Biologie in der Oberstufe

Chromosomen

Interpretiere ein Karyogramm und erläutere seine Herstellung.

Ein Karyogramm stellt Chromosomen geordnet dar. Dadurch gelingt es, den Karyotyp (=Gesamtheit der Chromosomen einer Zelle) zu erfassen.

Ein Karyogramm wird hergestellt, indem man in der Metaphase der Mitose, also wenn die Chromosomen maximal verkürzt vorliegen und sich an der Äquatorialebene angeordnet haben, diese mit Proteinasen oder Säuren behandelt, um sie dann anzufärben (z.B. Giemsa- oder G-Bandenfärbung). Außerdem wird das Mikroskop verwendet.

Definiere die Begriffe Autosomen, Gonosomen, diploid, haploid sowie homologe Chromosomenpaare.

Autosomen sind diejenigen Chromosomen, die beide Geschlechter haben. Gonosomen sind Geschlechtschromosomen.

Haploid bedeutet einfacher Chromosomensatz. Das heißt, dass von den homologen Chromosomen nur eines vorhanden ist, also nur ein Allel. Ein haploider Chromosomensatz liegt zum Beispiel nach der Meiose vor, um zu gewährleisten, dass die Zygote einen diploiden und nicht vierfachen Chromosomensatz besitzt.

Diploid bedeutet doppelter Chromosomensatz. Das heißt, dass beide homologe Chromosomen und somit beide Allele vorliegen. Die meisten menschlichen Zellen haben einen diploiden Chromosomensatz.

Homologe Chromosomen sind nicht identisch, denn eines stammt vom Vater, das andere von der Mutter. Sie gleichen sich jedoch in Größe, Aufbau und Gestalt.

Beschreibe die Vorgänge der Mitose und Meiose hinsichtlich ihres Verlaufs, Ergebnisses und ihrer Bedeutung und vergleiche sie.

Das Ergebnis der Mitose(=Kernteilung) ist, aus diploiden Körperzellen diploide identische Tochterzellen gebildet zu haben. Dies ist wichtig für das Wachstum eines Organismus und die Regeneration.

In der Prophase verdichtet sich das Chromatin, sodass die Chromosomen sichtbar werden (Transportform). Die Kernhülle und der Nukleolus lösen sich auf, der Spindelfaserapparat bildet sich durch die Trennung des Zentriolenpaars/Centrosoms sowie durch die Polfasern aus.

In der Metaphase liegen die Chromosomen maximal verkürzt vor und ordnen sich in der Äquatorialebene an. Dies ist die beste Phase zur Untersuchung des Chromosomenbestands.

In der Anaphase teilen sich die Chromosomenzentromere und Einchromatid-Chromosomen bewegen sich zu entgegengesetzten Polen.

In der Telophase entspiralisieren sich die Chromosomen und gehen in die Arbeits-/Funktionsform über. Eine neue Kernhülle sowie Nucleoli bilden sich aus. Außerdem findet die Cytokinese (=Zellteilung durch Zellmembranentstehung, die neue Zellen voneinander abgrenzt) statt.

Nun liegt der Chromosomensatz jedoch noch haploid vor. Deshalb schließt sich die Interphase an genannte Phasen an, wenn weitere Teilungen erfolgen sollen.

Diese lässt sich in die G1-Phase einteilen, in der die Zelle durch Zellplasmavermehrung wächst, in die S-Phase, in der die Replikation stattfindet und in die G2-Phase, in der sich die Zelle auf die nächste Mitose vorbereitet.

Teilt sich die Zelle nicht mehr weiter, so gelangt sie nach der G1-Phase direkt in die G0-Phase (=Ruhephase). Bei Stammzellen ist dieser Übergang reversibel, bei vielen ausdifferenzierten Zellen wie beispielsweise Nervenzellen irreversibel.

Ergebnis der Meiose (=Keimzellenbildung) ist es, den diploiden Chromosomensatz zu einem haploiden zu reduzieren, um Keimzellen zu bilden, die einen haploiden Chromosomensatz aufweisen. Wenn dann die weibliche Eizelle und das männliche Spermium verschmelzen, so enthält die Zygote dann wieder einen diploiden Chromosomensatz, je ein homologes Chromosom von der Mutter, eines vom Vater. So wird also eine Zunahme der Chromosomenzahl von Generation zu Generation verhindert. Durch die zufällige Verteilung der mütterlichen und väterlichen Chromosomen lassen sich die zwei homologen Chromosomenpaare auf 2^23 verschiedene Arten auf die Keimzellen verteilen (=interchromosomale Rekombination). Folglich bewirkt die Meiose eine vielfältige Rekombination der DNA, die durch Crossing-Over (=Austausch von Chromatidenstücken zwischen homologen Chromosomen in der Prophase der ersten Reifeteilung) ergänzt wird. So wird auch eine intrachromosomale Rekombination ermöglicht.

Die Meiose lässt sich in die 1. Reifeteilung (=Reduktionsteilung) und 2. Reifeteilung (=Äquationsteilung) unterteilen.

In der Prophase lagern sich die homologen Zweichromatid-Chromosomen parallel aneinander.  Der Spindelfaserapparat entsteht. Es findet eine Homologenpaarung=Synapsis=Tetradenbildung statt. Hier kommt es auch zum Crossing-Over.

In der Metaphase ordnen sich die homologen Chromosomen ober- und unterhalb der Äquatorialebene an. Die Verteilung ist zufällig.

In der Anaphase wandern die homologen Chromosomen zu den Spindelpolen und werden zu einem haploiden Satz reduziert.

In der Telophase entsteht provisorisch eine Kernmembran um die Chromosomen.

Nun findet die Äquationsteilung statt. Diese läuft ähnlich wie die Mitose ab, denn die Schwesterchromatiden werden getrennt, sodass die Keimzellen je ein Einchromatid-Chromosom enthalten.