Anaphase Definition
Die Anaphase ist ein Stadium während der eukaryotischen Zellteilung, in dem die Chromosomen auf die gegenüberliegenden Pole der Zelle aufgeteilt werden. Im Stadium vor der Anaphase, der Metaphase, werden die Chromosomen auf die Metaphasenplatte in der Mitte der Zelle gezogen. Obwohl die Chromosomen zu Beginn der Zellteilung stark kondensiert waren, kondensieren sie während der Anaphase weiter. Die Anaphase beginnt, nachdem die Zelle den Kontrollpunkt der Spindelbildung passiert hat, der die Trennung der Chromosomen oder Chromatiden ermöglicht. Da sich die Mikrotubuli, die die Chromosomen mit den Zentrosomen verbinden, verkürzen, werden die Chromosomen in Richtung des Zentrosoms gezogen, bis sie einen Halbkreis um dieses bilden. In der nächsten Phase der Zellteilung, der Telophase, formt die Zelle den Zellkern um und bereitet sich auf die Teilung vor.
Der Kontrollpunkt für die Spindelbildung tritt ein, bevor die Anaphase beginnen kann. Dieser zelluläre Mechanismus stellt sicher, dass alle Chromosomen mit Mikrotubuli verbunden und auf der Metaphaseplatte ausgerichtet sind. Sobald dieser Schritt erfolgt ist, setzt die Zelle ein Signal frei, das den Anaphase Promoting Complex (APC) erzeugt, eine Substanz, die den Prozess der Teilung homologer Chromosomen oder Schwesterchromatiden in Gang setzt, je nachdem, welcher Zellzyklus gerade stattfindet. Der APC baut, wie in der Grafik unten zu sehen, Securin ab, ein hemmendes Molekül, das die Wirkung der Separase stoppt. Sobald die Separase freigesetzt ist, kann sie auf die Cohesine einwirken, die die Chromatiden zusammenhalten. Cohesine sind Makromoleküle, die aus mehreren Proteinen bestehen. Wenn diese Proteine durch Separase abgebaut werden, lösen sich die Chromatiden voneinander. In der ersten Teilung der Meiose werden homologe Chromosomen durch Cohesine zusammengehalten, die während der Anaphase I zerfallen.
Die Mikrotubuli bleiben am Kinetochor befestigt, nachdem die Cohesine zerfallen sind. Die Kinetochor-Mikrotubuli schrumpfen dann in Richtung der Zentrosomen (nicht abgebildet), wodurch die Chromosomen auseinandergezogen werden. Mikrotubuli, die nicht zum Kinetochor gehören, wachsen in die entgegengesetzte Richtung, wodurch sich die Zelle ausdehnt und die Chromatiden weiter voneinander getrennt werden. Herkömmlicherweise werden die Schwesterchromatiden nach ihrer Trennung als Schwesterchromosomen bezeichnet, da sie die gleichen Informationen enthalten und in ihren neuen Zellen unabhängig voneinander funktionieren werden. Nach der vollständigen Trennung der Chromosomen bildet sich eine Kernhülle, und das Zytoplasma wird in den letzten Schritten der Zellteilung geteilt.
Anaphase in der Mitose
Mitose ist der Prozess, den Zellen nutzen, um exakte Kopien von sich selbst herzustellen. Durch die Mitose entstehen aus einer Elternzelle zwei neue Tochterzellen, die mit der Elternzelle identisch sind. Vor der Mitose werden die Chromosomen, die die DNA enthalten, repliziert, und die replizierten Schwesterchromatiden bleiben miteinander verbunden. Vor der Anaphase werden die Chromosomen kondensiert, die Spindelfasern bilden sich aus Mikrotubuli, und die Chromosomen richten sich auf der Metaphasenplatte aus. Die Schwesterchromatiden beginnen sich zu Beginn der Anaphase zu trennen, wenn die Separase beginnt, das Kohäsin, das sie zusammenhält, zu brechen. Die Anaphase endet mit dem Beginn der Telophase und der Zytokinese, wenn sich die Kernhülle zurückbildet und die Chromosomen beginnen, sich abzuwickeln. Sobald sie sich gelöst haben und die Zellen geteilt wurden, können sie wieder eigenständig arbeiten. Dies markiert das Ende der Zellteilung und den Beginn der Interphase.
Anaphase in der Meiose
Anaphase I
Die Meiose besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zellteilungen, bei denen keine DNA-Replikation dazwischen stattfindet. Das bedeutet, dass ein diploider Organismus, der zwei Allele für jedes Gen enthält, zu einem haploiden Organismus mit nur einem Allel für jedes Gen reduziert wird. Diese Allele werden während der Anaphase I getrennt. Vor der Meiose wird die DNA verdoppelt, wodurch wiederum Schwesterchromatiden entstehen, die als einzelne Chromosomen aneinander gebunden sind. Diese Chromosomen haben homologe Paare, die die anderen Allele für die Gene auf dem Chromosom enthalten. Auch diese Chromosomen werden zu Schwesterchromatiden dupliziert. Während der Meiose I werden die homologen Chromosomen getrennt.
Die homologen Chromosomen werden während der Prophase I der Meiose durch ähnliche Kohäsinmoleküle zusammengebunden, die die Schwesterchromatiden verbinden. Wenn sich die meiotische Spindel während der Metaphase I aufbaut, sorgt die Zelle dafür, dass jedes homologe Paar an Mikrotubuli auf beiden Seiten der Zelle befestigt wird. Diese Mikrotubuli ziehen dann aneinander, um die homologen Paare zur Metaphasenplatte zu bewegen. Während der Zeit, in der die Paare miteinander verbunden sind, können sie in einem Prozess, der als Rekombination bezeichnet wird, genetische Informationen austauschen. Wenn die homologen Paare während der Anaphase I getrennt werden, werden die DNA-Variationen für verschiedene Zellen bestimmt, was die Variabilität in der Genetik einer Population sicherstellt.
Anaphase II
Die Meiose wird mit einer zweiten Teilung jeder neuen Tochterzelle abgeschlossen. Dabei laufen die gleichen Phasen ab, diesmal aber in einer Weise, die der Mitose ähnlicher ist. Die Chromosomen, die immer noch aus Schwesterchromatiden bestehen, richten sich auf der Metaphasenplatte aus und müssen einen Kontrollpunkt passieren, um zur Anaphase II überzugehen. Zu Beginn der Anaphase II werden die Schwesterchromatiden getrennt, wenn das sie verbindende Kohäsin freigesetzt wird. Die Kopien des Chromosoms werden dann an ihren endgültigen Bestimmungsort getrennt. Aus diesen neuen Zellen entstehen Gameten, die eine Gamete des anderen Geschlechts befruchten können, um einen neuen Nachkommen zu erzeugen.
Wenn die zellulären Kontrollpunkte, die zur Anaphase I oder Anaphase II führen, versagen, führt dies dazu, dass zu viele Kopien eines Chromosoms (oder vieler) in der endgültigen Gamete vorhanden sind. Dieser Zustand, der als Nondisjunktion bezeichnet wird, kann bei vielen sich sexuell fortpflanzenden Tieren zu tödlichen Geburtsfehlern und anderen Symptomen führen. Beim Menschen gehören zu diesen Erkrankungen das Down-Syndrom, das Edwards-Syndrom, das Klinefelter-Syndrom und das Turner-Syndrom. Diese Syndrome haben eine Vielzahl von Entwicklungssymptomen, die zu Phänotypen führen, die sich vom Durchschnitt unterscheiden.
- Nondisjunction – Ein Zustand, der durch das Versagen der Chromosomen verursacht wird, sich während einer der beiden Teilungen der Meiose zu trennen.
- Zytokinese – Das letzte Stadium der Mitose oder Meiose, in dem sich die Zellmembran teilt.
- Anaphase Promoting Complex – Das System von Proteinen, Coenzymen und anderen Molekülen, die es der Separase ermöglichen, die Kohäsinmoleküle abzubauen, was zur Trennung der Chromosomen führt.
- Kohäsin – Die Proteinmoleküle, die Schwesterchromatiden oder homologe Chromosomen miteinander verbinden.
Quiz
1. Eine Zelle befindet sich in der Mitose. Die Chromosomen haben sich getrennt und bewegen sich zu ihren neuen Kernen, aber die Kernhüllen haben sich nicht neu gebildet. In welchem Stadium befindet sich die Zelle?
A. Prophase
B. Anaphase
C. Telophase
2. Die Anaphase verläuft unglaublich schnell. Der gesamte Vorgang macht nur 1 % eines Zellzyklus aus. Warum werden die Chromosomen bei dieser heftigen Bewegung nicht auseinandergerissen?
A. Die kondensierte DNA ist besser vor Schäden geschützt
B. Lange DNA-Abschnitte, Telomere genannt, schützen die Enden der DNA
C. Sowohl A als auch B
3. Hefe ist ein einzelliger eukaryontischer Organismus. Eine Hefe durchläuft gerade die Mitose und befindet sich in der Anaphase. Wie viele Organismen sind jetzt vorhanden, und wie viele werden es nach der Zytokinese sein?
A. 2 ; 4
B. 1 ; 1
C. 1 ; 2