Co to jest mejoza?

Wszystkie komórki powstają z innych komórek w procesie podziału komórek. Mejoza to wyspecjalizowana forma podziału komórek, w wyniku której powstają komórki rozrodcze, takie jak zarodniki roślin i grzybów oraz plemniki i komórki jajowe.

Ogólnie proces ten obejmuje podział komórki „rodzicielskiej” na dwie lub więcej komórek „potomnych”. W ten sposób komórka rodzicielska może przekazywać swój materiał genetyczny z pokolenia na pokolenie.

Komórki eukariotyczne i ich chromosomy

W oparciu o względną złożoność ich komórek, wszystkie żywe organizmy są ogólnie klasyfikowane jako prokarionty lub eukarionty. Prokarioty, takie jak bakterie, składają się z pojedynczej komórki o prostej strukturze wewnętrznej. Ich DNA unosi się swobodnie w komórce w postaci skręconej nitkowatej masy zwanej nukleoidem.

Zwierzęta, rośliny i grzyby są eukariotami. Komórki eukariotyczne zawierają wyspecjalizowane składniki zwane organellami, takie jak mitochondria, chloroplasty i retikulum endoplazmatyczne. Każdy z nich pełni określoną funkcję. W przeciwieństwie do prokariotów, eukariotyczny DNA jest upakowany w centralnym przedziale zwanym jądrem.

W jądrze eukariotycznym długie, podwójnie helikalne nici DNA są ciasno owinięte wokół białek zwanych histonami. Tworzy to podobną do pręcika strukturę zwaną chromosomem.

Komórki w ludzkim ciele mają 23 pary chromosomów, czyli łącznie 46. Obejmuje to dwa chromosomy płci: dwa chromosomy X dla kobiet oraz jeden chromosom X i jeden Y dla mężczyzn. Ponieważ każdy chromosom ma parę, komórki te nazywane są komórkami „diploidalnymi”.

Z drugiej strony ludzkie plemniki i komórki jajowe mają tylko 23 chromosomy, czyli połowę chromosomów komórki diploidalnej. Dlatego nazywane są komórkami „haploidalnymi”.

Kiedy plemnik i komórka jajowa łączą się podczas zapłodnienia, przywracana jest całkowita liczba chromosomów. Dzieje się tak, ponieważ organizmy rozmnażające się płciowo otrzymują od każdego z rodziców zestaw chromosomów: zestaw matczyny i ojcowski. Każdy chromosom ma odpowiednią parę - orhomolog.

Mitoza a mejoza

Eukarionty są zdolne do dwóch typów podziałów komórkowych: mitozy i mejozy

Mitoza umożliwia komórkom wytwarzanie identycznych kopii samych siebie, co oznacza, że ​​materiał genetyczny jest kopiowany z komórek rodzicielskich do komórek potomnych. Mitoza wytwarza dwie komórki potomne z jednej komórki macierzystej.

Eukarionty jednokomórkowe, takie jak ameby i drożdże, wykorzystują mitozę do rozmnażania się bezpłciowego i zwiększania swojej populacji. Eukarionty wielokomórkowe, podobnie jak ludzie, wykorzystują mitozę do wzrostu lub leczenia uszkodzonych tkanek.

Z drugiej strony mejoza jest wyspecjalizowaną formą podziału komórek, która występuje w organizmach rozmnażających się płciowo. Jak wspomniano powyżej, wytwarza komórki rozrodcze, takie jak plemniki, komórki jajowe i zarodniki roślin i grzybów.

U ludzi specjalne komórki zwane komórkami rozrodczymi ulegają mejozie i ostatecznie dają początek plemnikom lub komórkom jajowym. Komórki rozrodcze zawierają komplet 46 chromosomów (23 chromosomy matczyne i 23 chromosomy ojcowskie). Pod koniec mejozy powstałe komórki rozrodcze lub gamety mają 23 genetycznie unikalne chromosomy.

W całym procesie mejozy powstają cztery komórki potomne z jednej komórki macierzystej. Każda komórka potomna jest haploidalna, ponieważ ma połowę liczby chromosomów w stosunku do oryginalnej komórki macierzystej.

„Mejoza jest redukcyjna” - powiedział M. Andrew Hoyt, biolog i profesor z Johns Hopkins University.

W przeciwieństwie do mitozy, komórki potomne wytwarzane podczas mejozy są zróżnicowane genetycznie. Homologiczne chromosomy wymieniają fragmenty DNA, tworząc genetycznie unikalne, hybrydowe chromosomy przeznaczone dla każdej komórki potomnej.

Bliższe spojrzenie na mejozę

Zanim rozpocznie się mejoza, w komórkach rodzicielskich zachodzą pewne ważne zmiany. Po pierwsze, każdy chromosom tworzy swoją kopię. Te zduplikowane chromosomy są znane jako chromatydy siostrzane. Są zespolone ze sobą, a punkt, w którym są połączone, jest znany jako centromer. Skondensowane chromatydy siostrzane z grubsza przypominają kształt litery „X”.

Mejoza zachodzi w trakcie dwóch rund podziałów jądrowych, zwanych mejozą I i mejozą II, zgodnie z Scitable Nature Education. Ponadto mejoza I i II są podzielone na cztery główne etapy: profaza, metafaza, anafaza i telofaza.

Mejoza I jest odpowiedzialna za tworzenie genetycznie unikalnych chromosomów. Siostrzane chromatydy łączą się ze swoimi homologami i wymieniają między sobą materiał genetyczny. Pod koniec tego podziału jedna komórka rodzicielska wytwarza dwie komórki potomne, z których każda zawiera jeden zestaw chromatyd siostrzanych.

Meiosis II bardzo przypomina mitozę. Dwie komórki potomne przechodzą do tej fazy bez dalszej duplikacji chromosomów. Siostrzane chromatydy są rozrywane podczas tego podziału. W trakcie mejozy II powstają w sumie cztery haploidalne komórki potomne.

Mejoza I.

Według „Molecular Biology of the Cell” cztery etapy mejozy są następujące. (Garland Science, 2002):

Prorok I: Na tym etapie chromosomy stają się zwartymi, gęstymi strukturami i są łatwo widoczne pod mikroskopem. Homologiczne chromosomy łączą się w pary. Dwa zestawy siostrzanych chromatyd przypominają dwa X ustawione obok siebie. Każdy zestaw wymienia fragmenty DNA z innymi i ponownie je łączy, tworząc w ten sposób zmienność genetyczną. Ten proces jest znany jako skrzyżowanie lub rekombinacja.

Chociaż u ludzi męskie chromosomy płciowe (X i Y) nie są dokładnymi homologami, nadal mogą łączyć się w pary i wymieniać DNA. Skrzyżowanie występuje tylko w małym regionie dwóch chromosomów.

Pod koniec profazy I błona jądrowa rozpada się.

Metafaza I: Wrzeciono mejotyczne, sieć włókien białkowych, wyłania się z dwóch struktur zwanych centriolami, umieszczonych na każdym końcu komórki. Wrzeciono mejotyczne zatrzaskuje się na stopionych chromatydach siostrzanych. Pod koniec metafazy I wszystkie połączone chromatydy siostrzane są przywiązane do swoich centromerów i ustawiają się w linii w środku komórki. Homologi nadal wyglądają jak dwa X siedzące blisko siebie.

Anafaza I: Włókna wrzeciona zaczynają się kurczyć, ciągnąc za sobą połączone chromatydy siostrzane. Każdy kompleks w kształcie litery X oddala się od drugiego, w kierunku przeciwnych końców komórki.

Telophase I: Połączone chromatydy siostrzane docierają do obu końców komórki, a ciało komórki dzieli się na dwie części.

W wyniku mejozy I powstają dwie komórki potomne, z których każda zawiera zestaw połączonych chromatyd siostrzanych. Genetyka każdej komórki potomnej jest odmienna ze względu na wymianę DNA między homologami podczas procesu krzyżowania.

Mejoza II

„Mejoza II wygląda jak mitoza” - powiedział Hoyt. „To podział równy”.

Innymi słowy, pod koniec procesu liczba chromosomów pozostaje niezmieniona między komórkami wchodzącymi w mejozę II a powstałymi komórkami potomnymi.

Zgodnie z tym, cztery etapy mejozy II są następujące “Molecular Biology of the Cell, wydanie 4.”

Proroka II: Błona jądrowa rozpada się, a wrzeciona mejotyczne ponownie zaczynają się formować.

Metafaza II: Wrzeciona mejotyczne przyczepiają się do centromeru chromatyd siostrzanych i wszystkie ustawiają się w środku komórki.

Anafaza II: Włókna wrzeciona zaczynają się kurczyć i rozdzielać chromatydy siostrzane. Każdy pojedynczy chromosom zaczyna teraz przesuwać się na dowolny koniec komórki.

Telophase II: Chromosomy docierają do przeciwnych końców komórki. Błona jądrowa ponownie się tworzy, a ciało komórki dzieli się na dwie części

W wyniku mejozy II powstają cztery haploidalne komórki potomne, każda z taką samą liczbą chromosomów. Jednak każdy chromosom jest unikalny i zawiera mieszankę informacji genetycznej z chromosomów matczynych i ojcowskich w oryginalnej komórce rodzicielskiej.

Dlaczego mejoza jest ważna?

Właściwy “segregacja chromosomów,” lub oddzielenie chromatyd siostrzanych podczas mejozy I i II jest niezbędne do wytworzenia zdrowych plemników i komórek jajowych, a co za tym idzie, zdrowych zarodków. Jeśli chromosomy nie rozdzielą się całkowicie, jest to nazywane nierozdzieleniem i może skutkować utworzeniem gamet, które mają brakujące lub dodatkowe chromosomy, zgodnie z „Molecular Biology of the Cell, 4th edition”.

Kiedy gamety z nieprawidłową liczbą chromosomów zapładniają się, większość powstałych embrionów nie przeżywa. Jednak nie wszystkie anomalie chromosomowe są śmiertelne dla zarodka. Na przykład zespół Downa występuje w wyniku posiadania dodatkowej kopii chromosomu 21. Osoby z zespołem Klinefeltera są genetycznie płci męskiej, ale mają dodatkowy chromosom X.

Najbardziej znaczącym wpływem mejozy jest to, że generuje różnorodność genetyczną, co jest główną zaletą dla przetrwania gatunku.

„Tasowanie informacji genetycznych pozwala znaleźć nowe kombinacje, które być może będą lepiej pasować do prawdziwego świata” - powiedział Hoyt.