Hvad er Meiosis?

Alle celler stammer fra andre celler gennem processen med celledeling. Meiosis er en specialiseret form for celledeling, der producerer reproduktionsceller, såsom plante- og svampesporer og sædceller og ægceller.

Generelt involverer denne proces en "overordnet" celle, der opdeles i to eller flere "datter" -celler. På denne måde kan overcellen videregive sit genetiske materiale fra generation til generation.

Eukaryote celler og deres kromosomer

Baseret på deres relative kompleksitet af deres celler klassificeres alle levende organismer stort set som enten prokaryoter eller eukaryoter. Prokaryoter, såsom bakterier, består af en enkelt celle med en enkel indre struktur. Deres DNA flyder frit inde i cellen i en snoet, trådlignende masse kaldet nucleoid.

Dyr, planter og svampe er alle eukaryoter. Eukaryote celler har specialiserede komponenter kaldet organeller, såsom mitokondrier, chloroplaster og den endoplasmatiske retikulum. Hver af disse udfører en bestemt funktion. I modsætning til prokaryoter pakkes eukaryot DNA inde i et centralt rum, der kaldes kernen.

Inden for den eukaryotiske kerne er lange dobbelt-spiralformede DNA-tråde viklet tæt rundt om proteiner, der kaldes histoner. Dette danner en stavlignende struktur kaldet kromosomet.

Celler i den menneskelige krop har 23 par kromosomer, eller 46 i alt. Dette inkluderer to kønskromosomer: to X-kromosomer til kvinder og et X og et Y-kromosom for mænd. Fordi hvert kromosom har et par, kaldes disse celler "diploide" celler.

På den anden side har humane sædceller og ægceller kun 23 kromosomer eller halvdelen af ​​kromosomerne i en diploid celle. Således kaldes de "haploide" celler.

Når sæd og æg kombineres under befrugtning, gendannes det samlede kromosomantal. Det skyldes, at seksuelt reproducerende organismer modtager et sæt kromosomer fra hver forælder: et mødre- og faderligt sæt. Hvert kromosom har et tilsvarende par, orolog.

Mitose vs. meiose

Eukaryoter er i stand til to typer celledeling: mitose og meiose

Mitose giver celler mulighed for at fremstille identiske kopier af sig selv, hvilket betyder, at det genetiske materiale duplikeres fra forældre til datterceller. Mitose producerer to datterceller fra en forældercelle.

Encellede eukaryoter, såsom amøbe og gær, bruger mitose til at reproducere aseksuelt og øge deres befolkning. Multicellulære eukaryoter, som mennesker, bruger mitose til at vokse eller helbrede sårede væv.

Meiosis er på den anden side en specialiseret form for celledeling, der forekommer i organismer, der formerer sig seksuelt. Som nævnt ovenfor producerer det reproduktionsceller, såsom sædceller, æggeceller og sporer i planter og svampe.

Hos mennesker gennemgår specielle celler kaldet kimceller meiose og giver i sidste ende ophav til sæd eller æg. Kimceller indeholder et komplet sæt af 46 kromosomer (23 moderlige kromosomer og 23 faderlige kromosomer). Ved afslutningen af ​​meiose, de resulterende reproduktionsceller eller gameter, har hver 23 genetisk unikke kromosomer.

Den samlede proces med meiose producerer fire datterceller fra en enkelt forældercelle. Hver dattercelle er haploid, fordi den har halvdelen af ​​antallet af kromosomer som den oprindelige modercell.

"Meiosis er reduktion," sagde M. Andrew Hoyt, en biolog og professor ved Johns Hopkins University.

I modsætning til ved mitose er dattercellerne, der produceres under meiose, genetisk forskellige. Homologe kromosomer udveksler bits af DNA for at skabe genetisk unikke, hybridkromosomer bestemt til hver dattercelle.

Et nærmere kig på meiose

Før meiose begynder, finder nogle vigtige ændringer sted inden i overordnede celler. Først opretter hvert kromosom en kopi af sig selv. Disse duplikerede kromosomer er kendt som søsterchromatider. De smeltes sammen, og det punkt, hvor de forbindes, kaldes centromer. Smeltede søsterchromatider ligner omtrent formen på bogstavet "X."

Meiose forekommer i løbet af to runder med nukleare opdelinger, kaldet meiose I og meiose II, ifølge Nature Education's Scitable. Desuden er meiose I og II hver delt i fire hovedstadier: profase, metafase, anafase og telofase.

Meiosis I er ansvarlig for at skabe genetisk unikke kromosomer. Søsterchromatider parrer sig sammen med deres homologer og udveksler genetisk materiale med hinanden. I slutningen af ​​denne opdeling producerer en forældercelle to datterceller, der hver har et sæt søsterchromatider.

Meiosis II ligner nøje mitose. De to datterceller bevæger sig ind i denne fase uden yderligere kromosomduplicering. Søsterchromatiderne trækkes fra hinanden under denne opdeling. I alt produceres fire haploide datterceller i løbet af meiose II.

Meiosis I

De fire stadier af meiose er som følger i henhold til "Molecular Biology of the Cell." (Garland Science, 2002):

Udtryk I: På dette stadium bliver kromosomer kompakte, tætte strukturer og er let synlige under mikroskopet. De homologe kromosomer kobles sammen. De to sæt søsterchromatider ligner to X'er, der er oprettet ved siden af ​​hinanden. Hvert sæt udveksler bits af DNA med det andet og rekombinerer, hvilket skaber genetisk variation. Denne proces kaldes krydsning eller rekombination.

Selvom hos mennesker de mandlige kønskromosomer (X og Y) ikke er nøjagtige homologer, kan de stadig parre sig sammen og udveksle DNA. Krydsning forekommer kun inden for en lille region af de to kromosomer.

Ved afslutningen af ​​profase I nedbrydes kernemembranen.

Metafase I: Den meiotiske spindel, et netværk af proteinfilamenter, kommer ud fra to strukturer kaldet centriolerne, placeret i hver ende af cellen. Den meiotiske spindel låser sig fast på de smeltede søsterchromatider. Ved afslutningen af ​​metafase I bindes alle de smeltede søsterchromatider fast ved deres centromerer og stiller sig op midt i cellen. Homologerne ligner stadig to X'er, der sidder tæt sammen.

Anafase I: Spindelfibrene begynder at trække sig sammen og trækker de smeltede søsterchromatider med sig. Hvert X-formet kompleks bevæger sig væk fra den anden mod modsatte ender af cellen.

Telofase I: De smeltede søsterchromatider når hver ende af cellen, og cellelegemet opdeles i to.

Meiosis I resulterer i to datterceller, der hver indeholder et sæt smeltede søsterchromatider. Den genetiske sammensætning af hver dattercelle er forskellig på grund af DNA-udvekslingen mellem homologer under overgangsprocessen.

Meiosis II

"Meiosis II ligner mitose," fortalte Hoyt. "Det er en ligestilling."

Med andre ord, ved afslutningen af ​​processen, er kromosomtallet uændret mellem cellerne, der kommer ind i meiose II og de resulterende datterceller.

De fire stadier af meiose II er som følger “Molecular Biology of the Cell, 4. udgave.”

Prophase II: Kernemembranen nedbrydes, og meiotiske spindler begynder at dannes igen.

Metafase II: De meiotiske spindler griber fast på centromeren af ​​søsterchromatiderne, og de stiller sig alle op i midten af ​​cellen.

Anafase II: Spindelfibrene begynder at trække sig sammen og trækker søsterchromatiderne fra hinanden. Hvert individuelt kromosom begynder nu at bevæge sig til hver ende af cellen.

Telofase II: Kromosomerne når modsatte ender af cellen. Den nukleare membran dannes igen, og cellelegemet opdeles i to

Meiosis II resulterer i fire haploide datterceller, der hver har det samme antal kromosomer. Imidlertid er hvert kromosom unikt og indeholder en blanding af genetisk information fra moder- og faderlige kromosomer i den oprindelige modercell.

Hvorfor er meiose vigtig?

Passende “kromosomal adskillelse,” eller adskillelse af søsterchromatider under meiose I og II er essentiel til frembringelse af sunde sædceller og ægceller, og i forlængelse heraf sunde embryoner. Hvis kromosomer ikke adskiller sig fuldstændigt, kaldes det nondisjunction og kan resultere i dannelse af gameter, der har manglende eller ekstra kromosomer, ifølge "Molecular Biology of the Cell, 4. udgave."

Når gameter med unormale kromosomtall befrugter, overlever de fleste af de resulterende embryoner ikke. Imidlertid er ikke alle kromosomale abnormaliteter dødelige for embryoet. For eksempel forekommer Downs syndrom som et resultat af at have en ekstra kopi af kromosom 21. Og mennesker med Klinefelter syndrom er genetisk mandlige, men har et ekstra X kromosom.

Den mest markante virkning af meiose er, at den genererer genetisk mangfoldighed, og det er en stor fordel for artsoverlevelse.

"Blanding af den genetiske information giver dig mulighed for at finde nye kombinationer, som måske vil være mere passende i den virkelige verden," sagde Hoyt.