Informace

Jak se počet chromozomů sníží na polovinu při meióze I?


U meiózy 1 se říká, že počet chromozomů se ve dvou dceřiných buňkách sníží na polovinu. Například v 2n lidské buňce je 46 chromozomů. Během meiózy 1 buňka projde interfází a pravděpodobně fází S, kde dojde k duplikaci počtu chromozomů. Nyní je buňka 4n (tj. 92 chromozomů). Během anafáze 1 by 46 chromozomů z 92 směřovalo k jednomu pólu a 46 by šlo opačně. Výsledné dvě buňky tedy budou mít v každém 46 chromozomů. Proč bychom tedy měli říkat, že při meióze 1 je počet chromozomů snížen? Říkám, že fáze S by se neměla vyskytovat u meiózy 1, ale spíše by se měla vyskytovat u meiózy 2. Je moje úvaha nesprávná?


Pokud považujete sesterské chromatidy za každý chromozom, meióza I spíše než sníží počet chromozomů na polovinu, odděluje od sebe homologní chromozomy, které jsou výsledkem sexuální reprodukce. Meiosis II poté od sebe odděluje sesterské chromatidy, což má za následek konečné rozpůlení chromozomů.

Na druhou stranu mnoho, ne -li většina biologů, nepovažuje sesterské chromatidy za jednotlivé chromozomy, dokud nejsou během meiózy II odděleny. V tomto smyslu meióza I snižuje počet chromozomů na polovinu.


Jak se počet chromozomů sníží na polovinu při meióze I? - Biologie

MEIÓZA: DALŠÍ DRUH ROZDĚLENÍ BUNĚK

BIO.B.1.1.2 Porovnat procesy a výsledky mitózy a meiózy.

Existují dva hlavní typy reprodukce, asexuální a sexuální. Asexuální reprodukce zahrnuje JEDEN rodiče a plodí potomstvo, které je geneticky IDENTICKÉ pro rodičovskou buňku. Buňky Prokaryoitc se reprodukují tímto způsobem, stejně jako buňky našeho těla.

Sexuální reprodukce zahrnuje dva geneticky odlišné rodiče, což má za následek potomstvo, které je geneticky odlišné od rodičů. Výhodou tohoto druhu reprodukce je, že podporuje genetickou rozmanitost u potomků, což zvyšuje šanci druhu na přežití v důsledku přežití nejschopnějších. Oplodnění je, když se gamety (vajíčko a spermie) spojí a vytvoří embryo.

Mužská gameta (sexuální buňka) se nazývá spermie. Jsou produkovány ve varlatech a jsou tvořeny jádrem s 23 chromozomy, mitochondriemi a mikrotubuly nazývanými bičíky, které jim umožňují být pohyblivé. Ženská gameta se nazývá vajíčko (vajíčko). Jsou produkovány ve vaječnících ženy. Když žena dosáhne puberty, jednou za měsíc jeden vaječník uvolní vajíčko (možná i více).

Proces vytváření pohlavních buněk nebo gamet se nazývá MEIOSIS.


Chromozom # buňky se týká počtu chromozomů nacházejících se v jádru tělesných buněk, nazývaných také somatické buňky. Lidský chromozom # je 46, kde je 46 chromozomů v párech (23 od každého rodiče). Chromozomy číslované 1-44 (páry 1-22) se označují jako autozomy. Chromozomy očíslované 45-46 (pár č. 23) se označují jako pohlavní chromozomy a jsou zodpovědné za určení pohlaví. Pohlavní chromozomy mužů jsou XY („Y“ ve skutečnosti nemá tvar „Y“, je jen menší) a ženské pohlavní chromozomy mají XX.


Fáze meiózy

Schopnost reprodukovat v naturáliích je základní charakteristikou všeho živého. V naturáliích znamená, že potomci jakéhokoli organismu se velmi podobají jejich rodičům nebo rodičům. Hroši rodí mláďata hrochů, stromy Joshua produkují semena, ze kterých vzcházejí sazenice stromů Joshua, a dospělí plameňáci kladou vajíčka, která se líhnou do mláďat plameňáků. V naturáliích obecně neznamená přesně to samé.

Obrázek 1. Každý z nás, stejně jako tyto další velké mnohobuněčné organismy, začíná život jako oplodněné vajíčko. Po bilionech buněčných dělení se každý z nás vyvine ve složitý, mnohobuněčný organismus. (zápočet a: úprava díla Franka Wouterse kredit b: úprava díla Kena Colea, kredit USGS c: úprava díla Martina Pettitta)

Jak jste se dozvěděli, mitóza je součástí buněčného reprodukčního cyklu, jehož výsledkem jsou stejná dceřinná jádra, která jsou také geneticky identická s původním rodičovským jádrem. Při mitóze jsou rodičovská i dceřinná jádra na stejné ploidické úrovni - diploidní pro většinu rostlin a živočichů. Zatímco mnoho jednobuněčných organismů a několik mnohobuněčných organismů může produkovat své geneticky identické klony prostřednictvím mitózy, mnoho jednobuněčných organismů a většina mnohobuněčných organismů se pravidelně rozmnožují pomocí jiné metody: redukční dělení buněk. Sexuální reprodukce, konkrétně meióza a oplodnění, přináší do potomstva variace, které mohou být příčinou evolučního úspěchu sexuální reprodukce. Drtivá většina eukaryotických organismů, mnohobuněčných i jednobuněčných, může nebo musí k reprodukci využívat nějakou formu meiózy a oplodnění.

Meióza využívá mnoho stejných mechanismů jako mitóza. Počáteční jádro je však vždy diploidní a jádra, která vzniknou na konci dělení meiotických buněk, jsou haploidní. K dosažení tohoto snížení počtu chromozomů se meióza skládá z jednoho kola duplikace chromozomů a dvou kol jaderného dělení.

Protože události, ke kterým dochází během každé z fází dělení, jsou analogické událostem mitózy, jsou přiřazena stejná jména stupňů. Protože však existují dvě kola rozdělení, hlavní proces a fáze jsou označeny “I ” nebo a “II. ” meióza já je první kolo meiotického dělení a skládá se z profázy I, prometafáze I atd. Meióza II, ve kterém probíhá druhé kolo meiotického dělení, zahrnuje profázi II, prometafázi II atd.


Proč mají gamety poloviční počet chromozomů?

Lidé se také ptají, proč je pro gamety důležité mít polovinu diploidního počtu chromozomů?

Proč je to důležité že gamety mají polovinu the počet chromozomů než ostatní tělesné buňky? -protože když sperma a vejce splynou, vytvořená zygota bude obsahovat normální diploidní počet chromozomů charakteristický pro daný druh.

Také vězte, proč je důležité, aby gamety měly pouze jednu sadu chromozomů? Takže když dva gamety pojďte spolu, jejich chromozomy kombinovat, aby se diploidní (2n) počet chromozomů.

Za druhé, proč mají gamety pouze 23 chromozomů?

Meióza je buněčné dělení pro gametynebo reprodukční buňky (sperma a vajíčko). My mít 23 páry chromozomy (které obsahují naši DNA), tedy celkem 46. Důvodem je, že v běžné buňce 23 chromozomů pocházejí od matky a druhého 23 pocházet od otce.


Jak se počet chromozomů sníží na polovinu při meióze I? - Biologie

Buňky prekurzorů pohlaví u lidí podstupují meiózu, což je proces se dvěma divizemi pojmenovanými meióza jedna a dvě, za vzniku haploidních spermií nebo vaječných buněk.

Profáze jedna začíná meiózou, kde dochází ke kondenzaci chromatinu diploidních buněk zahrnujících jednu otcovskou a jednu mateřskou genetickou sadu. To vytváří typické chromozomy ve tvaru písmene x, které kotví v jaderném obalu.

Kopie a matka zděděné kopie stejného chromozomu jsou spojeny vývojem proteinových vláken mezi nimi a orientovány tak, aby se seřadily ekvivalentní geny.

Takové homologní chromozomy si pak při přecházení vymění kousky a zůstanou připevněny na místě výměny, i když se vlákna mezi nimi rozpustí. Mimo jádro se objevuje meiotický vřetenový aparát, který zahrnuje mikrotubuly vycházející z centrosomů.

Během prometafáze jedna se jaderná obálka rozptýlí a na centromerách se tvoří proteinové kinetochory. Mikrotubuly se poté prodlužují a připojují k těmto strukturám a každý homologní chromozom upevňují v páru na jiný pól.

U metafáze jedna jsou páry umístěny náhodně podél střední linie buňky a anafáze jedna je poznamenána zatažením miktrotubulů, které rozdělují homologní chromozomy.

Buňka se také prodlužuje a následuje telofázová, kde se chromozomy usazují na opačných stranách, uvolňují se a jsou obklopeny jadernými obaly. Současně se cytoplazma rozdělí a vytvoří buněčný pár.

Meióza tedy končí dvěma geneticky odlišnými haploidními buňkami, z nichž každá obsahuje jeden chromozom z každého původně přítomného homologního páru.

11.2: Meióza I

Meióza je pečlivě řízený soubor buněčných dělení, jejichž cílem je, aby lidé a mdashis produkovali haploidní sperma nebo vajíčka, z nichž každý obsahuje poloviční počet chromozomů přítomných v somatických buňkách jinde v těle. Meióza I je první takové rozdělení a zahrnuje několik klíčových kroků, mezi nimi: kondenzaci replikovaných chromozomů v diploidních buňkách, párování homologních chromozomů a jejich výměnu informací a nakonec oddělení homologních chromozomů sítí na bázi mikrotubulů. Tento poslední krok odděluje homology mezi dvěma haploidními prekurzorovými buňkami, které mohou následně vstoupit do druhé fáze meiózy, meiózy II.

Crossing Over a synaptonemální komplex

Výměna ekvivalentních segmentů mezi homologními chromozomy probíhá na počátku během meiózy I a je označována jako křížení. Tento proces se opírá o těsnou asociaci takových homologů, které jsou spojeny dohromady vytvořením rámce pojivového proteinu nazývaného synaptonemální komplex mezi nimi. Aby komplex fungoval správně, vyžaduje tři části: (1) svislé postranní prvky, které tvoří podél dovnitř směřujících stran dva vedle sebe ležící homologní chromozomy (2) svislý středový prvek umístěný mezi chromozomy a (3) příčná vlákna nebo horizontální proteinová vlákna, která spojují vertikální a centrální komponenty. Výsledek byl často srovnáván s žebříkem, přičemž boční prvky sloužily jako nohy a příčná vlákna podobná příčkám. Důležité je, že synaptonemální komplex pomáhá přesně zarovnat homologní chromozomy, což umožňuje přechod mezi ekvivalentními úseky genetického materiálu, nicméně tento rámec je přechodný a většina z nich se po takové rekombinaci rozpustí.

Meióza a chromozomální abnormality

Meióza je komplikovaný proces a k chybám může docházet i přes mobilní zabezpečení. Občas jsou takové chyby důsledkem nedisjunkce, kdy chromozomy nejsou rovnoměrně rozděleny mezi buňky. Během meiózy I to znamená, že pár homologních chromozomů může skončit v jedné ze dvou výsledných buněk, zatímco v druhé chybí chromozom úplně. Když prekurzor, který obdržel oba homology, vstoupí a dokončí meiózu II, obě vytvořené dceřiné buňky mají spíše dvě kopie dotyčného chromozomu, než očekávanou jedinou kopii.

Jedním ze známějších výsledků nedisjunkce vyskytující se během meiózy I je trizomie 21, ve které má jedinec tři kopie chromozomu 21. Tento stav, běžně známý jako Downův syndrom, je charakterizován výraznými rysy obličeje, vývojovými zpožděními a srdečními vadami. . Přestože přesná příčina nedisjunkce vedoucí k Downovu syndromu a dalším trizomiím je variabilní, může to být důsledek problémů s mikrotubulárním aparátem, který odděluje chromozomy, nebo defektů proteinů, které spojují chromozomy dohromady.

Kazemi, Mohammad, Mansoor Salehi a Majid Kheirollahi. & ldquoDown Syndrome: Aktuální stav, výzvy a budoucí perspektivy. & rdquo International Journal of Molecular and Cellular Medicine 5, č. 3 (2016): 125 & ndash33. [Zdroj]


Diskuse

Vlastnosti nezbytné pro snížení počtu chromozomů v meióze jsou zabudovány do každého chromozomu

Uchycení vřetena.

Ukázali jsme, že informace o vhodném připojení k vřetenu jsou obsaženy v samotném chromozomu, a nikoli v cytoplazmě nebo vřetenu. Podobné výsledky byly získány dříve (Nicklas 1977), ale tyto omezené studie zahrnovaly pouze jeden příklad chromozomu meiózy II na vřetenu meiózy I. Odstranili jsme také důležitou nejednoznačnost tím, že jsme ukázali, že informace o tom, jak se přichytit k vřetenu, nejsou uloženy na chromozomu prostřednictvím jeho prvního uchycení vřetene, ale jsou zabudovány do chromozomu před rozpadem jaderné obálky.

Uvolnění soudržnosti.

Zjistili jsme, že model uvolňování soudržnosti chromozomů je také zabudován do samotného chromozomu. Náš výsledek se liší od jediného předchozího pozorování (Nicklas 1977) chromozomu meiózy II na vřetenu meiózy I, které se v anafázi řádně neoddělilo. Tento výsledek byl evidentně způsoben nespecifickou lepkavostí, která je někdy pozorována u kultivovaných spermatocytů. V těchto devíti experimentech se všechny chromozomy čistě oddělily v anafázi (např. Obr. 2 a obr. 4). Také, stejně jako uchycení, je do chromozomu profázy zabudován vzorec uvolňování soudržnosti: chromozomy, které se dříve nesetkaly s vřetenem odděleným podle typu, chovají se jako chromozomy meiózy I (obr. 3) nebo meiózy II (obr. 4) na heterologní vřeteno.

Nejvíce odhalující bylo chování chromozomů meiózy I na vřetenu meiózy II. Dalo by se snadno očekávat, že v buňkách meiózy I bude signál pro zahájení anafáze zvláštní: „uvolněte pouze soudržnost paží, nikoli soudržnost centromer“. Místo toho bylo vidět, že chromozom meiózy I uvolnil pouze soudržnost paží, zatímco chromozomy meiózy II všude kolem ztrácely soudržnost v centromere. Signál pro zahájení anafáze je tedy obecný signál v celé buňce, který generuje reakci specifickou pro chromozomy. Molekula zodpovědná za soudržnost mezi centromerami sesterských chromatidů není zničena ani odstraněna z bivalentů v anafázi I, a to ani za přítomnosti cytoplazmy meiózy II a vřetene meiózy II. Buď je tato molekula soudržnosti centromer maskována z rozpoznávání nějakou chemickou modifikací, nebo je nepřístupná degradaci nebo odstranění kvůli své poloze ve složeném bivalentu.

Nyní jsou identifikováni kandidáti na kohezní molekulu centromery. v Drosophila„Mei-S332 je nezbytný pro udržení soudržnosti sesterských chromatidů v centromerech chromozomů meiózy I a II (Kerrebrock et al. 1992, Kerrebrock et al. 1995 Bickel et al. 1998 Tang et al. 1998). Je přítomen v centromerech meiotických chromozomů až do anafáze II, v tomto okamžiku je buď odstraněn z centromer nebo zničen (Moore et al. 1998). U kvasinek je Rec8 nutný k prevenci předčasné separace sesterských chromatidů při meióze (Klein et al. 1999 Watanabe and Nurse 1999). Molekula Rec8 není odstraněna z oblasti centromer až do anafáze II, i když je odstraněna z ramen chromozomů v anafázi I (Klein et al. 1999 Watanabe and Nurse 1999). Naše práce zdůrazňuje důležitost této klíčové otázky: jak jsou molekuly soudržnosti centromer modifikovány nebo maskovány z mechanismu separace chromozomů v chromozomech meiózy I tak, aby nebyly ovlivněny, když se chromozomy blízké meiózy II oddělují na centromere?

Načasování změn: Chromozomy se mohou připojit k vřetenu způsobem Meiosis II podle metafáze I a mohou se oddělit způsobem Meiosis II podle Anaphase I

Schopnost vyvolat připojení k opačným pólům v metafázi I koreluje se změnou struktury kinetochore. U bivalentů profázy I nejsou kinetochory viditelně dvojité, ale podle metafáze I jsou evidentní dvě sesterské kinetochory (Müller 1972 Goldstein 1981 Lin a Church 1982). Pouze v této době je možné, i když s velkými obtížemi, přimět sesterské kinetochory, aby se přichytily k opačným pólům vřetena, a to opakovaným odpojováním chromozomů od vřetena a umístěním kinetochor tak, aby nebyly přímo obráceny k žádnému pólu (jako na obr. 5A a obr. B 0 min). Obdobně se chovají univalenti (nepárová meióza I chromozomy). Připojují se k jednomu nebo druhému vřetenovému pólu až do metafáze I, ale poté se často znovu připojují. Pozdní metafázou se sesterské kinetochory často připojují k opačným pólům, ale stejně jako naše chromozomy pozdní metafáze I (obr. 5) se neoddělují čistě a zaostávají v anafázi (např. Rebollo a Arana 1995 Gimenez-Abian et al. 1997) . Kinetochory chromozomů meiózy I se tedy metafázou prvního meiotického dělení strukturálně a funkčně zdvojnásobí, ale soudržnost centromer nelze řádně odstranit.

Je pozoruhodné, že chromozomy získávají schopnost snadno se přichytit u meiózy II již v anafázi I, a to jde ruku v ruce se schopností čistě oddělit sesterské centromery (obr. 6). Kontrast s chromozomy metafáze I (obr. 5) je markantní. Je překvapující, že kompetence meiózy II se získává v anafázi I, před jakoukoli podstatnou chromozomální dekondenzací. Očekávali jsme, že hlavní strukturální přestavba kinetochore a centromery nezbytná pro chování meiózy II bude vyžadovat dekondenzaci a poté rekondenzaci před druhým meiotickým dělením. Navzdory absenci syntézy DNA existuje mezi dvěma meiotickými divizemi stav podobný interfázi a chromozomy dekondenzují. Naše výsledky však naznačují, že kromě separace homologních chromozomů od sebe navzájem v anafázi I a následného připojení ke vřetenu nejsou nutné žádné strukturální přesmyky. To mění náš pohled na čas a povahu velkého kroku v meióze. Nová otázka zní: co se stane s kinetochory, centromery a kohezními molekulami v krátkém intervalu mezi metafázou I a anafázou I, který převádí poněkud tvárný chromozom meiózy I (obr. 5) na chromozom, který bezchybně provádí chování meiózy II (obr. 6)? Nevíme, ale těsná korelace v načasování změn v chování kinetochore a soudržnosti naznačuje, že spolu souvisí. Spojení mezi těmito dvěma je podporováno prací Tanaka a kol. 1999. Ukázali, že cohesin Scc1/Mcd1 vyžaduje přítomnost funkčních složek kinetochore, aby se spojil s nově aktivovanými centromerami (Tanaka et al. 1999). Kromě toho Megee a kol. 1999 a Megee a Koshland 1999 ukázaly, že na chromozomu musí být přítomna centroméra, aby byla správně vytvořena soudržnost a aby byla správně navázána Scc1/Mcd1 na chromozom. Vztah mezi chováním kinetochore a soudržností chromozomů již dříve navrhli Orr-Weaver 1999 a Moore a Orr-Weaver 1998. Navrhli, aby soudržnost řídila chování kinetochorů tak, že v meióze I je poloha každé kinetochory omezena molekulami soudržnosti, takže ona a její sesterský kinetochore musí společně fungovat jako jeden kinetochore. Je také možný opak, tj. Stav kinetochore může řídit soudržnost chromozomů. Kinetochore prochází pomalým zráním mezi prometafázou I a meiózou II, začíná jako jedna hmota a poté se viditelně zdvojnásobí pozdní metafázou I a nakonec se funkčně zdvojnásobí meiózou II. Navrhujeme, aby byly kohezní molekuly spojeny s kinetochore takovým způsobem, že zrání kinetochore zpřístupní kohezní molekuly k uvolnění nebo destrukci v anafázi II. Zrání kinetochorů a rostoucí dostupnost kohezních molekul mohou být jednoduše procesy závislé na čase, což by vysvětlovalo rozdíl, který vidíme mezi chromozomy metafáze I a anafáze I. Chromozomy metafáze I možná musí strávit pevný časový úsek v meióze, než se sesterské chromatidy mohou v anafázi od sebe řádně oddělit. Naše chromozomy anafáze I, protože se musely znovu připojit k novému vřetenu a čekat na další anafázi, strávily v meióze mnohem déle než chromozomy metafáze I. Alternativně může být vyžadována anafáze I ke spuštění konečného přepnutí mezi chromozomem meiózy I a meiózy II. Další studium struktury oblasti kinetochore může poskytnout vodítka ohledně vazby mezi regulací soudržnosti a stavem kinetochore.

Na závěr je snížení počtu chromozomů v meióze vysvětleno jednoduše vlastnostmi, které jsou zabudovány do meiotických chromozomů. Ačkoli strukturální zvláštnosti chromozomů jsou bezprostřední příčinou charakteristického chování chromozomu při meióze, tyto chromozomální vlastnosti musí vyplývat z dřívějších událostí v diferenciaci meiotických buněk. Úkolem do budoucna je pochopit, jak rysy organizace chromozomů, které rozlišují chromozomy ve dvou meiotických děleních, vznikají jako produkt buněčné diferenciace.


Redukční dělení buněk

Meióza je proces vyžadovaný pro sexuální reprodukci v eukaryotech za účelem produkce vajíček a spermií. Tento proces buněčného dělení nese určité podobnosti s mitózou.

Vzhledem k tomu, že meióza je proces vyžadovaný pro sexuální reprodukci, buněčné dělení se obvykle vyskytuje v reprodukčních orgánech mužů a žen. K tomu dochází ve vaječnících a varlatech. Kromě toho, protože tento proces buněčného dělení produkuje vajíčka a sperma, produkuje haploidní (n) buňky. To se liší od mitózy, která produkuje diploidní (2n) dceřiné buňky. Haploidní buňky mají jednu sadu chromozomů, zatímco diploidní buňky mají dvě sady.

Proces meiózy má určité podobnosti s mitózou, a proto meióza začíná replikací DNA. Tato fáze replikace DNA, ve které je každý chromozom zdvojnásoben, se nazývá mezifáze.

Další fáze meiózy je rozdělena na dvě části: meiózu I a meiózu II. Během meiózy I se počet chromozomů sníží na polovinu a během meiózy II vzniknou čtyři haploidní buňky poté, co se chromozomy rozdělí.

Podrobnější informace o procesech meiózy najdete v části o Meióza I a Meióza II. Při poznávání podrobností každé části meiózy začíná být docela patrné, jak se tento proces buněčného dělení překrývá s mitózou.


Meióza II

U meiózy II budou spojené sesterské chromatidy zbývající v haploidních buňkách z meiózy I rozděleny do čtyř haploidních buněk. U některých druhů vstupují buňky do mezifáze nebo interkineze, která postrádá fázi S, před vstupem do meiózy II. Chromozomy se během interkineze neduplikují. Dvě buňky vzniklé v meióze procházím událostmi meiózy II synchronně. Celkově se meióza II podobá mitotickému dělení haploidní buňky.

V profázi II, pokud se chromozomy dekondenzují v telofázi I, opět kondenzují. Pokud se vytvořily jaderné obálky, fragmentují se do vezikul. Centrosomy duplikované během interkineze se od sebe vzdálí směrem k opačným pólům a vytvoří se nová vřetena. V prometafázi II jsou jaderné obaly zcela rozbité a vřeteno je plně vytvořeno. Každá sesterská chromatida tvoří individuální kinetochore, která se připojuje k mikrotubulům z opačných pólů. V metafázi II jsou sesterské chromatidy maximálně zhuštěné a zarovnané ve středu buňky. V anafázi II jsou sesterské chromatidy od sebe odtrženy vřetenovými vlákny a pohybují se směrem k opačným pólům.

Obrázek 3: V prometafázi I se mikrotubuly připojují k fúzovaným kinetochorům homologních chromozomů. V anafázi I jsou homologní chromozomy odděleny. V prometafázi II se mikrotubuly připojují k jednotlivým kinetochorům sesterských chromatidů. V anafázi II jsou sesterské chromatidy odděleny.

V telofázi II se chromozomy dostanou na opačné póly a začnou dekondenzovat. Kolem chromozomů se tvoří jaderné obálky. Cytokineze rozděluje tyto dvě buňky na čtyři geneticky jedinečné haploidní buňky. V tomto okamžiku jsou jádra v nově vytvořených buňkách haploidní a mají pouze jednu kopii jediné sady chromozomů. Vytvořené buňky jsou geneticky jedinečné díky náhodnému sortimentu otcovských a mateřských homologů a kvůli rekombinaci mateřských a otcovských segmentů chromozomů - s jejich sadami genů -, ke které dochází během křížení.


Nové kroky v tanci chromozomů meiózy

Fáze meiózy. Brzy na (profáze I) chromozomy tvoří několik křížení pro výměnu DNA. Proces je řízen proteiny včetně SUMO a ubikvitinu. Uznání: Ali Zifan, přes Wikimedia Commons.

Kde bychom byli bez meiózy a rekombinace? Pro začátek by tu nikdo z nás sexuálně se rozmnožujících organismů nebyl, protože tak se vyrábějí sperma a vajíčka. A když meióza nefunguje správně, může to vést k neplodnosti, potratu, vrozeným vadám a vývojovým poruchám.

Laboratoř Neila Huntera na UC Davis College of Biological Sciences zkoumá složité detaily o tom, jak meióza funguje. V novém dokumentu publikovaném online 6. ledna v časopise Věda„Hunterova skupina popisuje nové klíčové hráče v meióze, proteiny zvané SUMO a ubiquitin a molekulární stroje zvané proteazomy. Ubikvitin je již dobře známý jako malý protein, který „značkuje“ jiné proteiny, které mají být zničeny proteazomy (štěpkovače na bílkoviny). SUMO je blízký příbuzný ubikvitinu.

Během meiózy se chromozomy zapojují do komplikovaného, ​​ale složitě kontrolovaného tance, takže každá spermie nebo vajíčko:

  • Má poloviční počet chromozomů běžné tělesné buňky a
  • Přesně jeden z každého z chromozomů (pravidelné tělesné buňky mají kromě chromozomů X a Y páry chromozomů)

K dosažení těchto cílů procházejí meiotické buňky dvěma koly dělení a řadou předchozích fází, které najdete v každé dobré učebnici biologie.

V rámci přípravy na první dělení se chromozomy úzce sdružují do odpovídajících párů a poté se spojí křížením - zlomením a opětovným spojením ramen chromozomů. Spojení poskytovaná křížením jsou důležitá pro přesnou distribuci chromozomů. Bez křížení může nesprávný počet chromozomů skončit ve spermiích nebo vaječných buňkách. Přechod také zamíchá balíček DNA a vytvoří nové kombinace rozdílů mezi chromozomy, které jsme zdědili po rodičích. To je důvod, proč děti vypadají trochu jako jejich rodiče, ale ne přesně.

Vlevo se proteazomy (zelené) připevňují k ose chromozomů. Osa je proteinové lešení, které umožňuje DNA vytvářet smyčky, aby došlo k přechodu. Zápočet: Neil Hunter

Hunterova laboratoř a laboratoř jejich kolegyně Valentine Börnerové (Clevelandská státní univerzita) nyní odhalují ústřední roli SUMO, ubikvitinu a proteazomů v meióze. Celkem mají chromozomy stovky potenciálních crossoverů, ale jen málo z nich se stane skutečnými crossovery. Buňka nějak musí zúžit velký počet možností na několik míst, ale takovým způsobem, že na jeden chromozom existuje alespoň jeden crossover. Hunterův tým zjistil, že SUMO, ubiquitin a proteazomy hrají zásadní roli při výběru tohoto crossoveru.

„Když tyto proteiny vizualizujete pod mikroskopem, akumulují se po celém chromozomech, konkrétně podél os chromozomů, kde dochází k veškeré akci,“ řekl Hunter.

Osa chromozomů je proteinové lešení, které organizuje DNA do řady smyček. K párování a křížení dochází mezi dvěma osami každého páru odpovídajících chromozomů.

Hunterova laboratoř zjistila, že když jsou chromozomy spárovány, SUMO působí jako brzda interakcí DNA, ke kterým dochází na stovkách potenciálních křížených míst. Bez této brzdy žádný z těchto webů netvoří crossovery. „Bez SUMO neexistují žádné crossovery a meióza selhává,“ řekl Hunter. „Myslíme si, že zastavení procesu poskytuje čas na výběr a zrání míst crossoverů.“

Ubikvitin a proteazomy působí na druhé straně procesu, uvolňují brzdu a umožňují pokračování interakcí DNA. Rovnováha SUMO a ubikvitinu umožňuje, aby došlo k dostatečnému počtu přechodů, což pomůže zajistit, aby sperma a vajíčka získaly jeden chromozom.

Tým pracoval převážně s buňkami myší, včetně myší geneticky „vyřazených“ pro geny spojené s procesem SUMO, ubikvitinem a příbuznými proteiny. Tyto geny a proteiny mají samozřejmě u lidí protějšky a varianty v těchto genech mohou být spojeny s plodností.


Proč mají gamety poloviční počet chromozomů jako tělesné buňky?

Mnohem zajímavější detaily si můžete přečíst zde. Které buňky mají v tomto ohledu polovinu obvyklého počtu chromozomů?

Gamety obsahují polovinu chromozomů obsažených v normálních diploidních buňkách těla, které jsou také známé jako somatické buňky. Haploidní gamety jsou produkovány během meiózy, což je typ buněčného dělení, který snižuje počet chromozomů v rodičovské diploidní buňce na polovinu.

Také vězte, proč mají reprodukční buňky poloviční počet chromozomů jedinců, kteří je produkují? Redukční dělení buněk je typ buňka rozdělení, které snižuje počet chromozomů v rodiči buňka podle polovina a produkuje čtyři gamety buňky. Tento proces je vyžadován vyrobit vajíčko a sperma buňky pro sexuální reprodukce. Meióza začíná s rodič buňka že je diploidní, což znamená má to po dvou kopiích chromozóm.

Proč má gamety pouze poloviční počet alel v organismu?

Když se buňka rozdělí, každá nová dceřiná buňka obsahuje pouze dvě verze. Z těch dceřiných buněk se stanou gamety, a oni každý mít jen jedna verze každého alela. Ty buňky jsou haploidní, protože obsahují polovina obvyklý číslo chromozomů.


Podívejte se na video: Phases of Meiosis (Listopad 2021).