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Die Zellvermehrung
Die meisten Zellen teilen sich, z.B. bei Wachstumsvorgängen oder bei der Erneuerung der Zellen (Regeneration). Beim erwachsenen Menschen teilen sich ca. 100 Millionen Zellen pro Minute. Wichtig dabei ist, dass alle Zellen mit Zellkern das gleiche genetische Material enthalten.
Die DNA ist in den Chromosomen enthalten. Dieses besteht aus zwei Chromatiden, die am Zentromer verbunden sind. Jede Chromatide enthält ein DNA-Molekül. Dieses wird auch Chromatinfaden genannt. Die DNA-Moleküle in den Chromatiden sind identisch.
Tritt ein Fehler, d.h. eine Änderung des Erbguts auf, spricht man von einer Mutation. Dies kann bei der Verdoppelung der DNA passieren.
Verdoppelung der DNA
Der DNA-Doppelstrang wird zunächst wie ein Reißverschluss mit Hilfe von Enzymen geöffnet, d.h. die Bindungen zwischen den Basen müssen gespalten werden. Es entstehen 2 Einzelstränge, an die sich im Kernplasma vorhandene Nukleotide anlagern. Man nennt diesen Replikation.
Am Ende der Replikation der DNA liegen zwei identische DNA-Moleküle (doppelsträngig) vor. Diese Art der identischen Verdoppelung nennt man semikonservativ.
Die Mitose und deren Ablauf
Einer Zellteilung geht eine Mitose (Kernteilung) voraus.
Die Mitose teilt sich in eine Prophase, Metaphase, Anaphase und in eine Telophase. Die Zeit zwischen zwei Mitosen nennt man Interphase. In diesem Stadium werden zur Vorbereitung auf die nächste Mitose Proteine für die Teilung gebildet und die DNA repliziert.
Prophase
In der Prophase spiralisieren sich die Chromatinfäden immer stärker (verdicken oder kondensieren sich), sodass die Chromosomen im Lichtmikroskop sichtbar werden. Die Kernhülle löst sich auf und der Spindelfaserapparat entsteht.
Metaphase
Während der Metaphase ordnen sich die Zwei-Chromatid-Chromosomen entlang der Äquatorialebene an, die Chromosome sind maximal spiralisiert. Der Spindelfaserapparat zieht in entgegengesetzte Richtungen.
Anaphase
Anschließend werden die Chromatide in der Anaphase am Zentromer getrennt. Die Mikrotubuli werden kürzer und der Spindelfaserapparat zieht die Chromatiden auseinander.
Telophase
Abschließend sind die Chromatiden aufgeteilt (Telophase). Es entstehen zwei neuen Kerne mit Einchromatidchromosomen. Die Zellteilung kann nun stattfinden.
Wichtige Fachbegriffe und Fakten der Genetik
- Ein Mensch besitzt 46 Chromosomen. Diese Anzahl nennt man Chromosomensatz.
- Die 46 Chromosomen können fotografiert und entsprechend ihres Aussehens angeordnet werden. Eine solche Abbildung wird Karyogramm genannt.
- Ein Chromosomenpaar nennt man homologe Chromosomen oder kurz „die Homologen“.
- Körperzellen besitzen 46 Chromosomen, d.h. sie haben einen diploiden Chromosomensatz (=2n).
- Keimzellen (Gameten) haben 23 Chromosomen; sie haben einen haploiden Chromosomensatz (=n).
- Von den 46 Chromosomen sind zwei die Geschlechtschromosomen (Gonosomen); 44 (22 Paare) sind die Körperchromosomen (Autosomen).
- Die Gonosomen sind beim Mann XY und bei der Frau XX.
Meiose: Bildung der Keimzellen und Befruchtung
Bei der Befruchtung verschmilzt der Kern einer Spermienzelle mit dem Kern einer Eizelle. Es entsteht eine Zygote, deren Zellkern 46 Chromosomen enthält. Durch Zellteilung entsteht aus der Zygote das neue Lebewesen. Das bedeutet, dass die Gameten nur jeweils 23 Chromosomen besaßen.
Bei der Gametenbildung wurde die Chromosomenzahl reduziert, es wurde ein haploider Chromosomensatz gebildet. Dieser Vorgang heißt Meiose, die sich in zwei Abschnitte gliedert:
- 1. Teilung: Reduktionsteilung (von 46 Chromosomen zu je 23 Chromosomen)
- 2. Teilung: Äquationsteilung (wie bei der Mitose)