Informatie

Hoe wordt het aantal chromosomen gehalveerd in meiose I?


In meiose 1 wordt gezegd dat het aantal chromosomen in de twee dochtercellen wordt gehalveerd. In een 2n menselijke cel zijn er bijvoorbeeld 46 chromosomen. Tijdens meiose 1 zal de cel interfase ondergaan en waarschijnlijk de S-fase, waar het aantal chromosomen wordt verdubbeld. Nu is de cel 4n (d.w.z. 92 chromosomen). Tijdens anafase 1 zouden 46 van de 92 chromosomen naar de ene pool gaan en 46 naar de tegenovergestelde. Dus de resulterende twee cellen hebben elk 46 chromosomen. Dus waarom zouden we zeggen dat in meiose 1 het aantal chromosomen is verminderd? Ik zeg dat de S-fase niet in meiose 1 zou moeten voorkomen, maar eerder in meiose 2. Is mijn redenering onjuist?


Als je zusterchromatiden als elk een chromosoom beschouwt, scheidt meiose I, in plaats van het aantal chromosomen te halveren, de homologe chromosomen, die het resultaat zijn van seksuele reproductie, van elkaar. Meiose II scheidt vervolgens de zusterchromatiden van elkaar, wat resulteert in de uiteindelijke halvering van de chromosomen.

Aan de andere kant beschouwen veel, zo niet de meeste biologen de zusterchromatiden niet als individuele chromosomen totdat ze tijdens meiose II worden gescheiden. In die zin reduceert meiose I het aantal chromosomen tot de helft.


Hoe wordt het aantal chromosomen gehalveerd in meiose I? - Biologie

MEIOSE: EEN ANDER SOORT CELVERDELING

BIO.B.1.1.2 Vergelijk de processen en uitkomsten van mitose en meiose.

Er zijn twee hoofdtypen voortplanting, aseksueel en seksueel. Bij ongeslachtelijke voortplanting zijn ÉÉN ouders betrokken en wordt een nageslacht voortgebracht dat genetisch IDENTIEK is aan de oudercel. Prokaryoïtische cellen planten zich op deze manier voort, net als onze lichaamscellen.

Bij seksuele voortplanting zijn twee genetisch verschillende ouders betrokken, wat resulteert in nakomelingen die genetisch anders zijn dan de ouders. Het voordeel van deze vorm van voortplanting is dat het de genetische diversiteit van het nageslacht bevordert, wat de overlevingskans van de soort door survival of the fittest vergroot. Bevruchting is wanneer de gameten (ei en sperma) samensmelten, waardoor een embryo ontstaat.

De mannelijke gameet (geslachtscel) wordt het sperma genoemd. Ze worden geproduceerd in de teelballen en bestaan ​​uit een kern met 23 chromosomen, mitochondriën en microtubuli, flagella genaamd, waardoor ze beweeglijk kunnen zijn. De vrouwelijke gameet wordt het ei (ova) genoemd. Ze worden geproduceerd in de eierstokken van het vrouwtje. Wanneer het vrouwtje de puberteit bereikt, zal één keer per maand een eierstok een ei vrijgeven (mogelijk meer).

Het proces van het creëren van geslachtscellen of gameten wordt MEIOSE genoemd.


Het chromosoom # van een cel verwijst naar het aantal chromosomen dat wordt aangetroffen in de kern van lichaamscellen, ook wel somatische cellen genoemd. Menselijk chromosoom # is 46, waarbij de 46 chromosomen in paren zijn (23 van elke ouder). Chromosomen genummerd 1-44 (paren 1-22) worden autosomen genoemd. Chromosomen genummerd 45-46 (paar # 23) worden geslachtschromosomen genoemd en zijn verantwoordelijk voor het bepalen van het geslacht. De mannelijke geslachtschromosomen zijn XY (de "Y" heeft eigenlijk niet de vorm van een "Y", hij is alleen kleiner) en de vrouwelijke geslachtschromosomen zijn XX.


Stadia van meiose

Het vermogen om te reproduceren in natura is een basiskenmerk van alle levende wezens. in natura betekent dat de nakomelingen van elk organisme sterk lijken op hun ouder of ouders. Nijlpaarden baren nijlpaardkalveren, Joshua-bomen produceren zaden waaruit Joshua-boomzaailingen tevoorschijn komen, en volwassen flamingo's leggen eieren die uitkomen in flamingokuikens. in natura betekent in het algemeen niet precies hetzelfde.

Figuur 1. Ieder van ons begint, net als deze andere grote meercellige organismen, het leven als een bevruchte eicel. Na biljoenen celdelingen ontwikkelt ieder van ons zich tot een complex, meercellig organisme. (credit a: wijziging werk door Frank Wouters credit b: wijziging werk door Ken Cole, USGS credit c: wijziging werk door Martin Pettitt)

Zoals je hebt geleerd, is mitose het deel van een celreproductiecyclus dat resulteert in identieke dochterkernen die ook genetisch identiek zijn aan de oorspronkelijke ouderkern. Bij mitose bevinden zowel de ouder- als de dochterkern zich op hetzelfde ploïdieniveau - diploïde voor de meeste planten en dieren. Hoewel veel eencellige organismen en een paar meercellige organismen genetisch identieke klonen van zichzelf kunnen produceren door middel van mitose, planten veel eencellige organismen en de meeste meercellige organismen zich regelmatig voort met behulp van een andere methode: meiosis. Seksuele reproductie, met name meiose en bevruchting, introduceert variatie in nakomelingen die het evolutionaire succes van seksuele reproductie kunnen verklaren. De overgrote meerderheid van eukaryote organismen, zowel meercellige als eencellige, kan of moet een of andere vorm van meiose en bevruchting gebruiken om zich voort te planten.

Meiose maakt gebruik van veel van dezelfde mechanismen als mitose. De startkern is echter altijd diploïde en de kernen die aan het einde van een meiotische celdeling resulteren zijn haploïde. Om deze vermindering van het aantal chromosomen te bereiken, bestaat meiose uit één ronde van chromosoomduplicatie en twee ronden van nucleaire deling.

Omdat de gebeurtenissen die plaatsvinden tijdens elk van de delingsfasen analoog zijn aan de gebeurtenissen van mitose, worden dezelfde toneelnamen toegewezen. Omdat er echter twee delingsrondes zijn, worden het hoofdproces en de fasen aangeduid met een “I” of een “II.” meiose I is de eerste ronde van meiotische deling en bestaat uit profase I, prometafase I, enzovoort. Meiose II, waarin de tweede ronde van meiotische deling plaatsvindt, omvat profase II, prometafase II, enzovoort.


Waarom hebben gameten de helft van het aantal chromosomen?

Mensen vragen zich ook af: waarom is het belangrijk dat gameten de helft van het diploïde aantal chromosomen hebben?

Waarom is het belangrijk Dat gameten hebben de helft de aantal chromosomen dan de rest van de lichaamscellen? -omdat wanneer sperma en ei samensmelten, de gevormde zygote de normale zal bevatten diploïde aantal chromosomen kenmerkend voor de soort.

Weet ook, waarom is het belangrijk dat gameten slechts één set chromosomen hebben? Zodat wanneer twee gameten komen samen, hun chromosomen combineren om diploïde te maken (2n) aantal chromosomen.

Ten tweede, waarom hebben gameten maar 23 chromosomen?

Meiose is celdeling voor gameten, of voortplantingscellen (sperma en ei). We heb 23 paren van chromosomen (die ons DNA bevatten), dus 46 in totaal. De reden is dat in een gewone cel, 23 chromosomen komen van de moeder en de andere 23 komen van de vader.


Hoe wordt het aantal chromosomen gehalveerd in meiose I? - Biologie

Bij mensen ondergaan geslachtsvoorlopercellen meiose, een proces met twee divisies genaamd meiose één en twee, om haploïde sperma- of eicellen te genereren.

Profase één begint meiose één, waar het chromatine van een diploïde cel, met een vaderlijke en een moederlijke genetische set, condenseert. Dit vormt typische x-vormige chromosomen, die verankeren aan de nucleaire envelop.

Vader en moeder geërfde kopieën van hetzelfde chromosoom worden samengevoegd door de ontwikkeling van eiwitdraden tussen hen en georiënteerd, zodat gelijkwaardige genen op één lijn liggen.

Dergelijke homologe chromosomen verwisselen dan stukken tijdens het oversteken en blijven op de plaats van uitwisseling bevestigd, zelfs als de draden ertussen oplossen. Buiten de kern verschijnt het meiotische spilapparaat, dat microtubuli omvat die afkomstig zijn van centrosomen.

Tijdens prometafase één verspreidt de nucleaire envelop zich en vormen zich eiwitkinetochoren op centromeren. Microtubuli worden dan langer en verbinden zich met deze structuren, waarbij elk homoloog chromosoom in een paar aan een andere pool wordt vastgemaakt.

Met metafase één positioneren de paren willekeurig langs de middellijn van de cel en anafase één wordt gekenmerkt door de terugtrekking van mictrotubuli, die homologe chromosomen splitst.

De cel wordt ook langer en telofase één volgt, waar chromosomen zich aan weerszijden nestelen, verslappen en worden omringd door nucleaire enveloppen. Tegelijkertijd splitst het cytoplasma zich en vormt een celpaar.

Zo eindigt meiose één met twee genetisch verschillende haploïde cellen, die elk één chromosoom bevatten van elk homoloog paar dat aanvankelijk aanwezig was.

11.2: Meiose I

Meiose is een zorgvuldig georkestreerde reeks celdelingen, waarvan het doel de mens is om haploïde sperma of eieren te produceren, die elk de helft van het aantal chromosomen bevatten dat aanwezig is in somatische cellen elders in het lichaam. Meiose I is de eerste dergelijke deling en omvat verschillende belangrijke stappen, waaronder: condensatie van gerepliceerde chromosomen in diploïde cellen, het koppelen van homologe chromosomen en hun uitwisseling van informatie en ten slotte de scheiding van homologe chromosomen door een op microtubuli gebaseerd netwerk. Deze laatste stap scheidt homologen tussen twee haploïde voorlopercellen die vervolgens de tweede fase van meiose, meiose II, kunnen binnengaan.

Oversteken en het synaptonemale complex

De uitwisseling van equivalente segmenten tussen homologe chromosomen vindt vroeg tijdens meiose I plaats en wordt oversteken genoemd. Dit proces is gebaseerd op de nauwe associatie van dergelijke homologen, die samen worden getrokken door de vorming van een verbindend eiwitraamwerk dat het synaptonemale complex ertussen wordt genoemd. Om correct te functioneren, heeft het complex drie delen nodig: (1) verticale laterale elementen, die zich vormen langs de naar binnen gerichte zijden van twee naast elkaar gelegen homologe chromosomen (2) een verticaal centraal element dat tussen de chromosomen is geplaatst en (3) transversale filamenten, of horizontaal eiwitdraden die de verticale en centrale componenten verbinden. Het resultaat is vaak vergeleken met een ladder, waarbij de laterale elementen als poten dienen en de dwarse filamenten verwant zijn aan sporten. Belangrijk is dat het synaptonemale complex helpt om homologe chromosomen precies op één lijn te brengen, waardoor kruising tussen equivalente stukken genetisch materiaal mogelijk wordt, maar dit raamwerk is van voorbijgaande aard en het meeste lost op nadat een dergelijke recombinatie heeft plaatsgevonden.

Meiose en chromosoomafwijkingen

Meiose is een gecompliceerd proces en ondanks cellulaire beveiliging kunnen fouten optreden. Af en toe zijn dergelijke fouten het resultaat van non-disjunctie, waarbij chromosomen niet gelijkmatig over cellen zijn verdeeld. Tijdens meiose I betekent dit dat een paar homologe chromosomen in een van de twee resulterende cellen terecht kan komen, terwijl de andere het chromosoom helemaal mist. Wanneer de voorloper die beide homologen ontving, meiose II binnengaat en deze voltooit, bezitten beide gevormde dochtercellen twee kopieën van het betreffende chromosoom, in plaats van de enkele verwachte kopie.

Een van de meer bekende resultaten van non-disjunctie die optreedt tijdens meiose I is trisomie 21, waarbij een persoon drie exemplaren van chromosoom 21 heeft. Deze aandoening, algemeen bekend als het syndroom van Down, wordt gekenmerkt door duidelijke gelaatstrekken, ontwikkelingsachterstanden en hartafwijkingen. . Hoewel de exacte oorzaak van non-disjunctie die leidt tot het syndroom van Down en andere trisomieën variabel is, kan dit het gevolg zijn van problemen met het microtubuli-apparaat dat de chromosomen scheidt, of defecten in eiwitten die chromosomen samenvoegen.

Kazemi, Mohammad, Mansoor Salehi en Majid Kheirollahi. &ldquoDown-syndroom: huidige status, uitdagingen en toekomstperspectieven.&rdquo International Journal of Molecular and Cellular Medicine 5, nee. 3 (2016): 125&ndash33. [Bron]


Discussie

De eigenschappen die nodig zijn voor de reductie van het chromosoomgetal bij meiose zijn ingebouwd in elk chromosoom

Spindel bevestiging.

We hebben aangetoond dat de informatie voor een juiste bevestiging aan de spil zich in het chromosoom zelf bevindt, en niet in het cytoplasma of de spil. Vergelijkbare resultaten werden eerder verkregen (Nicklas 1977), maar die beperkte proeven omvatten slechts één voorbeeld van een meiose II-chromosoom op een meiose I-spil. We hebben ook een belangrijke dubbelzinnigheid geëlimineerd door aan te tonen dat de informatie over hoe te hechten aan de spil niet op het chromosoom wordt opgelegd via de eerste spilbevestiging, maar eerder in het chromosoom wordt ingebouwd vóór de afbraak van de nucleaire envelop.

Cohesie release.

We ontdekten dat het patroon van afgifte van chromosoomcohesie ook in het chromosoom zelf is ingebouwd. Ons resultaat verschilt van de enkele eerdere waarneming (Nicklas 1977) van een meiose II-chromosoom op een meiose I-spil, die niet goed scheidde in anafase. Dat resultaat was duidelijk te wijten aan de niet-specifieke plakkerigheid die soms wordt gezien in gekweekte spermatocyten. In de huidige negen experimenten waren alle chromosomen netjes gescheiden in anafase (bijv. Fig. 2 en Fig. 4). Ook is, net als aanhechting, het patroon van cohesie-afgifte ingebouwd in het profase-chromosoom: chromosomen die niet eerder een spil hadden ontmoet, gescheiden van het type, gedragen zich als meiose I (Fig. 3) of meiose II (Fig. 4) chromosomen op de heterologe spindel.

Het meest onthullend was het gedrag van meiose I-chromosomen op een meiose II-spil. Je zou gemakkelijk kunnen verwachten dat in meiose I-cellen het signaal om anafase te starten speciaal zou zijn: "laat alleen je armcohesie los, niet je centromeercohesie." In plaats daarvan werd gezien dat een meiose I-chromosoom alleen zijn armcohesie losliet, terwijl de meiose II-chromosomen eromheen cohesie verloren bij het centromeer. Het signaal om anafase te starten is dus een generiek, celbreed signaal dat een chromosoomspecifieke respons genereert. Het molecuul dat verantwoordelijk is voor de cohesie tussen centromeren van zusterchromatiden wordt niet vernietigd of verwijderd uit bivalenten in anafase I, zelfs niet in de aanwezigheid van een meiose II-cytoplasma en op een meiose II-spoel. Ofwel wordt dit centromeer cohesiemolecuul gemaskeerd voor herkenning door een chemische modificatie, of het is ontoegankelijk voor afbraak of verwijdering vanwege zijn positie in een gevouwen bivalent.

Kandidaten voor het centromeer cohesiemolecuul worden nu geïdentificeerd. In Drosophila, Mei-S332 is essentieel voor het handhaven van de cohesie van zusterchromatiden bij centromeren van meiose I- en II-chromosomen (Kerrebrock et al. 1992, Kerrebrock et al. 1995 Bickel et al. 1998 Tang et al. 1998). Het is aanwezig op de centromeren van meiotische chromosomen tot anafase II, waarna het ofwel uit de centromeren wordt verwijderd of vernietigd (Moore et al. 1998). In gist is Rec8 vereist om vroegtijdige scheiding van zusterchromatiden bij meiose te voorkomen (Klein et al. 1999 Watanabe en Nurse 1999). Het Rec8-molecuul wordt pas in anafase II uit het centromeergebied verwijderd, hoewel het in anafase I uit de chromosoomarmen wordt verwijderd (Klein et al. 1999 Watanabe en Nurse 1999). Ons werk benadrukt het belang van deze hoofdvraag: hoe worden de centromeer cohesiemoleculen gemodificeerd of gemaskeerd door de chromosoomscheidingsmachinerie in meiose I-chromosomen, zodat ze niet worden beïnvloed wanneer nabijgelegen meiose II-chromosomen zich scheiden bij het centromeer?

Timing van de veranderingen: Chromosomen kunnen zich hechten aan de spil op de Meiose II-manier door metafase I en kunnen scheiden op de Meiose II-manier door Anafase I

Het vermogen om hechting aan tegenovergestelde polen in metafase I te induceren, is gecorreleerd met een verandering in de kinetochoorstructuur. In profase I bivalenten zijn de kinetochoren niet zichtbaar dubbel, maar door metafase I zijn twee zuster kinetochoren duidelijk (Müller 1972 Goldstein 1981 Lin en Church 1982). Alleen op dit moment is het mogelijk, zij het met grote moeite, om de zuster-kinetochoren ertoe te bewegen zich aan tegenovergestelde spilpolen te hechten, door herhaaldelijk chromosomen van de spil los te maken en de kinetochoren zo te plaatsen dat ze niet rechtstreeks naar een van beide polen gericht zijn (zoals in Fig. 5A en Fig. B 0 min). Univalenten (ongepaarde meiose I-chromosomen) gedragen zich op dezelfde manier. Ze hechten zich aan de ene of de andere spilpaal tot metafase I, maar daarna worden ze vaak opnieuw vastgemaakt. Tegen de late metafase hechten zusterkinetochoren zich vaak aan tegenovergestelde polen, maar net als onze late metafase I-chromosomen (Fig. 5), scheiden ze niet netjes en blijven ze achter in anafase (bijv. Rebollo en Arana 1995 Gimenez-Abian et al. 1997) . De kinetochoren van meiose I-chromosomen worden dus structureel en functioneel dubbel door de metafase van de eerste meiotische deling, maar centromeercohesie kan niet goed worden verwijderd.

Opmerkelijk is dat chromosomen al in anafase I het vermogen verwerven om gemakkelijk te hechten in meiose II, en dit gaat hand in hand met het vermogen om zustercentromeren netjes te scheiden (Fig. 6). Het contrast met metafase I-chromosomen (Fig. 5) is opvallend. Het is verrassend dat meiose II-competentie wordt verworven in anafase I, vóór enige substantiële chromosoomdecondensatie. We verwachtten dat de belangrijkste structurele hermodellering van het kinetochoor en centromeer die nodig is voor meiose II-gedrag decondensatie en vervolgens recondensatie zou vereisen vóór de tweede meiotische deling. Ondanks de afwezigheid van DNA-synthese, is er een interfase-achtige toestand tussen de twee meiotische divisies en de chromosomen decondenseren. Onze resultaten suggereren echter dat er geen structurele herschikkingen nodig zijn na de scheiding van homologe chromosomen van elkaar in anafase I en een daaropvolgende bevestiging aan een spil. Dit verandert onze kijk op het tijdstip en de aard van een belangrijke stap in meiose. De nieuwe vraag is: wat gebeurt er met kinetochoren, centromeren en cohesiemoleculen in het korte interval tussen metafase I en anafase I die een enigszins kneedbaar meiose I-chromosoom (Fig. 5) omzet in een chromosoom dat feilloos meiose II-gedrag uitvoert (Fig. 6)? We weten het niet, maar de nauwe correlatie in timing van de veranderingen in kinetochoor en cohesiegedrag suggereert dat ze gerelateerd zijn. Een verband tussen de twee wordt ondersteund door het werk van Tanaka et al. 1999. Ze toonden aan dat het cohesine Scc1 / Mcd1 de aanwezigheid van functionele kinetochoorcomponenten vereist om te associëren met nieuw geactiveerde centromeren (Tanaka et al. 1999). Bovendien, Megee et al. 1999 en Megee en Koshland 1999 toonden aan dat een centromeer op het chromosoom aanwezig moet zijn om de cohesie goed tot stand te brengen en voor een goede binding van Scc1/Mcd1 aan het chromosoom. De relatie tussen kinetochoorgedrag en chromosoomcohesie werd ook eerder gesuggereerd door Orr-Weaver 1999 en Moore en Orr-Weaver 1998. Ze suggereerden dat cohesie het kinetochoorgedrag zodanig regelt dat, in meiose I, de positie van elke kinetochoor wordt beperkt door de cohesiemoleculen, zodat het en zijn zuster kinetochoor moeten samen fungeren als een enkele kinetochoor. Het omgekeerde is ook mogelijk, d.w.z. de status van de kinetochoor kan de chromosoomcohesie regelen. De kinetochoor ondergaat een langzame rijping tussen prometafase I en meiose II, beginnend als een enkele massa, en dan zichtbaar verdubbelen door late metafase I, en uiteindelijk functioneel verdubbelen door meiose II. We stellen voor dat de cohesiemoleculen op een zodanige manier aan de kinetochoor kunnen worden gekoppeld dat de rijping van de kinetochoor de cohesiemoleculen toegankelijk maakt voor afgifte of vernietiging in anafase II. De rijping van kinetochoren en toenemende toegankelijkheid van cohesiemoleculen kunnen eenvoudig tijdsafhankelijke processen zijn, wat het verschil zou verklaren dat we zien tussen metafase I- en anafase I-chromosomen. Misschien moeten de metafase I-chromosomen een vaste periode in meiose doorbrengen voordat zusterchromatiden in de anafase goed van elkaar kunnen scheiden. Onze anafase I-chromosomen, omdat ze zich opnieuw moesten hechten aan een nieuwe spil en moesten wachten op een andere anafase, brachten veel langer door in meiose dan de metafase I-chromosomen. Als alternatief kan anafase I nodig zijn om de ultieme schakelaar tussen een meiose I en een meiose II-chromosoom te activeren. Verdere studie van de structuur van het kinetochoorgebied kan aanwijzingen geven over het verband tussen de regulatie van cohesie en de kinetochoorstatus.

Kortom, de vermindering van het aantal chromosomen bij meiose wordt eenvoudigweg verklaard door eigenschappen die zijn ingebouwd in meiotische chromosomen. Hoewel structurele eigenaardigheden van het chromosoom de directe oorzaak zijn van het onderscheidende gedrag van chromosoom bij meiose, moeten deze chromosomale eigenschappen voortkomen uit eerdere gebeurtenissen in de differentiatie van meiotische cellen. De uitdaging voor de toekomst is om te begrijpen hoe de kenmerken van chromosoomorganisatie die chromosomen in de twee meiotische delingen onderscheiden, ontstaan ​​als een product van celdifferentiatie.


Meiosis

Meiose is een proces dat nodig is voor seksuele voortplanting in eukaryoten om ei- en zaadcellen te produceren. Dit proces van celdeling vertoont enige overeenkomsten met mitose.

Omdat meiose een proces is dat nodig is voor seksuele voortplanting, vindt celdeling meestal plaats in de voortplantingsorganen van mannen en vrouwen. Dit gebeurt dus in de eierstokken en teelballen. Bovendien, aangezien dit proces van celdeling eieren en sperma produceert, produceert het haploïde (n) cellen. Dit verschilt van mitose die diploïde (2n) dochtercellen produceert. Haploïde cellen hebben één set chromosomen, terwijl diploïde cellen twee sets hebben.

Het proces van meiose heeft enkele overeenkomsten met mitose en dus begint meiose met DNA-replicatie. Dit stadium van DNA-replicatie, waarin elk chromosoom wordt verdubbeld, wordt genoemd interfase.

De volgende fase van meiose is opgesplitst in twee delen: meiose I en meiose II. Het is tijdens meiose I dat het aantal chromosomen wordt gehalveerd en het is tijdens meiose II dat er vier haploïde cellen ontstaan ​​nadat de chromosomen uit elkaar zijn gesplitst.

Voor de details over de processen van meiose, lees de sectie over: Meiose I en Meiose II. Het wordt behoorlijk merkbaar bij het leren van de details van elk deel van meiose hoe dit proces van celdeling overlapt met mitose.


Meiose II

In meiose II worden de verbonden zusterchromatiden die in de haploïde cellen van meiose I achterblijven, gesplitst om vier haploïde cellen te vormen. Bij sommige soorten gaan cellen een korte interfase of interkinese binnen, die geen S-fase heeft, voordat ze meiose II binnengaan. Chromosomen worden niet gedupliceerd tijdens interkinese. De twee cellen geproduceerd in meiose I doorlopen de gebeurtenissen van meiose II synchroon. Over het algemeen lijkt meiose II op de mitotische deling van een haploïde cel.

In profase II, als de chromosomen gedecondenseerd zijn in telofase I, condenseren ze weer. Als nucleaire enveloppen werden gevormd, fragmenteren ze in blaasjes. De centrosomen die tijdens interkinese worden gedupliceerd, bewegen van elkaar weg naar tegenovergestelde polen en nieuwe spindels worden gevormd. In prometafase II worden de nucleaire enveloppen volledig afgebroken en is de spil volledig gevormd. Elke zusterchromatide vormt een individuele kinetochoor die zich vanaf tegenovergestelde polen hecht aan microtubuli. In metafase II zijn de zusterchromatiden maximaal gecondenseerd en uitgelijnd in het midden van de cel. In anafase II worden de zusterchromatiden uit elkaar getrokken door de spilvezels en bewegen ze naar tegenovergestelde polen.

Figuur 3: In prometafase I hechten microtubuli zich aan de gefuseerde kinetochoren van homologe chromosomen. In anafase I worden de homologe chromosomen gescheiden. In prometafase II hechten microtubuli zich aan individuele kinetochoren van zusterchromatiden. In anafase II worden de zusterchromatiden gescheiden.

In telofase II komen de chromosomen aan op tegenovergestelde polen en beginnen te decondenseren. Nucleaire enveloppen vormen zich rond de chromosomen. Cytokinese scheidt de twee cellen in vier genetisch unieke haploïde cellen. Op dit punt zijn de kernen in de nieuw geproduceerde cellen beide haploïde en hebben ze slechts één kopie van de enkele set chromosomen. De geproduceerde cellen zijn genetisch uniek vanwege het willekeurige assortiment van vaderlijke en maternale homologen en vanwege de recombinatie van maternale en vaderlijke segmenten van chromosomen - met hun sets genen - die optreedt tijdens crossover.


Nieuwe stappen in de meiose-chromosoomdans

De stadia van meiose. Vroege (profase I) chromosomen vormen een paar cross-overs om DNA uit te wisselen. Het proces wordt gecontroleerd door eiwitten, waaronder SUMO en ubiquitine. Krediet: Ali Zifan, via Wikimedia Commons.

Waar zouden we zijn zonder meiose en recombinatie? Om te beginnen zou niemand van ons seksueel voortplantende organismen hier zijn, want zo worden sperma en eieren gemaakt. En wanneer meiose niet goed werkt, kan dit leiden tot onvruchtbaarheid, miskraam, geboorteafwijkingen en ontwikkelingsstoornissen.

Het laboratorium van Neil Hunter aan het UC Davis College of Biological Sciences plaagt de complexe details van hoe meiose werkt. In een nieuw artikel dat op 6 januari online is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap, Hunter's groep beschrijft nieuwe sleutelspelers in meiose, eiwitten genaamd SUMO en ubiquitine en moleculaire machines genaamd proteasomen. Ubiquitine staat al bekend als een klein eiwit dat andere eiwitten "tagt" om te worden vernietigd door proteasomen (houtversnipperaars voor eiwitten). SUMO is een naaste verwant van ubiquitine.

Tijdens de meiose gaan de chromosomen een gecompliceerde, maar ingewikkeld gecontroleerde dans aan, zodat elke zaadcel of eicel:

  • Heeft de helft van het aantal chromosomen van een gewone lichaamscel, en
  • Precies één van elk van de chromosomen (gewone lichaamscellen hebben chromosomenparen, behalve de X- en Y-geslachtschromosomen)

Om deze doelen te bereiken, doorlopen de meiotische cellen twee delingsrondes en een aantal voorafgaande stadia die je in elk goed biologieboek kunt vinden.

Ter voorbereiding op de eerste deling associëren chromosomen zich nauw in bijpassende paren en worden vervolgens verbonden door oversteken - het breken en weer samenvoegen van chromosoomarmen. De verbindingen die door crossovers worden geleverd, zijn belangrijk voor de nauwkeurige verdeling van chromosomen. Zonder cross-overs kan het zijn dat het verkeerde aantal chromosomen in de zaad- of eicellen terechtkomt. Oversteken schudt ook de stapel DNA door elkaar en maakt nieuwe combinaties van de verschillen tussen de chromosomen die we van onze ouders hebben geërfd. Dit is de reden waarom kinderen een beetje op hun ouders lijken, maar niet precies.

Aan de linkerkant hechten proteasomen (groen) zich aan de chromosoomas. De as is een eiwitstellage waarmee DNA lussen kan vormen om cross-overs te laten plaatsvinden. Krediet: Neil Hunter

Hunter's lab en het lab van hun collega Valentine Börner (Cleveland State University) onthullen nu de centrale rollen van SUMO, ubiquitine en proteasomen bij meiose. In totaal hebben chromosomen honderden potentiële cross-over-sites, maar slechts een paar zullen echte cross-overs worden. Op de een of andere manier moet de cel het grote aantal mogelijkheden beperken tot een paar plaatsen, maar wel op zo'n manier dat er per chromosoom minstens één kruising is. Hunter's team ontdekte dat SUMO, ubiquitine en proteasomen een cruciale rol spelen bij deze selectie van crossover-sites.

"Wanneer je deze eiwitten onder de microscoop visualiseert, hopen ze zich op langs de chromosomen, met name langs de chromosoomassen, waar alle actie plaatsvindt," zei Hunter.

De chromosoomas is een eiwitskelet dat DNA in een reeks lussen organiseert. Koppelen en oversteken vindt plaats tussen de twee assen van elk paar overeenkomende chromosomen.

Wat Hunter's lab ontdekte, is dat wanneer chromosomen worden gekoppeld, SUMO werkt als een rem op de DNA-interacties die plaatsvinden op de honderden potentiële crossover-sites. Zonder deze rem vormt geen van deze sites cross-overs. "Zonder SUMO zijn er geen cross-overs en mislukt meiose," zei Hunter. "We denken dat het vertragen van het proces tijd biedt om de crossover-sites te selecteren en te laten rijpen."

Ubiquitine en proteasomen werken aan de andere kant van het proces, waardoor de rem wordt losgelaten en DNA-interacties kunnen doorgaan. De balans van SUMO en ubiquitine zorgt ervoor dat er net genoeg cross-overs plaatsvinden om ervoor te zorgen dat sperma en eieren elk chromosoom één krijgen.

Het team werkte voornamelijk met cellen van muizen, waaronder muizen die genetisch "knock-out" waren voor genen die geassocieerd zijn met SUMO, ubiquitine en verwante eiwitten in het proces. Deze genen en eiwitten hebben natuurlijk tegenhangers bij mensen, en varianten in deze genen kunnen in verband worden gebracht met vruchtbaarheid.


Waarom hebben gameten de helft van het aantal chromosomen als lichaamscellen?

Veel meer interessante details kunnen hier worden gelezen. Wat dit betreft, welke cellen hebben de helft van het gebruikelijke aantal chromosomen?

Gameten bevatten de helft van de chromosomen in normale diploïde cellen van het lichaam, ook wel somatische cellen genoemd. Haploïde gameten worden geproduceerd tijdens meiose, een soort celdeling die het aantal chromosomen in een diploïde oudercel met de helft vermindert.

Weet ook, waarom hebben voortplantingscellen de helft van het aantal chromosomen van de individuen die ze produceren? Meiosis is een type van cel divisie die de vermindert aantal chromosomen in de ouder cel door voor de helft en produceert vier gameten cellen. Dit proces is verplicht om produceren ei en sperma cellen voor seksuele reproductie. Meiose begint met een ouder cel Dat is diploïde, betekenis het heeft twee exemplaren van elk chromosoom.

Waarom hebben gameten hierin maar de helft van het aantal allelen van een organisme?

Wanneer de cel vervolgens splitst, bevat elke nieuwe dochtercel enkel en alleen twee versies. Die dochtercellen worden gameten, en zij elk heb alleen een versie van elk allel. Die cellen zijn haploïde, omdat ze voor de helft het gebruikelijke nummer van chromosomen.


Bekijk de video: Chromosomen - Funktion u0026 Aufbau. Studyflix (December 2021).