Vor der Verdopplung
1 Chromosom · 1 Chromatide
Die Chromatide enthält einen DNA-Doppelstrang.
Biologie · Verstehen und üben
Mitose und Zellzyklus
Verstehe, wie Zellen ihre DNA kopieren und vollständig auf Tochterzellen verteilen – mit beschrifteten Chromosomenbildern und einem Mitose-Labor.
Das kannst du danach
Chromosom und Chromatid unterscheidenMitosephasen nachvollziehenChromosomen und DNA-Menge zählen
Warum Zellen sich teilen
Ein Körper wächst nicht nur dadurch, dass einzelne Zellen größer werden: Er bildet neue Zellen. Auch bei der Erneuerung von Gewebe werden Zellen ersetzt. Dafür muss das Erbmaterial zuverlässig verteilt werden. Die Mitose ist die Teilung des Zellkerns, bei der normalerweise zwei Kerne mit gleichem Chromosomensatz entstehen.
Meist folgt oder überlappt eine Cytokinese, die Teilung des Zellplasmas. Mitose und Cytokinese sind zusammen wichtige Schritte der Zellteilung. Vorher muss die DNA kopiert werden.
Chromosom und Chromatid: zuerst die Bauteile klären
Die DNA trägt Erbinformation und liegt zusammen mit Proteinen als Chromatin vor. Ein Chromosom ist eine solche zusammengehörige DNA-Protein-Einheit. Bei der Zellteilung wird es besonders dicht verpackt und gut erkennbar. Ein Chromosom sieht also nicht während des gesamten Zellzyklus wie ein X aus.
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↓ DNA wird kopiert
Nach der Verdopplung
Weiterhin 1 Chromosom · jetzt 2 Chromatiden
1 und 2: Schwesterchromatiden, jeweils mit einem DNA-Doppelstrang.
3: Centromer – hier sind sie verbunden.
Die X-Form zählt als ein Chromosom. Die farbigen Hintergründe dienen nur der Gegenüberstellung und zeigen keine Zellen.
Ein-Chromatid-Chromosom
Enthält einen langen DNA-Doppelstrang mit zugehörigen Proteinen. „Ein Chromatid“ bedeutet nicht, dass die DNA nur aus einem einzelnen DNA-Strang besteht.
Zwei-Chromatid-Chromosom
Enthält zwei Schwesterchromatiden, also zwei DNA-Doppelstränge mit Proteinen. Solange die Schwesterchromatiden verbunden sind, zählt das Gebilde als ein Chromosom.
Der Zellzyklus verbindet Wachstum, Kopieren und Teilen
| Phase | Was geschieht? | Wichtige Unterscheidung |
|---|---|---|
| G₁-Phase | Die Zelle wächst, erfüllt ihre Aufgaben und bildet Zellbestandteile. | Chromosomen besitzen zunächst je eine Chromatide. |
| S-Phase | Die DNA wird verdoppelt: Replikation. | DNA-Menge steigt, Chromosomenzahl bleibt zunächst gleich. |
| G₂-Phase | Weitere Vorbereitung auf die Teilung; unter anderem Prüfung der kopierten DNA. | Chromosomen besitzen je zwei Schwesterchromatiden. |
| M-Phase | Mitose und meist begleitende Cytokinese. | Schwesterchromatiden werden auf zwei Zellkerne verteilt. |
G₁, S und G₂ bilden die Interphase. Sie ist keine Ruhephase: Hier laufen viele Stoffwechsel- und Aufbauprozesse ab. Manche Zellen verlassen den Teilungszyklus vorübergehend oder längerfristig in einen G₀-Zustand. Nicht jede ausgereifte Körperzelle teilt sich regelmäßig.
Mitose-Labor: Verfolge die Chromosomen
Wähle eine Phase und zähle die dargestellten Chromosomen. Das Tierzellmodell verwendet nur zwei homologe Paare: ein langes und ein kurzes Paar, insgesamt 2n = 4.
Prophase · Modell mit 2n = 4
Chromatin verdichtet sich; die Kernhülle wird später abgebaut.
Blau/Rosa: homologe Chromosomen · Längen: zwei verschiedene Paare
Prophase · Chromosomen werden sichtbar
Das Chromatin verdichtet sich zu transportfähigen Chromosomen. Jedes besteht nach der DNA-Verdopplung aus zwei Schwesterchromatiden. Der Spindelapparat entsteht. Beim Übergang zur nächsten Phase wird die Kernhülle abgebaut; Spindelfasern können an die Chromosomen anheften.
In manchen Darstellungen wird die Prometaphase extra benannt: Kernhüllenabbau und Anheften der Spindelfasern liegen zwischen Pro- und Metaphase. Das Modell fasst diesen Übergang in der Erklärung zusammen.
DNA-Menge und Chromosomenzahl nicht verwechseln
Ein diploider Satz enthält zwei Vertreter jedes Chromosomentyps. Sie heißen homologe Chromosomen: eines stammt ursprünglich von der Mutter, eines vom Vater. Im Modell haben sie gleiche Länge, aber verschiedene Farben. Schwesterchromatiden sind dagegen die Kopien eines Chromosoms.
G₁-Phase
Vor der DNA-Verdopplung: 4 Chromosomen mit insgesamt 4 Chromatiden. Die Zelle ist diploid: 2n = 4.
| Mensch: typische diploide Körperzelle | Chromosomen | Chromatiden |
|---|---|---|
| G₁-Phase | 46 | 46 |
| Nach S-Phase und in der Metaphase | 46 | 92 |
| Nach Zellteilung: je Tochterzelle | 46 | 46 |
Sonderfall Anaphase: In der noch ungeteilten menschlichen Zelle zählt man nach der Trennung kurzzeitig 92 Ein-Chromatid-Chromosomen. Je zukünftiger Tochterkern erhält 46. Gib beim Zählen immer an, ob du die ganze Zelle, einen Pol oder eine Tochterzelle meinst.
Was erhalten bleibt – und wo das Modell vereinfacht
Bei fehlerfreiem Ablauf und ohne neue Mutationen erhalten beide Tochterkerne dieselbe genetische Information wie die Ausgangszelle. Die Mitose erhält den Chromosomensatz. Sie kann grundsätzlich sowohl in haploiden als auch in diploiden Zellen ablaufen; das gezeigte Beispiel ist diploid.
Bei vielzelligen Lebewesen ermöglicht mitotische Zellteilung Wachstum, Zellerneuerung und Reparatur. Bei manchen einzelligen Eukaryoten dient sie der ungeschlechtlichen Vermehrung. Bakterien besitzen keinen Zellkern und vermehren sich durch Zweiteilung, nicht durch Mitose.
Warum der Zellzyklus kontrolliert wird
Kontrollmechanismen prüfen unter anderem, ob die DNA vollständig kopiert ist, Schäden vorliegen und die Chromosomen richtig mit dem Spindelapparat verbunden sind. Bei Problemen kann der Ablauf angehalten werden. Das verringert das Risiko, fehlerhafte Erbinformation weiterzugeben.
Werden zentrale Kontrollmechanismen gestört, können Zellen sich unangemessen vermehren. Das spielt bei der Entstehung von Tumoren eine Rolle. Nicht jede einzelne fehlerhafte Teilung führt automatisch zu Krebs.
12 Aufgaben: Wissen anwenden und Zusammenhänge erklären
Löse zunächst ohne Hilfe. Die Tipps führen zum Ansatz; die Lösungen zeigen, welche Fachbegriffe und Begründungen dazugehören.
1 · Unterscheide Mitose und Cytokinese.
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Kern oder Zellplasma?
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Mitose verteilt die Chromosomen auf zwei Zellkerne. Cytokinese teilt das Zellplasma und bildet meist zwei getrennte Tochterzellen.
2 · Warum wird die DNA vor der Mitose verdoppelt?
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Jeder Tochterkern braucht einen vollständigen Satz.
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Die Kopien ermöglichen, dass beide Tochterkerne die vollständige Erbinformation erhalten. Ohne vorheriges Kopieren könnte sie nicht gleichwertig verteilt werden.
3 · Wie viele Chromosomen zeigt ein einzelnes X?
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Die Schwesterchromatiden sind noch verbunden.
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Ein Zwei-Chromatid-Chromosom. Das X enthält zwei Schwesterchromatiden, aber zählt bis zu deren Trennung als ein Chromosom.
4 · Besteht ein Ein-Chromatid-Chromosom nur aus einem DNA-Einzelstrang?
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Chromatid und DNA-Strang sind verschiedene Ebenen.
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Nein. Es enthält normalerweise einen langen DNA-Doppelstrang mit Proteinen. Eine Chromatide ist nicht gleichbedeutend mit einem einzelnen DNA-Strang.
5 · Ordne G₁, S, G₂ und M und nenne ihre Aufgaben.
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Wachsen, kopieren, vorbereiten, verteilen.
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G₁: Wachstum und Zellaufgaben. S: DNA-Replikation. G₂: Vorbereitung und Kontrolle. M: Mitose und meist Cytokinese.
6 · Woran erkennst du die Metaphase?
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Die Lage der Chromosomen ist entscheidend.
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Die Chromosomen liegen einzeln in der Äquatorialebene und sind über den Spindelapparat mit beiden Polen verbunden.
7 · Was wird in der Anaphase getrennt?
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Homologe Partner oder Schwesterkopien?
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Schwesterchromatiden eines Chromosoms. Nach der Trennung gelten sie als eigene Ein-Chromatid-Chromosomen.
8 · Eine Modellzelle hat in G₁ sechs Chromosomen. Wie viele nach der S-Phase?
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DNA-Menge und Chromosomenzahl auseinanderhalten.
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Weiterhin sechs Chromosomen, jetzt mit insgesamt zwölf Chromatiden. Die DNA-Menge hat sich verdoppelt, die Chromosomenzahl nicht.
9 · Wie viele Chromosomen erhält jede Tochterzelle dieser Modellzelle?
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Mitose erhält den Satz.
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Bei regulärem Ablauf erhält jede Tochterzelle sechs Ein-Chromatid-Chromosomen.
10 · Vergleiche Cytokinese bei Tier- und Pflanzenzellen.
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Einschnürung oder Zellplatte?
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Tierzellen bilden typischerweise eine Einschnürung. Pflanzenzellen bilden eine Zellplatte, aus der die neue Trennwand entsteht.
11 · Warum ist Interphase keine Ruhephase?
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Nenne aktive Prozesse.
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Die Zelle erfüllt Aufgaben, wächst, bildet Bestandteile und kopiert in der S-Phase die DNA. Sie ist dabei stoffwechselaktiv.
12 · Welche Bedeutung haben Kontrollen vor der Chromatidtrennung?
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Fehlerhafte Anheftung könnte ungleich verteilen.
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Sie helfen sicherzustellen, dass die Chromosomen korrekt mit dem Spindelapparat verbunden sind, bevor Schwesterchromatiden getrennt werden. Dadurch sinkt das Risiko ungleicher Verteilung.
Kurzer Begriffscheck
Was verändert sich in der S-Phase?
Wähle eine Antwort.
Für den Unterricht
Einstieg: Ein-Chromatid- und Zwei-Chromatid-Chromosom anhand der beschrifteten Abbildung unterscheiden.
Erarbeitung: Im Labor Phasen auswählen, Lage der Chromosomen beschreiben und die nächste Veränderung vorhersagen.
Sicherung: Pro Phase Chromosomen und Chromatiden zählen und die Bezugsgröße angeben. Das Modell mit 2n = 4 anschließend auf eine typische menschliche Körperzelle übertragen.
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Passende Materialien zum Weiterlernen
Die Bilder zeigen eine Vorschau. Über Bild oder Link gelangst du zur Produktseite und zum PDF-Bezug.
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Mitose: Wachstum und Zellerneuerung
Die Phasen und ihre Bedeutung mit Aufgaben und Lösungen üben.
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DNA, Gene und Chromosomen
Grundbegriffe vor dem Zählen und Zeichnen der Chromosomen festigen.
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DNA und Vererbung als Lernposter
Ergänzender Überblick zum Wiederholen der genetischen Grundlagen.
Material ansehen →Fachliche Orientierung: LehrplanPLUS · Biologie 9, Genetik. Umfang je nach Schulart und Bundesland unterschiedlich. Vertiefung: OpenStax · Biology 2e. Eigene beschriftete Lehrabbildungen; vereinfachte Zell- und Chromosomenmodelle.