Mitose und Meiose sind zwei Arten der Zellteilung. Die Mitose erzeugt zwei Zellen mit demselben Chromosomensatz wie die Mutterzelle: Sie dient dem Wachstum und der Geweberegeneration. Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungen, die vier Zellen mit einem halbierten Chromosomensatz hervorbringen: So entstehen Geschlechtszellen. Auf dieser Seite findest du die Phasen der Mitose und Meiose in der richtigen Reihenfolge, den Chromosomen- und DNA-Satz in jeder Phase, Crossing-over und Konjugation, eine Vergleichstabelle sowie ein Quiz zur Selbstüberprüfung.
Zellzyklus und Interphase
Eine Zelle teilt sich nicht ununterbrochen. Ihr Zellzyklus umfasst die Zeit von der Entstehung der Zelle bis zu ihrer eigenen Teilung und besteht aus zwei ungleichen Teilen: der langen Interphase (Vorbereitung) und der kurzen Teilung.
Die Interphase wird in drei Phasen unterteilt:
- G1, präsynthetische Phase — die Zelle wächst, synthetisiert Proteine und vergrößert ihr Zytoplasma und ihre Organellen;
- S, Synthesephase — hier findet die DNA-Replikation statt: Jedes Chromosom bildet eine zweite Chromatide aus;
- G2, postsynthetische Phase — die Zelle speichert Energie, verdoppelt die Zentriolen und bereitet Proteine für den Spindelapparat vor.
Das Wichtigste zum Merken: Die DNA-Verdopplung findet in der Interphase statt, noch vor Beginn der Teilung. Sowohl Mitose als auch Meiose starten bereits mit verdoppeltem Material — mit einem Satz von 2n4c. Die Interphase selbst wird dabei weder als Phase der Mitose noch der Meiose gezählt.
In der Interphase sind Chromosomen nicht einmal unter dem Mikroskop sichtbar: Sie sind entspiralisiert und liegen im Kern als Chromatin vor. Wie Zellkern, Chromosomen und das Zentrosom, von dem die Spindelfasern ausgehen, aufgebaut sind, wird im Material über den Aufbau pflanzlicher und tierischer Zellen detailliert erklärt.
Was bedeutet 2n2c: Wie man Chromosomen und DNA zählt
In Schreibweisen wie 2n4c steht der Buchstabe n für die Anzahl der Chromosomen und der Buchstabe c für die Menge der DNA (genauer: die Anzahl der Chromatiden). Der haploide Satz ist n, der diploide 2n. Die Schreibweise 2n2c liest man so: „diploider Chromosomensatz, jedes Chromosom besteht aus einer Chromatide“, und 2n4c als „diploider Satz, jedes Chromosom besteht aus zwei Chromatiden“.
Der häufigste Fehler ist, Chromosomen anhand der Chromatiden zu zählen. Nach der Verdopplung sieht ein Chromosom wie zwei Stäbchen aus, aber es ist ein Chromosom: Beide Chromatiden hängen an einem Zentromer. Die Anzahl der Chromosomen entspricht der Anzahl der Zentromere.
Beim Menschen gilt 2n = 46. Das bedeutet, in der G1-Phase befinden sich in der Zelle 46 Chromosomen und 46 DNA-Moleküle (2n2c). Nach der S-Phase sind es immer noch 46 Chromosomen, aber bereits 92 DNA-Moleküle (2n4c). Erst in der Anaphase der Mitose, wenn sich die Zentromere teilen, steigt die Anzahl der Chromosomen auf 92 — jeweils 46 an jedem Pol.
Phasen der Mitose: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase
Die vier Phasen der Mitose Schritt für Schritt, mit Chromosomen- und DNA-Satz in jeder Phase, findest du im Schema unten. Hier klären wir drei Fragen, bei denen man am häufigsten stolpert.
Warum in der Anaphase plötzlich 4n4c? Solange die Zelle intakt ist, enthält sie doppelt so viele Chromosomen, wie jede Tochterzelle haben wird: Die Zentromere haben sich geteilt und jede Chromatide ist zu einem eigenständigen Chromosom geworden. Der Satz wird jedoch sowohl für die gesamte Zelle (4n4c) als auch pro Pol (2n2c) angegeben — schau in Aufgaben immer genau darauf, wonach gefragt ist.
Warum werden Chromosomen in der Metaphase gezählt? Genau hier sind sie maximal spiralisiert und in einer Reihe angeordnet — sie sind sichtbar und können gezählt werden. Deshalb wird der Karyotyp anhand von Metaphase-Platten untersucht.
Womit endet die Teilung? Die Teilung des Zytoplasmas nennt man Zytokinese. Bei Pflanzenzellen verläuft sie anders als bei tierischen Zellen: Die Zellplatte wächst von innen nach außen, da die starre Zellwand verhindert, dass sich die Zelle einfach in der Mitte einschnürt.
Meiose I: Konjugation, Crossing-over und Trennung der Homologen
Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilungen nach nur einer einzigen DNA-Verdopplung. Die erste Teilung nennt man Reduktionsteilung: Genau hier wird die Anzahl der Chromosomen halbiert. Die Reihenfolge der Phasen und die Sätze findest du im Schema unten.
Warum wird der Satz genau hier reduziert? Die Chromatiden wandern in der Anaphase I nicht auseinander — es trennen sich ganze Chromosomen, daher befindet sich am Pol ein haploider Satz aus Zwei-Chromatiden-Chromosomen: n2c, nicht nc. Ein-Chromatiden-Chromosomen werden sie erst nach der zweiten Teilung.
Wozu dienen Konjugation und Crossing-over? Ein Paar angenäherter Homologer (Bivalent) besteht aus zwei Chromosomen und vier Chromatiden. Der Austausch von Abschnitten zwischen Nicht-Schwesterchromatiden vermischt mütterliche und väterliche Gene innerhalb eines Chromosoms — daraus entsteht die genetische Variabilität.
Der Zufall, der viel entscheidet. Jedes Paar homologer Chromosomen richtet sich unabhängig von den anderen zu den Polen aus. Beim Menschen ergibt das 2²³ ≈ 8,4 Millionen Kombinationsmöglichkeiten noch vor jedem Crossing-over.
Zwischen den Teilungen findet eine kurze Interkinese statt — und in dieser gibt es keine Synthesephase: Die DNA wird kein zweites Mal verdoppelt.
Meiose II: Trennung der Chromatiden
Die zweite Teilung der Meiose nennt man Äquationsteilung — sie verläuft nach den Regeln der Mitose, jedoch in einer haploiden Zelle. Die Phasen mit den Sätzen findest du im Schema unten.
Was man hier verstehen muss. In der Äquatorialebene ordnen sich einzelne Chromosomen an, keine Bivalente: Die Homologen haben niemanden, mit dem sie konjugieren könnten, sie haben sich in der vorherigen Teilung getrennt. Die Zentromere teilen sich diesmal — die Schwesterchromatiden wandern auseinander.
Warum sind alle vier Zellen unterschiedlich? Zuerst hat das Crossing-over Abschnitte zwischen Nicht-Schwesterchromatiden zweier Homologer ausgetauscht, und dann haben sich die Homologen selbst durch zufällige Kombinationen auf die Zellen verteilt. Deshalb erzeugt die Meiose keine Kopien, sondern jedes Mal einen neuen Gensatz — darauf basiert die Vielfalt der Nachkommen.
Chromosomen- und DNA-Satz nach Phasen der Mitose und Meiose
Aufgaben wie „Wie viele Chromosomen und DNA-Moleküle sind in dieser Phase vorhanden?“ lassen sich mechanisch lösen, wenn man nur zwei Regeln im Kopf behält: Die DNA-Menge nimmt nur in der S-Phase zu, und die Anzahl der Chromosomen ändert sich nur dort, wo Chromatiden auseinandergehen. Unten findest du den Satz für jede Phase.
| Phase | Chromosomen und DNA |
|---|---|
| Interphase | |
| Präsynthetische Phase (G1) | 2n2cChromosomen Ein-Chromatiden |
| Synthesephase (S) | 2n4cDNA verdoppelt |
| Postsynthetische Phase (G2) | 2n4cVorbereitung auf Teilung |
| Mitose | |
| Prophase | 2n4c |
| Metaphase | 2n4cChromosomen am Äquator |
| Anaphase | 4n4cChromatiden getrennt, am Pol 2n2c |
| Telophase | 2n2cin jeder der zwei Zellen |
| Meiose I | |
| Prophase I | 2n4cKonjugation und Crossing-over |
| Metaphase I | 2n4cBivalente am Äquator |
| Anaphase I | 2n4cHomologe getrennt, am Pol n2c |
| Telophase I | n2cin jeder der zwei Zellen |
| Meiose II | |
| Prophase II | n2c |
| Metaphase II | n2cChromosomen einzeln am Äquator |
| Anaphase II | 2n2cChromatiden getrennt, am Pol nc |
| Telophase II | ncin jeder der vier Zellen |
Unterschiede Mitose und Meiose: Vergleichstabelle
Die beiden Teilungsarten haben einiges gemeinsam: Beide finden nach der DNA-Verdopplung in der Interphase statt, beide haben die gleichen Phasenbezeichnungen, beide nutzen den Spindelapparat und enden mit der Teilung des Zytoplasmas. Deshalb ist es in der Antwort sinnvoll, zuerst die Gemeinsamkeiten zu nennen und dann die Unterschiede anhand der Tabelle aufzuführen.
| Merkmal | Mitose | Meiose |
|---|---|---|
| Anzahl der Teilungen | Mitose: eine | Meiose: zwei aufeinanderfolgend — Meiose I und Meiose II |
| Anzahl der entstehenden Zellen | Mitose: zwei | Meiose: vier |
| Satz der Tochterzellen | Mitose: 2n — wie die Mutterzelle | Meiose: n — halbiert, haploid |
| Konjugation und Crossing-over | Mitose: nein | Meiose: ja, in der Prophase I |
| Was steht in der Metaphase am Äquator | Mitose: einzelne Chromosomen in einer Reihe | Meiose: in Metaphase I — Bivalente in zwei Reihen, in Metaphase II — einzelne Chromosomen |
| Was trennt sich in der Anaphase | Mitose: Schwesterchromatiden | Meiose: in Anaphase I — ganze homologe Chromosomen, in Anaphase II — Chromatiden |
| Prophase | Mitose: kurz und einfach | Meiose: Prophase I lang und komplex |
| Genetisches Ergebnis | Mitose: Zellen mit demselben Gensatz wie die Mutterzelle | Meiose: Zellen mit neuen Genkombinationen, alle unterschiedlich |
| Wo findet sie statt | Mitose: in somatischen Zellen: Wachstum, Erneuerung und Geweberegeneration, ungeschlechtliche Fortpflanzung | Meiose: bei der Bildung von Geschlechtszellen bei Tieren und Sporen bei Pflanzen |
Biologische Bedeutung von Mitose und Meiose
Die Bedeutung der Mitose liegt in der Genauigkeit. Tochterzellen erhalten exakt denselben Chromosomen- und Gensatz wie die Mutterzelle, daher sorgt die Mitose für:
- Wachstum des Organismus und Zunahme der Zellzahl;
- Erneuerung von Gewebe und Heilung von Verletzungen (Regeneration);
- Furchung der Zygote nach der Befruchtung;
- ungeschlechtliche und vegetative Fortpflanzung — von der Teilung einer Amöbe bis zur Vermehrung einer Pflanze durch Stecklinge.
Die Bedeutung der Meiose liegt in zwei Dingen gleichzeitig.
Erstens: Konstanz der Chromosomenzahl der Art. Wären Geschlechtszellen diploid, würde sich die Chromosomenzahl bei jeder Befruchtung verdoppeln. Die Meiose halbiert den Satz, und bei der Verschmelzung der Gameten (n + n) erhält die Zygote wieder den diploiden Satz 2n.
Zweitens: Kombinationsvariabilität. Neue Genkombinationen entstehen dreifach: beim Crossing-over in der Prophase I, bei der zufälligen und unabhängigen Trennung der Homologen in der Anaphase I und bei der zufälligen Begegnung der Gameten während der Befruchtung. Allein durch die unabhängige Trennung kann ein Mensch 2 hoch 23 — mehr als acht Millionen — verschiedene Gameten bilden. Genau diese Vielfalt liefert das Material für die natürliche Selektion.
Bei Tieren findet die Meiose bei der Bildung von Geschlechtszellen in den Keimdrüsen statt, bei Pflanzen bei der Bildung von Sporen.
Aufgabenanalyse
Beispiel 1. Wie viele Chromosomen und DNA in verschiedenen Phasen der Mitose
Aufgabe: Bei der Fruchtfliege gilt 2n = 8. Bestimme die Anzahl der Chromosomen und DNA-Moleküle in der Prophase, Anaphase und Telophase der Mitose.
Schritt 1. Ausgangspunkt. Vor der Teilung, in der G1-Phase, ist der Satz 2n2c: 8 Chromosomen und 8 DNA-Moleküle. In der S-Phase wurde die DNA verdoppelt, es sind 2n4c — weiterhin 8 Chromosomen, aber 16 DNA-Moleküle.
Schritt 2. Prophase. Nichts trennt sich, der Satz bleibt gleich: 8 Chromosomen, 16 DNA-Moleküle (2n4c).
Schritt 3. Anaphase. Die Zentromere haben sich geteilt, jede Chromatide wurde zu einem eigenständigen Chromosom: Es sind nun 16 Chromosomen, 16 DNA-Moleküle (4n4c). An jedem Pol befinden sich dabei 8 Chromosomen.
Schritt 4. Telophase. Das Zytoplasma teilt sich, und in jeder der zwei jungen Zellen befinden sich 8 Chromosomen und 8 DNA-Moleküle (2n2c).
Logikprüfung: Die Anzahl der DNA-Moleküle ist während der Mitose selbst kein einziges Mal gestiegen — sie hat sich nur zwischen den Zellen halbiert.
Beispiel 2. Satz in den Phasen der Meiose
Aufgabe: Bei Mais gilt 2n = 20. Wie viele Chromosomen und DNA-Moleküle sind in der Zelle am Ende der Telophase I und am Ende der gesamten Meiose vorhanden?
Schritt 1. Vor der Meiose wurde die DNA verdoppelt: 20 Chromosomen und 40 DNA-Moleküle (2n4c).
Schritt 2. Anaphase I. Zu den Polen wandern ganze Homologe, die Zentromere teilen sich nicht. An jedem Pol sammeln sich 10 Chromosomen, und jedes besteht aus zwei Chromatiden.
Schritt 3. Ende der Telophase I. In jeder der zwei Zellen sind 10 Chromosomen und 20 DNA-Moleküle (n2c).
Schritt 4. Meiose II. Eine DNA-Verdopplung gab es nicht, daher trennen sich in der Anaphase II einfach die Chromatiden. Am Ende der Meiose entstehen vier Zellen, in jeder sind 10 Chromosomen und 10 DNA-Moleküle (nc).
Antwort: nach der ersten Teilung 10 Chromosomen und 20 DNA-Moleküle; nach der zweiten — 10 Chromosomen und 10 DNA-Moleküle.
Beispiel 3. Teilung anhand der Beschreibung bestimmen
Aufgabe: „In der Zelle sind 12 Strukturen sichtbar, von denen jede aus vier Chromatiden besteht. Sie haben sich am Äquator in zwei Reihen angeordnet.“ Welche Teilung und welche Phase ist das? Wie lautet der Ausgangssatz der Zelle?
Schritt 1. Eine Struktur aus vier Chromatiden ist ein Bivalent, also ein Paar angenäherter homologer Chromosomen. Bivalente gibt es nur in der Meiose: Die Konjugation fand in der Prophase I statt.
Schritt 2. Bivalente stehen am Äquator in zwei Reihen — das bedeutet, die Phase ist Metaphase I.
Schritt 3. Ein Bivalent besteht aus zwei Chromosomen. Es gibt 12 Bivalente, also 24 Chromosomen, und der Ausgangssatz der Zelle ist 2n = 24. DNA-Moleküle sind in dieser Phase 48 vorhanden (2n4c).
Antwort: Metaphase der Meiose I, 2n = 24, Zellsatz 2n4c.
Wie man Fehler vermeidet: Stünden am Äquator einzelne Zwei-Chromatiden-Chromosomen in einer Reihe, wäre dies eine Metaphase der Mitose (bei 2n) oder eine Metaphase II (bei haploidem Satz).
Häufige Fehler
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Man glaubt, die DNA würde in der Prophase, kurz vor der Teilung, verdoppelt.
Die Verdopplung (Replikation) der DNA erfolgt in der S-Phase der Interphase, lange vor der Prophase. Sowohl Mitose als auch Meiose beginnen bereits mit einem 2n4c-Satz.
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Man zählt Chromosomen anhand der Chromatiden: Man sieht 46 Zwei-Chromatiden-Chromosomen und schreibt „92 Chromosomen“.
Die Anzahl der Chromosomen entspricht der Anzahl der Zentromere. Solange Chromatiden durch ein Zentromer verbunden sind, ist es ein Chromosom: 46 Chromosomen und 92 DNA-Moleküle. Es werden erst 92 Chromosomen, wenn sich die Zentromere in der Anaphase teilen.
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Man schreibt, dass sich in der Anaphase der Mitose homologe Chromosomen trennen.
In der Anaphase der Mitose trennen sich Schwesterchromatiden desselben Chromosoms. Homologe Chromosomen trennen sich nur ein einziges Mal während der gesamten Teilung — in der Anaphase I der Meiose.
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Man denkt, dass sich die DNA vor der zweiten Teilung der Meiose noch einmal verdoppelt.
In der Interkinese gibt es keine Synthesephase. Eine DNA-Verdopplung — zwei Teilungen: Genau deshalb halbiert sich der Satz am Ende.
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Man ordnet das Crossing-over der Mitose oder der Metaphase I zu.
Das Crossing-over findet in der Prophase I der Meiose statt, wenn Homologe im Bivalent verbunden sind (Konjugation). In der Mitose konjugieren Homologe nicht, daher gibt es darin kein Crossing-over.
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Man schreibt, dass die Meiose vier identische Zellen erzeugt und die Chromosomenzahl in jeder der zwei Teilungen halbiert wird.
Der Satz wird nur in der ersten Teilung halbiert — sie heißt deshalb Reduktionsteilung. Die zweite Teilung halbiert die Chromosomenzahl in der Zelle nicht, sie trennt die Chromatiden. Und die entstandenen vier Zellen sind genetisch unterschiedlich: Crossing-over und die zufällige Trennung der Homologen geben ihnen verschiedene Genkombinationen.
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Man nennt die Interphase die erste Phase der Mitose.
Die Interphase ist Teil des Zellzyklus, nicht eine Phase der Teilung. Die Mitose hat vier Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase. Aber Aufgaben zum Zählen von Chromosomen lassen sich ohne Interphase nicht lösen: Genau in ihrer S-Phase wird der Satz zu 2n4c.
Fragen und Antworten
Was unterscheidet Mitose von Meiose, kurz gefasst?
Mitose — eine Teilung, aus einer Zelle entstehen zwei mit dem ursprünglichen 2n-Satz und demselben Gensatz. Meiose — zwei aufeinanderfolgende Teilungen nach einer DNA-Verdopplung, es entstehen vier Zellen mit haploidem n-Satz, und alle unterscheiden sich in ihrer Genkombination. Außerdem gibt es nur in der Meiose Konjugation und Crossing-over, und in der Anaphase I trennen sich ganze homologe Chromosomen, nicht Chromatiden.
Wie viele Zellen entstehen bei Mitose und Meiose?
Bei der Mitose — zwei Zellen mit 2n2c-Satz. Bei der Meiose — vier Zellen mit nc-Satz. Daher auch der Unterschied in der Bestimmung: Mitose erhöht die Anzahl identischer Zellen, Meiose bereitet Geschlechtszellen vor.
In welcher Phase findet das Crossing-over statt?
In der Prophase der ersten Teilung der Meiose. Crossing-over ist der Austausch gleicher Abschnitte zwischen Nicht-Schwesterchromatiden homologer Chromosomen. Er ist nur möglich, wenn Homologe im Bivalent angenähert sind, also nach der Konjugation.
Was ist Chromosomenkonjugation und ein Bivalent?
Konjugation ist die paarweise Annäherung homologer Chromosomen über ihre gesamte Länge in der Prophase I der Meiose. Das entstandene Paar nennt man Bivalent: Es enthält zwei Chromosomen und vier Chromatiden (deshalb nennt man es manchmal Tetrade). In der Metaphase I ordnen sich am Äquator genau diese Bivalente an, nicht einzelne Chromosomen.
Warum schreibt man in der Anaphase der Mitose den Satz als 4n4c?
Weil sich die Zentromere geteilt haben und jede ehemalige Chromatide zu einem eigenständigen Chromosom geworden ist. DNA-Moleküle sind genauso viele geblieben (4c), aber die Chromosomen sind vorübergehend doppelt so viele — 4n. Sobald sich das Zytoplasma teilt, befindet sich in jeder der zwei Zellen der normale Satz 2n2c.
Wo im Organismus findet Mitose statt, wo Meiose?
Mitose findet in somatischen Zellen statt: in Wachstumszonen, in der Haut, in der Darmschleimhaut, im Knochenmark, bei der Wundheilung. Meiose findet bei Tieren in den Keimdrüsen bei der Bildung von Geschlechtszellen statt, bei Pflanzen bei der Bildung von Sporen.
Gehört die Interphase zur Mitose?
Nein. Die Interphase ist die Vorbereitung auf die Teilung und Teil des Zellzyklus. Die Mitose hat vier Phasen: Prophase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Aber Aufgaben zum Zählen von Chromosomen lassen sich ohne Interphase nicht lösen: Genau in ihrer S-Phase wird der Satz zu 2n4c.
