DIE VIELFALT UND GEMEINSCHAFT DES LEBENS
9-12 Königreiche des Lebens
9-15 Königreiche des Lebens
9-17 Königreiche des Lebens
9-19 Energie in Ökosystemen M&B ch. 15a
9-22 Energie in Ökosystemen M&B ch. 15b
9-24 Biologische Vielfalt und Aussterben M&B ch. 16
9-26 Klassendiskussion: Der Wert der Biodiversität M&B ch. 16
DAS LEBEN ENTWICKELT
9-29 Darwins Evolution und natürliche Selektion M&B ch. 4a
10-1 Darwins Evolution und natürliche Selektion M&B ch. 4a
10-3 Beweise für die Evolution M&B ch. 4a
10-6 TEST I
10-8 Mechanismen der Evolution: Speziation M&B ch. 4c
10-10 Besondere menschliche Probleme: Bevölkerungswachstum M&B ch. 6a und 6b
10-13 Besondere menschliche Probleme: Bevölkerungswachstum M&B ch. 6a und 6b
LEBEN ENTSTEHT AUS DER CHEMIE
10-15 Atome, Elektronen und Energie Hersteller 2.1-2.3
10-17 Chemische Bindungen und Moleküle: Emergente Eigenschaften Mader 2.3-2.4
10-20 Vier Makromoleküle des Lebens 2,5-2,8 Zoll
10-22 Vier Makromoleküle des Lebens 2,5-2,8 Zoll
DAS LEBEN IST ZELLULÄR
10-24 Zellorganellen Mader ch. 3
10-27 Zellmembranen Mader ch. 4
10-29 Zellmembranen und Transport Mader ch. 4
10-31 TEST II
11-3 Zellen und Energie Mader ch. 6
11-5 Zellen und Energie Mader ch. 6
EIGENSCHAFTEN SIND VERERBBAR
11-7 Mendelsche Vererbung M&B ch. 3a
11-10 Mendelsche Vererbung M&B ch. 3a
11-12 Die chemische Basis der Vererbung M&B ch. 3a
11-14 DNA-Struktur und der genetische Code M&B ch. 3a
11-17 DNA- und Proteinsynthese M&B ch. 3a
11-19 DNA Replikation M&B ch. 3a
11-21 Genexpression und -regulation M&B ch. 3a
11-24 Der Zellzyklus Hersteller 5.1
11-26 Mitose und Zellteilung Mader 5.2
12-1 Sexuelle Fortpflanzung: Meiose Hersteller 5.3-5.4
12-3 Sonderthema: Krebs M&B ch. CH. 9
12-5 Sonderthema: Krebs M&B ch. 9
12-8 Klassendiskussion: Gentechnik M&B ch. 3d, 3e
CH. 15 S. 452-456
12-10 TEST III
12-12 Bewertung für Finale Deine Noten
12-15 ABSCHLUSSPRÜFUNG 10:30 Uhr

*M&B=Biology Today, Mader= Lesepaketauszug aus "Inquiry into Life"


Vorlesung 29: Meiose - Biologie

Einführung in Biologie I, Sommer 2021 (online)

(Update für Sommer 2016 in Arbeit)

Arndt F. Lämmerzahl, Ausbilder


Kontaktdaten, Sprechzeiten etc. finden Sie hier.
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    Abschlussprüfung bekannt gegeben. Siehe unten für den Link.

Vorlesungsnotizen werden nur als pdf zur Verfügung gestellt.

Notizen sind nach Thema geordnet, nicht nach Datum. Die genauen Themen können etwas von den unten angegebenen abweichen.


Für das Skript zur Vorlesung stehen folgende Übersichtsblätter zur Verfügung:

  • Zum Material der Einführungsvorlesung über biologische Moleküle: pdf.
  • Für das Material, das durch Meiose von Zellen bedeckt ist: pdf.
  • Für das Material, das von der Mendelschen Genetik durch die menschliche Evolution abgedeckt wird: pdf.

Alte Prüfungen werden unten gepostet, sowohl mit als auch ohne Antworten.

Die Antworten auf neue Prüfungen werden am Tag nach Abschluss der entsprechenden Prüfung über die Tafel verfügbar sein.


Mitose und Meiose - Biologiebibliographien - im Harvard-Stil

Ihre Bibliographie: Biologie.arizona.edu. 2017. Das Zellzyklus- und Mitose-Tutorial. [online] Verfügbar unter: <http://www.biology.arizona.edu/CELL_Bio/tutorials/cell_cycle/cells3.html> [Zugriff am 30. Januar 2017].

Diploid - Biologie-Online-Wörterbuch

Im Text: (Diploid - Biologie-Online-Wörterbuch, 2017)

Ihre Bibliographie: Biologie-online.org. 2017. Diploid - Biologie-Online-Wörterbuch. [online] Verfügbar unter: <http://www.biology-online.org/dictionary/Diploid> [Zugriff am 30. Januar 2017].

Haploid - Biologie-Online-Wörterbuch

Im Text: (Haploid - Biologie-Online-Wörterbuch, 2017)

Ihre Bibliographie: Biologie-online.org. 2017. Haploid - Biologie-Online-Wörterbuch. [online] Verfügbar unter: <http://www.biology-online.org/dictionary/Haploid> [Zugriff am 30. Januar 2017].

Zelltypen in Knochen

Im Text: (Zelltypen in Knochen, 2017)

Ihre Bibliographie: Grenzenlos. 2017. Zelltypen in Knochen. [online] Verfügbar unter: <https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-musculoskeletal-system-38/bone-216/cell-types-in-bones-816-12058/ > [Zugriff am 29. Januar 2017].

Mitose und Meiose - Vergleichstabelle, Video und Bilder | Unterschied

Im Text: (Mitose und Meiose - Vergleichstabelle, Video und Bilder | Diffen, 2017)


Vorlesung 29: Meiose - Biologie

A. Variation und Auswahl

1. Mechanismen, die genetische Variationen in Populationen erzeugen.

Eine Mutation ist eine Veränderung der Nukleotidsequenz der DNA in einer Zelle. Es gibt viele verschiedene Arten von Mutationen. Mutationen können vor, während und nach der Mitose und Meiose auftreten. Tritt eine Mutation in Zellen auf, die durch Meiose oder während der Meiose selbst Gameten bilden, kann sie an die Nachkommen weitergegeben werden und zur genetischen Variabilität der Population beitragen. Mutationen sind die einzige Quelle genetischer Variabilität, die bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung auftreten kann. Mutationen sind für die Nachkommen normalerweise schädlich oder neutral, können aber gelegentlich von Vorteil sein.

Mutationen können aus der Insertion, Deletion oder Substitution eines oder weniger Nukleotide in einer Gensequenz resultieren. Kleine Veränderungen dieser Art resultieren normalerweise aus Fehlern bei der DNA-Replikation vor der Zellteilung oder aus Fehlern bei der DNA-Reparatur, die als Reaktion auf DNA-Schäden auftritt. Diese kleinen Veränderungen werden allgemein als "Punktmutationen" bezeichnet. Tritt die kleine Veränderung in einer Region des Gens auf, die für einen wichtigen Teil seines Proteins kodiert, kann die Wirkung groß sein, wie etwa die Mutation, die die Sichelzellanämie verursacht.

Mutationen resultieren auch aus Genumlagerungen und anderen großen Veränderungen in der DNA-Sequenz eines Chromosoms. Eine Translokation ist die Bewegung eines DNA-Segments von einem Ort zu einem anderen in einem Chromosom oder zwischen Chromosomen. Eine Inversion ist eine Mutation, bei der ein DNA-Segment innerhalb eines Chromosoms umgedreht wurde. Eine Deletion ist der Verlust eines DNA-Segments. Diese großen Veränderungen sind relativ häufig, zumindest über lange Zeiträume, und in sequenzierten Genomen reichlich vorhanden.

Crossing-over bezieht sich auf den relativ häufigen Austausch von Chromosomensegmenten zwischen paarigen homologen Chromosomen, der während der Prophase I auftritt. Dieser Austausch führt oft zu einer geringen oder keinen Änderung der Reihenfolge oder Anzahl der Gene auf den Chromosomen. Es bedeutet, dass einige der Gene, die von den mütterlichen Homologen stammen, mit den Genen der väterlichen Homologen vermischt werden und umgekehrt. Mit anderen Worten, einige der Allele von Mama gehen in Papas Homologe über und umgekehrt.

Manchmal ist das Überqueren ungleich. Ein Chromosom erhält ein längeres Stück seines Homologen als das andere Chromosom im Gegenzug. Dies kann zu einer Genduplikation in dem Chromosom führen, das mehr DNA enthält. Genduplikation kann zu neuen Genen führen, weil das zusätzliche Gen Mutationen aufrechterhalten kann, während das duplizierte Gen weiterhin seine normale Funktion ausübt. Analysen der Genome vieler Organismen legen nahe, dass Gene im Laufe der Evolution oft dupliziert werden. Die Gruppen von duplizierten Genen werden aufgrund der Ähnlichkeit ihrer Sequenzen und ihres Ursprungs durch Abstammung von einem gemeinsamen Vorfahrengen als "Genfamilien" bezeichnet.

Mutationen treten während der DNA-Replikation vor der Meiose auf. Cross-over während der Metaphase I mischt Allele aus verschiedenen Homologen zu neuen Kombinationen.

Wenn die Meiose abgeschlossen ist, haben die resultierenden Eizellen oder Spermien eine Mischung aus mütterlichen und väterlichen Chromosomen. Dies liegt daran, dass die Spindel während der Anaphase I einen vollständigen Satz von 23 menschlichen Chromosomen genau in jede Tochterzelle trennt, aber nicht zwischen den 23 von Mama und den 23 von Papa unterscheidet. Die Homologe von Mama und Papa werden während der Anaphase zufällig vermischt, so dass jede Ei- oder Samenzelle eine nahezu einzigartige Kombination der Allele von Mama und Papa aufweist. Die Anzahl der Kombinationen von 23 mütterlichen und väterlichen Homologen, die aus einer unabhängigen Sortierung resultieren können, beträgt 2 23 , etwa 8 Millionen. Dadurch werden Variationen durch Mutationen oder Crossing-Over ausgelassen.

Die Befruchtung bringt zufällig zwei Gameten zusammen, die von zwei verschiedenen Individuen produziert werden. Dies bedeutet, dass für einen bestimmten Mann und eine bestimmte Frau die Anzahl der einzigartigen Kombinationen von Genen, die in ihren Nachkommen vorkommen könnten, 8 Millionen mal 8 Millionen (64 Billionen) beträgt, ohne Variation durch Kreuzung und Mutation. Die zufällige Befruchtung ist ein weiterer Mechanismus, der genetische Variationen im Prozess der sexuellen Fortpflanzung erzeugt.

Die genetische Variation, die aus Mutationen, Meiose und Befruchtung resultiert, verursacht das uns allen bekannte Phänomen: Auch in sehr großen Populationen, wie der menschlichen Bevölkerung, ist jedes Individuum genetisch einzigartig.

Es gibt zusätzliche Mechanismen, die genetische Variation erzeugen. Eine davon ist die Polyploidie, die bei Pflanzen häufig vorkommt und innerhalb einer Generation zu neuen Arten führt. Polyploidie-Ereignisse führen zu Organismen mit mehr als zwei Chromosomensätzen. Mehr als die Hälfte der Wildpflanzen sind polyploid und Sao sind viele Hauspflanzen. Auf den Seiten 240 und 241 beschreibt Ihr Text die Polyploidie-Ereignisse, die zu modernen Weizensorten führen.

Ein weiterer Mechanismus, der genetische Variation erzeugt, ist die Übertragung von Genen zwischen Arten. Dies ist bei verschiedenen Bakterienarten üblich und kann bei Eukaryoten als Folge von Virusinfektionen auftreten, bei denen das Virus einige seiner Gene in Zellen integriert, aus denen Eizellen oder Spermien entstehen.

Die genetische Vielfalt, die durch die sexuelle Fortpflanzung entsteht, bietet viele Möglichkeiten, wie sich eine Population von Organismen im Laufe der Zeit verändern kann. Die tatsächlich auftretende Möglichkeit wird durch Selektion bestimmt. Jene Varianten, die für die vorherrschenden Bedingungen am besten geeignet sind, produzieren mehr Nachkommen als die anderen und ihre Genkombinationen setzen sich daher in der Population durch, zumindest bis sich das Selektionsregime ändert und eine andere Genkombination bevorzugt wird.

Die Selektion kann am besten als Filter angesehen werden, durch den eine Teilmenge der genetischen Varianten in einer Population hindurchgeht. Manche Genotypen schaffen es, andere nicht.

B. Mikro- und Makroevolution

Die biologische Evolution ist wahrscheinlich die größte aller biologischen Theorien. Es wurde gesagt, dass nichts in der Biologie Sinn macht, außer im Licht der Evolution (Theodosius Dobzhansky, 1970). Ebenso hat die moderne Zellbiologie und Genetik viel dazu beigetragen, der biologischen Evolution einen Sinn zu geben. Das vielleicht erste Beispiel dafür war die Entdeckung von Genen durch Gregor Mendel, die im Anschluss an Charles Darwins Hypothese der natürlichen Selektion erfolgte und eine Erklärung für die Vererbung vorteilhafter Eigenschaften lieferte.

Das Ausmaß der biologischen Evolution hat zu zwei Perspektiven ihrer Funktionsweise geführt: Mikroevolution und Makroevolution. Sie sind qualitativ gleich, weisen jedoch unterschiedliche Veränderungs- und Zeitskalen auf.

Mikroevolution bezieht sich auf kleine Veränderungen, die in einer Population von Organismen schnell auftreten. Die Vielfalt der Hunde, die sich aus der künstlichen Selektion auf unterschiedliche körperliche Merkmale ergeben hat, ist ein Beispiel dafür. Die Mikroevolution ist leicht zu verstehen, weil wir sie in der selektiven Züchtung von Tieren und Pflanzen praktizieren und weil sie in der Natur auf einer für uns beobachtbaren Zeitskala abläuft. Die Mikroevolution erfolgt durch die Wirkung der Selektion auf die genetische Vielfalt einer Population, wie wir besprochen haben.

Makroevolution bezieht sich im Allgemeinen auf dramatische Veränderungen in der Vielfalt des Lebens auf der Erde über längere Zeiträume, als der Mensch wahrnehmen kann. Die Kambrische Explosion ist ein Beispiel für Makroevolution (wir werden dies später besprechen).

Die Makroevolution kann aus zwei Teilen bestehen: Aussterben und Artbildung. Das Aussterben ist leicht zu verstehen. Es ist das Verschwinden einer Population, wenn die Selektion sie überwältigt. Ursachen des Aussterbens sind neue Krankheiten, neue Raubtiere (z. B. der Mensch), Klimaänderungen (z. B. Eiszeiten), Lebensraumverlust, geologische Prozesse (z. B. Kontinentaldrift) und katastrophale Ereignisse wie Asteroideneinschläge auf die Erde.

Speziation ist schwieriger zu verstehen und wird später weiter diskutiert. Artbildung ist im Wesentlichen eine Menge Mikroevolution in Populationen, die reproduktiv isoliert wurden, d.h. sie können die genetische Vielfalt nicht mehr durch Kreuzung teilen.

Mikro- und Makroevolution sind künstliche Konzepte, die durch eine menschliche Zeitperspektive definiert werden. Aus diesem Grund passen sie nicht wirklich zu den wachsenden Beweisen und Hypothesen über die Evolution. Zum Beispiel schlägt die Endosymbionten-Hypothese vor, dass sich Eukaryoten in wenigen Augenblicken aus prokaryotischen Vorfahren entwickelt haben. War das Mikro- oder Makro-Evolution?

Speziation ist der Prozess, bei dem aus bestehenden Arten neue Arten entstehen. Zwei Muster für den Prozess der Artbildung wurden vorgeschlagen: phyletische Artbildung und divergente Artbildung.


Interphase, Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase

I P auf der MAT! Die Mitose hält die Anzahl der Chromosomen im Zellkern gleich, bildet zwei neue Kerne und erzeugt keine genetische Variation - die an die Tochterzellen weitergegebene Erbinformation ist identisch mit der der Mutterzelle.

DNA wird repliziert, Cell baut Energiereserven auf und wächst.

DNA verpackt - die Chromosomen verkürzen und verdicken

Chromosomen reihen sich in der Mitte der Zelle auf

Chromatiden brechen am Zentromer auseinander und wandern zu entgegengesetzten Polen

Zwei Kerne, die sich nach der Neubildung der Kernhüllen um jede Chromosomengruppe gebildet haben


56 Der Prozess der Meiose

Am Ende dieses Abschnitts können Sie Folgendes tun:

  • Beschreiben Sie das Verhalten der Chromosomen während der Meiose und die Unterschiede zwischen der ersten und zweiten meiotischen Teilung
  • Beschreiben Sie die zellulären Ereignisse, die während der Meiose stattfinden
  • Erklären Sie die Unterschiede zwischen Meiose und Mitose
  • Erklären Sie die Mechanismen innerhalb des meiotischen Prozesses, die genetische Variationen zwischen den haploiden Gameten erzeugen

Die sexuelle Fortpflanzung erfordert die Vereinigung von zwei spezialisierten Zellen, den sogenannten Gameten, von denen jede einen Chromosomensatz enthält. Wenn sich Gameten vereinen, bilden sie a Zygoteoder befruchtetes Ei, das zwei Chromosomensätze enthält. (Hinweis: Zellen, die einen Chromosomensatz enthalten, werden als haploide Zellen bezeichnet, die zwei Chromosomensätze enthalten, werden als diploid bezeichnet.) Wenn der Fortpflanzungszyklus für eine sich sexuell fortpflanzende Spezies fortgesetzt werden soll, muss die diploide Zelle ihre Anzahl der Chromosomensätze irgendwie auf . reduzieren sonst haploide Gameten produzieren, wird sich die Anzahl der Chromosomensätze mit jeder weiteren Befruchtungsrunde verdoppeln. Daher erfordert die sexuelle Fortpflanzung eine Kernteilung, die die Anzahl der Chromosomensätze um die Hälfte reduziert.

Die meisten Tiere und Pflanzen und viele einzellige Organismen sind diploid und haben daher zwei Chromosomensätze. In jeder somatischen Zelle des Organismus (alle Zellen eines vielzelligen Organismus außer den Gameten oder Fortpflanzungszellen) enthält der Zellkern zwei Kopien jedes Chromosoms, genannt homologe Chromosomen. Homologe Chromosomen sind übereinstimmende Paare, die dieselben Gene an identischen Stellen entlang ihrer Länge enthalten. Diploide Organismen erben eine Kopie jedes homologen Chromosoms von jedem Elternteil.

Meiose ist die Nuklearabteilung die aus diploiden Zellen haploide Zellen bildet und viele der gleichen zellulären Mechanismen wie die Mitose verwendet. Wie Sie jedoch erfahren haben, Mitose produziert Tochterzellen, deren Kerne genetisch mit dem ursprünglichen Elternkern identisch sind. Bei der Mitose befinden sich sowohl der Eltern- als auch der Tochterkern auf dem gleichen „Ploidie-Niveau“ – im Fall der meisten vielzelligen Tiere diploid. Pflanzen verwenden die Mitose, um als Sporophyten zu wachsen und um Eier und Spermien als Gametophyten zu wachsen und zu produzieren, so dass sie die Mitose sowohl für haploide als auch für diploide Zellen (sowie für alle anderen Ploidien) verwenden. Bei der Meiose ist der Ausgangskern immer diploid und die resultierenden Tochterkerne sind haploid. Um diese Reduktion der Chromosomenzahl zu erreichen, besteht die Meiose aus einer Runde der Chromosomenreplikation gefolgt von zwei Runden der Kernteilung. Da die Ereignisse, die während jeder der Teilungsstadien auftreten, analog zu den Ereignissen der Mitose sind, werden die gleichen Stadiennamen zugewiesen. Da es jedoch zwei Teilungsrunden gibt, werden der Hauptprozess und die Phasen mit einem „I“ oder einem „II“ bezeichnet. Somit ist die Meiose I die erste Runde der meiotischen Teilung und besteht aus Prophase I, Prometaphase I und so weiter. Ebenso umfasst Meiose II (während der die zweite Runde der meiotischen Teilung stattfindet) Prophase II, Prometaphase II und so weiter.

Meiose I

Der Meiose geht eine Interphase bestehend aus G1, S und G2 Phasen, die nahezu identisch mit den Phasen vor der Mitose sind. Das G1 Phase (die „erste Lückenphase“) konzentriert sich auf das Zellwachstum. Während der S-Phase – der zweiten Phase der Interphase – kopiert die Zelle oder repliziert die DNA der Chromosomen. Endlich im G2 Phase (die „zweite Lückenphase“) durchläuft die Zelle die letzten Vorbereitungen für die Meiose.

Während der DNA-Duplikation in der S-Phase wird jedes Chromosom repliziert, um zwei identische Kopien zu erzeugen.Schwesterchromatiden die am Zentromer durch Cohesinproteine ​​zusammengehalten werden, die die Chromatiden bis zur Anaphase II zusammenhalten.

Prophase I

Zu Beginn der Prophase I, bevor die Chromosomen mit dem Mikroskop klar zu erkennen sind, werden die homologen Chromosomen an ihren Spitzen durch Proteine ​​an die Kernhülle angehängt. Wenn die Kernhülle zu zerfallen beginnt, bringen die mit homologen Chromosomen assoziierten Proteine ​​das Paar näher zusammen. Denken Sie daran, dass sich bei der Mitose homologe Chromosomen nicht paaren. Der synaptonemale Komplex, ein Proteingitter zwischen den homologen Chromosomen, bildet sich zunächst an bestimmten Stellen und breitet sich dann nach außen über die gesamte Länge der Chromosomen aus. Die enge Paarung der homologen Chromosomen nennt man Synapse. Bei der Synapse sind die Gene auf den Chromatiden der homologen Chromosomen genau aufeinander ausgerichtet. Der synaptonemale Komplex unterstützt den Austausch von Chromosomensegmenten zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden – ein Vorgang, der als Crossing Over bezeichnet wird. Die Überkreuzung kann nach dem Austausch visuell beobachtet werden, da Chiasmata (Singular = Chiasma) ((Abbildung)).

Auch wenn die X- und Y-Geschlechtschromosomen beim Menschen nicht vollständig homolog sind (d. h. die meisten ihrer Gene unterscheiden sich), gibt es einen kleinen Homologiebereich, der es den X- und Y-Chromosomen ermöglicht, sich während der Prophase I zu paaren. Ein partielles Synaptonemal Komplex entwickelt sich nur zwischen den Regionen der Homologie.


In Abständen entlang des synaptonemalen Komplexes befinden sich große Proteinansammlungen, die als Rekombinationsknötchen bezeichnet werden. Diese Anordnungen markieren die Punkte späterer Chiasmata und vermitteln den mehrstufigen Prozess des Crossovers – oder der genetischen Rekombination – zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden. In der Nähe des Rekombinationsknotens wird die doppelsträngige DNA jedes Chromatids gespalten, die abgeschnittenen Enden werden modifiziert und eine neue Verbindung zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden hergestellt. Mit fortschreitender Prophase I beginnt der synaptonemale Komplex abzubauen und die Chromosomen beginnen zu kondensieren. Wenn der synaptonemale Komplex verschwunden ist, bleiben die homologen Chromosomen am Zentromer und an den Chiasmata miteinander verbunden. Die Chiasmata bleiben bis zur Anaphase I. Die Anzahl der Chiasmata variiert je nach Art und Länge des Chromosoms. Für eine korrekte Trennung der homologen Chromosomen während der Meiose I muss mindestens ein Chiasma pro Chromosom vorhanden sein, aber es können bis zu 25 sein. Nach dem Crossover bricht der synaptonemale Komplex zusammen und die Kohäsinverbindung zwischen homologen Paaren wird entfernt. Am Ende der Prophase I werden die Paare nur noch an der Chiasmata zusammengehalten ((Abbildung)). Diese Paare werden Tetraden genannt, weil die vier Schwesterchromatiden jedes Paares homologer Chromosomen jetzt sichtbar sind.

Die Crossover-Ereignisse sind die erste Quelle genetischer Variation in den durch Meiose erzeugten Kernen. Ein einziges Crossover-Ereignis zwischen homologen Nicht-Schwesterchromatiden führt zu einem reziproken Austausch äquivalenter DNA zwischen einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom. Wenn ein rekombinantes Schwesterchromatid in eine Gametenzelle bewegt wird, trägt es etwas DNA von einem Elternteil und etwas DNA von dem anderen Elternteil. Das rekombinante Chromatid weist eine Kombination aus mütterlichen und väterlichen Genen auf, die vor dem Crossover nicht existierten. Crossover-Ereignisse können fast überall entlang der Länge der synapsierten Chromosomen auftreten. Unterschiedliche Zellen, die eine Meiose durchlaufen, produzieren daher unterschiedliche rekombinante Chromatiden mit unterschiedlichen Kombinationen von mütterlichen und elterlichen Genen. Mehrere Kreuzungen in einem Arm des Chromosoms haben den gleichen Effekt, indem sie DNA-Segmente austauschen, um genetisch rekombinierte Chromosomen zu erzeugen.


Prometaphase I

Das Schlüsselereignis in der Prometaphase I ist die Anheftung der Spindelfasermikrotubuli an die Kinetochorproteine ​​an den Zentromeren. Kinetochore-Proteine ​​sind Multiproteinkomplexe, die die Zentromere eines Chromosoms an die Mikrotubuli der mitotischen Spindel binden. Mikrotubuli wachsen aus Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs). In tierischen Zellen sind MTOCs Zentrosomen, die sich an gegenüberliegenden Polen der Zelle befinden. Die Mikrotubuli von jedem Pol bewegen sich zur Mitte der Zelle und heften sich an eines der Kinetochore der beiden fusionierten homologen Chromosomen. Jedes Mitglied des homologen Paares heftet sich an einen Mikrotubulus, der sich von entgegengesetzten Polen der Zelle aus erstreckt, so dass in der nächsten Phase die Mikrotubuli das homologe Paar auseinander ziehen können. Eine Spindelfaser, die an einem Kinetochor befestigt ist, heißt a Kinetochor-Mikrotubulus. Am Ende der Prometaphase I ist jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen angebracht, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden noch an der Chiasmata zusammengehalten. Außerdem ist die Kernmembran vollständig aufgebrochen.

Metaphase I

Während der Metaphase I sind die homologen Chromosomen am angeordnet Metaphasenplatte- Ungefähr in der Mittellinie der Zelle, wobei die Kinetochore entgegengesetzten Polen gegenüberliegen. Die homologen Paare orientieren sich zufällig am Äquator. Wenn zum Beispiel die beiden homologen Mitglieder von Chromosom 1 markiert sind ein und B, dann könnten die Chromosomen a-b oder b-a aneinanderreihen. Dies ist wichtig, um die Gene zu bestimmen, die von einem Gameten getragen werden, da jeder nur eines der beiden homologen Chromosomen erhält. (Denken Sie daran, dass homologe Chromosomen nach der Überkreuzung nicht identisch sind. Sie enthalten geringfügige Unterschiede in ihrer genetischen Information, wodurch jeder Gamet eine einzigartige genetische Ausstattung hat.)

Die Zufälligkeit in der Ausrichtung der rekombinierten Chromosomen an der Metaphaseplatte, gekoppelt mit den Crossover-Ereignissen zwischen Nicht-Schwesterchromatiden, ist für einen Großteil der genetischen Variation bei den Nachkommen verantwortlich. Um dies weiter zu verdeutlichen, denken Sie daran, dass die homologen Chromosomen eines sich sexuell fortpflanzenden Organismus ursprünglich als zwei separate Sätze vererbt werden, einer von jedem Elternteil. Am Beispiel des Menschen ist ein Satz von 23 Chromosomen in der von der Mutter gespendeten Eizelle vorhanden. Der Vater liefert den anderen Satz von 23 Chromosomen im Spermium, das die Eizelle befruchtet. Jede Zelle der vielzelligen Nachkommen hat Kopien der ursprünglichen zwei Sätze homologer Chromosomen. In der Prophase I der Meiose bilden die homologen Chromosomen die Tetraden. In der Metaphase I reihen sich diese Paare in der Mitte zwischen den beiden Polen der Zelle auf, um die Metaphasenplatte zu bilden. Da eine Mikrotubulusfaser mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf ein mütterlich oder väterlich vererbtes Chromosom trifft, ist die Anordnung der Tetraden an der Metaphaseplatte zufällig. Somit kann jedes mütterlicherseits vererbte Chromosom jedem Pol zugewandt sein. Ebenso kann jedes väterlich vererbte Chromosom auch einem der Pole zugewandt sein. Die Orientierung jeder Tetrade ist unabhängig von der Orientierung der anderen 22 Tetraden.

Diese Veranstaltung – die willkürlich (oder unabhängig) Ansammlung homologer Chromosomen an der Metaphaseplatte – ist der zweite Mechanismus, der Variation in die Gameten oder Sporen einführt. In jeder Zelle, die eine Meiose durchmacht, ist die Anordnung der Tetraden unterschiedlich. Die Anzahl der Variationen hängt von der Anzahl der Chromosomen ab, die einen Satz bilden. Es gibt zwei Möglichkeiten der Orientierung an der Metaphasenplatte die mögliche Anzahl der Ausrichtungen beträgt daher 2 n in einer diploiden Zelle, wo n ist die Anzahl der Chromosomen pro haploidem Satz. Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, was allein durch die zufällige Ausrichtung der Chromosomen an der Metaphaseplatte zu über acht Millionen (2 23 ) möglichen genetisch unterschiedlichen Gameten führt. Diese Zahl beinhaltet nicht die Variabilität, die zuvor durch Kreuzung zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden erzeugt wurde. Angesichts dieser beiden Mechanismen ist es höchst unwahrscheinlich, dass zwei aus der Meiose resultierende haploide Zellen die gleiche genetische Zusammensetzung aufweisen ((Abbildung)).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Meiose I genetisch unterschiedliche Gameten auf zwei Arten erzeugt. Erstens erzeugen während der Prophase I Crossover-Ereignisse zwischen den Nicht-Schwesterchromatiden jedes homologen Chromosomenpaares rekombinante Chromatiden mit neuen Kombinationen von mütterlichen und väterlichen Genen. Zweitens erzeugt die zufällige Ansammlung von Tetraden auf der Metaphaseplatte einzigartige Kombinationen von mütterlichen und väterlichen Chromosomen, die ihren Weg in die Gameten finden.


Anaphase I

In der Anaphase I ziehen die Mikrotubuli die verknüpften Chromosomen auseinander. Die Schwesterchromatiden bleiben am Zentromer fest miteinander verbunden. Die Chiasmata werden in Anaphase I gebrochen, wenn die an den fusionierten Kinetochoren befestigten Mikrotubuli die homologen Chromosomen auseinander ziehen ((Abbildung)).

Telophase I und Zytokinese

In der Telophase kommen die getrennten Chromosomen an entgegengesetzten Polen an. Der Rest der typischen Telophase-Ereignisse kann je nach Spezies auftreten oder nicht. Bei einigen Organismen „dekondensieren“ die Chromosomen und Kernhüllen bilden sich um die getrennten Chromatiden, die während der Telophase I produziert werden. Bei anderen Organismen Zytokinese– die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen – erfolgt ohne Neubildung der Kerne. Bei fast allen Tierarten und einigen Pilzen trennt die Zytokinese den Zellinhalt über a Spaltfurche (Verengung des Aktinrings, die zur zytoplasmatischen Teilung führt). In Pflanzen, a Zellplatte wird während der Zellzytokinese von Golgi-Vesikeln gebildet, die an der Metaphasenplatte fusionieren. Diese Zellplatte wird letztendlich zur Bildung von Zellwänden führen, die die beiden Tochterzellen trennen.

Zwei haploide Zellen sind das Ergebnis der ersten meiotischen Teilung einer diploiden Zelle. Die Zellen sind haploid, weil an jedem Pol nur eines von jedem Paar der homologen Chromosomen vorhanden ist. Daher ist nur ein vollständiger Chromosomensatz vorhanden. Aus diesem Grund gelten die Zellen als haploid – es gibt nur einen Chromosomensatz, obwohl jedes Chromosom noch aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Denken Sie daran, dass Schwesterchromatiden lediglich Duplikate eines der beiden homologen Chromosomen sind (mit Ausnahme von Veränderungen, die während des Crossing-Over aufgetreten sind). In der Meiose II trennen sich diese beiden Schwesterchromatiden, wodurch vier haploide Tochterzellen entstehen.

Sehen Sie sich den Prozess der Meiose an und beobachten Sie, wie sich Chromosomen ausrichten und wandern, bei Meiosis: An Interactive Animation.

Meiose II

Bei einigen Arten treten Zellen in eine kurze Interphase oder Interkinese ein, bevor sie in die Meiose II eintreten. Interkinese fehlt eine S-Phase, daher werden Chromosomen nicht dupliziert. Die beiden in der Meiose I produzierten Zellen durchlaufen die Ereignisse der Meiose II synchron. Während der Meiose II trennen sich die Schwesterchromatiden innerhalb der beiden Tochterzellen und bilden vier neue haploide Gameten. Die Mechanik der Meiose II ähnelt der Mitose, außer dass jede sich teilende Zelle nur einen Satz homologe Chromosomen mit jeweils zwei Chromatiden hat. Daher hat jede Zelle die Hälfte der Anzahl von Schwesterchromatiden, die als diploide Zelle, die eine Mitose durchmacht, getrennt werden müssen. In Bezug auf den Chromosomengehalt ähneln Zellen zu Beginn der Meiose II den haploiden Zellen in G2, bereitet sich auf die Mitose vor.

Prophase II

Sind die Chromosomen in der Telophase I dekondensiert, kondensieren sie wieder. Wenn Kernhüllen gebildet wurden, zerfallen sie in Vesikel. Die während der Interkinese duplizierten MTOCs entfernen sich voneinander zu entgegengesetzten Polen, und es werden neue Spindeln gebildet.

Prometaphase II

Die Kernhüllen sind vollständig aufgebrochen und die Spindel ist vollständig ausgebildet. Jedes Schwesterchromatid bildet ein individuelles Kinetochor, das sich von entgegengesetzten Polen an Mikrotubuli anheftet.

Metaphase II

Die Schwesterchromatiden sind maximal kondensiert und am Äquator der Zelle ausgerichtet.

Anaphase II

Die Schwesterchromatiden werden von den Kinetochor-Mikrotubuli auseinandergezogen und bewegen sich zu entgegengesetzten Polen. Nichtkinetochore Mikrotubuli verlängern die Zelle.


Telophase II und Zytokinese

Die Chromosomen kommen an entgegengesetzten Polen an und beginnen zu dekondensieren. Um die Chromosomen bilden sich Kernhüllen. Wenn die Elternzelle diploid war, wie es am häufigsten der Fall ist, trennt die Zytokinese nun die beiden Zellen in vier einzigartige haploide Zellen. Die produzierten Zellen sind genetisch einzigartig aufgrund der zufälligen Auswahl von väterlichen und mütterlichen Homologen und wegen der Rekombination von mütterlichen und väterlichen Chromosomenabschnitten (mit ihren Gensätzen), die während des Crossovers auftritt. Der gesamte Prozess der Meiose ist in (Abbildung) skizziert.


Vergleich von Meiose und Mitose

Mitose und Meiose sind beides Formen der Kernteilung in eukaryontischen Zellen. Sie haben einige Gemeinsamkeiten, weisen aber auch eine Reihe wichtiger und deutlicher Unterschiede auf, die zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen führen ((Abbildung)). Mitose ist eine einzelne Kernteilung, die zu zwei Kernen führt, die normalerweise in zwei neue Zellen aufgeteilt werden. Die aus einer mitotischen Teilung resultierenden Kerne sind genetisch identisch mit dem ursprünglichen Kern. Sie haben die gleiche Anzahl von Chromosomensätzen: einen Satz bei haploiden Zellen und zwei Sätze bei diploiden Zellen. Im Gegensatz dazu besteht die Meiose aus zwei Kernteilungen, die zu vier Kernen führen, die normalerweise in vier neue, genetisch unterschiedliche Zellen unterteilt sind. Die während der Meiose produzierten vier Kerne sind genetisch nicht identisch und enthalten nur einen Chromosomensatz. Dies ist die Hälfte der Chromosomensätze in der ursprünglichen Zelle, die diploid ist.

Die Hauptunterschiede zwischen Mitose und Meiose treten bei der Meiose I auf, einer ganz anderen Kernteilung als der Mitose. Bei der Meiose I treffen sich die homologen Chromosomenpaare physikalisch und werden mit dem synaptonemalen Komplex zusammengebunden. Danach entwickeln die Chromosomen Chiasmata und durchlaufen ein Crossover zwischen Nicht-Schwesterchromatiden. Am Ende reihen sich die Chromosomen entlang der Metaphaseplatte als Tetraden auf – mit Kinetochorfasern von gegenüberliegenden Spindelpolen, die an jedem Kinetochor eines Homologs befestigt sind, um eine Tetrade zu bilden. Alle diese Ereignisse treten nur in der Meiose I auf.

Wenn sich die Chiasmata auflösen und die Tetrade aufgebrochen wird, wobei sich die Homologen zu dem einen oder anderen Pol bewegen, wurde die Ploidieebene – die Anzahl der Chromosomensätze in jedem zukünftigen Kern – von zwei auf eins reduziert. Aus diesem Grund wird die Meiose I als Reduktionsteilung bezeichnet. Während der Mitose gibt es keine solche Verringerung des Ploidieniveaus.

Meiose II ist analog zu einer mitotischen Teilung. In diesem Fall reihen sich die duplizierten Chromosomen (nur ein Satz von ihnen) auf der Metaphaseplatte mit geteilten Kinetochoren auf, die von entgegengesetzten Polen an Kinetochorfasern befestigt sind. Während der Anaphase II teilen sich die Kinetochoren wie in der mitotischen Anaphase und ein Schwesterchromatid – jetzt als Chromosom bezeichnet – wird zu einem Pol gezogen, während das andere Schwesterchromatid zum anderen Pol gezogen wird. Wäre da kein Crossover gewesen, wären die beiden Produkte jeder einzelnen Teilung der Meiose II identisch (wie bei der Mitose). Stattdessen unterscheiden sie sich, weil es immer mindestens einen Crossover pro Chromosom gegeben hat. Meiose II ist keine Reduktionsteilung, denn obwohl es in den resultierenden Zellen weniger Kopien des Genoms gibt, gibt es immer noch einen Chromosomensatz, wie es am Ende der Meiose I der Fall war.


Das Geheimnis der Evolution der Meiose Einige Merkmale von Organismen sind so weit verbreitet und grundlegend, dass es manchmal schwerfällt, sich daran zu erinnern, dass sie sich wie andere einfache Merkmale entwickelt haben. Die Meiose ist eine so außerordentlich komplexe Reihe von zellulären Ereignissen, dass Biologen Schwierigkeiten hatten, Hypothesen über ihre Entwicklung zu testen. Although meiosis is inextricably entwined with sexual reproduction and its advantages and disadvantages, it is important to separate the questions of the evolution of meiosis and the evolution of sex, because early meiosis may have been advantageous for different reasons than it is now. Thinking outside the box and imagining what the early benefits from meiosis might have been is one approach to uncovering how it may have evolved.

Meiosis and mitosis share obvious cellular processes, and it makes sense that meiosis evolved from mitosis. The difficulty lies in the clear differences between meiosis I and mitosis. Adam Wilkins and Robin Holliday 1 summarized the unique events that needed to occur for the evolution of meiosis from mitosis. These steps are homologous chromosome pairing and synapsis, crossover exchanges, sister chromatids remaining attached during anaphase, and suppression of DNA replication in interphase. They argue that the first step is the hardest and most important and that understanding how it evolved would make the evolutionary process clearer. They suggest genetic experiments that might shed light on the evolution of synapsis.

There are other approaches to understanding the evolution of meiosis in progress. Different forms of meiosis exist in single-celled protists. Some appear to be simpler or more “primitive” forms of meiosis. Comparing the meiotic divisions of different protists may shed light on the evolution of meiosis. Marilee Ramesh and colleagues 2 compared the genes involved in meiosis in protists to understand when and where meiosis might have evolved. Although research is still ongoing, recent scholarship into meiosis in protists suggests that some aspects of meiosis may have evolved later than others. This kind of genetic comparison can tell us what aspects of meiosis are the oldest and what cellular processes they may have borrowed from in earlier cells.

Click through the steps of this interactive animation to compare the meiotic process of cell division to that of mitosis at How Cells Divide.

Abschnittszusammenfassung

Sexual reproduction requires that organisms produce cells that can fuse during fertilization to produce offspring. In most animals, meiosis is used to produce haploid eggs and sperm from diploid parent cells so that the fusion of an egg and sperm produces a diploid zygote. As with mitosis, DNA replication occurs prior to meiosis during the S-phase of the cell cycle so that each chromosome becomes a pair of sister chromatids. In meiosis, there are two rounds of nuclear division resulting in four nuclei and usually four daughter cells, each with half the number of chromosomes as the parent cell. The first division separates homologs, and the second—like mitosis—separates chromatids into individual chromosomes. Meiosis generates variation in the daughter nuclei during crossover in prophase I as well as during the random alignment of tetrads at metaphase I. The cells that are produced by meiosis are genetically unique.


Reduction to Haploid

Because the duplicated chromatids remain joined during meiosis I, each daughter cell receives only one chromosome of each homologous pair. This reduces the diploid number to haploid, and the distribution of each chromosome is random. This means that it is equally likely for a given chromosome to be distributed to either of the two daughter cells. By shuffling the genetic deck in this way, the gametes resulting from meiosis II have new combinations of maternal and paternal chromosomes, increasing genetic diversity.


Biology 108 Fall 2006 Grading Policies

Your grade will be determined on the basis of performance on hourly Lecture exams, a comprehensive final Lecture exam, and Laboratory practicals, reports, and participation. The comprehensive final Lecture exam is a required part of this course. There are no plans to curve grades in this class, although the instructors may, at their discretion, choose to adjust exam scores or offer bonus points. We will be using a standard scale for grading: (A 93%), (A- 90%), (B+ 87%), (B 83%), (B- 80%), (C+ 77%), (C 73%), (C- 70%), (D+ 67%), (D 63%), (D- 60%), (F Below 60%). If you wish to estimate a letter grade for your hourly exams, use these percentages.

Biology 108 Fall 2006 Course Points

Lecture Exam I 200 points
Lecture Exam II: 200 points
Lecture Exam III: 200 points
Lecture Exam IV: 100 points
Final Exam: 200 points

Laboratory Quizzes: 5 @ 20 points each 100 points total
Laboratory Problem Sets: 3 @ 20 points each 60 points total
Laboratory Reports: 40 points, 60 points 100 points total
Laboratory Practical Exam: 200 points
Other Laboratory Assignments: Transpiration Graphs (10 points) Demography Exercise (10 points) Cladogram I (10 points) Cladogram II (10 points).

Extra Credit Points
No extra credit points will be offered in Laboratory. Extra credit points may be offered in Lecture at the instructor's discretion, and may be offered via the personal response system.


Why is meiosis important?

Proper &ldquochromosomal segregation,&rdquo or the separation of sister chromatids during meiosis I and II is essential for generating healthy sperm and egg cells, and by extension, healthy embryos. If chromosomes fail to segregate completely, it's called nondisjunction and can result in the formation of gametes that have missing or extra chromosomes, according to "Molecular Biology of the Cell, 4th edition."

When gametes with abnormal chromosome numbers fertilize, most of the resulting embryos don't survive. However, not all chromosomal abnormalities are fatal to the embryo. For example, Down syndrome occurs as a result of having an extra copy of chromosome 21. And, people with Klinefelter syndrome are genetically male but have an extra X chromosome.

The most significant impact of meiosis is that it generates genetic diversity, and that's a major advantage for species survival.

"Shuffling the genetic information allows you to find new combinations which will perhaps be more fit in the real world," Hoyt said.


Schau das Video: Celdeling - de meiose - HAVOVWO (August 2022).