MEJOZA: FUNKCJA, FAZY I ICH CHARAKTERYSTYKA - BIOLOGIA - 2026

Mejozy jest typ podziału komórki, która charakteryzuje organizmów eukariotycznych których cykl życia jest faza rozmnażania płciowego. W wyniku tego procesu liczba chromosomów w dzielących się komórkach zmniejsza się o połowę, dlatego jest to również znane jako „podział redukcyjny”.

Zgodnie z podstawami teorii komórkowej „każda komórka pochodzi z innej komórki” i wiadomo, że jedna komórka daje początek drugiej w procesie podziału, który polega na duplikacji jej wewnętrznych składników (DNA, białek itp.) ) i ich rozdzielenie na dwie komórki „potomne”, które są praktycznie identyczne.

Schemat podsumowujący mejozę: 1) Duplikacja chromosomów 2) Łączenie w pary chromosomów homologicznych 3) Skrzyżowanie 4) Pierwszy podział mejotyczny (po jednym z każdego ze zduplikowanych chromosomów na komórkę potomną) 5) Drugi podział mejotyczny (po jednym chromosomie z każdego jeden na komórkę potomną) (Źródło: Peter coxhead za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Proces ten pozwala na ciągłość życia i „niezmienione” przekazywanie materiału genetycznego kolejnym pokoleniom. Mejoza występuje zarówno w komórkach organizmów wielokomórkowych, jak iw organizmach jednokomórkowych (m.in. pierwotniaki, drożdże i bakterie).

W przypadku niektórych organizmów jest to główna forma rozmnażania i nazywana jest rozmnażaniem bezpłciowym. Jednak rozmnażanie się żywych istot wielokomórkowych, które mają różne cykle rozwojowe, jest nieco bardziej złożone i oznacza, że ​​wszystkie komórki tego samego organizmu powstają z bardzo specjalnej komórki zwanej zygotą.

Zygota jest wynikiem procesu zwanego rozmnażaniem płciowym, który obejmuje fuzję dwóch komórek gametycznych lub płciowych, wytwarzanych przez dwie różne osoby (zazwyczaj „mężczyznę” i „kobietę”) i które posiadają połowę informacji genetycznej każdy.

Proces produkcji tych komórek płciowych jest znany w organizmach wielokomórkowych jako mejoza i ma główną funkcję polegającą na wytwarzaniu komórek z połową ładunku chromosomalnego, czyli komórek haploidalnych.

Funkcja mejozy

Mejoza jest centralną częścią lub „sercem” rozmnażania płciowego, które wydaje się być ewolucyjnie korzystnym „nabyciem”, tak jak zostało przyjęte przez większość gatunków zwierząt i roślin.

Proces ten obejmuje połączenie dwóch różnych genomów, co kończy się wytworzeniem potomstwa z „nowym” wyposażeniem genetycznym, co z kolei oznacza wzrost zmienności.

Poprzez ten redukcyjny podział komórek wyspecjalizowane komórki w organizmie wielokomórkowych zwierząt i roślin, znane jako komórki linii zarodkowej, wytwarzają komórki płciowe lub gametyczne, które po połączeniu dają początek komórce zwanej zygotą. .

Zmniejszenie liczby chromosomów przez mejozę jest niezbędnym krokiem do zjednoczenia dwóch komórek płciowych, które są produkowane w celu „regeneracji” diploidalnego dopełniacza chromosomowego w następnym pokoleniu, zapewniając ciągłość gatunku.

Zmniejszenie liczby chromosomów jest możliwe, ponieważ podczas mejozy po jednej rundzie replikacji DNA następują dwie kolejne rundy segregacji chromosomów.

Przewaga konkurencyjna

Fakt, że dwie osobniki rozmnażają się płciowo i dochodzi do fuzji dwóch różnych genetycznie gamet, których chromosomy również były wcześniej „mieszane” w drodze procesów losowych, może oznaczać ewolucyjną przewagę z punktu widzenia konkurencji.

Mejoza, która daje początek komórkom z nową kombinacją genetyczną, która łączy się podczas rozmnażania płciowego, pozwala jednostkom będącym produktem takiej reprodukcji przystosować się do przetrwania w środowiskach, które różnią się w istotny sposób.

Eliminacja „szkodliwych” alleli

Ponieważ populacja jest podatna na pojawienie się nowych alleli w wyniku mutacji (z których wiele może być szkodliwych lub szkodliwych), mejoza i rozmnażanie płciowe mogą sprzyjać szybkiej eliminacji tych alleli, zapobiegając ich akumulacji i dalszemu rozprzestrzenianiu się.

Fazy ​​mejozy

Proces mejotyczny można wyjaśnić jako „separację” lub „dystrybucję” chromosomów komórki, w której podziale zmniejsza się jej ładunek chromosomowy, co zachodzi poprzez dwa podziały znane jako pierwszy podział mejotyczny i drugi podział mejotyczny. ostatni dość podobny do podziału mitotycznego.

Jak zobaczymy poniżej, każda z dwóch mejoz składa się z profazy, metafazy, anafazy i telofazy.

Fazy ​​mejozy (źródło: Boumphreyfr via Wikimedia Commons)

- Pierwszy podział mejotyczny

Mejoza I, czyli pierwszy podział mejotyczny, zaczyna się od połączenia członków każdej homologicznej pary chromosomów (chromosomów matczynych i ojcowskich, które organizmy diploidalne dziedziczą po swoich rodzicach).

Berło

Podobnie jak w przypadku mitozy, fazę cyklu komórkowego linii zarodkowej, która poprzedza mejozę, stanowi interfejs. Na tym etapie zachodzi jedyne zdarzenie replikacji DNA komórkowego, które generuje matczyny i ojcowski chromosom (są to komórki diploidalne), z których każdy składa się z dwóch chromatyd siostrzanych.

Prorok I

Podczas profazy I mejozy I dochodzi do zjednoczenia lub fizycznego kontaktu między homologicznymi chromosomami (równoważnymi chromosomami od dwóch różnych rodziców, ojca i matki) na całej ich długości.

To zdarzenie jest znane jako synapsa i jest to proces, w którym łączą się cztery chromatydy, po dwie z każdego homologicznego chromosomu, dlatego powstała struktura nazywana jest tetradą lub kompleksem dwuwartościowym (liczba tetrad w komórce podczas profazy wynosi odpowiednik haploidalnej liczby chromosomów).

W każdej tetradzie chromatydy inne niż siostrzane, to znaczy chromatydy należące do chromosomów homologicznych, ulegają rekombinacji w procesie zwanym crossover, który skutkuje wymianą genetyczną między chromosomami poprzez „wycinanie i wklejanie” losowych fragmentów w przypadkowych pozycjach, generowanie nowych kombinacji genów.

Po wystąpieniu rekombinacji, centromery homologicznych chromosomów oddzielają się, pozostając zjednoczone jedynie przez regiony znane jako chiazmy, które odpowiadają miejscom krzyżowania. Siostrzane chromatydy pozostają jednak przyłączone przez centromer.

Podczas tej fazy mejozy I komórki rosną i syntetyzują cząsteczki rezerwowe. Ponadto docenia się tworzenie wrzeciona mikrotubuli, aw późnej profazie I otoczka jądrowa znika, a tetrady chromatyd są wyraźnie widoczne pod mikroskopem świetlnym.

Faza ta kończy się, gdy tetrady ustawią się w równikowej płaszczyźnie dzielącej się komórki.

Metafaza I

Podczas metafazy włókna wrzeciona mikrotubuli łączą się z centromerami homologicznych chromosomów i przeciwległymi biegunami komórki; Jest to przeciwieństwo tego, co zachodzi podczas mitozy, w której centromery chromatyd siostrzanych są przyłączone do mikrotubul na przeciwnych biegunach.

Anafaza I

W tej fazie zduplikowane chromosomy homologiczne rozdzielają się, ponieważ są „przyciągane” w kierunku przeciwnych biegunów komórki dzięki mikrotubulom wrzeciona. Zatem na każdym biegunie znajduje się losowa kombinacja chromosomów, ale tylko jednego członka z każdej pary homologicznej.

Podczas anafazy I chromatydy siostrzane pozostają połączone ze sobą poprzez swoje centromery, co różni się od mitozy, ponieważ podczas anafazy mitotycznej chromatydy siostrzane są rozdzielane na przeciwnych biegunach komórki.

Telophase I

W tym momencie chromatydy „dekondensują”, czyli stają się mniej widoczne pod mikroskopem, tracąc swój charakterystyczny kształt. Otoczka jądrowa ulega reorganizacji i następuje cytokineza lub separacja komórek potomnych, które mają haploidalną liczbę chromosomów, ale składają się ze zduplikowanych chromosomów (z ich dwoma chromatydami).

Między telofazą I a kolejnym podziałem mejotycznym występuje krótki okres czasu zwany interkinezą, chociaż nie występuje on u wszystkich organizmów.

- Drugi podział mejotyczny

Podczas drugiego podziału siostrzane chromatydy są rozdzielane, jak to ma miejsce podczas mitozy, ale bez wcześniejszej replikacji DNA.

Proroka II

Profaza II jest bardzo podobna do profazy mitotycznej. Na tym etapie nie ma połączenia homologicznych chromosomów ani krzyżowania.

W profazie II chromatydy stają się ponownie widoczne, to znaczy chromatyna kondensuje. Włókna wrzeciona promieniują z każdego bieguna, wydłużając się w kierunku centromerów łączących chromatydy siostrzane.

Wreszcie otoczka jądrowa znika, a mikrotubule z przeciwnych biegunów docierają do centromeru każdej chromatydy i ustawiają się w równikowej płaszczyźnie komórki.

Metafaza II

Metafaza II różni się od metafazy I liczbą chromatyd, które ustawiają się w płaszczyźnie równikowej. W metafazie I obserwuje się tetrady, podczas gdy w II tylko siostrzane chromatydy tego samego chromosomu, jak w metafazie mitotycznej.

Anafaza II

Na tym etapie chromatydy siostrzane rozdzielają się, gdy są przemieszczane w kierunku przeciwnych biegunów komórki. Od tego momentu każdy chromatyd jest uważany za niezależny chromosom.

Telophase II

Na początku telofazy otoczka jądrowa regeneruje się zatem na nie powielonym zestawie homologicznych chromosomów, które były rozmieszczone w każdym biegunie komórki, po czym następuje cytokineza lub separacja komórek potomnych.

Podział mejotyczny komórki diploidalnej prowadzi do powstania czterech komórek haploidalnych, z których każda ma inną kombinację genów, w miarę jak miała miejsce rekombinacja.

Bibliografia

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Niezbędna biologia komórki. Garland Science.
2. Bernstein, H. i Bernstein, C. (2013). Ewolucyjne pochodzenie i adaptacyjna funkcja mejozy. W mejozie. IntechOpen.
3. Hunt, PA i Hassold, TJ (2002). Seks ma znaczenie w mejozie. Science, 296 (5576), 2181-2183.
4. Kleckner, N. (1996). Mejoza: jak to może działać? Proceedings of the National Academy of Sciences, 93 (16), 8167-8174.
5. Solomon, EP, Berg, LR i Martin, DW (2011). Biology (9th edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.
6. Villeneuve, AM i Hillers, KJ (2001). Skąd mejoza? Celi, 106 (6), 647-650.