Ce este meioza?

Toate celulele apar din alte celule prin procesul de diviziune celulară. Meioza este o formă specializată de diviziune celulară care produce celule de reproducere, cum ar fi sporii vegetale și fungice și spermatozoizii și ovulele.

În general, acest proces implică o celulă „părinte” care se împarte în două sau mai multe celule „fiice”. În acest fel, celula mamă își poate transmite materialul genetic de la generație la generație.

Celulele eucariote și cromozomii lor

Pe baza complexității relative a celulelor lor, toate organismele vii sunt clasificate, în linii mari, fie procariote, fie eucariote. Procariotele, cum ar fi bacteriile, constau dintr-o singură celulă cu o structură internă simplă. ADN-ul lor plutește liber în interiorul celulei într-o masă răsucită, sub formă de fir, numită nucleoid.

Animalele, plantele și ciupercile sunt toate eucariote. Celulele eucariote au componente specializate numite organule, cum ar fi mitocondriile, cloroplastele și reticulul endoplasmic. Fiecare dintre acestea îndeplinește o funcție specifică. Spre deosebire de procariote, ADN-ul eucariotic este ambalat într-un compartiment central numit nucleu.

În cadrul nucleului eucariotic, lungi dublu-elicoidale de ADN sunt înfășurate strâns în jurul proteinelor numite histone. Aceasta formează o structură asemănătoare unei tije numită cromozom.

Celulele din corpul uman au 23 de perechi de cromozomi, sau 46 în total. Aceasta include doi cromozomi sexuali: doi cromozomi X pentru femei și un cromozom X și un Y pentru bărbați. Deoarece fiecare cromozom are o pereche, aceste celule sunt numite celule "diploide".

Pe de altă parte, spermatozoizii umani și celulele de ou au doar 23 de cromozomi, sau jumătate din cromozomii unei celule diploide. Astfel, ele sunt numite celule „haploide”.

Când sperma și ovul se combină în timpul fertilizării, numărul cromozomului total este restabilit. Asta pentru că organismele care se reproduc sexual primesc un set de cromozomi de la fiecare părinte: un set maternal și patern. Fiecare cromozom are o pereche corespunzătoare, orhomolog.

Mitoză vs. meioză

Eucariotele sunt capabile de două tipuri de diviziune celulară: mitoză și meioză

Mitoza permite celulelor să producă copii identice ale acestora, ceea ce înseamnă că materialul genetic este duplicat de la celule părinte la fiice. Mitoza produce două celule fiice dintr-o celulă mamă.

Eucariote unicelulare, cum ar fi ameba și drojdia, folosesc mitoza pentru a se reproduce asexual și crește populația. Eucariotele multicelulare, la fel ca oamenii, folosesc mitoza pentru a crește sau a vindeca țesuturile rănite.

Meioza, pe de altă parte, este o formă specializată de diviziune celulară care apare în organismele care se reproduc sexual. După cum am menționat mai sus, produce celule de reproducere, cum ar fi celule spermatozoide, celule de ou și spori în plante și ciuperci.

La om, celulele speciale numite celule germinale suferă de meioză și, în cele din urmă, dau naștere la spermă sau ouă. Celulele germinale conțin un set complet de 46 de cromozomi (23 de cromozomi materni și 23 de cromozomi paterni). Până la sfârșitul meiozei, celulele reproducătoare rezultate sau gametii au fiecare 23 de cromozomi genetic unici.

Procesul global al meiozei produce patru celule fiice dintr-o celulă monoparentală. Fiecare celulă fiică este haploidă, deoarece are jumătate din numărul de cromozomi ca celulă mamă originală.

„Meiosis este reducătoare”, a spus M. Andrew Hoyt, biolog și profesor la Universitatea Johns Hopkins.

Spre deosebire de mitoză, celulele fiice produse în timpul meiozei sunt diverse genetic. Cromozomii omologi schimbă biți de ADN pentru a crea cromozomi hibrizi unici genetic, destinați fiecărei celule fiice.

O privire mai atentă asupra meiozei

Înainte de începerea meiozei, unele modificări importante au loc în celulele părinte. În primul rând, fiecare cromozom creează o copie a lui. Aceste cromozomi dublati sunt cunoscuti sub numele de cromatide surori. Sunt contopite și punctul în care sunt unite este cunoscut sub numele de centromer. Cromatidele surori fuzibile seamănă aproximativ cu forma literei "X".

Mioza apare pe parcursul a două runde de diviziuni nucleare, numite meioza I și meioza II, potrivit Nature Education's Scitable. Mai mult, meioza I și II sunt împărțite fiecare în patru etape majore: faza, metafază, anafază și telofază.

Meioza I este responsabilă de crearea cromozomilor unici genetic. Cromatidele surori se împerechează cu omologii lor și fac schimb de materiale genetice între ele. La sfârșitul acestei diviziuni, o celulă mamă produce două celule fiice, fiecare purtând un set de cromatide surori.

Meiosis II seamănă foarte mult cu mitoza. Cele două celule fiice se deplasează în această fază fără o duplicare suplimentară a cromozomilor. Cromatidele surori sunt îndepărtate în această diviziune. Un total de patru celule fiice haploide sunt produse în timpul meiozei II.

Meioza I

Cele patru stadii ale meiozei Iare după cum urmează, conform „Biologiei moleculare a celulei”. (Garland Science, 2002):

Faza I: În acest stadiu, cromozomii devin structuri compacte, dense și sunt ușor vizibile la microscop. Cromozomii omologi se împerechează. Cele două seturi de cromatide surori seamănă cu două X-uri aliniate unul lângă altul. Fiecare set schimbă biți de ADN cu celălalt și recombină, creând astfel variație genetică. Acest proces este cunoscut sub denumirea de traversare sau recombinare.

Chiar dacă la om, cromozomii sexuali masculini (X și Y) nu sunt omologi exacti, ei pot totuși să se asocieze și să facă schimb de ADN. Trecerea are loc doar într-o regiune mică a celor doi cromozomi.

La sfârșitul profasei I, membrana nucleară se descompune.

Metafază I: Fusul meiotic, o rețea de filamente proteice, iese din două structuri numite centriole, poziționate la fiecare capăt al celulei. Fusul meiotic se blochează pe cromatidele surori fuzionate. Până la sfârșitul metafazei I, toate cromatidele surori fuzionate sunt legate la centromele lor și se aliniază în mijlocul celulei. Omologii arată în continuare ca două X-uri așezate strâns.

Anafază I: Fibrele axului încep să se contracte, trăgând cromatide surori fuzibile cu ele. Fiecare complex în formă de X se îndepărtează de celălalt, spre capetele opuse ale celulei.

Telofază I: Cromatidele surori fuzionate ajung la fiecare capăt al celulei, iar corpul celular se împarte în două.

Meiosis I are ca rezultat două celule fiice, fiecare conținând un set de cromatide surori fuzionate. Machiajul genetic al fiecărei celule fiice este distinct din cauza schimbului de ADN dintre omologi în timpul procesului de încrucișare.

Meiosis II

"Meiosis II arata ca mitoza", a spus Hoyt. „Este o diviziune ecuațională”.

Cu alte cuvinte, până la sfârșitul procesului, numărul de cromozomi este neschimbat între celulele care intră în meioza II și celulele fiice rezultate.

Cele patru etape ale meiozei II sunt după cum urmează “Biologia moleculară a celulei, ediția a IV-a.”

Faza II: Membrana nucleară se dezintegrează și fusurile meiotice încep să se formeze încă o dată.

Metafază II: Fusurile meiotice se fixează pe centromerul cromatidelor surori și toate se aliniază în centrul celulei.

Anafază II: Fibrele fusului încep să se contracte și să îndepărteze cromatidele surori. Fiecare cromozom individual începe acum să se deplaseze în capătul celulei.

Telofaza II: Cromozomii ajung la capetele opuse ale celulei. Membrana nucleară se formează din nou, iar corpul celular se împarte în două

Meiosis II are ca rezultat patru celule fiice haploide, fiecare având același număr de cromozomi. Cu toate acestea, fiecare cromozom este unic și conține un amestec de informații genetice din cromozomii materni și paterni din celula mamă originală.

De ce este importantă meioza?

adecvat “segregarea cromozomială,” sau separarea cromatidelor surori în timpul meiozei I și II este esențială pentru generarea de spermatozoizi și celule de ou sănătoase și, prin extensie, embrioni sănătoși. Dacă cromozomii nu reușesc să se separe complet, se numește nondisuncție și poate duce la formarea de gameți care au cromozomi lipsă sau în plus, conform „Biologie moleculară a celulei, ediția a 4-a”.

Atunci când gametele cu un număr anormal de cromozomi fertilizează, majoritatea embrionilor rezultați nu supraviețuiesc. Cu toate acestea, nu toate anomaliile cromozomiale sunt fatale pentru embrion. De exemplu, sindromul Down apare ca rezultat al existenței unei copii suplimentare a cromozomului 21. Și, persoanele cu sindromul Klinefelter sunt masculin genetic, dar au un cromozom X suplimentar.

Cel mai semnificativ impact al meiozei este faptul că generează diversitate genetică și acesta este un avantaj major pentru supraviețuirea speciilor.

"Amestecarea informațiilor genetice vă permite să găsiți noi combinații care, probabil, vor fi mai potrivite în lumea reală", a spus Hoyt.