Hva er meiose?

Alle celler stammer fra andre celler gjennom prosessen med celledeling. Meiosis er en spesialisert form for celledeling som produserer reproduksjonsceller, som plante- og soppsporer og sæd- og eggceller.

Generelt innebærer denne prosessen en "overordnet" celle som deles opp i to eller flere "datter" -celler. På denne måten kan overcellen videreformidle genetisk materiale fra generasjon til generasjon.

Eukaryote celler og deres kromosomer

Basert på deres relative kompleksitet, er alle levende organismer stort sett klassifisert som enten prokaryoter eller eukaryoter. Prokaryoter, for eksempel bakterier, består av en enkelt celle med en enkel indre struktur. DNAet deres flyter fritt i cellen i en vridd, trådlignende masse kalt nukleoid.

Dyr, planter og sopp er alle eukaryoter. Eukaryote celler har spesialiserte komponenter som kalles organeller, for eksempel mitokondrier, kloroplaster og endoplasmatisk retikulum. Hver av disse utfører en spesifikk funksjon. I motsetning til prokaryoter, pakkes eukaryot DNA inn i et sentralt rom kalt kjernen.

Innenfor den eukaryote kjernen er lange dobbelt-spiralformede DNA-tråder viklet tett rundt proteiner som kalles histoner. Dette danner en stavlignende struktur som kalles kromosomet.

Celler i menneskekroppen har 23 par kromosomer, eller 46 totalt. Dette inkluderer to kjønnskromosomer: to X-kromosomer for kvinner og ett X og ett Y-kromosom for menn. Fordi hvert kromosom har et par, kalles disse cellene "diploide" celler.

På den annen side har menneskelige sædceller og eggceller bare 23 kromosomer, eller halvparten av kromosomene i en diploid celle. Dermed blir de kalt "haploide" celler.

Når sæd og egg kombineres under befruktning, gjenopprettes det totale kromosomtallet. Det er fordi seksuelt reproduserende organismer mottar et sett med kromosomer fra hver forelder: et mors- og faderlig sett. Hvert kromosom har et tilsvarende par, orolog.

Mitose vs. meiose

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

Mitose gjør det mulig for celler å produsere identiske kopier av seg selv, noe som betyr at arvestoffet dupliseres fra foreldre til datterceller. Mitose produserer to datterceller fra en foreldre celle.

Encellede eukaryoter, som amøbe og gjær, bruker mitose for å reprodusere aseksuelt og øke populasjonen. Flercellede eukaryoter, som mennesker, bruker mitose for å vokse eller helbrede skadede vev.

Meiosis er derimot en spesialisert form for celledeling som forekommer i organismer som reproduserer seg seksuelt. Som nevnt ovenfor produserer den reproduksjonsceller, som sædceller, eggceller og sporer i planter og sopp.

Hos mennesker gjennomgår spesielle celler som kalles kjønnsceller meiose og gir til slutt opphav til sæd eller egg. Kimceller inneholder et komplett sett med 46 kromosomer (23 mors kromosomer og 23 faderlige kromosomer). Mot slutten av meiose, de resulterende reproduksjonscellene eller gameter, har hver 23 genetisk unike kromosomer.

Den generelle prosessen med meiose produserer fire datterceller fra en enslig foreldercelle. Hver dattercelle er haploid, fordi den har halvparten av antall kromosomer som den opprinnelige foreldrecellen.

"Meiosis er reduksjon," sa M. Andrew Hoyt, biolog og professor ved Johns Hopkins University.

I motsetning til i mitose, er dattercellene produsert under meiose genetisk forskjellige. Homologe kromosomer utveksler biter av DNA for å skape genetisk unike, hybride kromosomer bestemt for hver dattercelle.

En nærmere titt på meiose

Før meiose begynner, skjer noen viktige endringer i foreldrecellene. For det første lager hvert kromosom en kopi av seg selv. Disse dupliserte kromosomene er kjent som søsterkromatider. De smeltes sammen, og punktet der de blir satt sammen er kjent som sentromer. Smeltede søsterkromatider ligner omtrent formen på bokstaven "X."

Meiose forekommer i løpet av to runder med atomdivisjoner, kalt meiose I og meiose II, i følge Nature Education’s Scitable. Videre er meiose I og II hver delt inn i fire hovedstadier: profase, metafase, anafase og telofase.

Meiosis I er ansvarlig for å lage genetisk unike kromosomer. Søsterkromatider parer seg sammen med homologene sine og utveksler genetisk materiale med hverandre. På slutten av denne divisjonen produserer en foreldre celle to datterceller, som hver har ett sett med søsterkromatider.

Meiosis II ligner nær mitose. De to dattercellene beveger seg inn i denne fasen uten ytterligere kromosomduplisering. Søsterkromatidene blir trukket fra hverandre under denne inndelingen. Totalt produseres fire haploide datterceller i løpet av meiose II.

Meiosis I

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

Profase I: På dette stadiet blir kromosomer kompakte, tette strukturer og er lett synlige under mikroskopet. De homologe kromosomene pares sammen. De to settene med søsterkromatider ligner to X-er som er oppstilt ved siden av hverandre. Hvert sett utveksler biter av DNA med det andre og rekombinerer, og skaper således genetisk variasjon. Denne prosessen er kjent som kryssing eller rekombinasjon.

Selv om hos menn ikke er de mannlige kjønnskromosomene (X og Y) eksakte homologer, kan de fortsatt pares sammen og utveksle DNA. Kryssing skjer bare i et lite område av de to kromosomene.

Ved slutten av profase I brytes kjernemembranen.

Metafase I: Den meiotiske spindelen, et nettverk av proteinfilamenter, kommer ut fra to strukturer kalt sentriolene, plassert i hver ende av cellen. Den meiotiske spindelen låser seg på de smeltede søsterkromatider. Mot slutten av metafase I blir alle de sammensmeltede søsterkromatidene bundet til sentromerene og stilt opp midt i cellen. Homologene ser fremdeles ut som to X-er som sitter tett sammen.

Anafase I: Spindelfibrene begynner å trekke seg sammen, og drar med seg de smeltede søsterkromatidene. Hvert X-formet kompleks beveger seg vekk fra det andre, mot motsatte ender av cellen.

Telofase I: De smeltede søsterkromatidene når hver ende av cellen, og cellekroppen deles i to.

Meiose I resulterer i to datterceller, som hver inneholder et sett med sammensmeltede søsterkromatider. Den genetiske sammensetningen av hver dattercelle er distinkt på grunn av DNA-utvekslingen mellom homologer under overkjøringsprosessen.

Meiosis II

"Meiosis II ser ut som mitose," fortalte Hoyt. "Det er en likestilling."

Med andre ord, ved slutten av prosessen, er kromosomtallet uendret mellom cellene som kommer inn i meiose II og de resulterende dattercellene.

De fire stadiene av meiose II er som følger, iht “Molecular Biology of the Cell, 4. utgave.”

Profase II: Atommembranen går i oppløsning, og meiotiske spindler begynner å dannes igjen.

Metafase II: De meiotiske spindlene festes på sentromeren til søsterkromatidene, og de stiller seg opp midt i cellen.

Anafase II: Spindelfibrene begynner å trekke seg sammen og trekker søsterkromatidene fra hverandre. Hvert individuelt kromosom begynner nå å bevege seg til hver ende av cellen.

Telofase II: Kromosomene når motsatte ender av cellen. Atommembranen dannes igjen, og cellelegemet deler seg i to

Meiosis II resulterer i fire haploide datterceller, hver med samme antall kromosomer. Imidlertid er hvert kromosom unikt og inneholder en blanding av genetisk informasjon fra mors- og fosterkromosomer i den opprinnelige foreldrecellen.

Hvorfor er meiose viktig?

Ordentlig “kromosomal segregering,” eller separasjon av søsterkromatider under meiose I og II er viktig for å generere sunne sædceller og eggceller, og i forlengelse av det, sunne embryoer. Hvis kromosomer ikke skiller seg fullstendig, kalles det nondisjunction og kan føre til dannelse av gameter som har manglende eller ekstra kromosomer, ifølge "Molecular Biology of the Cell, 4. utgave."

Når gameter med unormale kromosomtall befruktninger, overlever de fleste av de resulterende embryoene ikke. Imidlertid er ikke alle kromosomale abnormiteter dødelige for embryoet. For eksempel oppstår Downs syndrom som et resultat av å ha en ekstra kopi av kromosom 21. Og personer med Klinefelter syndrom er genetisk mannlige, men har et ekstra X-kromosom.

Den mest betydningsfulle effekten av meiose er at den genererer genetisk mangfold, og det er en stor fordel for artsoverlevelse.

"Å blande den genetiske informasjonen lar deg finne nye kombinasjoner som kanskje vil være mer passe i den virkelige verden," sa Hoyt.