Was ist Meiose?

Alle Zellen entstehen durch den Prozess der Zellteilung aus anderen Zellen. Meiose ist eine spezialisierte Form der Zellteilung, die Fortpflanzungszellen wie Pflanzen- und Pilzsporen sowie Spermien- und Eizellen produziert.

Im Allgemeinen beinhaltet dieser Prozess eine "Eltern" -Zelle, die sich in zwei oder mehr "Tochter" -Zellen aufteilt. Auf diese Weise kann die Elternzelle ihr genetisches Material von Generation zu Generation weitergeben.

Eukaryontische Zellen und ihre Chromosomen

Aufgrund der relativen Komplexität ihrer Zellen werden alle lebenden Organismen allgemein entweder als Prokaryoten oder als Eukaryoten klassifiziert. Prokaryoten wie Bakterien bestehen aus einer einzelnen Zelle mit einer einfachen inneren Struktur. Ihre DNA schwebt frei in der Zelle in einer verdrehten, fadenartigen Masse, die als Nukleoid bezeichnet wird.

Tiere, Pflanzen und Pilze sind alle Eukaryoten. Eukaryontische Zellen haben spezielle Komponenten, sogenannte Organellen, wie Mitochondrien, Chloroplasten und das endoplasmatische Retikulum. Jeder von diesen erfüllt eine bestimmte Funktion. Im Gegensatz zu Prokaryoten ist die eukaryotische DNA in einem zentralen Kompartiment namens Kern verpackt.

Innerhalb des eukaryotischen Kerns sind lange doppelhelikale DNA-Stränge fest um Proteine ​​gewickelt, die als Histone bezeichnet werden. Dies bildet eine stabförmige Struktur, die als Chromosom bezeichnet wird.

Zellen im menschlichen Körper haben 23 Chromosomenpaare oder insgesamt 46. Dies umfasst zwei Geschlechtschromosomen: zwei X-Chromosomen für Frauen und ein X- und ein Y-Chromosom für Männer. Da jedes Chromosom ein Paar hat, werden diese Zellen "diploide" Zellen genannt.

Andererseits haben menschliche Spermien und Eizellen nur 23 Chromosomen oder die Hälfte der Chromosomen einer diploiden Zelle. Daher werden sie "haploide" Zellen genannt.

Wenn sich Sperma und Ei während der Befruchtung verbinden, wird die Gesamtchromosomenzahl wiederhergestellt. Das liegt daran, dass sich sexuell reproduzierende Organismen von jedem Elternteil einen Satz Chromosomen erhalten: einen Satz von Müttern und Vätern. Jedes Chromosom hat ein entsprechendes Paar, orhomolog.

Mitose gegen Meiose

Eukaryoten können zwei Arten der Zellteilung durchführen: Mitose und Meiose

Mitose ermöglicht es Zellen, identische Kopien von sich selbst zu produzieren, was bedeutet, dass das genetische Material von Eltern- zu Tochterzellen dupliziert wird. Mitose produziert zwei Tochterzellen aus einer Elternzelle.

Einzellige Eukaryoten wie Amöben und Hefen verwenden Mitose, um sich ungeschlechtlich zu vermehren und ihre Population zu erhöhen. Mehrzellige Eukaryoten verwenden wie Menschen Mitose, um verletztes Gewebe zu züchten oder zu heilen.

Meiose hingegen ist eine spezielle Form der Zellteilung, die in Organismen auftritt, die sich sexuell vermehren. Wie oben erwähnt, produziert es Fortpflanzungszellen wie Spermien, Eizellen und Sporen in Pflanzen und Pilzen.

Beim Menschen unterliegen spezielle Zellen, sogenannte Keimzellen, einer Meiose und führen letztendlich zu Spermien oder Eiern. Keimzellen enthalten einen vollständigen Satz von 46 Chromosomen (23 Chromosomen der Mutter und 23 Chromosomen des Vaters). Am Ende der Meiose haben die resultierenden Fortpflanzungszellen oder Gameten jeweils 23 genetisch einzigartige Chromosomen.

Der Gesamtprozess der Meiose erzeugt vier Tochterzellen aus einer einzigen Elternzelle. Jede Tochterzelle ist haploide, weil sie die Hälfte der Chromosomenzahl der ursprünglichen Elternzelle aufweist.

"Meiose ist reduktiv", sagte M. Andrew Hoyt, Biologe und Professor an der Johns Hopkins University.

Anders als bei der Mitose sind die während der Meiose produzierten Tochterzellen genetisch vielfältig. Homologe Chromosomen tauschen DNA-Teile aus, um genetisch einzigartige Hybridchromosomen zu erzeugen, die für jede Tochterzelle bestimmt sind.

Ein genauerer Blick auf Meiose

Bevor die Meiose beginnt, finden einige wichtige Veränderungen in den Elternzellen statt. Zunächst erstellt jedes Chromosom eine Kopie von sich. Diese duplizierten Chromosomen sind als Schwesterchromatiden bekannt. Sie sind miteinander verschmolzen und der Punkt, an dem sie verbunden sind, wird als Zentromer bezeichnet. Verschmolzene Schwesterchromatiden ähneln in etwa der Form des Buchstabens "X".

Meiose tritt im Verlauf von zwei Runden von Kernteilungen auf, die laut Nature Education's Scitable als Meiose I und Meiose II bezeichnet werden. Darüber hinaus sind Meiose I und II jeweils in vier Hauptstadien unterteilt: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase.

Meiose I ist verantwortlich für die Erzeugung genetisch einzigartiger Chromosomen. Schwesterchromatiden paaren sich mit ihren Homologen und tauschen genetisches Material miteinander aus. Am Ende dieser Teilung produziert eine Elternzelle zwei Tochterzellen, die jeweils einen Satz Schwesterchromatiden tragen.

Meiose II ähnelt stark der Mitose. Die beiden Tochterzellen bewegen sich ohne weitere Chromosomenduplikation in diese Phase. Die Schwesterchromatiden werden während dieser Teilung auseinandergezogen. Im Verlauf der Meiose II werden insgesamt vier haploide Tochterzellen produziert.

Meiose I.

Die vier Stadien der Meiose sind laut "Molekularbiologie der Zelle" wie folgt. (Garland Science, 2002):

Prophase I.: In diesem Stadium werden Chromosomen zu kompakten, dichten Strukturen und sind unter dem Mikroskop gut sichtbar. Die homologen Chromosomen paaren sich. Die zwei Sätze von Schwesterchromatiden ähneln zwei nebeneinander aufgereihten X. Jeder Satz tauscht DNA-Teile mit dem anderen aus und kombiniert sich neu, wodurch genetische Variationen entstehen. Dieser Vorgang wird als Überkreuzen oder Rekombination bezeichnet.

Obwohl beim Menschen die männlichen Geschlechtschromosomen (X und Y) keine exakten Homologen sind, können sie sich dennoch paaren und DNA austauschen. Die Überkreuzung erfolgt nur in einem kleinen Bereich der beiden Chromosomen.

Am Ende der Prophase I bricht die Kernmembran zusammen.

Metaphase I.: Die meiotische Spindel, ein Netzwerk von Proteinfilamenten, entsteht aus zwei Strukturen, den Zentriolen, die an beiden Enden der Zelle positioniert sind. Die meiotische Spindel rastet in den verschmolzenen Schwesterchromatiden ein. Am Ende der Metaphase I sind alle fusionierten Schwesterchromatiden an ihren Zentromeren angebunden und richten sich in der Mitte der Zelle aus. Die Homologen sehen immer noch aus wie zwei X, die dicht beieinander sitzen.

Anaphase I.: Die Spindelfasern beginnen sich zusammenzuziehen und ziehen die verschmolzenen Schwesterchromatiden mit sich. Jeder X-förmige Komplex bewegt sich vom anderen weg zu entgegengesetzten Enden der Zelle.

Telophase I.: Die fusionierten Schwesterchromatiden erreichen beide Enden der Zelle und der Zellkörper teilt sich in zwei Teile.

Meiose I führt zu zwei Tochterzellen, von denen jede einen Satz fusionierter Schwesterchromatiden enthält. Das Erbgut jeder Tochterzelle ist aufgrund des DNA-Austauschs zwischen Homologen während des Überkreuzungsprozesses unterschiedlich.

Meiose II

"Meiose II sieht aus wie Mitose", sagte Hoyt. "Es ist eine Gleichstellung."

Mit anderen Worten, am Ende des Prozesses bleibt die Chromosomenzahl zwischen den Zellen, die in die Meiose II eintreten, und den resultierenden Tochterzellen unverändert.

Die vier Stadien der Meiose II sind gemäß “Molekularbiologie der Zelle, 4. Auflage.”

Prophase II: Die Kernmembran zerfällt und meiotische Spindeln beginnen sich wieder zu bilden.

Metaphase II: Die meiotischen Spindeln rasten am Zentromer der Schwesterchromatiden ein und alle richten sich in der Mitte der Zelle aus.

Anaphase II: Die Spindelfasern beginnen sich zusammenzuziehen und ziehen die Schwesterchromatiden auseinander. Jedes einzelne Chromosom beginnt sich nun zu beiden Enden der Zelle zu bewegen.

Telophase II: Die Chromosomen erreichen entgegengesetzte Enden der Zelle. Die Kernmembran bildet sich wieder und der Zellkörper teilt sich in zwei Teile

Meiose II führt zu vier haploiden Tochterzellen mit jeweils der gleichen Anzahl von Chromosomen. Jedes Chromosom ist jedoch einzigartig und enthält eine Mischung aus genetischen Informationen aus den mütterlichen und väterlichen Chromosomen in der ursprünglichen Elternzelle.

Warum ist Meiose wichtig??

Richtig “Chromosomensegregation,” oder die Trennung von Schwesterchromatiden während der Meiose I und II ist wesentlich für die Erzeugung gesunder Spermien und Eizellen und im weiteren Sinne gesunder Embryonen. Wenn sich Chromosomen nicht vollständig trennen, spricht man von Nichtdisjunktion und kann laut "Molecular Biology of the Cell, 4. Auflage" zur Bildung von Gameten führen, denen fehlende oder zusätzliche Chromosomen fehlen.

Wenn Gameten mit abnormalen Chromosomenzahlen befruchten, überleben die meisten der resultierenden Embryonen nicht. Allerdings sind nicht alle Chromosomenanomalien für den Embryo tödlich. Zum Beispiel tritt das Down-Syndrom als Ergebnis einer zusätzlichen Kopie von Chromosom 21 auf. Menschen mit Klinefelter-Syndrom sind genetisch männlich, haben jedoch ein zusätzliches X-Chromosom.

Die bedeutendste Auswirkung der Meiose ist, dass sie genetische Vielfalt erzeugt, und dies ist ein großer Vorteil für das Überleben der Arten.

"Durch Mischen der genetischen Informationen können Sie neue Kombinationen finden, die möglicherweise besser in die reale Welt passen", sagte Hoyt.