Jede Zelle beginnt ihr Leben, wenn sie sich von der Mutterzelle trennt, und beendet ihre Existenz, wodurch ihre Tochterzellen erscheinen können. Die Natur bietet je nach Struktur mehr als eine Möglichkeit, ihren Kern zu teilen.
Methoden der Zellteilung
Kernteilung abhängig vom Zelltyp:
- Binäre Sp altung (gefunden in Prokaryoten).
- Amitose (direkte Teilung).
- Mitose (gefunden in Eukaryoten).
- Meiose (entworfen für die Teilung von Keimzellen).
Arten der Kernteilung sind von der Natur bestimmt und entsprechen der Struktur der Zelle und der Funktion, die sie im Makroorganismus oder von selbst ausübt.
Binäre Sp altung
Dieser Typ kommt am häufigsten in prokaryotischen Zellen vor. Es besteht darin, das ringförmige DNA-Molekül zu verdoppeln. Die binäre Kernsp altung wird so genannt, weil aus der Mutterzelle zwei gleich große Tochterzellen hervorgehen.
Nachdem das genetische Material (DNA- oder RNA-Molekül) in geeigneter Weise präpariert, dh verdoppelt, aus der Zellwand beginntes bildet sich ein quer verlaufendes Septum, das sich allmählich verengt und das Zytoplasma der Zelle in zwei annähernd identische Teile teilt.
Der zweite Sp altungsprozess wird Knospung oder ungleichmäßige binäre Sp altung genannt. In diesem Fall erscheint an der Stelle der Zellwand ein Vorsprung, der allmählich wächst. Nachdem die Größe der "Niere" und der Mutterzelle gleich sind, werden sie sich trennen. Und ein Teil der Zellwand wird wieder synthetisiert.
Amitose
Diese Kernteilung ähnelt der oben beschriebenen, mit dem Unterschied, dass es keine Duplikation von genetischem Material gibt. Diese Methode wurde erstmals von dem Biologen Remak beschrieben. Dieses Phänomen tritt bei krankhaft veränderten Zellen (Tumordegeneration) auf und ist auch eine physiologische Norm für Lebergewebe, Knorpel und Hornhaut.
Der Vorgang der Kernteilung wird als Amitose bezeichnet, weil die Zelle ihre Funktionen behält und nicht wie bei der Mitose verliert. Dies erklärt die pathologischen Eigenschaften, die Zellen mit dieser Teilungsmethode innewohnen. Außerdem findet eine direkte Kernteilung ohne Sp altspindel statt, sodass das Chromatin in den Tochterzellen ungleichmäßig verteilt ist. Anschließend können solche Zellen den mitotischen Zyklus nicht nutzen. Manchmal führt Amitose zur Bildung mehrkerniger Zellen.
Mitose
Dies ist eine indirekte Kernsp altung. Es kommt am häufigsten in eukaryotischen Zellen vor. Der Hauptunterschied zwischen diesem Prozess besteht darin, dass die Tochterzellen und die Mutterzelle die gleiche Anzahl von Chromosomen enth alten. Damitdie erforderliche Zellzahl bleibt im Körper erh alten, Regenerations- und Wachstumsprozesse sind ebenfalls möglich. Flemming beschrieb als erster die Mitose in einer tierischen Zelle.
Der Prozess der Kernteilung ist in diesem Fall in Interphase und direkt Mitose unterteilt. Interphase ist der Ruhezustand der Zelle zwischen den Teilungen. Es kann in mehrere Phasen unterteilt werden:
1. Vorsynthesezeit - die Zelle wächst, Proteine und Kohlenhydrate reichern sich darin an, ATP (Adenosintriphosphat) wird aktiv synthetisiert.
2. Synthetische Periode - Das genetische Material wird verdoppelt.
3. Postsynthetische Periode - Zellelemente verdoppeln sich, Proteine erscheinen, die die Teilungsspindel bilden.
Mitosephasen
Die Teilung des Zellkerns einer eukaryotischen Zelle ist ein Prozess, der die Bildung eines zusätzlichen Organells - des Zentrosoms - erfordert. Es befindet sich neben dem Zellkern und seine Hauptfunktion ist die Bildung eines neuen Organells - der Teilungsspindel. Diese Struktur trägt dazu bei, die Chromosomen gleichmäßig auf die Tochterzellen zu verteilen.
Es gibt vier Phasen der Mitose:
1. Prophase: Chromatin im Kern kondensiert zu Chromatiden, die sich in der Nähe des Zentromers versammeln, um paarweise Chromosomen zu bilden. Die Nukleolen zerfallen und die Zentriolen wandern zu den Polen der Zelle. Es entsteht eine Sp altspindel.
2. Metaphase: Chromosomen reihen sich in einer Linie durch die Mitte der Zelle und bilden die Metaphasenplatte.
3. Anaphase: Chromatiden bewegen sich vom Zentrum der Zelle zu den Polen, und dann teilt sich das Zentromer in zwei Teile. SolchBewegung ist durch die Teilungsspindel möglich, deren Fäden die Chromosomen in verschiedene Richtungen zusammenziehen und strecken.
4. Telophase: Tochterkerne werden gebildet. Chromatiden verwandeln sich wieder in Chromatin, der Kern wird gebildet und darin - die Nukleolen. Alles endet mit der Teilung des Zytoplasmas und der Bildung einer Zellwand.
Endomitose
Die Zunahme des genetischen Materials, die keine Kernteilung beinh altet, wird als Endomitose bezeichnet. Es kommt in pflanzlichen und tierischen Zellen vor. In diesem Fall findet keine Zerstörung des Zytoplasmas und der Kernhülle statt, sondern das Chromatin verwandelt sich in Chromosomen und despiralisiert dann wieder.
Bei diesem Prozess entstehen polyploide Zellkerne mit erhöhtem DNA-Geh alt. Ähnliches tritt in koloniebildenden Zellen des roten Knochenmarks auf. Darüber hinaus gibt es Fälle, in denen DNA-Moleküle ihre Größe verdoppeln, während die Anzahl der Chromosomen gleich bleibt. Sie werden Polytene genannt und kommen in Insektenzellen vor.
Bedeutung der Mitose
Mitotische Kernteilung ist eine Möglichkeit, einen konstanten Chromosomensatz zu erh alten. Tochterzellen haben die gleichen Gene wie die Mutter und alle ihr innewohnenden Eigenschaften. Mitose ist erforderlich für:
- Wachstum und Entwicklung eines vielzelligen Organismus (aus der Verschmelzung von Keimzellen);
- Verschieben von Zellen aus den unteren Schichten in die oberen sowie Ersetzen von Blutzellen (Erythrozyten, Leukozyten, Blutplättchen);
- Wiederherstellung von geschädigtem Gewebe (bei einigen Tieren ist die Fähigkeit zur Regenerationeine notwendige Voraussetzung für das Überleben, wie Seesterne oder Eidechsen);
- ungeschlechtliche Fortpflanzung von Pflanzen und einigen Tieren (Wirbellosen).
Meiose
Der Mechanismus der Kernteilung von Keimzellen unterscheidet sich etwas von dem somatischen. Als Ergebnis erhält man Zellen, die nur halb so viel Erbinformation haben wie ihre Vorgänger. Dies ist notwendig, um in jeder Körperzelle eine konstante Chromosomenzahl zu erh alten.
Die Meiose verläuft in zwei Phasen:
- Reduktionsstufe;
- Gleichungsstadium.
Der korrekte Ablauf dieses Prozesses ist nur in Zellen mit geradem Chromosomensatz (diploid, tetraploid, hexaproid etc.) möglich. Natürlich ist es weiterhin möglich, in Zellen mit einem ungeraden Chromosomensatz eine Meiose zu durchlaufen, aber dann sind die Nachkommen möglicherweise nicht lebensfähig.
Es ist dieser Mechanismus, der die Unfruchtbarkeit bei Ehen zwischen Arten gewährleistet. Da die Geschlechtszellen unterschiedliche Chromosomensätze enth alten, ist es für sie schwierig, sich zu verschmelzen und lebensfähige oder fruchtbare Nachkommen zu produzieren.
Erste Teilung der Meiose
Der Name der Phasen wiederholt die der Mitose: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase. Aber es gibt eine Reihe signifikanter Unterschiede.
1. Prophase: Ein doppelter Chromosomensatz führt eine Reihe von Transformationen durch, die fünf Stadien durchlaufen (Leptotän, Zygotän, Pachytän, Diplotän, Diakinese). All dies geschieht dank Konjugation und Crossover.
Konjugation ist das Zusammenbringen homologer Chromosomen. In leptoten zwischen ihnen werden gebildetdünne Fäden, dann werden in der Zygote die Chromosomen paarweise verbunden und als Ergebnis erhält man Strukturen von vier Chromatiden.
Crossingover ist der Prozess des Kreuzaustauschs von Abschnitten von Chromatiden zwischen Schwester- oder homologen Chromosomen. Dies geschieht im Stadium von Pachytän. Kreuzungen (Chiasmen) von Chromosomen werden gebildet. Eine Person kann zwischen fünfunddreißig und sechsundsechzig solcher Austausche haben. Das Ergebnis dieses Prozesses ist die genetische Heterogenität des resultierenden Materials oder die Variabilität von Keimzellen.
Wenn das Diplotänstadium kommt, brechen die Komplexe der vier Chromatiden zusammen und die Schwesterchromosomen stoßen sich gegenseitig ab. Die Diakinese vervollständigt den Übergang von der Prophase zur Metaphase.
2. Metaphase: Chromosomen reihen sich in der Nähe des Äquators der Zelle an.
3. Anaphase: Die Chromosomen, die immer noch aus zwei Chromatiden bestehen, bewegen sich in Richtung der Zellpole auseinander.
4. Telophase: Die Spindel bricht zusammen, wodurch zwei haploide Zellen mit doppelt so viel DNA entstehen.
Zweite Teilung der Meiose
Dieser Vorgang wird auch "Mitose der Meiose" genannt. In dem Moment zwischen zwei Phasen findet keine DNA-Duplikation statt, und die Zelle tritt in die zweite Prophase mit demselben Chromosomensatz ein, den sie nach Telophase 1 verlassen hatte.
1. Prophase: Chromosomen kondensieren, das Zellzentrum trennt sich (seine Reste divergieren zu den Zellpolen hin), die Kernhülle wird zerstört und es entsteht eine Teilungsspindel, die senkrecht zur Spindel der ersten Teilung steht.
2. Metaphase: Chromosomen befinden sich am Äquator, gebildetMetaphasenplatte.
3. Anaphase: Chromosomen teilen sich in Chromatiden, die sich auseinander bewegen.
4. Telophase: In Tochterzellen wird ein Zellkern gebildet, Chromatiden despiralisieren zu Chromatin.
Am Ende der zweiten Phase haben wir aus einer Elternzelle vier Tochterzellen mit einem halben Chromosomensatz. Wenn die Meiose in Verbindung mit der Gametogenese (dh der Bildung von Keimzellen) auftritt, ist die Teilung abrupt, ungleichmäßig und es wird eine Zelle mit einem haploiden Chromosomensatz und drei Reduktionskörpern gebildet, die nicht die erforderliche genetische Information tragen. Sie sind notwendig, damit in Ei- und Samenzelle nur die Hälfte des Erbguts der Mutterzelle erh alten bleibt. Darüber hinaus sorgt diese Form der Kernteilung für die Entstehung neuer Genkombinationen sowie für die Vererbung reiner Allele.
Bei Protozoen gibt es eine Variante der Meiose, bei der in der ersten Phase nur eine Teilung auftritt und in der zweiten ein Crossing-over stattfindet. Wissenschaftler vermuten, dass diese Form ein evolutionärer Vorläufer der normalen Meiose in vielzelligen Organismen ist. Möglicherweise gibt es andere Wege der Kernsp altung, die Wissenschaftler noch nicht kennen.
