Zellvermehrung. Mitose - Meiose. Zellvermehrung - Zellzyklus = Zellen vermehren sich, indem sie ihre Masse verdoppeln und sich dann zweiteilen

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1 Zellvermehrung Mitose - Meiose Zellvermehrung - Zellzyklus = Zellen vermehren sich, indem sie ihre Masse verdoppeln und sich dann zweiteilen - Erfolgt bei den Chromosomen = Chromosomenzyklus - DNA-Verdopplung - Mitose (Kernteilung) - Erfolgt bei allen anderen Zellbestandteilen = cytoplasmatischer Zyklus - Zellwachstum - Cytokinese (Zellteilung) Kontinuierlicher Prozess von Interphase und Mitose 1

2 Mitose - Kernteilung Mitose: Zu Beginn der Zellteilung, Bildung von Kernfäden und Chromosomen im Zellkern Ist die Kernteilung, in deren Verlauf die Chromosomen auf 2 Tochterkerne verteilt werden, die erbgleich und mit dem Ausgangskern identisch sind Sonderformen: Endomitose, Polytänisierung, Amitose Amitose = Zell- und Kernteilung in zwei Tochterzellen ohne Ausbildung einer Spindel und ohne sichtbare Chromosomen 2

3 Mitose: Zu Beginn der Zellteilung Bildung von Kernfäden und Chromosomen im Zellkern Amitose: Zell- und Kernteilung in zwei Tochterzellen ohne Ausbildung einer Spindel und ohne sichtbare Chromosomen Prophase Frühe Metaphase Späte Metaphase Frühe Anaphase Späte Anaphase Telophase 3

4 Sinn der Mitose: Gleichmäßige Verteilung der Chromatinstrukturen Verlustfreier Transfer von Erbinformationen Aufbau genetisch identischer Nachkommen Einflüsse: Äußere Temperatur Hunger Fermentwirkung (Kinetin Bildung beim Spermium, Stimulation der Mitose nach Befruchtung) Zytokinese Es teilt sich das Cytoplasma Ein kontraktiler Ring aus Actin-Filamenten (zu Beginn der Anaphase an der Innenseite des Plasmamembran entstanden) zieht die Zellmembran zwischen den Tochterkernen zusammen. Nach Mitose und Zytokinese (= G1- Phase) sind 2 neue Zellen entstanden 4

5 Zellteilung nach der Befruchtung bis zur Blastozyste Chromosom 5

6 Chromosome Sind Strukturen die Gene/Erbinformationen enthalten - Länge von <1 bis >30 μm - Trockenmasse enthält ca. 35%DNA, 40% basische Proteine/Histone, Rest sind nicht- basische Proteine und RNA - Anzahl der C. ist für jede Tierart konstant und manchmal für die ganze Gattung charakteristisch Chromosomen Chromosomenstrukturen, das Chromosom in seiner biologischen Variabilität 6

7 Beispiele für Chromosomensätze: Taufliege (Drosophila melanogaster) 8 Salzkrebs (Artemia salina)..168 Meerschweinchen.16 Weinbergschnecke 24 Maus.40 Regenwurm..32 Ratte..32 Mensch.46 Affe.48 Schwein.38 Rind 60 7

8 Einteilung der Chromosomen Heterochromosomen Autosomen Geschlechtschromosomen übrige Chromosomen X Chromosom Y - Chromosom Homologe Chromosomen haben gleiche Form und Größe! Sie liegen sich gegenüber diploid! Chromosmenaberationen: Anzahl Chromosomen kann gelegentlich verändert sein. Mensch: Autosom 21 = 3fach 47 Chromosomen Schematische Darstellung des Chromosomensatzes des Menschen Chromosomen 1 22 = homologe Chromosomen (=Autosomen) Chromosom X & Y = Heterochromosomen 8

9 Bos taurus (2n = 60) Ziege (Capra hircus, 2n = 60) 9

10 Schaf (Ovies aries, 2n = 54) Nach Replikation 2 DNA Doppelehelix im Chromosom = 2 Chromatide Schema eines Chromosoms 10

11 Chromosomentypen Chromosomebeschreibung 11

12 Organisation von Genen in einem Chromosom und Beispiel für den Aufbau eines Gens bei Wirbeltieren 12

13 Hinsichtlich der Geschlechtseinflüsse gemittelte Karte des porcinen Chromosom 6 mit einer Auswahl von 93 der 519 diesem Chromosom zugeordneten Loci (INRA, Toulouse, 2004) Mit rot werden Loci gekennzeichnet, die nur genetisch kartiert sind. Mit blau werden die sowohl genetische als auch physikalisch kartierten. Die grün eingezeichneten Loci werden in der MARC-USDA Karte nur genetisch eingeordnet. 13

14 Wenige Gene, viele Schalter Die Anzahl der Gene sagt über die Komplexität eines Tieres wenig aus. Kleine Steuermoleküle namens mirna, die die Aktivität von Genen an- und abschalten können, scheinen darüber viel bessere Auskunft zu geben. 14

15 Meiose - Reifeteilung Schema des Verlaufs der Meiose, dargestellt an Paaren homologer Chromosomen 15

16 Meiose 1. Reifeteilung: = Meiose I.Reduktionsteilung 2. Reifeteilung: = Meiose II Äquatorialebene 1 Leptotän Entspiralisierung der Chromosomen Leptos = griech. = zart, fein 2 Zygotän Paarweise Anordnung der Chromosomen (Bivalente) Zygota = vereinigt 3 Pachytän Chromosomen werden kürzer und dicker, Erscheinung = haploid 2 Chromatiden bis 4-Strangstadium (Tetraden) Crossing over 4 Diplotän Verkürzung und Verdickung gehen weiter, Paarlinge weichen etwas voneinander (Chiasmata) Chromosomenumbau Pachys = dick Diplos = doppelt 5 Diakinese Abschluss Prophase Chromatiden kontrahieren auf 10% Beginn Methaphase I 1. Reifeteilung Diakinein = sich umherbewegen 6 Anaphase I Trennung der Paarlinge (Segregation) Jede Tochterzelle erhält je ein Paarling der einzelnen Chromosomenpaare willkürlich von Vater oder Mutter 7 Telophase: Längsteilung der Chromosomen, Trennung der bereits voneinander gelösten Chromatiden Meiose 2 = 2. Reifeteilung Läuft ähnlich der Mitose ab! 16

17 P = Pol- oder Richtung skörper Schematische Darstellung der Spermatogenese und Oogenese bei Tieren Meiose 2 = 2. Reifeteilung Läuft ähnlich der Mitose! Nach habschluss existieren 4 haploide Zellen: männlich.4 Spermien Weiblich..1 plasmareiche befruchtungsfähige Eizelle und 3 Pol- bzw. Richtungskörper Meiose I: Paarung homologer Chromosomen wieder Trennung, Verteilung als ganze Chromosomen alternativ auf die Tochterkerne! Meiose II: Chromatiden jedes Chromosoms werden wie in Mitose unter Zentromerteilung getrennt und verteilt! 17

18 Kernphasenwechsel nach Zeitpunkt des Übergangs von Diplo- in Hablophase Zygotischer KW (Haplonten) Meiose bei erster Teilung der Zygote (z.b. Protisten, Algen) außer Zygote sind alle Stadien haploid Gametischer KW (Diplonten): Meiose erst kurz vor der Gametenbildung diploid (z.b. Metazoa) außer Gameten sind alle Zellen Intermediärer KW: Diploide Pflanzen bilden aus Sporenmutterzellen viele Gone, die zu Gametophyten auswachsen. Kernphasenwechsel Zygotischer KW (Haplonten) Meiose bei erster Teilung der Zygote außer Zygote sind alle Stadien haploid (z.b. Protisten, Algen) 18

19 Kernphasenwechsel Gametischer KW (Diplonten): Meiose erst kurz vor der Gametenbildung außer Gameten sind alle Zellen diploid (z.b. Metazoa) Intermediärer KW: Diploide Pflanzen bilden aus Sporenmutterzellen viele Gone, die zu Gametophyten auswachsen. Kernphasenwechsel Diplo Haplophase Wirkungen: Umbau der Chromosomen Neuverteilung d. väterlichen u. mütterlichen Chromosomen Meiose = Schlüssel für Verständnis der Vererbungslehre verlustfreier Gentransport ständige Erzeugung genetisch bedingter Variabilität = Rekombination 19

20 Replikation Besteht aus zwei aufeinander folgenden Zellteilungen der nur eine identische Replikation vorausgeht Stark abgewandelte 1. Teilungsphase Längspaarung der homologen Chromosomen Bildung von Bivalenten (Tetraden) Interchromosomale Rekombination zufällige Verteilung der Erbanlagen Kreuzweise Umtausch Crossing over zwischen nicht homologen Chromosomen Genetische Kopplungsanalyse Aufzeigen des Abstandes zwischen zwei Genorten Grundlage der Kopplungsanalyse ist der Genaustausch (Crossing over) und damit der Rekombinationsfrequenz. Kopplungsanalysen beruhen auf Testkreuzungen von Doppel-, dreifachder Mehrfachheterozygoten. Häufigkeit beobachteter Crossing over zw. zwei untersuchten Loci = Maß für die Entfernung zwischen den Loci Je enger die Kopplung, desto geringer der Anteil an Neukombinationen Genorte liegen enger zusammen 20

21 Kopplungsstärke Austauschwert (AW) Zahl der Neukombinationen Gesamtanzahl der Kombinationen Maßstab in Genkarten, die auf Kopplungsanalyse beruhen ist Centi Morgan (cm) 1 cm = Chance von 1 %, dass in der natürlichen Rekombination während eines Generationswechsels ein bestimmter Genort von einem anderen getrennt wird. = Abstand wischen zwei Loci mit einem Austauschwert von 1% = map unit (Karteneinheit) 1 cm entspricht 1 Million Basenpaare Gesetzmäßigkeit der Kopplungsvorgänge Freie Kombination Kopplung P: AABB x aabb (AB) (AB) x (ab) (ab) F 1 AaBb (AB) (ab) Gameten: AB, Ab (AB), (ab) ab, ab F2 A- B- aab- aabb (AB)(AB) (AB)(ab) (ab)(ab)

22 A A B B a a b b A A B b a a A A B b B b a a B b Crossing over: Bruch-Fusions-Hypothese Diploider Genotyp des Elterntieres (n = 4) Chromosomen aus der väterlichen Gamete Chromosomen aus der mütterlichen Gamete Mögliche Gameten des Elterntieres (2 n = 16) Häufigkeiten der Gametengruppen 1:2 4 =1/16 4:2 4 =4/16 6:2 4 =6/16 4:2 4 =4/16 1:2 4 =1/16 Schwein n = 19 1 : 2 19 = 0,0002% 19 : 2 19 = 0,004% : 2 19 = 17,6% 22

23 a) Homologe Rekombination A B C a b c A B c a b C D d d D b) Ungleiches Crossing over A B A B C D A B A B C D A B A B A B C D A B C D A) Zwei Paare homologer Chromosomen (Autosomen) B) Ein Paar homologer Chromosomen (Autosomen) Maternal Paternal Mögliche Kombinationen der nicht homologen Chromosomen nach der Reduktionsteilung Crossing over Neuverteilung des genetischen Materials in der Meiose (A Segregation; B) 23