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Bei der Prophase handelt es sich um die erste Phase der Mitose und Meiose. Sie markiert den Beginn der Zellteilung. In ihr löst sich der Zellkern auf und es kommt zur charakteristischen Bildung des Spindelapparates. Dafür zieht sich das im Zellkern vorhandene Chromatin zu den sogenannten Chromosomen zusammen. Die Meiose lässt sich noch einmal in fünf verschiedene Phasen einteilen: Leptotän, Zygotän, Pachytän, Diplotän und Diktyotän.
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Team Prophase Lehrer
Wie bereits erwähnt, ist die Prophase der erste Schritt von Mitose und Meiose. Sie folgt damit direkt der G2-Phase und markiert den eigentlichen Beginn der Zellteilung während des Zellzyklus. Besonders charakteristisch dafür ist, dass das Chromatin kondensiert und auch unter dem Mikroskop sichtbar wird. Durch diese Kondensation ist das Ablesen des genetischen Codes allerdings nicht mehr möglich.
Während der Zellteilung kommen die meisten Prozesse in der Zelle zur Ruhe, damit jegliche Energie in die Teilung selbst investiert werden kann. In diesem Zuge lösen sich auch die Nucleoli, die Kernkörperchen, auf. Schließlich wird kein Material für die Ribosomen mehr nachproduziert.
Weiterhin beginnt sich in dieser Phase auch der Spindelapparat zu bilden. Obwohl noch keine Spindel selbst gebildet ist, verdoppelt sich das Zentrosom und die Teilungsspindel wird organisiert. Die Kernmembran ist in dieser Zeit noch vollständig intakt.
Demnach kann die Prophase folgendermaßen definiert werden:
Als Prophase bezeichnet man die erste Phase der Mitose und Meiose. Dabei kondensiert das Chromatin und wird sichtbar. Der Spindelapparat beginnt, sich auszuprägen. Alle anderen Prozesse, wie die Transkription, werden gestoppt.
Während der Mitose unterscheidet man nur die Prophase selbst. Bei der Meiose hingegen werden noch einmal fünf weitere Phasen der Prophase I unterschieden. Das bedeutet, sie finden in dieser Form nur bei der ersten Teilung statt.
Hier findet die eigentliche Kondensation statt und das Chromatin wird mikroskopisch sichtbar. Dabei finden minimale DNA-Doppelstrangbrüche statt. Diese sind in einem späteren Abschnitt die Grundlage dafür, dass eine Rekombination bzw. ein Cross-over abläuft.
Im Zygotän kommt es dann zur Paarung der homologen Chromosomen. Das heißt, dass diese sich nebeneinander in identischer Ausrichtung einfinden. Anschließend wird ein synaptonemaler Komplex gebildet. Dieser sorgt dafür, dass die beiden Chromosomen miteinander verbunden bleiben.
In diesem Abschnitt ist der synaptonemale Komplex schließlich vollständig ausgebildet. Daher erscheinen die Chromosomen oftmals als sehr dicke Strukturen unter dem Mikroskop. DNA-Doppelstrangbrüche werden repariert, wodurch es letztlich zum Austausch von homologen Segmenten kommt. Dies nennt man dann Crossing-over oder vereinfacht Rekombination.
Statistisch gesehen kann gesagt werden, dass dieser Vorgang pro Chromosomenpaar mindestens einmal vorkommt, häufig allerdings auch an mehreren Stellen.
Das Diplotän ist der vierte Schritt der Prophase. Gleichartige (homologe) Chromosomen werden wieder voneinander getrennt. Sie sind jetzt nur noch über Chromatinbrücken miteinander verbunden. An diesen Stellen hat eine Rekombination stattgefunden. Man bezeichnet sie auch als Chiasmata.
Beim Menschen ist nach Abschluss dieses Stadiums die Reifung der Eizellen zuerst einmal beendet. Erst zur Geschlechtsreife werden die Oozyten (= Eizellen) wieder aktiviert.
Chiasma ist einfach der Singular für die im Text erwähnten Chiasmata.
Das Diktyotän (auch Diktyotänstadium) ist eine besondere Ruhephase, in die Eifollikel nach dem 5. Monat in der Entwicklung weiblicher Embryonen eintreten.
Unter der Bezeichnung Eifollikel fasst man Eizellen (Oozyten) und benachbarte Hilfszellen zusammen, die die Oozyten im Eierstock umgeben.
Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine eigene Phase der Prophase. Du kannst Dir das Diktyotän eher als ein angehaltenes Diplotän vorstellen. In diesem Stadium verharren die Eizellen bis zur Pubertät.
Oozyten werden lange vor der Geschlechtsreife angelegt, ab diesem Zeitpunkt aber erst wieder aktiviert. Ab diesen Moment beginnt also der Menstruationszyklus. Tatsächlich ist es Oozyten möglich, in dieser Form über Jahre zu verharren, ohne Schaden zu nehmen. Daher können Frauen, solange schwanger werden, wie der Organismus Eizellen aktiviert.
Die Diakinese beschreibt die letzte Phase der Prophase. In dieser liegen die Chromosomen wieder getrennt voneinander vor. Außerdem kommt es zum Zerfall der Kernhülle, woraufhin sich der Spindelapparat bildet.
Im Folgenden siehst Du eine Darstellung der Prophase unter dem Mikroskop.
In der unten stehenden Abbildung siehst Du zwei Zellen in der Mitte, die sich in der Mitose befinden. Hierbei handelt es sich um die Prophase und die Anaphase. Dabei zeigt die linke Zelle die Prophase an, während die rechte Zelle sich in der Anaphase befindet. Woran erkennst Du das?
Abbildung 3: Prophase und Anaphase im Vergleich Quelle commons.wikimedia.org
In der linken Zelle siehst Du im Vergleich zu den restlichen Zellen, dass das Chromatin zum ersten Mal deutlich geworden ist. In der rechten Zelle ist hingegen bereits der Spindelapparat ausgeprägt und die Chromosomen sind schon fast alle an den Polen angekommen. Das heißt, hier ist selbst die Metaphase bereits abgeschlossen.
Demzufolge erkennst Du die Prophase daran, dass Chromatin tatsächlich sichtbar ist, es sich aber noch nicht großartig bewegt hat.
Beachte, wir sind erst in der ersten Phase der Zellteilung!
In dieser Abbildung siehst Du nun insgesamt vier Zellen. Bis auf die Zelle rechts unten befinden sich alle in einer Phase der Zellteilung: die Prophase, Anaphase und Telophase. Erkennst Du, welche der Zellen sich in der Prophase befindet?
Abbildung 4: Zellen in unterschiedlichen Stadien der MitoseQuelle: commons.wikimedia.org
Du kannst die richtige Zelle über das Ausschlussverfahren ermitteln. Dabei fällt die linke, untere Zelle raus, weil hier bereits zwei zellkernartige Strukturen zu erkennen sind. Es handelt sich dabei also um die Telophase.
Auch die rechte, obere Zelle kommt nicht infrage, da hier bereits der Spindelapparat vollständig ausgebildet ist und die Chromosomen schon in entgegengesetzte Richtungen gezogen werden. Das ist folglich die Zelle mit der Anaphase.
Es bleibt für die Prophase also nur noch die linke, obere Zelle. Wie Du hier siehst, wird am Rand das Chromatin besonders sichtbar. Das Innere des Kerns ist sogar noch etwas verworren und ähnelt fast mehr den umliegenden Kernen der anderen Zellen. Diese Zelle befindet sich also noch am Anfang der Prophase. Dennoch erkennst Du durch das sichtbare, aber noch verknäulte, Chromatin die Prophase am besten.
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Was passiert in der Prophase 1?
Die Prophase 1 unterscheidet man bei der Meiose. Dabei werden die einzelnen Chromosomen sichtbar. Es kommt in dieser Zeit zum Crossing-over aufgrund einiger Doppelstrangbrüche. Somit wird genetisches Material rekombiniert.
Was passiert in der Prophase 2?
Die Prophase 2 findet sich bei Meiose und Mitose. Die einzelnen Chromosomen werden erneut sichtbar und bereiten sich auf die Teilung vor. Der einzige Unterschied zur Prophase 1 besteht darin, dass hier nur ein Chromosom von jeder Art existiert.
Was passiert in der Prophase?
In der Prophase wird das genetische Material sichtbar. Der Spindelapparat beginnt sich auszubilden und während der Meiose findet in dieser Phase ein Crossing-over statt.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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