Mit Google fortfahren
Meiose: Ablauf, Rekombination und Vergleich
Die Meiose bildet haploide Keimzellen aus einer diploiden Ausgangszelle. Dazu laufen zwei Teilungen ab: In Meiose I werden homologe Chromosomen getrennt, in Meiose II die Schwesterchromatiden. Rekombination sorgt dabei für genetisch unterschiedliche Produkte.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Warum muss der Chromosomensatz halbiert werden?
Körperzellen des Menschen besitzen einen diploiden Chromosomensatz: Die Chromosomen liegen als homologe Paare vor. Ein Chromosom eines Paares stammt ursprünglich von der Mutter, das andere vom Vater.
Keimzellen wie Eizellen und Spermien sind dagegen haploid. Von jedem homologen Paar enthalten sie nur ein Chromosom. Bei der Befruchtung verschmelzen zwei haploide Keimzellen. So entsteht wieder eine diploide Zelle mit 46 Chromosomen.
haploid und diploid
Haploid bedeutet: Jeder Chromosomentyp liegt einfach vor. Diploid bedeutet: Jeder Chromosomentyp liegt als homologes Paar vor.
Ohne die Halbierung vor der Befruchtung würde sich die Chromosomenzahl in jeder Generation verdoppeln. Die Meiose hält die artspezifische Chromosomenzahl deshalb über Generationen konstant.
Meiose halbiert den Chromosomensatz. Befruchtung vereinigt zwei einfache Chromosomensätze wieder zu einem doppelten Satz.
Welche Begriffe brauchst du für den Ablauf?
Vor der Meiose wird das Erbgut verdoppelt. Zu Beginn liegen deshalb Zwei-Chromatid-Chromosomen vor. Ihre beiden gleichen Längshälften heißen Schwesterchromatiden und sind am Centromer miteinander verbunden.
Ein homologes Chromosomenpaar besteht dagegen aus einem mütterlichen und einem väterlichen Chromosom mit entsprechenden Genorten. Homologe Chromosomen sind also nicht dasselbe wie Schwesterchromatiden.
Stell dir ein homologes Paar vor:
- Das mütterliche Chromosom besteht aus zwei Schwesterchromatiden.
- Das väterliche Chromosom besteht ebenfalls aus zwei Schwesterchromatiden.
- Zusammen besitzt das Paar vier Chromatiden und kann als Tetrade bezeichnet werden.
In Meiose I werden die beiden homologen Chromosomen getrennt. Erst in Meiose II werden ihre Schwesterchromatiden getrennt.
Wie läuft Meiose I ab?
Die erste Reifeteilung heißt Reduktionsteilung, weil sie den diploiden Chromosomensatz auf einen haploiden Satz reduziert.
- Prophase I: Die Chromosomen werden kompakt und sichtbar. Homologe Chromosomen paaren sich. Zwischen Chromatiden homologer Chromosomen kann Crossing-over stattfinden. Kernhülle und Kernkörperchen lösen sich auf, und der Spindelapparat entsteht.
- Metaphase I: Die homologen Chromosomenpaare ordnen sich paarweise in der Äquatorialebene an. Ihre Ausrichtung zu den Zellpolen ist zufällig.
- Anaphase I: Die homologen Chromosomen eines Paares werden getrennt und zu entgegengesetzten Polen gezogen. Die Schwesterchromatiden bleiben dabei zusammen.
- Telophase I und Zytokinese: Die Zelle teilt sich. Es entstehen zwei haploide Zellen, deren Chromosomen weiterhin aus je zwei Chromatiden bestehen.
Betrachte eine vereinfachte Ausgangszelle mit zwei homologen Chromosomenpaaren. Nach Meiose I erhält jede Tochterzelle von jedem Paar genau ein Chromosom. Die Zellen sind damit haploid. Ihre Chromosomen bestehen aber noch aus zwei Schwesterchromatiden.
Meiose I trennt Paare: Homologe Chromosomen gehen auseinander, nicht die Schwesterchromatiden.
Wie läuft Meiose II ab?
Die zweite Reifeteilung ähnelt der Mitose. Der Chromosomensatz wird nicht noch einmal halbiert. Zwischen Meiose I und Meiose II wird das Erbgut nicht erneut verdoppelt.
- Prophase II: Die Chromosomen kondensieren, und ein Spindelapparat entsteht.
- Metaphase II: Die Zwei-Chromatid-Chromosomen ordnen sich einzeln in der Äquatorialebene an.
- Anaphase II: Die Schwesterchromatiden werden am Centromer getrennt und zu entgegengesetzten Polen gezogen.
- Telophase II und Zytokinese: Neue Zellkerne entstehen, und die Zellen teilen sich. Das Standardschema endet mit vier haploiden Zellen mit Einchromatid-Chromosomen.
Bei der Bildung männlicher Keimzellen entstehen vier Spermien. Bei der Bildung weiblicher Keimzellen wird das Cytoplasma ungleich verteilt: Es entstehen eine große Eizelle und drei kleinere Polkörperchen. Vier meiotische Produkte bedeuten daher nicht immer vier funktionsfähige Keimzellen.
Der vollständige Weg lautet:
eine diploide Ausgangszelle mit Zwei-Chromatid-Chromosomen → zwei haploide Zellen mit Zwei-Chromatid-Chromosomen → vier haploide Zellen mit Einchromatid-Chromosomen
Wie entsteht genetische Vielfalt?
Meiose erzeugt gewöhnlich keine genetisch identischen Keimzellen. Zwei Mechanismen kombinieren das mütterliche und väterliche Erbgut neu.
Crossing-over verändert Chromosomen
In der Prophase I liegen homologe Chromosomen eng nebeneinander. Beim Crossing-over können Chromatiden der homologen Chromosomen entsprechende Abschnitte austauschen. Dadurch entstehen neue Kombinationen innerhalb eines Chromosoms. Dieser Vorgang heißt intrachromosomale Rekombination.
Zufällige Verteilung mischt ganze Chromosomen
Die homologen Paare richten sich in Metaphase I unabhängig voneinander aus. In Anaphase I werden die mütterlichen und väterlichen Chromosomen entsprechend dieser Ausrichtung auf die Zellpole verteilt. Das heißt interchromosomale Rekombination.
Beim Menschen können 23 homologe Paare allein durch diese unabhängige Verteilung
$$2^{23} = 8\,388\,608$$
verschiedene Chromosomenkombinationen hervorbringen. Crossing-over ist in dieser Zahl noch nicht berücksichtigt.
Crossing-over tauscht Abschnitte innerhalb homologer Chromosomen aus. Die unabhängige Verteilung kombiniert ganze mütterliche und väterliche Chromosomen neu.
Woran unterscheidest du Meiose und Mitose?
Mitose und Meiose trennen Chromosomen, erfüllen aber verschiedene Aufgaben.
| Merkmal | Mitose | Meiose |
|---|---|---|
| Hauptfunktion | Wachstum und Erneuerung von Körperzellen | Bildung haploider Keimzellen |
| Zahl der Teilungen | eine | zwei |
| Ergebnis im Grundmodell | zwei diploide, genetisch gleiche Tochterzellen | vier haploide, genetisch unterschiedliche Produkte |
| Erste Trennung | Schwesterchromatiden | homologe Chromosomen |
| Rekombination | kein typisches Merkmal | Crossing-over und unabhängige Verteilung |
Ein unbekannter Zellteilungsbefund gehört daher zur Meiose, wenn homologe Chromosomen gepaart oder getrennt werden, der Chromosomensatz halbiert wird oder Crossing-over vorkommt.
Was kann bei der Trennung schiefgehen?
Werden homologe Chromosomen in Meiose I oder Schwesterchromatiden in Meiose II nicht richtig getrennt, können Keimzellen zu viele oder zu wenige Chromosomen erhalten. Nach einer Befruchtung kann daraus eine numerische Chromosomenabweichung entstehen; dazu gehören Trisomien.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Meiose
- Zweck: haploide Keimzellen bilden
- Meiose I: homologe Chromosomen trennen
- Meiose II: Schwesterchromatiden trennen
- Crossing-over: Chromosomenabschnitte austauschen
- Unabhängige Verteilung: ganze Chromosomen neu kombinieren
- Ergebnis: genetisch unterschiedliche haploide Produkte
Abschluss-Check
Du hast den Ablauf verstanden, wenn du bei jedem Teilungsschritt zuerst fragst: Werden homologe Chromosomen oder Schwesterchromatiden getrennt?