Allgemeine Charakteristik des Prozesses
Der Reifungsprozess der Spermatozoen umfasst zwei aufeinanderfolgende meiotische Teilungen. Zunächst teilt sich der primäre Spermatozyt (Szz I) und anschließend der sekundäre (Szz II). Wichtig ist die Besonderheit der verwendeten Bezeichnungen des genetischen Materials: Das Symbol n steht für den DNA-Satz, während das Symbol c den Chromosomensatz bezeichnet.
Den Hauptanteil an der Dauer des gesamten Prozesses hat die erste Teilung. Aus diesem Grund sind bei der Mikroskopie der Samenkanälchen am häufigsten Spermatozyten I. Ordnung zu visualisieren.
Erste meiotische Teilung (Reduktionsteilung)
Die erste Teilung beginnt mit einer vorbereitenden Phase (Interphase I), in der die DNA-Replikation stattfindet. Vor Beginn der Synthese weist die Zelle den Satz 2n, 2c auf. Nach der Verdopplung des genetischen Materials ändert sich die Ploidie der preleptotänen Szz I zu 4n, 2c — es entsteht eine tetraploiode DNA-Menge bei diploidem Chromosomensatz. Jedes Chromosom wird zu einem Zwei-Chromatid-Chromosom.
Die längste Phase ist die Prophase I, die etwa einen Monat dauert und mehrere aufeinanderfolgende Stadien umfasst:
- Präleptotän: Vorbereitungsphase, in der unmittelbar vor der Prophase die DNA verdoppelt wird. Eine ausgeprägte G2-Phase fehlt.
- Leptotän (Fadenstadium): Die Chromosomen beginnen zu spiralisieren und werden sichtbar.
- Zygotän (Paarungsstadium): Es findet eine aktive Konjugation statt, bei der sich homologe Chromosomen eng aneinanderlegen.
- Pachyten (Dickfadenstadium): Das längste Stadium der Prophase. Die gepaarten Chromosomen verdicken und verkürzen sich, es bilden sich proteinhaltige synaptonemale Komplexe. Vor dem Hintergrund einer teilweisen Dekondensation finden aktiv Crossing-over (Abschnittsaustausch), radikale DNA-Reparatur und mRNA-Synthese statt, was zu einer Zunahme des Kern- und Zytoplasmavolumens führt. Sie endet mit der Auflösung der synaptonemalen Komplexe.
- Diplotän (Doppelfadenstadium): Die Homologen beginnen sich abzustoßen, Chiasmata (Überkreuzungen durch Crossing-over) und Tetraden (jedes Paar besteht aus 4 Chromatiden) werden sichtbar.
- Diakinese: Die Chiasmata verschwinden, die Homologen trennen sich vollständig voneinander, die Kernmembran löst sich auf und der Spindelapparat bildet sich aus.
In der Metaphase I ordnen sich 46 Chromosomen als Bivalente am Äquator der Zelle an. Der entscheidende Unterschied zur Mitose zeigt sich in der Anaphase I: Zu den Polen wandern ganze homologe Zwei-Chromatid-Chromosomen auseinander und keine Schwesterchromatiden. In der Telophase I bilden sich die Kernhüllen neu und es findet eine Cytotomie statt, jedoch keine vollständige Trennung – die Zellen bleiben über eine zytoplasmatische Brücke verbunden.
Das Ergebnis der ersten Teilung ist die Bildung von Spermatozyten II. Ordnung (Secondary Spermatocytes) mit dem Satz 2n, 1c (23 Zwei-Chromatid-Chromosomen). Diese Zellen sind genetisch heterogen und teilen sich in Pools auf, die entweder das X- oder das Y-Chromosom tragen.
Zweite meiotische Teilung (Äquationsteilung)
Die Vorbereitung auf die zweite Teilung (Interkinese) verläuft sehr schnell. Das Hauptmerkmal dieses Stadiums ist das völlige Fehlen einer DNA-Replikation und der Synthese chromosomalen Proteins, da die Chromosomen bereits aus zwei Chromatiden bestehen.
Die Teilung selbst verläuft nach dem klassischen mitotischen Typ und durchläuft Prophase II, Metaphase II, Anaphase II und Telophase II. Während der Anaphase II trennen sich die 23 Chromosomen, und einzelne Schwesterchromatiden wandern zu den Polen.
Infolge der zweiten Teilung verdoppelt sich die Zellanzahl im Vergleich zu den Szz II. Es entstehen frühe Spermatiden mit einem echten haploiden Satz von 1n, 1c. Wie ihre Vorläufer besitzen die Spermatiden ein einzigartiges Genom und verteilen sich je nach Vorhandensein der Geschlechtschromosomen (X oder Y) auf zwei Populationen.
Zur Einprägung der Stadien der Prophase I nutzen Sie die Eselsbrücke: „Leptotän, Zygotän, Pachyten, Diplotän, Diakinese“. In diesem Material wird vor dem Leptotän zusätzlich das Präleptotän betrachtet.
Fragen aus Vorlesungen und Prüfungen
Worin besteht der Hauptunterschied zwischen der Anaphase I der Meiose und der Anaphase der Mitose?
In der Anaphase I der Meiose wandern ganze homologe Chromosomen, die aus zwei Chromatiden bestehen, zu den Polen (die Zentromere teilen sich nicht). Bei der Mitose wandern einzelne Schwesterchromatiden.
Warum erfolgt vor der zweiten meiotischen Teilung keine DNA-Verdopplung?
Eine S-Phase ist in der Interkinese nicht erforderlich, da die Chromosomen in den sekundären Spermatozyten nach der ersten Teilung bereits als Zwei-Chromatid-Chromosomen vorliegen.
Welchen genetischen Satz haben Spermatozyten I. und II. Ordnung?
Vor Beginn der Teilung weisen die Spermatozyten I. Ordnung den Satz 4n, 2c auf (unter Berücksichtigung der spezifischen Nomenklatur, bei der n für DNA und c für Chromosomen steht). Spermatozyten II. Ordnung erhalten den Satz 2n, 1c.
Was es zum Thema noch zu wiederholen gibt
- Mechanismen der Bildung und Funktion synaptonemaler Komplexe
- Der Prozess der radikalen DNA-Reparatur im Stadium des Pachyten
- Rolle und Schicksal der zytoplasmatischen Brücken zwischen den Tochterzellen
- Genetische Vielfalt der Spermatiden: Verteilung von X- und Y-Chromosomen
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