Übungen zu Zellzyklus, Mitose,Meiose (inkusive Lösungen) PDF

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Übungsaufgaben zu Zellzyklus, Mitose, Meiose

1. Übungsaufgaben zu Chromosomensatz und DNA-Menge Wie verhalten sich die Größen n und c in Mitose und Meiose? Verdeutlichen Sie diese anhand einer Diagrammzeichnung und erklären sie die Unterschiede mit Bezug zu den Zielen der jeweiligen Teilung.

Erst liegt eine Gamte vor, n und c liegen bei 1, da Gameten haploid sind und nur 1-SchwesterChromatid-Chromosmen beinhalten. Wenn die Gamete befruchtet wird, verdoppelt sich n, da durch die Befruchtung ein zweiter Chromosomensatz (der des anderen Elternteils) hinzukommt und damit verdoppelt sich natürlich auch c (weil jetzt einfach doppelt so viel Chromosomenmaterial vorliegt). n und c liegen jetzt bei 2. Die befruchtete Zygote ist jetzt diploid und begibt sich in den Zellzyklus, in dem sich der Chromosomensatz nie ändert. (n bleibt hier konstant, die Zelle bleibt während der Mitose immer diploid (n=2), da die Homöostase der genetischen Information gewährleistet werden muss) Wenn die Zelle in die S-Phase tritt, wird das Genom repliziert, also verdoppelt (es entstehen 2-Schwester-Chromatid-Chromosomen), das heißt, dass auch c sich verdoppelt (c liegt dann nach der S-Phase bei 4). In der Anaphase der Mitose werden die 2-SchwesterChromatid-Chromosomen dann durch den Spindelfaserapparat getrennt, die Tochterzellen, die entstehen, haben also wieder nur 1-Schwester-Chromatid-Chromosom, sind aber immer noch diploid (2n und 2c). Das Spiel von Verdopplung und Halbierung von c passiert in jedem

Zellzyklus, während n wie gesagt konstant bei 2 bleibt (diploid). Dieser Mechanismus entspricht dem Ziel der Meiose, dass genetisch identische Tochterzellen entstehen. Bei der Meiose, der Reduktionsteilung, ist es freilich anders. Das Endergebnis ist, wie es überall nachzulesen ist, dass n halbiert und c geviertelt wird. Aber auch hier sollten Sie unbedingt die einzelnen Phasen und das, was auf Zellebene passiert, nachvollziehen und verstehen können: Vor der Meiose durchläuft die diploide Zelle eine S-Phase, das heißt im Zellkern liegen danach homologe Chromosomenpaare (eins von maternaler/eins von paternaler Seite) als 2-SchwesterChromatid-Chromosomen vor (also 2n und 4c). Besonders wichtig ist jetzt, dass die Meiose ja aus zwei Teilungen besteht! In der ersten Reifeteilung ordnen sich die homologen Chromosomen an der Äquatorialebene und werden getrennt. Die Folge ist, dass der Chromosomensatz halbiert wird: jede entstandene Tochterzelle enthält jetzt nur noch maternale oder paternale Information, ist also bereits haploid (n=1). c hat sich damit zwangsläufig auch halbiert, da ja auch die Gesamtmenge an Chromosomenmaterial aufgeteilt wurde (so wie sie bei der Befruchtung auch verdoppelt wird), also sinkt c nach der 1. Reifeteilung zunächst auf 2 (die Chromosomen liegen ja immer noch als 2-Schwester-Chromatid-Chromosomen vor). In der 2. Reifeteilung werden diese dann wiederum getrennt und es entstehen die 4 haploiden Gameten mit je 1-Schwester-Chromatid-Chromosomen. Erst am Ende der 2. Reifeteilung liegen sowohl c als auch n bei 1. Die Reduktion passt zum Ziel der Meiose, da der Chromosomensatz halbiert werden muss, bevor eine neue Befruchtung möglich ist.

2. Übungsaufgabe zu Mitose/Meiose Die

unten

dargestellten

Bilder

zeigen

Metaphasen

hypothetischer

diploider

Beispielorganismen. Bestimmen Sie anhand der Zeichnung für jedes Bild, ob es sich um eine Zelle in der Meiose I/II oder in der Mitose handelt, begründen Sie ihre Entscheidung.

Von links nach rechts: 1.) Meiose

(Metaphase

I);

Indizien:

Gonosom

(XY),

Paarung

homologer

Chromosomen, Crossig over erkennbar 2.) Mitose; Indizien: Anordnung der 2-Schwesterchromatid-Chromosomen an der Äquatorialebene, keine intrachromosomale Rekombination erkennbar 3.) Meiose (Metaphase II); Indizien: Anordnung der 2-SchwesterchromatidChromosomen an der Äquatorialebene, intrachromosomale Rekombination erkennbar

3. Übungsaufgaben zur Rekombination 3.1 Wie viele verschiedene Gametentypen können von Individuen mit folgenden Genotypen gebildet werden? AaBb, AaBB, AaBbCc, AaBBcc, AaBbcc, AaBbCcDdEe

Um schnell die Anzahl an möglichen Gametentypen herauszufinden, kann man die Zahl der Allele^Anzahl heterozygoter Ausprägungen rechnen: AaBb  2 ^ 2 = 4 AaBB  2 ^1 = 2 AaBbCc  2 ^3 = 8 AaBBcc  2 ^ 1 =2 AaBbcc  2 ^2 = 4 AaBbCcDdEe  2 ^5 = 32

3.2 Zwei Gene (A und B) liegen auf einem Chromosom gekoppelt vor, in der Meiose findet durchschnittlich in 12 Prozent aller Fälle ein Crossing-Over zwischen diesen beiden Genorten

im Bivalent statt: Wie viele Nachkommen mit dem Phänotyp A,b erwarten Sie als Ergebnis einer Testkreuzung?

Unter der Annahme folgender Kopplung: P:

𝑨𝑩 𝒂𝒃

𝒙

𝒂𝒃 𝒂𝒃

Aus 12 % C.O.-Ereignissen im Bivalent (zwei-Chromatid-Chromosomen!) resultieren 6 % nicht-rekombinierte und 6 % rekombinierte Gameten: Je eine Hälfte mit dem einen, die andere mit dem anderen rekombinanten/unrekombinanten Phänotypen. Da es sich um eine Testkreuzung handelt, können bei der Aufspaltung der Nachkommenschaft 1:1-Verhältnisse angenommen werden. 6 % unrekombiniert 3 % A,B 3 % a,b 6 % rekombiniert 3 % A,b 3 % a,B 𝑨𝒃

𝒂𝒃

Unter der Annahme folgender Kopplung: P: 𝒂𝑩 𝒙 𝒂𝒃

Dann suchen wir nach nicht-rekombinierten Phänotypen: (100 % - 12 % =) 88 % nicht-rekombinierte Phänotypen: 44 % A,b 44 % a,B + die Hälfte der 6% nicht- rekombinierter Gameten, die in den 12 % mit CO zwischen A und B entstehen  44 % + 3% = 47 % A,b

3.3 Aus einer Testkreuzung für zwei gekoppelte Merkmale Aa und Bb erhalten Sie 38 % Nachkommen mit dem Phänotyp A,b. Wie hoch ist der Anteil der Meiosen, in denen ein Crossing-over zwischen den beiden Genloci stattgefunden hat?

Aus der Prozentangabe für A,b lässt sich die Aufspaltung der vier möglichen Phänotypen für eine Testkreuzung errechnen (1:1-Verhältnis, alle Nachkommen auf 100%): A,b = 38% a,B = 38% A,B = 12% a,b = 12% Da A,b und a,B am häufigsten vorkommen, kann davon ausgegangen werden, dass sie die unveränderten, nicht-rekombinierten Phänotypen darstellen. Folgende Kreuzung kann daraus abgeleitet werden:  P:

𝑨𝒃 𝒂𝑩

𝒙

𝒂𝒃 𝒂𝒃

Die beiden verbleibenden Phänotypen A,B und a,b der Nachkommenschaft aus der Testkreuzung sind folglich die Ergebnisse von Crossing-Over- Ereignissen (zusammen 24%). Da nur die Hälfte aller Crossing-over-Ereignisse im Bivalent tatsächlich rekombinierte Gameten hervorbringt, muss in 48% der Meiosen ein Crossing-over zwischen den beiden Loci stattfinden. 3.4 Nehmen Sie an, dass zwischen zwei gekoppelten Genen in der Meiose immer mindestens ein Crossing-over, gelegentlich auch zwei (oder noch mehr) Crossing-over auftreten. a) Wie viele rekombinante Nachkommen erhalten Sie, wenn Sie für 300 Nachkommen einer Testkreuzung den Phänotyp bestimmt haben?

Es werden 150 rekombinierte Nachkommen (50%) erwartet, da jedes EinzelCrossing-over 50 % rekombinierte Gameten hervorbringt. Doppel-Crossing-Over führen im Mittel ebenfalls zu 50 % Rekombination. Das gilt auch für größere Anzahlen von Crossing-Over-Ereignissen. Statistisch sind 50 % Nachkommen aus einer solchen Kreuzung rekombiniert. b) Wie würden Sie das Ergebnis interpretieren, wenn Sie keine Vorstellung von der Lage der Gene im Genom hätten?

Man würde zunächst folgern, dass die beiden Merkmale unabhängig segregieren, da dies bei einer Testkreuzung auch eine 1:1-Aufteilung neuer und parentaler Phänotypen erzeugen würde. (Mendel III: Unabhängigkeitsregel)...