ARBEITSBLATT 1
Mitose
Lösungen
1. Benennen Sie die Phasen des Zellzyklus! Erläutern Sie kurz die wichtigsten Vorgänge der jeweiligen
Phase!
! G2-Phase: In dieser Phase
# Es laufen die vier Mitosephasen ab
werden die Vorbereitungen
und es kommt zur Cytokinese.
für die Mitose abgeschlossen.
$ G1-Phase: In dieser Phase
wächst die Zelle zur Größe
der Mutterzelle heran. Gegen
" S-Phase (Synthese-
Ende dieser Phase wird ent-
Phase): In dieser Phase
schieden, ob die Zelle den
erfolgt die Verdoppelung
Zellzyklus verlässt, also in die
der Erbsubstanz.
G0-Phase eintritt, oder ob sie die
Replikation vorbereitet und in die
S-Phase übergeht.
Interphase
A
B
Mitose, Cytokinese
2. In der Abbildung unten sind verschiedene Mitosestadien dargestellt.
$
Prophase
Metaphase
!
Anaphase
#
 2005 Schroedel, Braunschweig
"
Mitose
a) Geben Sie die einzelnen Phasen an!
Telophase
1
ARBEITSBLATT 1
Mitose
Lösungen
b) Beschreiben Sie anhand der Abbildungen die wichtigsten Vorgänge in den einzelnen Stadien unter
Angabe ihrer Bedeutung! *
Vorgänge
Bedeutung
Prophase
In der Prophase liegen die Chromosomen zunächst in Form
Herausbildung der Transportform des
Erbmaterials (manövrierbare Chromoeiner fädigen und verknäuelt erscheinenden Struktur vor, die
aufgrund ihrer leichten Färbbarkeit als Chromatin bezeichnet
somen)
wird (griech. chromos, Farbe). Im weiteren Verlauf verdichten
sich die Chromatinfäden durch Aufschraubung und Auffaltung zu
im Lichtmikroskop sichtbaren Zwei-Chromatiden-Chromosomen
(Kondensation).
Die Kernhülle zerfällt und von den beiden Polregionen der Zelle
aus bildet sich ein Spindelapparat aus zahlreichen Proteinfasern
(Mikrotubuli).
Der Spindelapparat spielt für die Verteilungsvorgänge eine wichtige Rolle.
Metaphase
In der Metaphase haben die Chromosomen den höchsten Kondensationsgrad erreicht. Nun lässt sich im Lichtmikroskop die
Anzahl der Chromosomen einer Zelle leicht bestimmen.
Die Zwei-Chromatiden-Chromosomen ordnen sich in der Mitte
der Zelle zwischen den Zellpolen zur Äquatorialplatte an.
Mikrotubuli des Spindelapparats, die Zugfasern, setzen an den
Centromeren der Zwei-Chromatiden-Chromosomen an.
Vorbereitung des Verteilungsvorganges
Anaphase
gleichmäßige Verteilung der Chromosomensubstanz und damit gleichmäßige Verteilung der genetischen Information auf die beiden zukünftigen
Tochterkerne
Mitose
In der Anaphase verkürzen sich die Zugfasern. Dadurch werden
die Ein-Chromatid-Chromosomen voneinander getrennt. Da sich
jedes Ein-Chromatid-Chromosom zu einem der entgegengesetzten Zellpole bewegt, weist jeder Zellpol schließlich einen
kompletten diploiden Satz von Ein-Chromatid-Chromosomen
auf.
Die Polfasern verbinden die Zellpole miteinander. Sie stabilisieren den Spindelapparat.
Telophase
Zurückverwandlung der Chromosomen
aus ihrer kompakten Transportform in
die aufgelockerte, dekondensierte
Funktionsform des Arbeitskerns
 2005 Schroedel, Braunschweig
Nachdem die Erbsubstanz gleichmäßig auf die beiden künftigen
Zellkerne verteilt worden ist, beginnen sich in der Telophase die
Ein-Chromatid-Chromosomen zu dekondensieren. Der Spindelapparat löst sich auf und es werden neue Kernhüllen gebildet,
sodass schließlich zwei neue Zellkerne mit jeweils einem kompletten Chromosomensatz entstanden sind.
Die Teilung des Cytoplasmas, die Cytokinese, ist am Ende der
Telophase abgeschlossen. Zwischen den beiden neuen Zellkernen sind zwei Zellmembranen und eine Zellwand ausgebildet
worden.
* Diese Lösung entspricht teilweise den Erläuterungstexten der CD-ROM. Die Schülerinnen und Schüler sollten eigenständig
formulierte Lösungen liefern.
2
ARBEITSBLATT 1
Mitose
Lösungen
3. Wichtig für den korrekten Ablauf der Mitose ist der Spindelapparat.
Beschriften Sie die Abbildung! Beschreiben Sie bei pflanzlichen Zellen Aufbau und Funktion der
einzelnen Bestandteile dieses Systems!
Zugfaser
Spindelfasern
Polfaser
Zellpol
Der Spindelapparat besteht aus Mikrotubuli, den Spindelfasern. Bei pflanzlichen
Zellen bilden sich diese während der Prophase von den Zellpolen aus. In der Metaphase ist die Spindel voll ausgebildet. Man unterscheidet zwei Gruppen von Spindelfasern: Die Polfasern verbinden die Zellpole. Sie stabilisieren den Spindelapparat.
Die Zugfasern setzen an den Centromeren der Zwei-Chromatiden-Chromosomen
an. Sie bewegen in der Anaphase die Ein-Chromatid-Chromosomen zu den Zell-
 2005 Schroedel, Braunschweig
Mitose
polen.
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ARBEITSBLATT 1
Mitose
Lösungen
4. Stellen Sie tabellarisch die Unterschiede zwischen Mitose und Meiose zusammen! Verwenden Sie
auch die beiden Grafiken.
Veränderungen in der Chromosomenzahl n (schwarze Kurve) und der DNA–Menge c (gestrichelte Kurve). Abszissen: Zellzyklusphasen beziehungsweise Zeitachsen. M = Mitose; I = 1. Reifeteilung der Meiose; II = 2. Reifeteilung der Meiose; Pfeile = Zellteilungen
Mitose
Meiose
• Bildung von Körperzellen
• Bildung von Keimzellen
• Bildung von zwei diploiden Zellen
• Bildung von vier haploiden Zellen
• Ablauf nur einer Teilung
• Ablauf von zwei aufeinander folgenden Teilungen
• Es entstehen genetisch identische
Tochterzellen.
sehr lang
• Durch die Vermischung des „väterlichen“ und „mütterlichen“ Chromosomenbestandes und durch das Cros-
Mitose
relativ kurz
• prämeiotische Replikationsphase
sing-over kommt es zu einer Rekombination des Erbmaterials.
 2005 Schroedel, Braunschweig
• prämitotische Replikationsphase
4
ARBEITSBLATT 2
Cytokinese
Lösungen
1. Die Abbildungen zeigen die Cytokinese einer tierischen Zelle im Mikrofoto (Ausschnitt aus dem Film)
und im Schema. Erläutern Sie unter zusätzlicher Verwendung der entsprechenden Filmsequenz diesen
Vorgang!
Man erkennt im Film, dass in der Anaphase die Ein-Chromatid-Chromosomen auch
dadurch voneinander getrennt werden, dass die Zellpole auseinander weichen. Dabei wird die Zelle in die Länge gezogen. Gleichzeitig beginnt die Zelle damit, sich
einzuschnüren. Die Schemazeichnung verdeutlicht, wie diese Einschnürung zustande kommt: In der Äquatorialebene liegt an der Innenseite der Zellmembran ein Ring
aus Actin und Myosin, den Proteinen, die auch für die Muskelkontraktion verantwortlich sind. Wenn sich der Ring kontrahiert, wird die Zelle zunächst ein- und dann
durchgeschnürt.
2. Benennen Sie die dargestellten Phasen der Mitose!
Anaphase
 2005 Schroedel, Braunschweig
Mitose
Erläutern Sie, wie sich die Cytokinese einer pflanzlichen Zelle von der einer tierischen Zelle unterscheidet! Verwenden Sie dazu auch die Abbildungen aus Aufgabe 1!
Telophase
Bei pflanzlichen Zellen findet in der Telophase der Mitose keine Einschnürung des
Protoplasten statt. Es wird vielmehr in Höhe der Äquatorialebene eine neue Zellwand gebildet, die die Tochterzellen voneinander trennt.
1
ARBEITSBLATT 3
Meiose
Lösungen
1.
a) Benennen Sie die dargestellten Phasen der Meiose und erklären Sie diese kurz!
!
"
Prophase I
#
Metaphase I
$
Anaphase I
Telophase I
! Prophase I: Die Chromosomen verdichten sich und werden lichtmikroskopisch
sichtbar. Es handelt sich um Zwei-Chromatiden-Chromosomen. Die homologen ZweiChromatiden-Chromosomen ordnen sich parallel zueinander an (Tetrade).
" Metaphase I: Die Tetraden der homologen Zwei-Chromatiden-Chromosomen haben
sich in der Äquatorialebene angeordnet.
# Anaphase I: Die homologen Zwei-Chromatiden-Chromosomen jeder Tetrade werden
getrennt und wandern zu den Polen.
$ Telophase I: An den Polen haben sich zwei neue, haploide Kerne gebildet. Die Zelle
hat sich geteilt.
b) Oben sind nicht alle Stadien der Meiose abgebildet. Ergänzen Sie die Stadien %,&,' und (!
Prophase II
'
Metaphase II
(
Anaphase II
Mitose
&
 2005 Schroedel, Braunschweig
%
Telophase II
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ARBEITSBLATT 3
Meiose
Lösungen
2. Die Abbildung zeigt einen Austausch von Chromatidenstücken zwischen Zwei-ChromatidenChromosomen.
!
"
Crossing-Over
erste meiotische Teilung
erste meiotische Teilung
Crossing-Over
a) Beschreiben Sie die beiden Vorgänge kurz!
Gezeigt sind Tetraden homologer Zwei-Chromatiden-Chromosomen in der Prophase I und
die anschließende Verteilung der Zwei-Chromatiden-Chromosomen in der 1. Reifeteilung.
In Abbildung 1 ist ein Stückaustausch zwischen den Ein-Chromatid-Chromosomen desselben Zwei-Chromatiden-Chromosoms dargestellt. Abbildung 2 zeigt einen Stückaustausch zwischen den benachbarten Ein-Chromatid-Chromosomen der homologen ZweiChromatiden-Chromosomen, also zwischen den „väterlichen“ und „mütterlichen“ Chromosomen.
b) Stellen Sie begründet dar, welcher Vorgang zur Rekombination beiträgt!
Nur beim Stückaustausch zwischen den benachbarten Ein-Chromatid-Chromosomen der
homologen Zwei-Chromatiden-Chromosomen kommt es zur Neukombination genetischer
Mitose
Information, weil hier Allele „väterlicher“ und „mütterlicher“ Herkunft ausgetauscht werden
(Abbildung 2). Beim Austausch von Chromatidenstücken desselben Zwei-ChromatidenChromosoms werden Stücke ausgetauscht, die identische Informationen enthalten (ent 2005 Schroedel, Braunschweig
weder nur „väterliche“ oder nur „mütterliche“ Allele, Abbildung 1). Es findet also keine genetische Rekombination statt.
2
ARBEITSBLATT 4
Kondensationsstufen
Lösungen
1. Benennen Sie in der Abbildung die unterschiedlichen Kondensationsstufen eines Chromosoms
beziehungsweise deren Elemente! Geben Sie die Größe der Strukturen an!
Ein-Chromatid-Chromosom
700 nm
Chromatinfaser (Schleifenstruktur)
120 - 300 nm
30 nm-Chromatinfaser
30 nm
Nucleofilament
Mitose
11 nm
DNA
Histone
 2005 Schroedel, Braunschweig
Nucleosom
DNA-Doppelstrang
2 nm
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ARBEITSBLATT 4
Kondensationsstufen
Lösungen
2. Erläutern Sie, warum das Erbmaterial in bestimmten Phasen des Zellzyklus kondensiert und in
anderen dekondensiert vorliegt!
Nur die dekondensierte Form des Erbmaterials erlaubt den direkten Zugang von Enzymen
zur DNA, also die Transkription von Genen sowie die Replikation. Daher muss das Erbmaterial in der Interphase dekondensiert vorliegen. Eine Trennung der Zwei-ChromatidenChromosomen in die Ein-Chromatid-Chromosomen und deren korrekte Verteilung auf die
Tochterzellen im Verlauf der Mitose ist aber ohne eine starke Kondensation nicht möglich.
Das dekondensierte Chromatin würde ein unübersichtliches und nicht zu entwirrendes
Knäuel darstellen. Die Länge des längsten menschlichen Chromosoms beträgt nämlich in
der Metaphase nur noch 10 µm, in der Interphase dagegen 7,3 cm. Zum Vergleich: Der
 2005 Schroedel, Braunschweig
Mitose
Durchmesser eines Zellkerns beträgt etwa 8 µm.
2
ARBEITSBLATT 5
Replikation
Lösungen
1. Beschriften Sie in der Abbildung die verschiedenen Moleküle! Beschreiben Sie die Funktion der
beteiligten Enzyme in der zeitlichen Abfolge! Erläutern Sie die Bedeutung der übrigen Moleküle!
DNA-Polymerase I
RNA-Primer
Primase
Folgestrang
OKAZAKI-Fragment
Helicase
DNA-Polymerase III
Leitstrang
Ligase
Zwei Helicasen setzen am Startpunkt der Replikation an. Von dort aus bewegen sie
sich in entgegengesetzte Richtung. Dabei entwinden sie die DNA und trennen sie
in die beiden Stränge auf. Dadurch entsteht die Replikationsblase mit zwei auseinanderstrebenden Replikationsgabeln.
Primasen katalysieren nun in 5'!3'-Richtung die Bildung von kurzen RNA-Molekülen, den Primern, die zu Abschnitten der vorliegenden Einzelstränge komplementär
sind. Dies geschieht am 3'!5'-Strang nur einmal, am 5'!3'-Strang in gewissen Abständen immer wieder.
Mitose
Enzyme vom Typ DNA-Polymerase III verlängern die RNA-Primer in 5'!3'-Richtung
durch DNA-Nucleotide. Dadurch entsteht eine kontinuierliche Kopie des 3'!5'Strangs, der Leitstrang. Für den 5'!3'-Strang entstehen zunächst Kopien kurzer
 2005 Schroedel, Braunschweig
Abschnitte, die OKAZAKI-Fragmente.
DNA-Polymerasen I entfernen die RNA-Primer und ersetzen sie durch einen entsprechenden DNA-Abschnitt.
Ligasen verknüpfen die OKAZAKI-Fragmente zu einer kontinuierlichen Kopie des
5'!3'-Strangs, dem Folgestrang.
1
ARBEITSBLATT 5
Replikation
Lösungen
2. Die beiden Stränge der DNA werden unterschiedlich repliziert. Erläutern und begründen Sie!
Gehen Sie dabei auch auf die Benennung der beiden neu synthetisierten Stränge ein!
Nachdem nachgewiesen worden war, dass die DNA semikonservativ repliziert wird,
ging man zunächst davon aus, dass beide Stränge kontinuierlich kopiert würden.
Dazu müsste die Kopie des einen Stranges in 5'!3'-Richtung verlängert werden,
die andere in der entgegengesetzten Richtung. Man fand aber nur DNA-Polymerasen, die Nucleotide in 5'!3'-Richtung polymerisierten. Somit war klar, dass beim
5'!3'-Strang andere Prozesse ablaufen müssen. Als dann Markierungsversuche
zeigten, dass bei der Replikation kurzfristig kurze DNA-Abschnitte, die so genannten OKAZAKI-Fragmente, entstehen, wurde die Replikation des 5'!3'-Stranges verständlich: Dieser Strang wird diskontinuierlich in 5'!3'-Richtung kopiert und die Teilkopien dann zu einer kontinuierlichen Kopie verknüpft. Da sich die Synthese dieses
Tochterstranges dadurch zeitlich etwas verzögert, wird er als Folgestrang bezeichnet. Der kontinuierlich und somit schneller wachsende Tochterstrang heißt demge-
 2005 Schroedel, Braunschweig
Mitose
genüber Leitstrang.
2
ARBEITSBLATT 5
Replikation
Lösungen
3. Die Abbildung zeigt im Schema die Transkription. Beschriften Sie die Abbildung! Vergleichen Sie die
Replikation der DNA mit der Transkription!
DNA-Doppelstrang
codogener Strang
wachsende
mRNA
RNA-Polymerase
RNA-Nucleotide
Gemeinsam ist Replikation und Transkription, dass diese Prozesse dazu dienen,
DNA zu kopieren, indem ein neues Polynucleotid gemäß den Regeln der komplementären Basenpaarung anhand eines vorliegenden Polynucleotids, der Matrize,
synthetisiert wird.
Mitose
Sie unterscheiden sich schon dadurch, dass bei der Replikation eine DNA-Kopie
der DNA entsteht, bei der Transkription eine RNA-Kopie. Daher ist das die Kopie
synthetisierende Enzym in dem einen Fall eine DNA-Polymerase, im anderen Fall
 2005 Schroedel, Braunschweig
eine RNA-Polymerase. Dabei ist zu beachten, dass die DNA-Polymerase eines
RNA-Primers bedarf, um mit der Synthese zu beginnen. Ein weiterer Unterschied
besteht darin, dass bei der Replikation die gesamte DNA des Zellkerns kopiert wird.
Dagegen betrifft die Transkription nur einen Abschnitt eines der beiden DNAStränge, nämlich des codogenen Stranges. Dieser Abschnitt ist durch bestimmte
Nucleotid-Sequenzen gekennzeichnet.
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ARBEITSBLATT 5
Replikation
Lösungen
4. MESELSON und STAHL klärten 1958 den Replikationsmechanismus durch ein Experiment: Sie ließen
15
Coli-Bakterien in einem Nährmedium wachsen, das nur schweren Stickstoff ( N) enthielt. Nach vielen
Generationen war die DNA der Bakterien mit diesem Stickstoff markiert („schwere“ DNA). Anschlie14
ßend überführten sie die Bakterien in ein Medium mit normalem Stickstoff ( N). Nach einer und nach
zwei Generationen wurde die DNA der Bakterien isoliert und im Dichtegradienten zentrifugiert. Dabei
trennt sich „schwere“ DNA von „leichter“ DNA und sammelt sich im Zentrifugenröhrchen in spezifisch
angeordneten Banden, die im UV-Licht sichtbar werden.
Neben dem favorisierten semikonservativen Modell wurden damals zwei weitere diskutiert, die konservative und die dispersive Replikation.
Erläutern Sie anhand der Abbildung die drei Modelle! Ergänzen Sie die DNA-Moleküle der zweiten Generation und die fehlenden DNA-Banden in den Zentrifugenröhrchen!
Das Experiment bestätigte die semikonservative Replikation. Begründen Sie, welches der KonkurrenzModelle nach der ersten, welches nach der zweiten Generation widerlegt war!
Bei der semikonservativen Replikation bestehen beide Tochtermoleküle aus einem DNAStrang des Ausgangsmoleküls und einem neu gebildeten Strang. Die DNA ist also „halbMitose
schwer“. Daher ergibt sich in der ersten Generation eine DNA-Bande im mittleren Bereich des
Zentrifugenröhrchens. Bei der konservativen Replikation würde das Ausgangsmolekül erhalten bleiben und ein zweites Molekül völlig neu synthetisiert. Daher würde man im Zentrifugen 2005 Schroedel, Braunschweig
röhrchen eine „schwere“ Bande und eine „leichte“ Bande finden. Beim dispersiven Modell bestünden beide Stränge beider Tochtermoleküle aus Abschnitten der Ausgangs-DNA und neu
synthetisierten Bereichen. Also ergäbe sich auch hier eine Bande aus „halbschwerer“ DNA.
Das konservative Modell ist also bereits in der ersten Generation widerlegt. Das dispersive
Modell scheidet erst in der zweiten Generation aus. Dort würde wiederum nur eine Bande
entstehen, nämlich aus „viertelschwerer“ DNA.
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ARBEITSBLATT 6
Lösungen
Film
1. Benennen Sie die in der Abbildung dargestellten verschiedenen Mitosestadien aus dem Film!
Bringen Sie die Phasen in die richtige Reihenfolge und erläutern Sie kurz die wichtigsten Vorgänge der
jeweiligen Phase!
ƒ
Anaphase
„ Telophase und Cytokinese
‚
Metaphase
•
Prophase
• Prophase: Das fädige Chromatin beginnt sich zu kondensieren, sodass die ChromoMitose
somen langsam sichtbar werden. Die Kernhülle zerfällt.
‚ Metaphase: Die Chromosomen bewegen sich zur Äquatorialplatte zwischen den
Zellpolen.
 2005 Schroedel, Braunschweig
ƒ Anaphase: Die Zugfasern des Spindelapparats verkürzen sich und die EinChromatid-Chromosomen bewegen sich zu den Zellpolen.
„ Telophase und Cytokinese: An den Zellpolen hat sich jeweils ein kompletter diploider
Satz von Ein-Chromatid-Chromosomen gesammelt. Die Chromosomen dekondensieren und werden von neuen Kernhüllen umgeben. Gleichzeitig wird die Zelle eingeschnürt, sodass schließlich zwei Tochterzellen entstehen.
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Arbeitsblatt 1 - Schulbuchzentrum Online