22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose! an der Medizinische Hochschule Hannover

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Einleitung

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Bei vielzelligen Tieren/ Menschen

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Bei Pflanzen

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Bei Pilzen, Algen & einzelligen Eukaryoten

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Hauptaufgaben der Meiose

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Meiose 1 (Reduktionsteilung)

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Die wesentlichen Ereignisse der Reifeteilung 1 / Prophase 1

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Prophase 1 

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Prophase 1 - 1. Leptotän

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Prophase 1 - 2. Zygotän

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Prophase 1 - 3. Pachytän 

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Prophase 1 - 4. Diplotän

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22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Einleitung
Die Meiose findet während der Reifung der männlichen & weiblichen Keimzellen (Samenzellen, Eizellen) statt & hat folgende Ziele:
  • Reduktion des diploiden Chromosomensatzes (Zustand nach Befruchtung) auf einen haploiden  Satz (einfachen Chromosomensatz)
  • Rekombination des genetischen Materials
Aus einer diploiden Zelle, die in die Meiose eintritt, entstehen im Laufe von 2 Teilungsrunden (Reifteilung 1 & Reifteilung 2) vier haploide Zellen mit neu gemischten genetischen Material
  • Diese Halbierung des Chromosomenbestands bei der Meiose gleicht Verdopplung (bei der Verschmelzung eines väterlichen & eines mütterlichen Zellkerns bei der Befruchtung) aus
            - ohne diesen Ausgleich würde sich die Chromosomenzahl mit jeder Generation verdoppeln
            - Abfolge dieser beiden Prozesse nennt man Kernphasenwechsel

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Bei vielzelligen Tieren/ Menschen
Die beiden meiotischen Teilungen sind die letzten Kernteilungen:
  • Bei der Spermatogenese bzw.
  • Während und nach der Ooegenese (Bildung der Gameten-Spermien & Eizellen)

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Bei Pflanzen
  • Finden zwischen der Meiose & der Bildung der Gameten Mitosen statt (haploide Phase ist nicht auf Gameten beschränkt, sondern bildet eigene haploide Generation)

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Bei Pilzen, Algen & einzelligen Eukaryoten
Kommen verschiedene Abfolgen von Meiose & Mitose vor

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Hauptaufgaben der Meiose
Reduktion
  • Keimzellen verschmelzen zur Zygote => neuer Organismus
  • Zygote erhält gesamtes Erbmaterial der beiden Keimzellen (& somit sehr viel mehr Erbmaterial als diese)
  • Zur Gründung der nächsten Generation sind wieder Keimzellen mit der ursprünglichen Menge Erbmaterial erforderlich
  • Entsprechende Reduktion des Erbmaterials durch Meiose erforderlich

Rekombination
  • Während eines bestimmten Abschnitts der ersten meiotischen Teilung, der Prophase 1, lagern sich die Chromosomen zu Paaren zusammen, wobei jedes Paar je ein Chromosom der beiden Eltern enthält (genauer: die beiden homologen Chromosomen)
-> ggf. kommt es durch Crossing-over zum Austausch von Abschnitten zwischen den gepaarten Chromosomen (Überkreuzung von Nicht-Schwesterchromatiden)
         => „rekombinierte“ Chromosomen entstehen (chiasmische Meiose) bei anschließender Kernteilung werden Chromosomen zufällig den entstehenden Tochterzellen zugeteilt
  • Effektive Durchmischung des Erbguts der beiden Eltern:
         - erhöht die Vielfalt (Zahl der genetischen Kombinationen) innerhalb der Population
         - erhöhte Chance, dass einigen Individuen für das Überleben günstige Merkmale zusammenkommen & so zu einem Selektionsvorteil führen
  • Schnellere Evolution

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Meiose 1 (Reduktionsteilung)
  • Wie bei der Mitose ist auch der Meiose eine DNA-Replikation (Interphase) vorgeschaltet:
         - der diploide (2n) Zellkern hat also 2-Chromatiden-Chromosomen & somit von einem Chromosomentyp insgesamt 4 Exemplare des DNA-Doppelstrangs (4c) in 4 Chromatiden ->2n4c
         - aus der Reifeteilung 1 gehen 2 Zellen mit dem Status 1n2c hervor (einfacher, Chromosomensatz, aber noch 2 Chromatiden pro Chromosom)
         - durch die Reifeteilung 2 der Meiose werden aus diesem einen Zellkern also insgesamt 4 Zellkerne mit haploidem (1n), nicht verdoppeltem (1c) Chromosomensatz erzeugt, wobei sich alle 4 Kerne genetisch unterscheiden -> 1n1c
  • Die Meiose dauert aufgrund der ausgedehnten Prophase 1 lange:
Bei männlichen Keimzellen ca. 3 Wochen, bei weiblichen Kernzellen wegen eines eingeschalteten Ruhestadiums bis zu Jahrzehnten
  • Erste & zweite meiotische Teilung werden (wie die Mitose) in Prophase, Metaphase, Anaphase & Telophase unterteilt
         - Vorgänge, die in Pro-, Meta- & Anaphase der Meiose 1  ablaufen, unterscheiden sich jedoch wesentlich sowohl von denen in der Meiose, als auch von der Meiose 2
         - die Prophase 1 wird auf Grund der vielen aufeinander folgenden Vorgänge noch in Unterphasen aufgeteilt:

Liebe Zelle Paare Dich Doch (Merkspruch für die einzelnen Schritte der Prophase 1)

1. Leptotän
2. Zygotän
3. Pachytän
4. Diplotän
5. Diakinese 

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Die wesentlichen Ereignisse der Reifeteilung 1 / Prophase 1
  • Paarung der homologen Chromosomen
  • Austausch von DNA-Segmenten zwischen den (Nicht-Schwester-) Chromatiden der homologen Chromosomen
  • Trennung der homologen Chromosomen. Wichtiger Unterschied der 1. Reifeteilung gegenüber der Mitose:
Die Schwesterchromatiden jedes Chromosoms bleiben zusammen & werden zu dem selben Spindelpol gezogen

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Prophase 1 
  • Prophase 1 dauert bei Samenzellreifung 24 Tage; bei der Eizellreifung beginnt sie bereits in der Frühen Fetalzeit & wird nach einem Ruhestadiums (Diktyotän) erst 10-15 Jahre später weitergeführt
  • Während erster 4 Stadien der Prophase 1 bleibt Kernhülle erhalten & Chromosomen sind mit ihren Enden (Telomeren) an innerer Kernmembran befestigt
  • Kohäsion zwischen Schwesterchromatiden ist schon seit prämeiotischer S-Phase auf ganzer Länge der Arme durch Cohesin gesichert

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Prophase 1 - 1. Leptotän
  • Chromosomen beginnen zu kondensieren 
           -> werden als warte Strukturen sichtbar
  • Es ereignen sich DNA-Doppelstrangbrüche in Chromatiden
           -> Voraussetzung für folgenden Rekombinationen

=> jedes Chromosom besteht aus 2 identischen Chromatiden

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Prophase 1 - 2. Zygotän
  • Paarung der homologen Chromosomen, also die identische Aneinanderlagerung / Ausrichtung der von beiden Eltern erhaltenen Exemplare eines Chromosomentyps
  • Leiterartige Struktur, die die homologen Chromosomen zusammenhalten wird (synaptonemaler Komplex), fängt an sich zu bilden

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Prophase 1 - 3. Pachytän 
  • Chromosomen sind jetzt durch synaptonemaler Komplex auf ganzer Länge aneinander gebunden & erscheinen als dicke Strukturen
  • DNA-Doppelstrangbrüche werden repariert
-> dabei Austausch von homologen Segmenten väterlicher & mütterlicher Chromatiden (Rekombination, Crossing-over)
        - in jedem Chromosom mind. An einer, oft an mehreren Stellen

22. Erklären Sie die einzelnen Schritte der Meiose!

Prophase 1 - 4. Diplotän
  • Synaptonemaler Komplex verschwindet nach Crossing-over 
-> es sind wieder beide Chromosomen eines Paares zu sehen
  • Rekombinationsstellen werden als Überkreuzungen (Ciasmata) sichtbar
          - sind jetzt die einzigen Verbindungen zwischen homologen Chromosomen & Voraussetzung für die fehlerfreie Montage der Teilungsspindel
  • Schwesterchromatiden jedes Chromosomens noch auf ganzer Länge durch Cohesin verbunden
  • Im Diplotän werden bestimmte Strecken der Chromosomen dekondensiert
-> da dann Transkrition möglich (Expression Keimzell-spezifischer Proteine)
  • Weiblichen Keimzellen werden im Diplotän in ein Ruhestadium -> Diktyotän versetzt

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