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Zytogenetik – Oberstufe

Gene, DNA, Chormosomen und Zellteilung: Wie Merkmale vererbt und Gene weitergegeben werden.

Zytogenetik

Womit beschäftigt sich die Zytogenetik?

Bei der Zytogenetik handelt sich um einen Teilbereich der Genetik, bei dem es hauptsächlich um die Chromosomen geht. Auf diesen sind die Erbinformationen gespeichert. In einem Karyogramm werden die Chromosomen geordnet dargestellt. Das typische Aussehen, das charakteristische Bandenmuster und ihre Anzahl werden mit Hilfe von Licht- oder Elektronenmikroskopen analysiert. Dies dient z.B. zur Diagnose von Erbkrankheiten, zur Geschlechtsbestimmung oder zur sicheren Zuordnung eines Individuums zu einer Tier- oder Pflanzenart.

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Grundlagenforschung: Die Chromosomentheorie der Vererbung

Die Prozesse, die bei der Vererbung ablaufen, gehörten lange zu den großen Rätseln der Biologie. Heute ist bekannt, dass die Erbinformationen im Zellkern einer jeder Zelle auf den Chromosomen gespeichert ist, dass die DNA der Träger der Erbinformation ist und dass die Gene dafür verantwortlich sind, in welcher Form Merkmale ausgebildet werden.

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Durch Kreuzungsversuche mit Gartenerbsen und statistische Auswertung fand der Mönch Johann Gregor Mendel vor über 150 Jahren heraus, dass...

  • die Erbanlage für jedes Merkmal zweimal vorhanden ist,
  • dabei eine Erbanlage von der Mutter und eine vom Vater stammt,
  • es dominante und rezessive Merkmale gibt,
  • homozygote (reinerbige) oder heterozygote (mischerbige) Nachkommen entstehen können und
  • dass die einzelnen Erbanlagen unabhängig von einander vererbt werden (Neukombination von Genen).

Seine Erkenntnisse werden als Mendelsche Regeln bezeichnet und der klassischen Genetik zugeordnet. Nachdem Mendels Arbeit in Vergessenheit geriet, wurde sie wiederentdeckt, mit Ergebnissen anderer Forscher verknüpft und schließlich von Boveri und Sutton im Jahre 1903 als Chromosomentheorie der Vererbung veröffentlicht.

Ein weiterer Meilenstein der genetischen Forschung waren die Erkenntnisse von Thomas Hunt Morgan, der durch Experimente mit Fruchtfliegen (Drosophila Melanogaster) die grundlegende Struktur der Chromosomen erkannte.

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Nachdem durch verschiedene Experimente zahlreicher Biologen sicher war, dass der Träger der Erbinformation die DNA (Desoxyribonukleinacid) ist, befassten sich Francis Crick und James Watson mit deren molekularen Struktur und erstellten das Modell der DNA-Doppelhelix.

Der Zellzyklus

Bei der Teilung von Körperzellen, die z.B. für Wachstums- und Erneuerungsprozesse notwendig ist, wird auch die gesamte Erbinformation an die neu entstehenden Zellen weitergegeben. Das bedeutet, dass vor der Zellteilung das genetische Material verdoppelt werden muss. Dies alles geschieht im Laufe des Zellzyklus.

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Der Zellzyklus im Detail besteht aus der Kernteilung (Mitose) und der Interphase. Die Mitose lässt sich in verschiedene Phasen einteilen:

  • Prophase: Zusammenziehen der Chromosomen, Auflösung des Kernkörperchens und der Kernmembran, Bildung der Spindelfasern.
  • Metaphase: Weitere Spiralisierung der Chromosomen, Anheftung der Spindelfasern an die Centromere (Verbindungsstelle der beiden Chromatiden, aus denen das Chormosom besteht). In diesem Stadium können die Chromosomen für ein Karyogramm verwendet werden.
  • Anaphase: Trennung der Chromatiden und Bewegung der Chromatiden an die entgegengesetzten Pole. Abbau der Spindelfasern.
  • Telophase: Entspiralisierung der Chromatiden, Ausbildung zweier Zellkerne mit Membran und Kernkörperchen. Teilung der Zelle, z.B. durch Ausbildung zweier Membranen (Cytokinese).

Auf die Mitose folgt die Interphase, die sich wiederum in drei Phasen einteilen lässt: Mittelpunkt der G1-Phase ist die Proteinsynthese und das Wachstum. In der S-Phase erfolgt die DNA-Verdopplung. In der G2-Phase findet eine Ruhephase statt. Danach ist die Zelle bereit für eine weitere Zellteilung. Es gibt auch Zellen, die sich nicht mehr teilen. Sie gehen nach der Mitose in die G0-Phase über.

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