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Realschule 9 · Biologie
Die Zelle und ihr Zyklus · Der Zellzyklus

Die Meiose

Jeder Mensch hat 46 Chromosomen, genau wie seine Eltern. Wenn Eizelle und Spermium ebenfalls 46 Chromosomen hätten, besäße die befruchtete Eizelle 92, die nächste Generation 184 und so weiter. Das passiert aber nicht. Es gibt eine besondere Zellteilung, die die Chromosomenzahl vor der Befruchtung halbiert: die Meiose.

Was die Meiose leistet

Unter dem Mikroskop zählst du in einer Hautzelle 46 Chromosomen, in einer reifen Eizelle oder einem Spermium aber nur 23. Wie schafft es eine Zelle, ihre Chromosomenzahl genau zu halbieren?

Der Fachbegriff diploid bedeutet: Die Zelle hat zwei Chromosomensätze, einen von der Mutter und einen von dem Vater. Die Chromosomen eines solchen Paares nennt man homologe Chromosomen. Sie tragen die Gene für die gleichen Merkmale, aber evtl. unterschiedliche Allele. Haploid bedeutet: Die Zelle hat nur einen Chromosomensatz, also von jedem Paar nur ein Chromosom.

Beim Menschen gilt: Körperzellen sind diploid ($2n = 46$), Keimzellen sind haploid ($n = 23$). Die Meiose findet in den Keimdrüsen statt. Beim Mann entstehen in den Hoden die Spermien, bei der Frau in den Eierstöcken die Eizellen.

Schema der Meiose mit 2n = 4: Die diploide Ausgangszelle mit verdoppelter DNA teilt sich in der Meiose I, die homologe Chromosomen trennt, in zwei haploide Zellen mit Zwei-Chromatid-Chromosomen. In der Meiose II werden die Chromatiden getrennt, es entstehen vier haploide Keimzellen mit Ein-Chromatid-Chromosomen. mütterliches Chromosom väterliches Chromosom Beispiel mit 2n = 4 Meiose I trennt homologe Chromosomen Meiose II trennt die Chromatiden Ausgangszelle (2n) 2 Zellen (n) 4 Keimzellen (n) DNA verdoppelt Zwei-Chromatid-Ch. Ein-Chromatid-Ch.
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Erkläre, was die Meiose ist und in welchen Organen des menschlichen Körpers sie stattfindet. Gib an, welche Zellen sie beim Mann und bei der Frau hervorbringt.

Erkläre, was die Meiose ist und in welchen Organen des menschlichen Körpers sie stattfindet. Gib an, welche Zellen sie beim Mann und bei der Frau hervorbringt.

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Betrachte das Schema der Meiose, in dem sich eine Ausgangszelle mit vier Chromosomen ($2n = 4$) zweimal hintereinander teilt. Gib anhand des Schemas an, wie viele…

Betrachte das Schema der Meiose, in dem sich eine Ausgangszelle mit vier Chromosomen ($2n = 4$) zweimal hintereinander teilt. Gib anhand des Schemas an, wie viele Zellteilungen die Meiose umfasst, wie viele Tochterzellen aus der Ausgangszelle entstehen und wie viele Chromosomen jede im Vergleich zu ihr hat.

Ausgangszelle 2n = 4 Meiose I Meiose II
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Warum jede Keimzelle genetisch anders ist

Geschwister sehen sich ähnlich, sind aber nicht gleich. Ein Grund liegt in der Meiose.

Die zufällige Verteilung kannst du berechnen: Bei $n$ Chromosomenpaaren gibt es $2^n$ mögliche Kombinationen. Beim Menschen mit $n = 23$ sind das $2^{23} = 8\,388\,608$ verschiedene Keimzelltypen, allein durch die Verteilung der Chromosomen.

Zwei Quellen der Variabilität in der Meiose: In der Prophase I tauschen die inneren Chromatiden der väterlichen und mütterlichen Homologen am Überkreuzungspunkt Abschnitte aus. In der Anaphase I werden die Homologen zufällig verteilt, sodass zwei Chromosomenpaare vier verschiedene Keimzellkombinationen ergeben. väterlich mütterlich 1. Crossing-over (Prophase I) väterliches Ch. mütterliches Ch. Überkreuzung Austausch neu kombinierte Chromatiden 2. Zufällige Verteilung (Anaphase I) die Homologen ordnen sich zufällig in der Äquatorialebene an oder 2 Chromosomenpaare → 2² = 4 mögliche Kombinationen = genetisch verschiedene Keimzellen
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Während der Prophase I der Meiose tauschen homologe Chromosomen Abschnitte in einem Vorgang aus, der Crossing-over heißt. Erkläre, worin er besteht und welche Folge er…

Während der Prophase I der Meiose tauschen homologe Chromosomen Abschnitte in einem Vorgang aus, der Crossing-over heißt. Erkläre, worin er besteht und welche Folge er für die genetische Variabilität der Keimzellen hat.

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Bei einer Art mit $2n = 16$ Chromosomen werden zwei Individuen untersucht, die für zwei verschiedene Merkmale heterozygot sind ($AaBb$): Beim Individuum 1 liegen das Gen…

Bei einer Art mit $2n = 16$ Chromosomen werden zwei Individuen untersucht, die für zwei verschiedene Merkmale heterozygot sind ($AaBb$):

  • Beim Individuum 1 liegen das Gen $A$ und das Gen $B$ auf verschiedenen homologen Chromosomenpaaren.

  • Beim Individuum 2 liegen beide Gene auf demselben homologen Chromosomenpaar (gekoppelte Gene), mit den Allelen $AB$ auf einem Chromosom und $ab$ auf dem homologen.

  1. a) Leite ab, wie viele genetisch verschiedene Keimzelltypen für diese beiden Merkmale das Individuum 1 bilden kann und in welchen relativen Anteilen.
  2. b) Wenn beim Individuum 2 in der Prophase I kein Crossing-over stattfindet, sage voraus, welche Keimzelltypen es bilden wird, und vergleiche mit Individuum 1.
  3. c) Begründe, welches Ereignis der Meiose es dem Individuum 2 ermöglicht, rekombinante Keimzellen ($Ab$ und $aB$) zu bilden, und erkläre, warum die Wahrscheinlichkeit ihres Auftretens vom physischen Abstand zwischen beiden Genen abhängt.
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Meiose und Mitose im Vergleich

Auch die Mitose beginnt mit einer Verdopplung der DNA. Danach unterscheiden sich beide Teilungen aber deutlich.

Mitose Meiose
Ort (Mensch) fast alle Körperzellen Hoden, Eierstöcke
Zahl der Teilungen 1 2
Zahl der Tochterzellen 2 4
Chromosomenzahl $2n \to 2n$ $2n \to n$
Tochterzellen genetisch identisch genetisch verschieden
Funktion Wachstum, Zellersatz, Wundheilung Bildung von Keimzellen
Vergleich von Mitose und Meiose bei einer Zelle mit 2n = 4 und verdoppelter DNA: Die Mitose mit einer Teilung liefert zwei identische 2n-Zellen, die Meiose mit Crossing-over und zwei Teilungen liefert vier genetisch verschiedene n-Zellen. Mitose Meiose 2n-Zelle nach der S-Phase 2n-Zelle in der Prophase I Crossing-over eine Teilung Meiose I trennt Homologe 2 Zellen n Meiose II trennt Chromatiden 2 identische 2n-Zellen Chromatiden werden getrennt 4 n-Zellen, verschieden Beispiel mit 2n = 4 Chromosom vom Vater Chromosom von der Mutter
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Nenne zwei grundlegende Unterschiede zwischen Mitose und Meiose: einen bezogen auf die Anzahl der Teilungen und der entstehenden Zellen und einen bezogen auf die…

Nenne zwei grundlegende Unterschiede zwischen Mitose und Meiose: einen bezogen auf die Anzahl der Teilungen und der entstehenden Zellen und einen bezogen auf die Chromosomenausstattung der Tochterzellen.

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Haploide Keimzellen und Befruchtung

Befruchtung: Ein haploides Spermium (n) und eine haploide Eizelle (n) verschmelzen zu einer diploiden Zygote (2n); beim Menschen ergeben 23 plus 23 Chromosomen 46. Befruchtung: n + n → 2n + n Befruchtung 2n Spermium (n) Eizelle (n) Zygote (2n) 23 Chromosomen 23 Chromosomen 46 Chromosomen (Chromosomenzahl beim Menschen)
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Erkläre den Unterschied zwischen einer haploiden und einer diploiden Zelle und gib an, wie viele Chromosomen eine diploide menschliche Zelle und wie viele eine…

Erkläre den Unterschied zwischen einer haploiden und einer diploiden Zelle und gib an, wie viele Chromosomen eine diploide menschliche Zelle und wie viele eine menschliche Keimzelle hat.

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Üben★★☆Nicht begonnen
Warum müssen Keimzellen unbedingt haploid sein? Begründe, was mit der Chromosomenzahl einer Art von Generation zu Generation geschehen würde, wenn die Keimzellen diploid…

Warum müssen Keimzellen unbedingt haploid sein? Begründe, was mit der Chromosomenzahl einer Art von Generation zu Generation geschehen würde, wenn die Keimzellen diploid wären.

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In einer Amphibienpopulation mit $2n = 28$ Chromosomen wird ein Weibchen entdeckt, dessen Eizellen wegen eines Fehlers bei der Zytokinese der Meiose I die…

In einer Amphibienpopulation mit $2n = 28$ Chromosomen wird ein Weibchen entdeckt, dessen Eizellen wegen eines Fehlers bei der Zytokinese der Meiose I die Chromosomenzahl nicht reduzieren, sodass lebensfähige diploide Eizellen mit 28 Chromosomen entstehen.

  1. a) Wenn eine dieser abweichenden Eizellen von einem normalen Spermium der Art befruchtet wird, berechne die Chromosomenausstattung der entstehenden Zygote und gib an, welchen genetischen Fachbegriff diese Veränderung der Chromosomenzahl trägt.
  2. b) Obwohl das entstandene Individuum lebensfähig ist, ist es meist völlig steril, wenn es versucht, Meiose zur Bildung von Keimzellen durchzuführen. Begründe, warum eine ungerade Chromosomenausstattung (triploid) eine ordnungsgemäße Meiose verhindert.
  3. c) Argumentiere anhand dieses Falls, warum die Reduktion der Chromosomenzahl in der Meiose und die anschließende Befruchtung nicht nur ein Mechanismus der Fortpflanzung sind, sondern eine wesentliche Schranke für die Stabilität von Arten mit geschlechtlicher Fortpflanzung.
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Nicht-Trennung: Wenn die Verteilung misslingt

Das Karyogramm eines Neugeborenen mit Down-Syndrom zeigt 47 statt 46 Chromosomen, weil das Chromosom 21 dreifach vorliegt. Wo bei der Bildung der Keimzellen ging etwas schief?

Nicht-Trennung in der Meiose I bei einer Zelle mit 2n = 6 (drei Chromosomenpaare): In der Anaphase I trennt sich das Paar aus blauem und orangem Homolog nicht und wandert zum selben Pol, das grüne Paar trennt sich normal. Nach der Meiose II entstehen zwei Keimzellen mit einem Chromosom zu viel (n + 1) und zwei mit einem zu wenig (n − 1). Zelle in der Anaphase I die Homologen blau und orange trennen sich nicht (Beispiel mit 2n = 6) Meiose II Keimzellen mit einem Chromosom zu viel (n + 1) Keimzellen mit einem Chromosom zu wenig (n − 1)
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Der Karyotyp eines Neugeborenen wird untersucht und eine Trisomie im Paar 21 ($47, XX, +21$) festgestellt. Um den Ursprung des Fehlers herauszufinden, wird ein…

Der Karyotyp eines Neugeborenen wird untersucht und eine Trisomie im Paar 21 ($47, XX, +21$) festgestellt. Um den Ursprung des Fehlers herauszufinden, wird ein genetischer Marker auf Chromosom 21 mit drei möglichen Allelen (1, 2 und 3) untersucht:

  • Die Mutter ist heterozygot und hat die Allele 1 und 2.

  • Der Vater ist homozygot und hat ausschließlich das Allel 3.

  • Das Baby hat alle drei Allele gleichzeitig: 1, 2 und 3.

  1. a) Bestimme begründet, bei welchem der beiden Elternteile die meiotische Nichttrennung (Nondisjunction) stattgefunden hat.
  2. b) Leite begründet ab, ob der Fehler in der Anaphase I oder in der Anaphase II der Meiose auftrat, und berücksichtige dabei den Unterschied zwischen der Trennung homologer Chromosomen und der Trennung von Schwesterchromatiden.
  3. c) Wenn die Nichttrennung in der Anaphase II beim selben Elternteil stattgefunden hätte, sage voraus, welche mütterlichen Allelkombinationen beim Baby statt der gleichzeitigen Allele 1 und 2 hätten auftreten können.
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Zurück zum Anfang: Die Chromosomenzahl wird nicht immer weiter verdoppelt, weil die Meiose die Zahl in den Keimzellen halbiert und die Befruchtung den diploiden Satz wiederherstellt.

Auf einen Blick

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