Aufgaben: Die Mitose

Im Folgenden werden vier Momente der Teilung einer tierischen Zelle beschrieben, ungeordnet und mit Nummern versehen:

1. Die Schwesterchromatiden trennen sich und wandern zu den entgegengesetzten Polen der Zelle.

2. Die Chromosomen entspiralisieren sich und die Kernhüllen bilden sich neu.

3. Das Chromatin verdichtet sich zu sichtbaren Chromosomen und die Kernhülle beginnt sich aufzulösen.

4. Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene an.

Ordne die Nummern 1 bis 4 in der Reihenfolge, in der sie in der Mitose ablaufen, und benenne die Phase, die jeweils dazugehört.

Erkläre, was ein Chromosom ist und was die beiden Chromatiden sind, aus denen es im verdoppelten Zustand besteht. An welcher Stelle bleiben die Chromatiden bis zur Teilung verbunden?

Nenne drei biologische Funktionen der Mitose in einem mehrzelligen Organismus wie deinem und gib für jede ein Beispiel an.

Beschreibe, was während der Metaphase mit den Chromosomen geschieht: wo sie sich anordnen und welche Struktur für ihre Bewegung zuständig ist.

Nenne zwei Unterschiede zwischen der Mitose einer tierischen und der einer pflanzlichen Zelle, einen bezogen auf die Spindel und einen bezogen auf die Art, wie das Zytoplasma aufgeteilt wird.

Eine Zelle mit $8$ Chromosomen tritt in die Mitose ein. Wie viele Chromosomen hat jede Tochterzelle am Ende? Und wie viele Chromatiden hat jedes Chromosom während der Metaphase?

In einem Zellkulturlabor wird eine Zelllinie einer Tierart mit $2n = 12$ Chromosomen untersucht. Gemessen wird die Masse der Kern-DNA pro Zelle, wobei bekannt ist, dass jede Zelle in der G1-Phase genau 3,0 Picogramm (pg) DNA enthält. Während der Untersuchung werden zu verschiedenen Zeitpunkten drei Zellen isoliert:

• Zelle 1: Enthält 6,0 pg DNA, und unter dem Mikroskop sind 12 verdoppelte Chromosomen zu sehen, die in der Mitte der Zelle angeordnet sind.

• Zelle 2: Enthält 6,0 pg DNA, und es sind 24 einzelne Chromatiden zu sehen, die sich zu entgegengesetzten Polen bewegen.

• Zelle 3: Besitzt 3,0 pg DNA in einem Kern mit entspiralisiertem Chromatin nach abgeschlossener Zytoplasmateilung.

1. a) Begründe, in welcher genauen Phase des Zellzyklus oder der Mitose sich jede der drei Zellen befindet.
2. b) Wenn ein Medikament den Abbau der Cohesine in der Anaphase verhindern würde, die Zytokinese aber asymmetrisch ablaufen würde, sage voraus, wie viele Chromosomen und welche DNA-Menge (in pg) jede Tochterzelle erhielte, wenn das gesamte Erbgut zu einem einzigen Pol gezogen würde.

Ein Schüler behauptet in einer Klassenarbeit: „Damit die Mitose die Erbinformation konstant hält, ist nur unbedingt nötig, dass sich die DNA in der S-Phase verdoppelt; danach genügt es, dass sich die Zelle bei der Zytokinese in der Mitte einschnürt, und die Verteilung ist erfolgreich abgeschlossen.“

1. a) Widerlege die Behauptung des Schülers: Zeige, was mit der Erbausstattung der Tochterzellen geschehen würde, wenn man auf die Mechanismen verzichtete, die in der Metaphase und in der Anaphase wirken.
2. b) Entwirf eine begründete Vorhersage: Was würdest du unter dem Mikroskop beobachten und wie wäre die Verteilung der Chromosomen, wenn eine Mutation verhindern würde, dass sich die Kinetochore mit den Mikrotubuli der Mitosespindel verbinden?

Einige Chemotherapie-Medikamente blockieren die Bildung der Mitosespindel. Erkläre, in welcher Phase die behandelten Zellen stehen bleiben, und begründe, warum diese Medikamente gegen Tumoren nützlich sein können und warum sie auch gesundes Gewebe wie Haare oder die Darmschleimhaut schädigen.