Mitoz ve mayoz: evreler, krossing over ve ayrılmama

İki tür bölünme

Mitoz, bir hücreyi kendisiyle genetik olarak aynı olan ve her biri kromozom takımının tamamını taşıyan iki hücreye böler. Döllenmiş bir yumurtanın bir bedene dönüşmesi ve derinin, bağırsak örtüsünün ve kanın yenilenmesi böyle olur. Mayoz, yumurta ve sperm (bitkilerde ve mantarlarda spor) yapmak için bir hücreyi, her biri kromozomların yarısına sahip dört hücreye böler. Böyle iki hücre döllenmede birleştiğinde tam sayı yeniden kurulur.

Beden hücreleri diploittir (2n): her ebeveynden bir tane olmak üzere iki kromozom takımı taşırlar. İnsanlarda 2n = 46, yani 23 çift. Her çift homolog kromozomdur: aynı genler, aynı sıra, belki farklı sürümler (aleller). Üreme hücreleri haploittir (n = 23).

İki bölünmeden önce: replikasyon

İnterfazın S evresinde her kromozom kopyalanır. İki kopya, kardeş kromatitler, sentromerde birleşik kalır; mitozdaki bir kromozomun X’e benzemesinin nedeni budur. Kromozom sayısı değişmez (46), ama DNA miktarı 2C’den 4C’ye iki katına çıkar; burada C bir takımdaki DNA’dır.

Mitoz, evre evre

1. Profaz: uzun, ince kromatin sarılıp kompakt kromozomlara dönüşür; iğ, sentrozomlar arasında oluşmaya başlar.
2. Prometafaz: çekirdek zarfı dağılır ve iğ iplikleri her sentromerdeki kinetokorlara, her kutba bir kardeş gidecek şekilde tutunur.
3. Metafaz: kromozomlar ekvatorda, metafaz plağında dizilir. Bir kontrol noktası, her birinin iki yandan da tutunmasını bekler.
4. Anafaz: kardeşler ayrılır ve karşıt kutuplara çekilir. Her biri artık kendi başına bir kromozomdur.
5. Telofaz ve sitokinez: her grubun çevresinde çekirdek zarfları oluşur, kromozomlar açılır ve hücre ikiye boğumlanır.

Sonuç: her biri 46 kromozomlu, kromozom başına bir kromatitli, 2C DNA’lı iki diploit hücre.

Mayoz, evre evre

Mayoz I homologları ayırır:

1. Profaz I: homolog kromozomlar uzunlukları boyunca eşleşir (sinapsis) ve dört kromatitli demetler oluşturur. Kardeş olmayan kromatitler eşleşen parçalar değiş tokuş eder: kiazma olarak görülen krossing over. Bu en uzun evredir; insan yumurtalarında onlarca yıl duraklatılır.
2. Metafaz I: çiftler ekvatorda dizilir ve her çift kutuplara rastgele dönüktür: bağımsız dağılım.
3. Anafaz I: homologlar karşıt kutuplara gider; kardeşler birlikte kalır.
4. Telofaz I: her biri ikişer kromatitli 23 kromozoma sahip iki hücre (2C).

Mayoz II, yeni bir kopyalama turu olmaksızın mitoz gibidir: kromozomlar her hücrede dizilir, kardeşler ayrılır ve her biri tek kromatitli 23 kromozoma sahip dört haploit hücre oluşur (1C).

Bir bölünme boyunca sayım (n = 23)

• S evresinden sonra: 46 kromozom, 92 kromatit, 4C.
• Mitoz, her yavru hücre: 46 kromozom, 46 kromatit, 2C.
• Mayoz I’den sonra, her hücre: 23 kromozom, 46 kromatit, 2C.
• Mayoz II’den sonra, her hücre: 23 kromozom, 23 kromatit, 1C.

Kromozomları kromatitlerden değil, sentromerlerden say: X biçimli, kopyalanmış bir kromozom yine tek bir kromozomdur.

Her üreme hücresi neden farklı

Bağımsız dağılım tek başına bütün kromozomların 2ⁿ bileşimini verir: insanlarda 2²³ = 8.388.608. Kromozom çifti başına bir ila üç değiş tokuş olan krossing over, alelleri kromozomların içinde de karıştırır; yani olası üreme hücresi sayısı neredeyse sınırsızdır. Buna rastgele döllenmeyi de ekle: aynı ebeveynlerin hiçbir iki çocuğu (tek yumurta ikizleri dışında) aynı genomu paylaşmaz.

Ayrılmama

Bir homolog çifti (mayoz I’de) ya da iki kardeş (mayoz II’de ya da mitozda) ayrılmayı başaramazsa bir yavru hücre ikisini de alır, diğeri hiçbirini almaz. Fazladan bir kromozomu olan bir üreme hücresi döllenmede bir trizomi, bir kromozomu eksik olan da bir monozomi üretir. Trizomi 21 (Down sendromu) yaşamla en uyumlu olandır; yumurtalar onlarca yıl mayoz I’de duraklamış kaldığı için riski annenin yaşıyla hızla artar. Mitozdaki ayrılmama bir mozaik üretir ve kanser hücrelerinde yaygındır.

Simülasyonu kullanmak

Mitoz ve mayoz simülatörü, bir ebeveynden gelen kırmızı ve diğerinden gelen mavi kromozomlarla bir bölünmeyi oynatır. Denenecek şeyler:

• İki çiftle mitozu, sonra aynısıyla mayozu çalıştır ve sonu karşılaştır: dört kromozomlu iki hücreye karşı iki kromozomlu dört hücre.
• Mayozda profaz I’i izle: bir kırmızı ve bir mavi kromatidin ucu krossing over noktasında renk değiştirir. Kaydırıcıyı oynat ve değişen parçanın boyutu değişir.
• Sıfırla’ya birkaç kez bas ve metafaz I’de her kırmızı kromozomun hangi tarafa dönük olduğuna bak: rastgele değişir.
• Ayrılmamayı işaretle ve son hücrelerdeki kromozom sayılarını oku.

Modelin varsayımları

• Gerçek sayının yerini tutan, uzunlukları azalan en çok dört kromozom çifti.
• Her kromozom boyunca aynı noktada, iki iç kromatit arasında çift başına bir krossing over. Gerçek krossing overların sayısı ve konumu değişir ve kardeş olmayan her kromatit çiftini içerebilir.
• Sabit evre süreleri. Gerçek mitoz, neredeyse tamamını interfazın aldığı ve yaklaşık bir gün süren bir hücre döngüsünün yaklaşık bir saatini alır; mayozun profaz I’i spermde günler, yumurtada onlarca yıl sürebilir.
• İlk bölünmede yalnızca ilk çiftin ayrılmaması.
• Şematik hücreler: sentrozomlar, iğler ve çekirdekler basitleştirilmiştir; başka organel yoktur ve mayozun dört ürünü eşit çizilmiştir.

Sınır durumları

• Tek çift (2n = 2): dağılmanın yalnızca iki yolu vardır; mayozun ürünleri yalnızca krossing over ile farklılaşır.
• Bir kromozomun tam ucunda krossing over neredeyse hiçbir şeyi değiştirmez; sentromere yakın olan neredeyse bütün bir kolu değiştirir.
• Mitozda ayrılmama 2n + 1 ve 2n − 1 hücreler verir; mayoz I’de iki n + 1 ve iki n − 1 hücre.
• DNA miktarı, anafazda kardeşler ayrıldıktan sonra bile, mitozun tamamı boyunca sitokineze kadar 4C kalır.

Modelin doğru olmaktan çıktığı yerler

• Yumurtalarda eşit olmayan bölünme. Dişi mayozunda bölünmeler dengesizdir: bir büyük yumurta ve ölen iki ya da üç küçük kutup cisimciği. Yalnızca erkek mayozu dört eşit sperm verir.
• Cinsiyet kromozomları. X ve Y yalnızca uçlarındaki küçük bölgelerde eşleşir; simülasyonun homologlarının hepsi otozomdur.
• Bitki hücreleri boğumlanmak yerine ortadan dışa doğru yeni bir duvar (hücre plağı) kurar ve birçok bitki, ikiden fazla takımla poliploittir.
• Hatalar ve kontrol noktaları. Gerçek hücrelerde iğ kontrol noktaları, kardeşleri bir arada tutan ve anafazda kesilen kohezin proteinleri ve onarım yolları vardır; bunlar başarısız olduğunda hücrelerde fazladan takımlar ya da kırık kromozomlar olabilir ve bu model bunu göstermez.
• Bakteriler ikisini de yapmaz; tek bir dairesel kromozomu kopyalar ve Bakteri büyümesi simülatöründeki gibi ikiye bölünerek çoğalır.

İlgili araçlar

Alelleri ebeveynlerden yavrulara Punnett karesi hesaplayıcı ve kılavuzu Punnett karesi nasıl kullanılır ile izle; alel sıklıklarının nesiller boyunca nasıl değiştiğini Doğal seçilim ve popülasyon genetiği simülatöründe gör; kopyalanan molekülü de DNA ve RNA katlanma görüntüleyicide incele.