Der Meiose geht eine Interphase voraus, die aus den Phasen G1, S und G2 besteht, die nahezu identisch mit den Phasen vor der Mitose sind. Die G1-Phase, die auch als erste Lückenphase bezeichnet wird, ist die erste Phase der Interphase und konzentriert sich auf das Zellwachstum. Die S-Phase ist die zweite Phase der Interphase, in der die DNA der Chromosomen repliziert wird. Schließlich ist die G2-Phase, auch als zweite Lückenphase bezeichnet, die dritte und letzte Phase der Interphase; In dieser Phase durchläuft die Zelle die letzten Vorbereitungen für die Meiose.

Während der DNA-Duplikation in der S-Phase wird jedes Chromosom repliziert, um zwei identische Kopien, sogenannte Schwesterchromatiden, herzustellen, die am Zentromer zusammengehalten werden. Die Zentrosomen, die die Strukturen bilden, die die Mikrotubuli der meiotischen Spindel organisieren, replizieren sich ebenfalls. Dies bereitet die Zelle darauf vor, in die Prophase I, die erste meiotische Phase, einzutreten.

Prophase I

Abbildung 1. Zu Beginn der Prophase I bilden homologe Chromosomen eine Synapse. Die Chromosomen sind durch ein Proteingitter am Zentromer fest miteinander verbunden und in perfekter Ausrichtung.

Wenn die Kernhülle zu zerfallen beginnt, bringen die mit homologen Chromosomen assoziierten Proteine das Paar nahe aneinander andere. (Denken Sie daran, dass sich bei der Mitose homologe Chromosomen nicht miteinander paaren. Bei der Mitose richten sich homologe Chromosomen Ende an Ende aus, sodass jede Tochterzelle bei ihrer Teilung ein Schwesterchromatid von beiden Mitgliedern des homologen Paares erhält.) Die Paarung der homologen Chromosomen wird als Synapse bezeichnet. Bei der Synapse sind die Gene auf den Chromatiden der homologen Chromosomen genau aufeinander abgestimmt (Abbildung 1). Der synaptonemale Komplex unterstützt den Austausch chromosomaler Segmente zwischen homologen Nichtschwesterchromatiden, ein Prozess, der als Crossover bezeichnet wird. Die Überkreuzung erfolgt bei Chaiasmata (Singular = Chiasma), dem Kontaktpunkt zwischen Nicht-Schwester-Chromosomen eines homologen Paares (Abbildung 2).

Am Ende der Prophase I werden die Paare nur an zusammengehalten die Chiasmata und werden Tetraden genannt, weil die vier Schwesterchromatiden jedes Paares homologer Chromosomen jetzt sichtbar sind.

Abbildung 2. Crossover tritt zwischen Nicht-Schwesterchromatiden homologer Chromosomen auf. Das Ergebnis ist ein Austausch von genetischem Material zwischen homologen Chromosomen.

Die Crossover-Ereignisse sind die erste Quelle genetischer Variation in den durch Meiose erzeugten Kernen. Ein einzelnes Crossover-Ereignis zwischen homologen Nicht-Schwester-Chromatiden führt zu einem wechselseitigen Austausch äquivalenter DNA zwischen einem mütterlichen Chromosom und einem väterlichen Chromosom. Wenn dieses Schwesterchromatid in eine Gametenzelle bewegt wird, trägt es etwas DNA von einem Elternteil des Individuums und etwas DNA von dem anderen Elternteil. Mehrere Überkreuzungen in einem Arm des Chromosoms haben den gleichen Effekt und tauschen DNA-Segmente aus, um rekombinante Chromosomen zu erzeugen.

Ein zweites Ereignis in Prophase I ist die Anlagerung der Spindelfaser-Mikrotubuli an die Kinetochor-Proteine an den Zentromeren . Am Ende der Prometaphase I ist jede Tetrade an Mikrotubuli von beiden Polen gebunden, wobei jedem Pol ein homologes Chromosom zugewandt ist. Die homologen Chromosomen werden bei Chiasmata immer noch zusammengehalten.

Außerdem ist die Kernmembran vollständig zusammengebrochen.

Metaphase I

Während der Metaphase I ist die Homologe Chromosomen sind in der Mitte der Zelle angeordnet, wobei die Kinetochoren entgegengesetzten Polen zugewandt sind. Die homologen Paare orientieren sich zufällig am Äquator. Denken Sie daran, dass homologe Chromosomen nicht identisch sind. Sie enthalten geringfügige Unterschiede in ihrer genetischen Information, wodurch jeder Gamet ein einzigartiges Erbgut hat. Diese Zufälligkeit ist die physikalische Grundlage für die Schaffung der zweiten Form der genetischen Variation bei Nachkommen. Die Anzahl der Variationen hängt von der Anzahl der Chromosomen ab, aus denen ein Satz besteht. Es gibt zwei Orientierungsmöglichkeiten an der Metaphasenplatte; Die mögliche Anzahl von Alignments beträgt daher 2n, wobei n die Anzahl der Chromosomen pro Satz ist. Menschen haben 23 Chromosomenpaare, was zu über acht Millionen (223) möglichen genetisch unterschiedlichen Gameten führt. Diese Zahl enthält nicht die Variabilität, die zuvor in den Schwesterchromatiden durch Überkreuzung erzeugt wurde. Angesichts dieser beiden Mechanismen ist es sehr unwahrscheinlich, dass zwei aus Meiose resultierende haploide Zellen dieselbe genetische Zusammensetzung haben (Abbildung 3).

Abbildung 3. Eine zufällige, unabhängige Zusammenstellung während der Metaphase I kann anhand einer Zelle mit einem Satz von zwei Chromosomen (n = 2) demonstriert werden.In diesem Fall gibt es in Metaphase I zwei mögliche Anordnungen auf der Äquatorialebene. Die insgesamt mögliche Anzahl verschiedener Gameten beträgt 2n, wobei n der Anzahl der Chromosomen in einem Satz entspricht. In diesem Beispiel gibt es vier mögliche genetische Kombinationen für die Gameten. Mit n = 23 in menschlichen Zellen gibt es über 8 Millionen mögliche Kombinationen von väterlichen und mütterlichen Chromosomen.

Um die genetischen Folgen von Meiose I zusammenzufassen, werden die mütterlichen und väterlichen Gene durch Überkreuzung rekombiniert Ereignisse, die zwischen jedem homologen Paar während der Prophase I auftreten. Zusätzlich erzeugt die zufällige Zusammenstellung von Tetraden auf der Metaphasenplatte eine einzigartige Kombination von mütterlichen und väterlichen Chromosomen, die ihren Weg in die Gameten finden.

Anaphase I.

In Anaphase I ziehen die Mikrotubuli die verknüpften Chromosomen auseinander. Die Schwesterchromatiden bleiben fest mit dem Zentromer verbunden. Die Chiasmata werden in Anaphase I gebrochen, wenn die an den fusionierten Kinetochoren gebundenen Mikrotubuli die homologen Chromosomen auseinander ziehen (Abbildung 4).

Abbildung 4. Der Prozess der Chromosomenausrichtung unterscheidet sich zwischen Meiose I und Meiose II. In Prometaphase I binden Mikrotubuli an die fusionierten Kinetochoren homologer Chromosomen, und die homologen Chromosomen sind in Metaphase I am Mittelpunkt der Zelle angeordnet. In Anaphase I sind die homologen Chromosomen getrennt. In Prometaphase II binden Mikrotubuli an die Kinetochoren von Schwesterchromatiden, und die Schwesterchromatiden sind in der Metaphase II am Mittelpunkt der Zellen angeordnet. In Anaphase II werden die Schwesterchromatiden getrennt.

Telophase I und Zytokinese

In der Telophase erreichen die getrennten Chromosomen entgegengesetzte Pole. Der Rest der typischen Telophasenereignisse kann je nach Art auftreten oder auch nicht. In einigen Organismen bilden sich die Chromosomen und die Kernhüllen um die Chromatiden in Telophase I. In anderen Organismen erfolgt die Zytokinese – die physikalische Trennung der zytoplasmatischen Komponenten in zwei Tochterzellen – ohne Reformation der Kerne. Bei fast allen Tierarten und einigen Pilzen trennt die Zytokinese den Zellinhalt über eine Spaltfurche (Verengung des Aktinrings, die zur zytoplasmatischen Teilung führt). In Pflanzen wird während der Zellzytokinese eine Zellplatte durch Golgi-Vesikel gebildet, die an der Metaphasenplatte fusionieren. Diese Zellplatte führt letztendlich zur Bildung von Zellwänden, die die beiden Tochterzellen trennen.

Zwei haploide Zellen sind das Endergebnis der ersten meiotischen Teilung. Die Zellen sind haploide, weil an jedem Pol nur eines von jedem Paar der homologen Chromosomen vorhanden ist. Daher ist nur ein vollständiger Satz der Chromosomen vorhanden. Aus diesem Grund werden die Zellen als haploide Zellen betrachtet – es gibt nur einen Chromosomensatz, obwohl jedes Homolog immer noch aus zwei Schwesterchromatiden besteht. Denken Sie daran, dass Schwesterchromatiden lediglich Duplikate eines der beiden homologen Chromosomen sind (mit Ausnahme von Änderungen, die während des Übergangs aufgetreten sind). In Meiose II trennen sich diese beiden Schwesterchromatiden und bilden vier haploide Tochterzellen.

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