Den Prozess der Zellteilung verstehen (erklärt mit Diagramm)

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über den Prozess der Zellteilung (erklärt mit Diagramm)!

Die Existenz und Fortdauer des Lebens hängt von der Funktionsweise der Zellen und ihrer Spaltung ab. Es gibt zwei wichtige Prozesse der Zellteilung, die untrennbar miteinander verbunden sind, um den Fortschritt des Lebens aufrechtzuerhalten. Diese Prozesse sind Mitose und Meiose.

Nach der Befruchtung, wenn sich eine Samenzelle und eine Eizelle zu einem neuen Organismus vereinigen, wird erwartet, dass sie eine doppelte Anzahl von Chromosomen tragen, da beide Elternteile ihre gesamte Anzahl an Chromosomen beisteuern, die für die jeweilige Art angemessen sind. Die Prozessmeiose verhindert jedoch die Verdoppelung der Chromosomen.

Es reduziert die Gesamtzahl der Chromosomen auf die Hälfte, so dass die Nachkommenschaft (neu gebildete Zelle) die gleiche Anzahl an Chromosomen wie ihre Eltern behalten kann. Andererseits erleichtert Mitose die Bildung von zwei Tochterzellen aus einer einzigen Zelle, wobei jede neue Zelle in jeder Hinsicht der Stammzelle gleicht. Im Gegensatz zur Meiose beinhaltet die Mitose eine Duplikation der Chromosomenpaare, die für die zelluläre Fortpflanzung, insbesondere während des Wachstums, unerlässlich ist.

Der Mechanismus der Mitose:

Ein spezieller Prozess ist erforderlich, um aus einer Mutterzelle zwei Tochterzellen zu bilden. Dieser Vorgang wird als Mitose bezeichnet und ist normalerweise in vier Stufen unterteilt: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, den Übergang von der Prophase zur Metaphase mit dem Namen der Prämetaphase zu bezeichnen. Der gesamte Prozess des Mitosezyklus ist jedoch ein kontinuierlicher Prozess.

1. Prophase:

Zu Beginn des Prophasenstadiums bereitet sich die Zelle auf die Aufteilung der Chromosomen vor. Es ist ein Ruhezustand, wenn der Kern etwas größer wird. Es beinhaltet auch die Kondensation der zuvor diffusen, unsichtbaren oder dispergierten Fäden zu sichtbaren Chromosomen.

Jedes Chromosom ist optisch doppelt, es besteht aus zwei identischen und parallelen Strängen oder Chromatiden, die über ihre gesamte Länge liegen. Ein Chromosom trägt eine Verengung oder einen engen Bereich der Befestigung an der Spindel, der als Zentromer bezeichnet wird.

Andere Verengungen als das Zentromer werden manchmal als sekundäre Verengungen bezeichnet. In der Prophase sehen die Zentromere und die sekundären Einschnürungen gleich aus, aber durch die Metaphase ist dieser Unterschied klar, weil sie völlig andere Beziehungen zur Spindel entwickeln.

In diesem Stadium (Prophase) haben die Umrisse der Chromatiden ein leicht unregelmäßiges wolliges oder haariges Aussehen. Sie zeigen im Allgemeinen keine Reihe von Körnchen (Chromomeren), wie sie bei der meiotischen Prophase zu sehen sind, und dies ist wahrscheinlich ein echter Unterschied zwischen den beiden. Am Ende der Prophase verschwindet das wollige Aussehen fast und ein glatter Umriss ist sichtbar.

2. Premetaphase:

Am Ende der Prophase verschwindet die Kernmembran normalerweise und diese Phase kann als Zeitraum der Spindelbildung definiert werden. Während dieser Phase vermitteln die Chromosomen den Eindruck, sich zu bemühen und sich zu schieben, um den Äquator der Entwicklungsspindel zu erreichen. Die Spindel ist relativ ein fester Gelatinekörper. Anscheinend besteht es fast vollständig aus Protein mit einer sehr geringen Menge an RNA.

Das Zentrosom scheint als Organisator der Spindel zu fungieren. Das Zentrosom ist die differenzierte Region von Zytoplasma, die Zentriol enthält. Hierbei handelt es sich um ein winziges Granulat, das gerade außerhalb der Kernmembran vorliegt. Nach dem Verschwinden der Kernmembran wird der Zentriol verdoppelt und die beiden Zentriolen bewegen sich voneinander, um die Pole der Spindel zu bilden.

Die Spindelfasern sind wahrscheinlich die Bündel von Proteinmolekülen. Man kann zwischen Endlosfasern und Chromosomenfasern unterscheiden. Die Endlosfasern laufen von Pol zu Pol, während die Chromosomenfasern die Zentromere mit den Polen verbinden.

Bei bipolaren Spindeln liegt die Äquatorialebene senkrecht zur Längsachse, die sich in der Mitte zwischen den Polen befindet. Während die Prämetaphase voranschreitet, ordnen sich die Chromosomen mit ihren Zentromeren auf der Äquatorialebene der Spindel an. Es ist die dynamischste Stufe, aus der eine relativ statische Metaphase entsteht.

3. Metaphase:

Der Nucleolus verschwindet in der Premetaphase und am Ende der Premetaphase zeigen die Chromosomen den maximalen Kondensationsgrad. Nicht nur das, zu dieser Zeit erhalten die Chromosomen glatte Konturen. Die zwei Chromatiden jedes Chromosoms liegen parallel oder lose umeinander gewunden und bleiben nur am Zentromer vereinigt.

Sie sehen fast wie geteilte Chromosomen aus, ohne jedoch die Tochterzentren zu trennen. Die Metaphase ist also ein Stadium, in dem in der Zelle wenig oder keine sichtbare Veränderung stattfindet; es ist eine statische Phase und normalerweise eine kurze Phase.

4. Anaphase:

Die Anaphase ist gekennzeichnet durch den Beginn einer Trennung der Tochterzentromere voneinander. Die Zentromere spalten sich plötzlich und ihre Hälften stoßen sich aktiv gegenseitig ab. Während die Tochterzentromere die Spindel in Richtung der gegenüberliegenden Pole bewegen, ziehen sie die an ihnen befestigten Chromatiden voneinander weg.

Tatsächlich bewegen sich die beiden Hälften oder die identischen Chromatidsätze zu zwei entgegengesetzten Polen der Spindel. Diese Bewegung ist autonom. Daher beginnt die mitotische Trennung der Chromatiden immer am Zentromer und verläuft entlang der Chromosomen in beide Richtungen. Nach einer vollständigen Trennung der Chromatiden voneinander werden sie Tochterchromosomen genannt.

Zu diesem Zeitpunkt sind die Pole der Spindel weiter voneinander entfernt als die der Metaphase-Spindel. Die Tochterzentromere werden auch voneinander getrennt und der Äquatorbereich zwischen ihnen scheint länger gestreckt zu sein.

Wenn sich der äquatoriale Teil der Spindel beträchtlich verlängert, werden die Pole entsprechend enger und schließlich erscheint das Ganze als dünnes Bündel fadenartiger Strukturen. Diese fadenartige Struktur zwischen den beiden Trenngruppen der Tochterchromosomen wird Stammkörper genannt.

5. Telophase:

In der Regel werden die beiden Chromatidengruppen jetzt als die beiden Tochterchromosomengruppen bezeichnet, die in entgegengesetzte Pole der Spindel treten. Die Polkappen der Spindel scheinen zu Beginn der Telophase zu verschwinden, der Stammkörper kann jedoch lange Zeit bestehen bleiben.

Die zwei Gruppen von Tochterchromosomen verlieren schnell ihre glatten Konturen und unterliegen einer Kondensation. In diesem Stadium entwickelt sich eine scheinbar neue Kernmembran, die das Chromosom umgibt, und es erscheint wieder ein Nucleolus. In diesem Telophasenstadium besteht das Chromosom jedoch aus nur einem statt zwei Chromatiden, und es gibt nur die Hälfte der DNA-Menge, so dass das Auftreten von Prophasen- und Telophasenkernen im gleichen Gewebe fast immer charakteristisch ist. Letztendlich werden jedoch zwei Tochterzellen gebildet.

Die mitotische Zellteilung ist sehr wichtig, da die Bestandteile der Chromosomen niemals verändert werden und in allen Tochterzellen identisch bleiben. So sind die Tochterkerne dem Mutterkern ähnlich. Infolgedessen erzeugt der Prozess der Zellteilung eine große Anzahl von Tochterzellen, die allmählich verschiedene Funktionen übernehmen, und auf diese Weise werden die verschiedenen Körperteile gebildet.

Der Mechanismus der Meiose:

Das Wissen um die Vererbung ist wesentlich, um den Mechanismus der Meiose zu verstehen. In der Tat ist Meiose das Gegenteil von Befruchtung. Bei diesem Prozess der Zellteilung wird die diploide Anzahl von Chromosomen auf die haploide (halbe) Zahl reduziert. Es ist ein sehr bedeutender Prozess.

Da wir wissen, dass das Leben als Inzidenz einer Fusion zwischen männlichen und weiblichen Gameten auftritt, wird in der Zygote erwartet, dass sich die Anzahl der Chromosomen verdoppelt, da beide Gameten ihre spezifische Chromosomenzahl beitragen.

Somit würde sich die Chromosomennummer von Generation zu Generation weiter vervielfachen. Die Lösung der Natur für dieses Problem ist Meiosis oder die Reduktionsabteilung. Bei höheren Tieren findet dieser Prozess kurz vor der Bildung der Keimzellen statt.

Die Meiose der männlichen Gameten wird als Spermatogenese bezeichnet, während derselbe Mechanismus bei weiblichen Gameten als Oogenese bezeichnet wird. Die Meiose umfasst jedoch zwei Arten von Divisionen, die nacheinander auftreten. Im Falle der ersten Division ist die Anzahl der Chromosomen auf die Hälfte reduziert, in der zweiten Division jedoch verdoppelt sich die Anzahl.

Meiose ist daher ein sehr komplizierter Mechanismus der Kernteilung, der auf folgende Weise diskutiert werden kann:

Erste meiotische Abteilung:

Die erste "meiotische Teilung" beginnt immer mit einem längeren Stadium der Prophase, das sich in vieler Hinsicht von einer einfachen mitotischen Teilung unterscheidet. Diese "Prophase" zeigt eine Reihe von Unterstufen, die als Leptotene, Zygoten, Pachytene, Diplotene und Diakinesis bekannt sind. Neben Prophase gibt es eine kurze Prämetaphase, auf die die Metaphase der ersten "meiotischen Abteilung" folgt. Wir sollten jedoch mit den Unterstufen von Prophase beginnen.

1. Leptotin:

Es ist normalerweise ein kurzer Schritt, wenn die Chromosomen sehr lang und schlank aussehen. Diese Chromosomen haben eine polarisierte Orientierung, wobei alle Enden auf eine kleine Fläche auf einer Seite des Kerns gerichtet sind. Diese Polarisation scheint die Zentromere überhaupt nicht zu beeinflussen. Jedes Chromosom trägt eine bestimmte Anzahl von Körnern, die eine Kette von Perlen unterschiedlicher Größe bilden, die als Chromomere bezeichnet werden.

2. Zygotene:

In diesem Stadium kommen die homologen Chromosomen paarweise zusammen und werden über ihre gesamte Länge enger. Dieses Phänomen wird als Paarung oder Synapse bezeichnet. Dieser Prozess der Synapse scheint normalerweise am Ende des Chromosoms zu beginnen und wird dann fortgesetzt, bis er abgeschlossen ist, mit Ausnahme einiger Geschlechtschromosomen. Der Paarungs- oder Synapsenprozess wird zweifellos durch die polarisierte Orientierung der Chromosomen erleichtert, die ihre Enden nahe zusammenbringen.

3. Pachytene:

Pachyten beginnt, wenn die Synapse endet und endet, wenn die homologen Chromosomen sich voneinander entfernen.

Die wichtigsten Ereignisse, die in dieser Phase auftreten, sind folgende:

a) Es findet eine weitere Kondensation der Chromosomen statt, so dass die Chromosomenpaare kürzer und dicker werden.

b) Als Folge der Synapse zwischen homologen Chromosomen beträgt die Anzahl der beobachtbaren Chromosomen nur die Hälfte (dh n) der somatischen Chromosomenzahl. In den meisten Arten werden diese haploiden Chromosomenpaare als Bivalente bezeichnet. Jedes zweiwertige zeigt vier Chromatiden oder Stränge. Diese Litzen sind ungefähr äquidistant zueinander, so dass sie im Querschnitt ein Quadrat bilden.

c) In dieser Phase findet ein Übergang zwischen homologen Chromosomen statt. Es wird angenommen, dass eine geringe Menge (0, 3%) der DNA-Synthese, die während Pachyten stattfindet, eine entscheidende Rolle beim Übergang spielt. Pachytene ist jedoch in der Regel eine lange Etappe.

4. Diplotene:

Die synaptische Anziehung zwischen den homologen Chromosomen endet plötzlich und die homologen Chromosomen jeder zweiwertigen Komponente beginnen sich voneinander zu entfernen. Dies ist der Beginn der Diplotene-Phase. Die beiden Homologen jeder zweiwertigen Gruppe scheinen an einem oder mehreren Punkten miteinander verbunden zu sein, die als Chaisma (Plural: Chiasmata) bekannt sind. Es wird angenommen, dass sich anfangs Chiasmen an den Stellen der tatsächlichen Überkreuzung zwischen den homologen Chromosomen befinden.

Während das Diplotene fortschreitet, bewegen sich die Chiasmen langsam zu den Enden der homologen Chromosomen. Diese Bewegung wird als Chiasma-Terminalisierung bezeichnet. In diesem Stadium ist auch eine weitere Kondensation der Chromosomen sichtbar, so dass sie zunehmend kürzer und dicker wurden.

5. Diakinese:

Es besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen spätem Diplotene und Diakinese. Tatsächlich verwandeln sich die schlanken Diplotinbivalente allmählich in dicke Chromosomen und werden sehr kurz. Sie bleiben spärlich im Kern verteilt, und alle Schleifen zwischen den Chiasmen liegen rechtwinklig zueinander. Die Rotation wird in der Regel bis zum Beginn der Diakinese abgeschlossen. Die Terminisierung kann jedoch bis zur ersten Metaphase fortgesetzt werden.

Premetaphase:

In diesem Stadium verschwindet die Kernmembran und die Spindel bildet sich. Es wird auch festgestellt, dass der Nucleolus verschwindet, und die zweiwertigen Chromosomen bewegen sich in Richtung der Äquatorialebene, während die beiden Zentromere jedes zweiwertigen Elements auf gegenüberliegenden Seiten der Ebene liegen.

1. Erste Metaphase:

In dieser Phase hängen die Chromosomen häufig zwischen Äquator und Pol an der Spindel. Das Zentromer ist an den Spindelfasern am Äquator befestigt.

2. Erste Anaphase:

Die Chromosomen werden nun getrennt und bewegen sich in entgegengesetzte Pole. Die Zentromere teilen sich nicht, vielmehr bewegt sich jedes ganze Zentromer wie die Tochterzentromere einer gewöhnlichen mitotischen Teilung in Richtung des nächstgelegenen Pols.

3. Erste Telophase:

Dieses Stadium unterscheidet sich nicht wesentlich von dem einer gewöhnlichen somatischen Mitose. Hier werden an den Polen zwei Tochterkerne mit einem Chromatidenpaar gebildet. Auf diese Weise enthalten zwei Tochterkerne eine haploide Anzahl von Chromosomen.

Zweite meiotische Abteilung:

1. Zweite Prophase:

Es ist eine bestimmte Phase, die immer kurz ist und keine Komplikationen enthält. Die Spindeln organisieren sich schnell.

2. Zweite Metaphase:

Die Anzahl der Chromosomen ist die Hälfte der somatischen Zahl, und die Chromatiden sind weit auseinander und werden nur an den Zentromeren zusammengehalten.

3. Zweite Anaphase:

Die Zentromere teilen sich und beginnen, sich in Richtung der Pole zu bewegen, da die Chromatiden ziemlich voneinander entfernt sind.

4. Zweite Telophase:

Diese Stufe unterscheidet sich nicht von der somatischen Teilung mit Ausnahme der Anzahl der Chromosomen. Es bilden sich vier Tochterkerne mit jeweils haploiden Chromosomenzahlen. Es kann gefolgert werden, dass die erste meiotische Teilung die Anzahl der Chromosomen verringert, das Zentromer sich jedoch nicht teilt. Während der zweiten meiotischen Teilung, wenn sich die Zentromere teilen, teilen sich die Chromatiden nicht.

Sie bewegen sich einfach auseinander und bilden vier Tochterzellen mit haploider Zahl. Die wichtigste Bedeutung dieses Prozesses liegt in der Aufrechterhaltung einer konstanten Anzahl von Chromosomen in der Spezies. Bei allen sexuell reproduzierenden Pflanzen und Tieren sind die Gameten in der Anzahl der Chromosomen haploide (X). Die sexuelle Reproduktion ist die Verschmelzung eines männlichen Gameten (X) mit einem weiblichen (X) und führt zur Bildung einer Zygote (2X), aus der sich ein Nachwuchs entwickelt. Eine weitere Bedeutung der Meiose ist es, bei der Segregation, beim Sortieren und bei der Rekombination von Genen zu helfen.