CO TO SĄ KOMÓRKI HAPLOIDALNE? - BIOLOGIA - 2026

Komórka haploidalna to komórka, której genom składa się z jednego podstawowego zestawu chromosomów. Dlatego komórki haploidalne mają zawartość genomu, którą nazywamy ładunkiem podstawowym „n”. Ten podstawowy zestaw chromosomów jest typowy dla każdego gatunku.

Stan haploidalny nie jest związany z liczbą chromosomów, ale z liczbą zestawu chromosomów, który reprezentuje genom gatunku. To znaczy jego podstawowe obciążenie lub liczba.

Innymi słowy, jeśli liczba chromosomów tworzących genom gatunku wynosi dwanaście, to jest to jego podstawowa liczba. Jeśli komórki tego hipotetycznego organizmu mają dwanaście chromosomów (to jest z podstawową liczbą jeden), ta komórka jest haploidalna.

Jeśli ma dwa pełne zestawy (to jest 2 X 12), jest diploidalny. Jeśli masz trzy, jest to komórka triploidalna, która powinna zawierać łącznie około 36 chromosomów pochodzących z 3 pełnych zestawów tych chromosomów.

W większości komórek prokariotycznych, jeśli nie we wszystkich, genom jest reprezentowany przez pojedynczą cząsteczkę DNA. Chociaż replikacja z opóźnionym podziałem może prowadzić do częściowej diploidii, prokarionty są jednokomórkowe i haploidalne.

Generalnie są one również genomem jednocząsteczkowym. To znaczy z genomem reprezentowanym przez pojedynczą cząsteczkę DNA. Niektóre organizmy eukariotyczne są również genomami jednocząsteczkowymi, chociaż mogą być również diploidalne.

Większość jednak ma genom podzielony na różne cząsteczki DNA (chromosomy). Kompletny zestaw twoich chromosomów zawiera cały twój konkretny genom.

Haploidy u eukariontów

W organizmach eukariotycznych możemy znaleźć bardziej zróżnicowane i złożone sytuacje pod względem ich ploidii. W zależności od cyklu życiowego organizmu spotykamy na przykład przypadki, w których wielokomórkowe eukarionty mogą być diploidalne w jednym momencie swojego życia, a haploidalne w innym.

W obrębie tego samego gatunku może się również zdarzyć, że niektóre osobniki są diploidalne, a inne haploidalne. Wreszcie, najczęstszym przypadkiem jest to, że ten sam organizm wytwarza zarówno komórki diploidalne, jak i komórki haploidalne.

Komórki haploidalne powstają w wyniku mitozy lub mejozy, ale mogą przejść tylko mitozę. Oznacza to, że jedna haploidalna komórka „n” może się dzielić, dając początek dwóm haploidalnym komórkom „n” (mitoza).

Z drugiej strony, z diploidalnych komórek „2n” mogą również powstać cztery haploidalne komórki „n” (mejoza). Jednak komórka haploidalna nigdy nie będzie mogła podzielić się przez mejozę, ponieważ z definicji biologicznej mejoza oznacza podział ze zmniejszeniem podstawowej liczby chromosomów.

Oczywiście komórka o liczbie zasadowej równej jeden (tj. Haploid) nie może podlegać podziałom redukcyjnym, ponieważ nie ma czegoś takiego jak komórki z częściowymi frakcjami genomu.

Przypadek wielu roślin

Większość roślin ma cykl życia charakteryzujący się tak zwaną przemianą pokoleń. Te pokolenia, które zmieniają się w życiu rośliny, to pokolenie sporofitów („2n”) i pokolenie gametofitów („n”).

Kiedy dochodzi do fuzji „n” gamet, prowadzącej do powstania diploidalnej zygoty „2n”, powstaje pierwsza komórka sporofitu. Będzie to sukcesywnie dzielone przez mitozę, aż roślina osiągnie stadium reprodukcyjne.

Tutaj mejotyczny podział określonej grupy komórek „2n” spowoduje powstanie zestawu haploidalnych komórek „n”, które utworzą tak zwany gametofit, męski lub żeński.

Komórki haploidalne gametofitów nie są gametami. Wręcz przeciwnie, później podzielą się, dając początek odpowiednim męskim lub żeńskim gametom, ale przez mitozę.

Przypadek wielu zwierząt

U zwierząt obowiązuje zasada, że ​​mejoza jest gametyczna. Oznacza to, że gamety są wytwarzane przez mejozę. Organizm, na ogół diploidalny, wytworzy zestaw wyspecjalizowanych komórek, które zamiast dzielić się mitozą, zrobią to w sposób ostateczny i mejozowy.

Oznacza to, że powstałe gamety stanowią ostateczne przeznaczenie tej linii komórkowej. Oczywiście są wyjątki.

Na przykład u wielu owadów samce tego gatunku są haploidalne, ponieważ są produktem rozwoju przez mitotyczny wzrost niezapłodnionych jaj. Po osiągnięciu dorosłości będą również wytwarzać gamety, ale poprzez mitozę.

Czy warto być haploidalnym?

Komórki haploidalne, które działają jako gamety, są materialnym fundamentem generowania zmienności poprzez segregację i rekombinację.

Gdyby jednak nie było, ponieważ fuzja dwóch haploidalnych komórek umożliwia istnienie tych, które tego nie robią (dyploidy), uwierzylibyśmy, że gamety są tylko instrumentem, a nie celem samym w sobie.

Jednak istnieje wiele organizmów, które są haploidalne i nie są nieświadome sukcesu ewolucyjnego lub ekologicznego.

Bakterie i archeony

Na przykład bakterie i archeony występowały tu od dawna, na długo przed organizmami diploidalnymi, w tym wielokomórkowymi.

Z pewnością w znacznie większym stopniu polegają na mutacjach niż na innych procesach, aby generować zmienność. Ale ta zmienność jest w zasadzie metaboliczna.

Mutacje

W komórce haploidalnej wynik wpływu dowolnej mutacji będzie obserwowany w ciągu jednego pokolenia. Dlatego każda mutacja za lub przeciw może zostać wybrana bardzo szybko.

Przyczynia się to w znacznym stopniu do wydajnej adaptowalności tych organizmów. Zatem to, co nie jest korzystne dla organizmu, może okazać się korzystne dla badacza, gdyż dużo łatwiej jest robić genetykę z organizmami haploidalnymi.

W rzeczywistości w haploidach fenotyp może być bezpośrednio powiązany z genotypem, łatwiej jest wygenerować czyste linie i łatwiej jest zidentyfikować efekt spontanicznych i indukowanych mutacji.

Eukarionty i dyploidy

Z drugiej strony, w organizmach eukariotycznych i diploidalnych haploidia stanowi doskonałą broń do testowania mniej przydatnych mutacji. Generując gametofit, który jest haploidalny, komórki te będą wyrażać tylko odpowiednik pojedynczej zawartości genomu.

Oznacza to, że komórki będą hemizygotyczne dla wszystkich genów. Jeśli śmierć komórki wywodzi się z tego stanu, linia ta nie będzie dostarczać gamety z powodu mitozy, działając w ten sposób jako filtr dla niepożądanych mutacji.

Podobne rozumowanie można zastosować do samców, że u niektórych gatunków zwierząt są one haploidalne. Są również hemizygotami dla wszystkich noszących je genów.

Jeśli nie przeżyją i nie osiągną wieku rozrodczego, nie będą miały możliwości przekazania tej informacji genetycznej przyszłym pokoleniom. Innymi słowy, łatwiej jest wyeliminować mniej funkcjonalne genomy.

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell ( ^6th Edition). WW Norton & Company, Nowy Jork, NY, USA.
2. Bessho, K., Iwasa, Y., Day, T. (2015) Ewolucyjna przewaga mikrobów haploidalnych kontra diploidalnych w środowiskach ubogich w składniki odżywcze. Journal of Theoretical Biology, 383: 116–329.
3. Brooker, RJ (2017). Genetyka: analiza i zasady. McGraw-Hill Higher Education, Nowy Jork, NY, USA.
4. Goodenough, UW (1984) Genetyka. WB Saunders Co. Ltd, Filadelfia, PA, USA.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Wprowadzenie do Analiza genetyczna (11 ^th ed.). Nowy Jork: WH Freeman, Nowy Jork, NY, USA.
6. Li, Y., Shuai, L. (2017) Wszechstronne narzędzie genetyczne: komórki haploidalne. Badania i terapia komórek macierzystych, 8: 197. doi: 10.1186 / s13287-017-0657-4.