Fő tartalom
Biológia
Tantárgy/kurzus: Biológia > 8. témakör
3. lecke: A meiózisA meiózis
Hogyan felezi a meiózis a kromoszómaszámot: crossing over (átkereszteződés), meiózis I, meiózis II és a genetikai változatosság.
Bevezetés
A mitózis, vagyis a számtartó sejtosztódás a szervezet szinte minden, sejtosztódással kapcsolatos igényét kielégíti. Lehetővé teszi, hogy a növekedés során új sejtekkel gyarapodjon a szervezet, vagy hogy az egyed élete során a régi, már kevéssé funkcionáló sejtek lecserélődhessenek újakra. A mitózis célja, hogy olyan utódsejteket hozzon létre, amelyek genetikailag teljesen megegyeznek az őket létrehozó anyasejttel, vagyis a kromoszómaszám a sejtosztódási folyamat során végig állandó marad.
Ezzel szemben a meiózisnak egyetlen célja van az emberi szervezetben: a gaméták, vagyis az ivarsejtek (a hímivarsejtek és a petesejtek) létrehozása. A gaméták kromoszómaszáma pontosan a fele a kiindulási sejtek kromoszómaszámának, ezért is nevezik a meiózist számfelező sejtosztódásnak.
Magyarán az emberi meiózis egy olyan sejtosztódásos folyamat, amely során a két kromoszómakészlettel rendelkező diploid kiindulási sejtekből egyetlen kromoszómakészlettel rendelkező haploid sejtek jönnek létre. Az emberben a meiózis útján létrejövő haploid sejtek a hímivarsejtek és a petesejtek. Ha egy hímivarsejt és egy petesejt egyesül, akkor egy új egyed jön létre, csak rá jellemző génállománnyal: a megtermékenyítés pillanata az, amikor visszaáll az emberi fajra jellemző diploid kromoszómaszám.
A meiózis fázisai
A meiózis számos vonását tekintve hasonló a mitózishoz. A sejt hasonló fázisokon megy keresztül, és hasonló megoldásokat használ a kromoszómák rendszerezése és szétválasztása során. A meiózis azonban sokkal összetettebb feladat. A két testvérkromatida, vagyis a duplikálódott kromoszómák két karja ugyanúgy szétválasztásra kerül, mint a mitózisban. De ezen túl a homológ párok szétválasztása is meg kell hogy történjen, amelyek egyike apai, másika anyai eredetű, és bár egymáshoz hasonlóak, egymással mégsem teljesen azonosak.
E komplex feladatok elvégzésére a meiózis egy kétlépcsős folyamatba szerveződik. Az első főszakaszban, amelyet meiózis I-nek nevezünk, a homológ párok szeparálódnak, míg a testvérkromatidák szétválasztása a második főszakaszban, a meiózis II-ben történik.
Mivel egyetlen meiózis során gyakorlatilag két sejtosztódás történik közvetlenül egymás után, ezért egyetlen kiindulási sejtből négy gaméta, vagyis négy hímivarsejt vagy (elméletileg) négy petesejt jön létre. Mindkét főszakasz ugyanabból a négy egymást követő lépésből áll: ez a négy lépés a profázis, a metafázis, az anafázis és a telofázis.
A meiózis I
A meiózis I megkezdése előtt a sejtek keresztülhaladnak az interfázison. A mitózishoz hasonlóan a sejtek Gstart subscript, 1, end subscript fázisban növekednek, az S fázisban másolatot készítenek az összes kromoszómájukról, majd felkészülnek az osztódásra a Gstart subscript, 2, end subscript fázis során.
A profázis I-től kezdődően azonban szembeszökő különbségek jelennek meg a mitózishoz képest. A kromoszómák kondenzálódása ugyan hasonló, de új vonás, hogy a megrövidülő kromoszómák párokba is rendeződnek. A homológ párok felsorakoznak, pontosabban a párok két tagja szorosan összekapcsolódik a kromoszómák teljes hossza mentén, köszönhetően az egymásnak megfelelő (azonos géneket hordozó) – homológ – szakaszoknak.
Nézzünk egy példát az alábbi ábra segítségével! Az „A”, „B” és „C” betűk egy-egy gént jelölnek a kromoszómák adott pontjain. A kis- és nagybetűk ugyanazon gén eltérő alléljait képviselik. A kromoszómakarok átkereszteződnek egymáson, majd a DNS elhasad, méghozzá pontosan ugyanazokon a helyeken a homológ pár mindkét tagjánál, jelen példában a „B” és a „C” gén között. A homológok kicserélik az érintett DNS-szakaszaikat, majd a DNS-láncok záródnak, egy-egy hibrid kart (egy-egy rekombináns kromatidát) hozva létre mindkét kromoszóma esetében.
Ez a folyamat, amely során a homológ párok kicserélik bizonyos szakaszaikat, a crossing over (átkereszteződés). Rekombinációnak is nevezik, utalva arra, hogy az allélok új kombinációja jön létre: megjelenik két új típus, jelen esetben az „ABc” és az „abC” allélokat hordozó kromatida. A párba állást, vagyis a homológok összetapadását a fehérjékből álló ún. szinaptonémás komplex segíti. A valóságban a kromoszómák a teljes szakaszon átlapolódnak (lásd az alábbi képet). Az egymás mellé rendezett ábrázolás oka az, hogy így könnyebb szemléltetni a rekombinálódást.
Az átkereszteződések helye látható a mikroszkópos képen: ezek a kiazmák (a kiazma görögül keresztet jelent), azok a helyek, ahol a homológ párok összekapcsolódnak átkereszteződés közben. A kiazmák szorosan kapcsolódva tartják a homológokat a szinaptonémás komplex lebomlását követően is. Ebből az következik, hogy minden homológ pár legalább egy kiazmával rendelkezik. Gyakran azonban egynél több (akár 25!) átkereszteződés is lezajlik egy homológ páron belül, ami tehát pontosan ugyanennyi kiazmát fog eredményezni.
Az átkereszteződés tényleges helye véletlenszerűen alakul. Ez az oka annak, hogy a rekombináció elképzelhetetlen mértékben képes növelni a genetikai változékonyságot, hiszen minden egyes meiózisos osztódáskor elvben az allélok elképesztő számú kombinációja jöhet létre.
Az átkereszteződést követően az orsófonalak hozzákapcsolódnak a kromoszómákhoz, majd a sejt középsíkja felé húzzák őket. Ez a lépés ismerős lehet a mitózisból, de van egy csavar a történetben. Az egy-egy kromoszómához kapcsolódó mikrotubulusok ugyanis (szemben a mitózissal) ugyanarról a pólusról erednek, illetve a homológ párok tagjaihoz ellenoldali pólusról eredő mikrotubulusok kötődnek. Összefoglalva, a metafázis I során a homológ párok (nem pedig az egyes kromoszómák) sorakoznak fel a sejt középsíkjában.
A homológ párok orientálódása a középsík mentén véletlenszerű. A fenti képen például úgy alakult, hogy a hosszabb kromoszóma rózsaszín példánya és a rövidebb kromoszóma lila példánya néz egy adott pólus felé, vagyis ezek majd ugyanabba az utódsejtbe fognak kerülni. De más kombináció ugyanígy megvalósulhatott volna, amely eredményeképpen például a két rózsaszín, illetve a két lila kromoszóma kerülhetett volna ugyanabba az utódsejtbe. E véletlenszerű orientálódás azt eredményezi, hogy elméletileg sokféle, a homológok különböző halmazát tartalmazó gaméta jöhet létre. Teljesen véletlenszerű, hogy ebből a sokféle lehetőségből melyik lesz az az egy, amelyik végül megvalósul.
Az anafázis I alatt a mikrotubulusok húzó mozgása elválasztja a homológ párokat, amelyek megindulnak a sejt ellentétes pólusai felé. A testvérkromatidák azonban továbbra is szorosan kapcsolódnak egymáshoz.
Végezetül a telofázis I-ben a kromoszómák megérkeznek az ellentétes pólusokra. Egyes esetekben a sejtmagmembrán visszaalakul és a kromoszómák is dekondenzálódnak, gyakran azonban ez a lépés kimarad, a sejtek egyből továbblépnek a meiózis második főszakaszába, a meiózis II-bestart superscript, 2, comma, 3, end superscript. A telofázis I-gyel párhuzamosan lezajlik a citokinézis is, két haploid utódsejtet eredményezve.
A meiózis II
A sejtek anélkül lépnek a meiózis I-ből a meiózis II-be, hogy másolatot készítenének a DNS-ükről. A meiózis II rövidebb és egyszerűbb folyamat, mint a meiózis I - amint majd látni fogjuk, sokkal inkább hasonlít a mitózishoz, csak éppen a meiózis II esetében haploid sejtekből indulunk ki.
A meiózis II-be lépő sejtek a meiózis I végtermékei. Haploid sejtek, vagyis a homológ párok egyik tagját tartalmazzák csak, ugyanakkor a kromoszómák még kétkromatidásak. A meiózis II az a folyamat, amelyben a testvérkromatidák elválnak egymástól, haploid, egykromatidás sejteket eredményezve.
A profázis II alatt a kromoszómák kondenzálódnak, a sejtmaghártya (ha kialakult a meiózis I végén) lebomlik. A centroszómák eltávolodnak egymástól, kialakul köztük az orsó, és az orsófonalat alkotó mikrotubulusok elkezdenek a kromoszómákhoz kapcsolódni.
Az összes kromoszómára jellemző, hogy a két testvérkromatida ellenkező pólusokról eredő mikrotubulusokhoz kötődik. A metafázis II-ben az egyes kromoszómák felsorakoznak a sejt középsíkjában.
Az anafázis II-ben a testvérkromatidák elválnak egymástól, és a mikrotubulusok az ellenkező pólusok felé húzzák a két, immáron egykromatidás leánykromoszómát.
A telofázis II-ben minden kromoszómakupac körül kialakul a sejtmaghártya, miközben a kromoszómák dekondenzálódnak. A citokinézis elválasztja az új sejtmagokat, kialakulnak a kész új sejtek. A meiózis II végterméke négy haploid sejt, amelyben minden kromoszóma egykromatidás. Az emberben meiózissal jönnek létre a hímivarsejtek és a petesejtek.
Hogyan biztosítja a meiózis a genetikai sokféleséget?
A meiózissal létrejött gaméták mind haploidok, de genetikailag különböznek egymástól. Figyeld meg például a fenti, meiózis II-t bemutató ábrát, amely a meiózis végeredményét mutatja egy olyan faj esetében, amelynél a diploid kromoszómaszám 4, 2, n, equals, 4. Minden gaméta allélkombinációja egyedi.
Ha végiggondolod, elméletileg sokkal többféle végeredmény alakulhat ki, mint az a négy, amit a fenti ábra bemutat, még egy ilyen egyszerű esetben is, mikor 2n = 4. Két fő ok húzódik meg a sokféleség hátterében:
- Crossing over. Többé-kevésbé véletlenszerű, hogy a homológok mely szakaszaikat cserélik ki, így minden egyes meiózisban gyakorlatilag különböző rekombinánsok keletkeznek. Ha a meiózis sorozatban következik be, mint ahogy az például az emberi csírasejteknél is előfordul, akkor az átkereszteződés szinte mindig eltérő helyen fog történni.
- A homológ párok véletlenszerű orientációja. Mivel a homológok véletlenszerűen sorakoznak fel a sejt középsíkjában a metafázis I-ben, ezért elméletileg számtalan különböző gaméta jöhet létre, amelyek mindegyike a homológ kromoszómák eltérő kombinációjával rendelkezik.
Az emberi sejteknél a homológ párok véletlenszerű orientálódása önmagában több, mint 8 start text, m, i, l, l, i, o, with, \', on top, end text különböző gamétát eredményezhetstart superscript, 7, end superscript.
Ha ehhez hozzávesszük a rekombinációt is, az elméletileg létrehozható genetikailag különböző gaméták száma gyakorlatilag végtelenre nő.
Nézd meg a fajon belüli változékonyságról szóló videót, mely bemutatja, hogy a meiózis által létrehozott genetikai diverzitás milyen szerepet játszik az evolúcióban, és hogyan segíti a populációk túlélését.
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.