Vad är Meios?

Alla celler kommer från andra celler genom processen för celldelning. Meios är en specialiserad form av celldelning som producerar reproduktionsceller, såsom växt- och svampsporer och spermier och äggceller.

I allmänhet involverar denna process en "överordnad" celldelning i två eller flera "dotter" -celler. På detta sätt kan föräldercellen vidarebefordra sitt genetiska material från generation till generation.

Eukaryota celler och deras kromosomer

Baserat på deras relativa komplexitet klassificeras alla levande organismer i stort sett som antingen prokaryoter eller eukaryoter. Prokaryoter, såsom bakterier, består av en enda cell med en enkel inre struktur. Deras DNA flyter fritt i cellen i en tvinnad, trådliknande massa som kallas nukleoid.

Djur, växter och svampar är alla eukaryoter. Eukaryota celler har specialkomponenter som kallas organeller, såsom mitokondrier, kloroplaster och endoplasmatisk retikulum. Var och en av dessa utför en specifik funktion. Till skillnad från prokaryoter packas eukaryot DNA in i ett centralt fack som kallas kärnan.

Inom den eukaryota kärnan lindas långa dubbelhelikala DNA-strängar tätt runt proteiner som kallas histoner. Detta bildar en stavliknande struktur som kallas kromosomen.

Celler i människokroppen har 23 par kromosomer, eller 46 totalt. Detta inkluderar två könskromosomer: två X-kromosomer för kvinnor och en X- och en Y-kromosom för män. Eftersom varje kromosom har ett par, kallas dessa celler "diploida" celler.

Å andra sidan har mänskliga spermier och äggceller endast 23 kromosomer, eller halva kromosomerna i en diploidcell. Således kallas de "haploida" celler.

När spermierna och ägget kombineras under befruktningen återställs det totala kromosomtalet. Det beror på att sexuellt reproducerande organismer får en uppsättning kromosomer från varje förälder: en moder- och faderlig uppsättning. Varje kromosom har ett motsvarande par, orolog.

Mitos mot meios

Eukaryoter kan två typer av celldelning: mitos och meios

Mitos gör det möjligt för celler att producera identiska kopior av sig själva, vilket innebär att det genetiska materialet dupliceras från föräldrar till dotterceller. Mitos producerar två dotterceller från en föräldercell.

Encelliga eukaryoter, såsom amöba och jäst, använder mitos för att reproducera asexuellt och öka deras befolkning. Multicellulära eukaryoter, som människor, använder mitos för att växa eller läka skadade vävnader.

Meios, å andra sidan, är en specialiserad form av celldelning som förekommer i organismer som reproducerar sig sexuellt. Som nämnts ovan producerar den reproduktionsceller, såsom spermier, äggceller och sporer i växter och svampar.

Hos människor genomgår speciella celler som kallas bakterieceller meios och ger slutligen spermier eller ägg. Könsceller innehåller en komplett uppsättning av 46 kromosomer (23 moderkromosomer och 23 faderiska kromosomer). I slutet av meios, de resulterande reproduktionscellerna eller gameterna, har var och en 23 genetiskt unika kromosomer.

Den övergripande processen för meios producerar fyra dotterceller från en enda föräldercell. Varje dottercell är haploid, eftersom den har hälften av antalet kromosomer som den ursprungliga föräldercellen.

"Meios är reduktion", säger M. Andrew Hoyt, en biolog och professor vid Johns Hopkins University.

Till skillnad från i mitos, är dottercellerna som produceras under meios genetiskt olika. Homologa kromosomer utbyter bitar av DNA för att skapa genetiskt unika, hybridkromosomer avsedda för varje dottercell.

En närmare titt på meios

Innan meiosen börjar sker några viktiga förändringar inom modercellerna. Först skapar varje kromosom en kopia av sig själv. Dessa duplicerade kromosomer är kända som systerkromatider. De smälts samman och punkten där de förenas kallas centromeren. Smälta systerkromatider liknar ungefär formen på bokstaven "X."

Meios uppträder under två omgångar med kärnkraftsavdelningar, kallad meios I och meios II, enligt Nature Education's Scitable. Vidare är meios I och II uppdelade i fyra huvudstadier: profas, metafas, anafas och telofas.

Meiosis I ansvarar för att skapa genetiskt unika kromosomer. Systerkromatider parar ihop med sina homologer och utbyter genetiskt material med varandra. I slutet av denna uppdelning producerar en modercell två dotterceller, var och en har en uppsättning systerkromatider.

Meiosis liknar nära mitos. De två dottercellerna rör sig in i denna fas utan ytterligare kromosomduplicering. Systerkromatiderna dras isär under denna uppdelning. Totalt produceras fyra haploida dotterceller under meios II.

Meios jag

De fyra stadierna i meiosen är enligt följande, enligt "Molecular Biology of the Cell." (Garland Science, 2002):

Utrop I: I detta skede blir kromosomer kompakta, täta strukturer och är lätt synliga under mikroskopet. De homologa kromosomerna går ihop. De två uppsättningarna av systerkromatider liknar två X: s uppradade bredvid varandra. Varje uppsättning utbyter bitar av DNA med den andra och rekombinerar, vilket skapar genetisk variation. Denna process kallas korsning eller rekombination.

Trots att hos människa inte är de manliga könskromosomerna (X och Y) exakta homologer, kan de fortfarande para ihop och utbyta DNA. Korsning sker endast i en liten region av de två kromosomerna.

I slutet av profas I bryts kärnmembranet ner.

Metafas I: Den meiotiska spindeln, ett nätverk av proteinfilament, kommer från två strukturer som kallas centriolerna, placerade i vardera änden av cellen. Den meiotiska spindeln spärras på de smälta systerkromatiderna. I slutet av metafas I är alla de smälta systerkromatiderna bundna vid sina centromerer och raderas upp i mitten av cellen. Homologerna ser fortfarande ut som två X som sitter nära varandra.

Anafas I: Spindelfibrerna börjar sammandras och drar med sig de smälta systerkromatiderna. Varje X-format komplex rör sig bort från det andra, mot motsatta ändar av cellen.

Telofas I: De smälta systerkromatiderna når endera änden av cellen och cellkroppen delas upp i två.

Meiosis I resulterar i två dotterceller, som var och en innehåller en uppsättning smälta systerkromatider. Den genetiska sammansättningen av varje dottercell är distinkt på grund av DNA-utbytet mellan homologer under övergångsprocessen.

Meiosis II

"Meiosis II ser ut som mitos," berättade Hoyt. "Det är en jämlik uppdelning."

Med andra ord, vid slutet av processen är kromosomtalet oförändrat mellan cellerna som kommer in i meios II och de resulterande dottercellerna.

De fyra stadierna av meios II är enligt följande “Molecular Biology of the Cell, 4: e upplagan.”

Profas II: Kärnmembranet sönderfaller och meiotiska spindlar börjar bildas igen.

Metafas II: De meiotiska spindlarna spärrar sig på systerkromatidernas centromere, och de ställer sig alla i mitten av cellen.

Anafas II: Spindelfibrerna börjar sammandras och dras åt systerkromatiderna. Varje enskild kromosom börjar nu flytta till endera änden av cellen.

Telofas II: Kromosomerna når motsatta ändar av cellen. Kärnmembranet bildas igen och cellkroppen delas upp i två

Meiosis II resulterar i fyra haploida dotterceller, var och en med samma antal kromosomer. Men varje kromosom är unik och innehåller en blandning av genetisk information från moder- och faderiska kromosomer i den ursprungliga modercellen.

Varför är meios viktigt?

Rätt “kromosomal segregering,” eller separationen av systerkromatider under meios I och II är väsentlig för att generera friska spermier och äggceller, och förlängning, friska embryon. Om kromosomer misslyckas med att segregera fullständigt, kallas det nondisjunction och kan resultera i bildandet av gameter som har saknade eller extra kromosomer, enligt "Molecular Biology of the Cell, fjärde upplagan."

När gameter med onormala kromosomantal befruktar överlever de flesta av de resulterande embryona inte. Emellertid är inte alla kromosomavvikelser dödliga för embryot. Till exempel uppstår Downs syndrom som ett resultat av att ha en extra kopia av kromosom 21. Och människor med Klinefelter syndrom är genetiskt manliga men har en extra X-kromosom.

Den mest betydande effekten av meios är att den genererar genetisk mångfald, och det är en viktig fördel för artens överlevnad.

"Att blanda den genetiska informationen låter dig hitta nya kombinationer som kanske kommer att passa mer i den verkliga världen," sade Hoyt.