Czym jest mejoza? Wartość biologiczna procesu

Mejoza jest jednym ze sposobów podział komórek. Jest to związane z powstawaniem gamet, a zatem odgrywa w nich rolę rozmnażanie płciowe. Jest to ważny proces ewolucyjny, który pozwala organizmom tworzyć zróżnicowane populacje w odpowiedzi na zmiany środowiskowe. Bez zrozumienia znaczenia mejozy nie można dalej badać takich sekcji biologii, jak selekcja, genetyka i ekologia.

Czym jest mejoza

Ta metoda podziału jest charakterystyczna dla tworzenia się gametów u zwierząt, roślin i grzybów. W wyniku mejozy powstają komórki, które mają haploidalny zestaw chromosomów, zwanych także komórkami zarodkowymi.

W przeciwieństwie do innego wariantu namnażania komórek - mitozy, w której liczba chromosomów osobników-córek jest charakterystyczna dla matki, podczas mejozy liczba chromosomów jest o połowę mniejsza. Dzieje się to w dwóch etapach - mejozy 1 i mejozy 2. Pierwsza część procesu jest podobna do mitozy - przed nią następuje podwojenie DNA, wzrost liczby chromosomów. Następnie następuje podział redukcji. Rezultatem jest tworzenie komórek z haploidami (i nie diploidalny) zestaw chromosomów.

Podstawowe pojęcia

Aby zrozumieć, czym jest mejoza, należy przypomnieć definicje pewnych pojęć, aby nie wrócić do nich później.

• Chromosom jest strukturą w jądrze komórkowym, która ma charakter nukleoproteinowy i koncentruje większość informacji dziedzicznych.
• Komórki somatyczne i płciowe są komórkami ciała, które mają inny zestaw chromosomów. Normalny (z wyłączeniem poliploidów) komórki somatyczne diploidalne (2n) i haploidalne (n). Kiedy dwie komórki płciowe się łączą, powstaje kompletna komórka somatyczna.
• Centromer jest regionem chromosomowym odpowiedzialnym za ekspresję genów i wiążących się chromatydów ze sobą.
• Telomery - końcowe sekcje chromosomów pełnią funkcję ochronną.
• Mitoza to metoda dzielenia komórek somatycznych, tworząc identyczne z nimi kopie w procesie.
• Euchromatyna i heterochromatyna - miejsca chromatyny w jądrze. Pierwszy zachowuje stan sparaliżowany, drugi jest spiralny.

Kroki procesu

Mejoza komórkowa składa się z dwóch kolejnych działów.

Pierwszy podział. W okresie profazy 1 chromosomy można badać nawet przy użyciu mikroskopu świetlnego. Struktura podwójnego chromosomu składa się z dwóch chromatyd i centromerów. Pojawia się helicyzacja, aw rezultacie skrócenie chromatydów w chromosomie. Mejoza zaczyna się od metafazy 1. Chromosomy homologiczne znajdują się w płaszczyźnie równikowej komórki. Nazywa się to wyrównaniem tetrad (dwuwartości) chromatydu do chromatydu. W tym momencie zachodzą procesy koniugacji i crossing-over, które opisano poniżej. Kiedy takie działania są często telomerami przecinają się i nakładają. Powłoka jądra zaczyna się rozpadać, jąderka znika, a nici wrzeciona podziału stają się widoczne. W okresie anafazy 1 całe chromosomy składające się z dwóch chromatydów odbiegają na bieguny iw sposób losowy.

W wyniku pierwszego podziału na etapie telofazy 1 powstają dwie komórki z pojedynczym zestawem DNA (w przeciwieństwie do mitozy, której komórki diploidalne są córkami). Interfaza jest krótka, ponieważ nie wymaga podwojenia DNA.

W drugim podziale w fazie metafazy 2 jeden chromosom (dwóch chromatydów) odchodzi do równikowej części komórki, tworząc płytkę metafazową. Centromer każdego chromosomu jest podzielony, chromatydy rozchodzą się w kierunku biegunów. Na etapie telofazy tego podziału powstają dwie komórki zawierające haploidalny zestaw chromosomów. Przychodzi już normalna interfaza.

Koniugacja i Crossover

Koniugacja jest procesem fuzji homologicznych chromosomów, a crossing-over jest wymianą odpowiednich sekcji homologicznych chromosomów (rozpoczyna się w profazie pierwszego podziału, kończy się w metafazie 1 lub w anafazie 1, gdy chromosomy odbiegają). Są to dwa sąsiednie procesy, które biorą udział w dodatkowej rekombinacji materiału genetycznego. Zatem chromosomy w komórkach haploidalnych nie są podobne do chromosomów macierzyńskich, ale już istnieją z substytucjami.

Różnorodność gamet

Gamety powstałe w procesie mejozy nie są do siebie homologiczne. Chromosomy rozchodzą się w komórkach potomnych niezależnie od siebie, dzięki czemu mogą przynieść różnorodne allele przyszłym potomkom. Rozważmy najprostszy klasyczny problem: definiujemy typy gamet powstających w organizmie rodzicielskim według dwóch prostych cech. Miejmy ciemnookiego i ciemnowłosego rodzica, który jest heterozygotyczny pod względem tych cech. Formuła alleli charakteryzująca ją będzie wyglądać jak AaBb. Komórki płciowe będą miały następującą formę: AB, Ab, aB, ab. To znaczy cztery rodzaje. Oczywiście liczba alleli w żywym organizmie z wieloma znakami będzie wielokrotnie wyższa, co oznacza, że ​​będzie wiele więcej wariantów gamet. Procesy te są wzmacniane przez koniugację i crossing-over występujące w procesie podziału.

Występują błędy w replikacji i rozbieżnościach chromosomów. Prowadzi to do powstawania wadliwych gamet. Zwykle takie komórki muszą przechodzić apoptozę (śmierć komórki), ale czasami łączą się z inną komórką zarodkową, tworząc nowy organizm. Na przykład w ten sposób Choroba Downa u ludzi, związany z jednym dodatkowym chromosomem.

Należy wspomnieć, że komórki zarodkowe formowane w różnych organizmach ulegają dalszemu rozwojowi. Na przykład osoba z jednej komórki macierzystej wytwarza cztery równoważne plemniki - jak w klasycznej mejozie, czym jest jajko - aby dowiedzieć się trudniej. Jedna komórka jajowa i trzy ciała redukcyjne powstają z czterech potencjalnie identycznych komórek.

Mejoza: znaczenie biologiczne

Dlaczego, w procesie mejozy, liczba chromosomów w komórce maleje, to jest jasne: gdyby ten mechanizm nie istniał, wówczas połączenie dwóch komórek zarodkowych spowodowałoby stały wzrost zestawu chromosomów. Ze względu na podział redukcji, w procesie reprodukcji, kompletna diploidalna komórka wyłania się z połączenia dwóch gamet. Stąd stałość gatunku, stabilność jego zestawu chromosomów.

Połowa DNA cielesnego organizmu zawiera matczyną i połowę ojcowskiej informacji genetycznej.

Mechanizmy mejozy leżą u sterylności hybryd międzygatunkowych. Ze względu na to, że chromosomy dwóch gatunków znajdują się w komórkach takich organizmów, nie mogą one wejść w koniugację w procesie metafazy 1, a proces tworzenia komórek płciowych zostaje zakłócony. Żyzne hybrydy są możliwe tylko między blisko spokrewnionymi gatunkami. W przypadku organizmów poliploidalnych (na przykład wielu roślin rolniczych) w komórkach o parzystym zestawie chromosomów (ośmiornice, tetraploidy) chromosomy różnią się jak w przypadku klasycznej mejozy. W przypadku triploidów chromatydy powstają nierównomiernie, ryzyko uzyskania wadliwych gamet jest wysokie. Rośliny te rozmnażają się wegetatywnie.

Tak więc zrozumienie, czym jest mejoza, jest podstawowym zagadnieniem biologii. Procesy rozmnażania płciowego, kumulacja losowych mutacji, a także przenoszenie potomstwa leży u podstaw dziedzicznej zmienności i niepewnej selekcji. Współczesna selekcja opiera się na tych mechanizmach.

Opcje mejozy

Rozważany wariant podziału w mejozie jest charakterystyczny głównie dla komórek wielokomórkowych. Najprostszy mechanizm wygląda nieco inaczej. W trakcie tego następuje podział mejotyczny, odpowiednio przesuwa się także faza przejścia. Taki mechanizm jest uważany za bardziej prymitywny. Stanowiło to podstawę podziału komórek haploidalnych współczesnych zwierząt, roślin, grzybów, występujących w dwóch fazach i zapewniających lepszą rekombinację materiału genetycznego.

Różnice mejozy od mitozy

Podsumowując różnice między tymi dwoma rodzajami podziału, należy zwrócić uwagę na ploidię komórek potomnych. Jeśli podczas mitozy ilość DNA, chromosomy w obu generacjach jest taka sama - diploidalna, wówczas haploidalne komórki powstają w mejozie. W tym przypadku, w wyniku pierwszego procesu, powstają dwie, a w wyniku drugiej - cztery komórki. W mitozie nie ma przejścia. Znaczenie biologiczne tych podziałów również jest różne. Jeśli celem mejozy jest tworzenie komórek płciowych i ich późniejsze osuszanie w różnych organizmach, to jest rekombinacja materiału genetycznego w kolejnych pokoleniach, to celem mitozy jest utrzymanie stabilności tkanek i integralności organizmu.