Co je meióza?

Všechny buňky vznikají z jiných buněk procesem buněčného dělení. Meióza je specializovaná forma buněčného dělení, která produkuje reprodukční buňky, jako jsou spóry rostlin a hub, spermie a vajíčka.

Obecně tento proces zahrnuje "rodičovskou" buňku rozdělující se na dvě nebo více "dceřiných" buněk. Tímto způsobem může rodičovská buňka předávat svůj genetický materiál z generace na generaci.

Eukaryotické buňky a jejich chromozomy

Na základě relativní složitosti jejich buněk jsou všechny živé organismy široce klasifikovány jako prokaryoty nebo eukaryoty. Prokaryoty, jako jsou bakterie, sestávají z jediné buňky s jednoduchou vnitřní strukturou. Jejich DNA volně plave v buňce ve zkroucené, vláknité hmotě zvané nukleoid.

Zvířata, rostliny a houby jsou eukaryoty. Eukaryotické buňky mají specializované složky zvané organely, jako jsou mitochondrie, chloroplasty a endoplazmatické retikulum. Každý z nich vykonává určitou funkci. Na rozdíl od prokaryot je eukaryotická DNA balena v centrálním kompartmentu zvaném jádro.

V eukaryotickém jádru jsou dlouhé dvojitě spirálové řetězce DNA pevně ovinuty kolem proteinů zvaných histony. To vytváří tyčovitou strukturu zvanou chromozom.

Buňky v lidském těle mají 23 párů chromozomů, nebo celkem 46. To zahrnuje dva pohlavní chromozomy: dva chromozomy X pro ženy a jeden chromosom X a jeden Y pro muže. Protože každý chromozom má pár, tyto buňky se nazývají "diploidní" buňky.

Na druhou stranu, lidské spermie a vaječné buňky mají pouze 23 chromozomů, nebo polovinu chromozomů diploidní buňky. Proto se nazývají „haploidní“ buňky.

Když se spermie a vajíčko spojí během oplodnění, obnoví se celkový počet chromozomů. Je to proto, že pohlavně se rozmnožující organismy dostávají od každého rodiče sadu chromozomů: mateřskou a otcovskou sadu. Každý chromozom má odpovídající dvojici, orhomolog.

Mitóza vs. meióza

Eukaryoty jsou schopné dvou typů buněčného dělení: mitózy a meiózy

Mitóza umožňuje, aby buňky produkovaly identické kopie sebe samých, což znamená, že genetický materiál je duplikován z rodičovských na dceřiné buňky. Mitóza produkuje dvě dceřiné buňky z jedné rodičovské buňky.

Jednobuněčné eukaryoty, jako je améba a kvasnice, používají mitózu k reprodukci asexuálně a ke zvýšení jejich populace. Vícebuněčné eukaryoty, jako lidé, používají mitózu k růstu nebo hojení poškozených tkání.

Meióza je na druhé straně specializovanou formou buněčného dělení, která se vyskytuje v organismech, které se pohlavně rozmnožují. Jak je uvedeno výše, produkuje reprodukční buňky, jako jsou spermie, vajíčko a spory v rostlinách a houbách.

U lidí speciální buňky zvané zárodečné buňky podléhají meióze a nakonec vedou ke vzniku spermatu nebo vajíček. Zárodečné buňky obsahují kompletní sadu 46 chromozomů (23 mateřských chromozomů a 23 otcovských chromozomů). Na konci meiózy mají výsledné reprodukční buňky nebo gamety 23 geneticky jedinečných chromozomů.

Celkový proces meiózy produkuje čtyři dceřiné buňky z jedné jediné rodičovské buňky. Každá dceřinná buňka je haploid, protože má poloviční počet chromozomů jako původní rodičovská buňka.

"Meiosis je redukční," řekl biologický a profesor M. Andrew Hoyt na Johns Hopkins University.

Na rozdíl od mitózy jsou dceřiné buňky produkované během meiózy geneticky rozmanité. Homologní chromozomy vyměňují kousky DNA za vytvoření geneticky jedinečných hybridních chromozomů určených pro každou dceřinnou buňku.

Bližší pohled na meiózu

Před zahájením meiózy dochází v rodičovských buňkách k některým důležitým změnám. Nejprve si každý chromozom vytvoří vlastní kopii. Tyto duplikované chromozomy jsou známé jako sesterské chromatidy. Jsou spojeny dohromady a místo, kde jsou spojeny, je známé jako centroméra. Tavené sesterské chromatidy se zhruba podobají tvaru písmene „X“.

Meiosis se vyskytuje během dvou kol jaderných divizí, nazvaných meiosa I a meiosis II, podle Scitable Nature Education. Kromě toho jsou meioza I a II rozdělena do čtyř hlavních fází: profáze, metafáze, anafázy a telopázy.

Meióza I je zodpovědná za vytváření geneticky jedinečných chromozomů. Sestry chromatidů se spárují se svými homology a vzájemně si vyměňují genetický materiál. Na konci tohoto dělení jedna rodičovská buňka produkuje dvě dceřiné buňky, z nichž každá nese jednu sadu sesterských chromatidů.

Meióza II se velmi podobá mitóze. Dvě dceřiné buňky se pohybují do této fáze bez další chromozomální duplikace. Během této dělení jsou sestry chromatidy roztaženy. V průběhu meiosy II jsou produkovány celkem čtyři haploidní dceřiné buňky.

Meióza I

Podle "Molecular Biology of Cell" jsou čtyři fáze meiosis Iare následující. (Garland Science, 2002):

Prorok I: V této fázi se chromozomy stávají kompaktními, hustými strukturami a jsou snadno viditelné pod mikroskopem. Homologní chromozomy se párují. Dvě sady sesterských chromatidů se podobají dvěma X uspořádaným vedle sebe. Každá sada vyměňuje kousky DNA s ostatními a rekombinuje, čímž se vytváří genetická variace. Tento proces se nazývá křížení nebo rekombinace.

I když u člověka nejsou mužské pohlavní chromozomy (X a Y) homology exaktní, mohou se stále spárovat a vyměňovat si DNA. K překřížení dochází pouze v malé oblasti dvou chromozomů.

Na konci fáze I se jaderná membrána rozpadne.

Metafáza I: Meiotické vřeteno, síť proteinových filamentů, vychází ze dvou struktur nazývaných centrioly, umístěných na obou koncích buňky. Meiotické vřeteno zapadá do roztavených sesterských chromatidů. Na konci metafázy I jsou všechny fúzované sesterské chromatidy uvázány v centromerech a uspořádány uprostřed buňky. Homology stále vypadají jako dvě X sedí těsně vedle sebe.

Anaphase I: Vřetenová vlákna se začínají stahovat a táhnout s nimi fúzované sesterské chromatidy. Každý komplex ve tvaru písmene X se pohybuje od druhého směrem k opačným koncům buňky.

Telophase I: Sloučené sesterské chromatidy dosáhnou obou konců buňky a buněčné tělo se rozdělí na dva.

Výsledkem meiózy I jsou dvě dceřiné buňky, z nichž každá obsahuje sadu fúzovaných sesterských chromatidů. Genetický makeup každé dceřiné buňky je odlišný kvůli výměně DNA mezi homology během procesu křížení.

Meióza II

„Meióza II vypadá jako mitóza,“ řekl Hoyt. "Je to dělení rovnic."

Jinými slovy, na konci procesu se počet chromozomů mezi buňkami, které vstupují do meiosy II, a výslednými dceřinými buňkami nezmění.

Čtyři fáze meiózy II jsou podle “Molekulární biologie buňky, 4. vydání.”

Prophase II: Jaderná membrána se rozpadá a znovu se začnou tvořit meiotické vřetena.

Metafáza II: Meiotické vřetena zapadají na centromeru sesterských chromatidů a všechny se zarovnávají ve středu buňky.

Anafáza II: Vřetenová vlákna se začínají stahovat a stahovat sestry chromatidy od sebe. Každý jednotlivý chromozom se nyní začíná přesouvat na oba konce buňky.

Telophase II: Chromozomy dosáhnou opačných konců buňky. Znovu se vytvoří jaderná membrána a buněčné tělo se rozdělí na dvě

Výsledkem meiózy II jsou čtyři dceřiné haploidní buňky, každá se stejným počtem chromozomů. Každý chromozom je však jedinečný a obsahuje směs genetických informací z mateřských a otcovských chromozomů v původní rodičovské buňce.

Proč je meiosa důležitá?

Správně “chromozomální segregace,” nebo separace sesterských chromatidů během meiosy I a II je nezbytná pro vytváření zdravých spermat a vaječných buněk, a tedy i zdravých embryí. Pokud se chromosomy úplně neoddělí, nazývá se nondisjunkce a může mít za následek vznik gamet, které mají chybějící nebo extra chromozomy, podle „Molecular Biology of the Cell, 4. vydání“.

Když se oplodní gamety s abnormálním počtem chromozomů, většina výsledných embryí nepřežije. Ne všechny chromozomální abnormality jsou však pro embryo fatální. Například Downův syndrom se vyskytuje v důsledku toho, že máme další kopii chromozomu 21. A lidé s Klinefelterovým syndromem jsou geneticky muži, ale mají navíc X chromozom.

Nejvýznamnějším dopadem meiózy je to, že vytváří genetickou rozmanitost, a to je hlavní výhoda pro přežití druhů.

"Zamíchání genetických informací vám umožní najít nové kombinace, které budou možná lépe zapadat do reálného světa," řekl Hoyt.