Meioos — definitsioon: sugurakkude moodustumine ja reduktsioonijagunemine
Meioos: selge ülevaade sugurakkude moodustumisest ja reduktsioonijagunemisest — protsess, mis vähendab kromosoomide arvu ja tekitab geneetilist varieeruvust.
Meioos on eriline rakkude jagunemise tüüp. Erinevalt mitoosist, mis on tavaliste keharakkude jagunemise viis, tekivad meioosi tulemusel rakud, millel on ainult pool tavapärasest kromosoomide arvust, üks igast paarist. Seetõttu nimetatakse meioosi sageli reduktsioonijagunemiseks. Pikemas perspektiivis suurendab meioos geneetilist varieeruvust viisil, mida selgitatakse hiljem.
Suguline paljunemine toimub siis, kui sperma viljastab munaraku. Munarakud ja spermad on erilised rakud, mida nimetatakse sugurakkudeks ehk sugurakkudeks. Sugurakud on haploidsed; neil on ainult pool kromosoomide arvust kui tavalistel keharakkudel (mida nimetatakse somaatilisteks rakkudeks). Viljastumine taastab keharakkude kromosoomide arvu diploidseks.
Kromosoomide põhilist arvu liigi keharakkudes nimetatakse somaatiliseks arvuks ja seda tähistatakse 2n. Inimesel on 2n = 46: meil on 46 kromosoomi. Sugurakkudes on kromosoomide arv n (inimesel: n = 23). Seega on normaalsetes diploidsetes organismides kromosoomid olemas kahes eksemplaris, üks kummalgi vanemal (23x2=46). Ainus erand on sugukromosoomid. Imetajatel on emasel kaks X-kromosoomi ja isasel üks X- ja üks Y-kromosoom.
Karyotüüp on eukarüootide liikidele iseloomulik kromosoomide arv. Karyotüüpide koostamine ja uurimine on osa tsütogeneetikast, rakkude geneetikast.
Kõik eukarüoodid, kes paljunevad suguliselt, kasutavad meioosi. Siia kuuluvad ka paljud ainuraksed organismid. Meioosi ei toimu arheoididel ja bakteritel, mis paljunevad suguta, näiteks kaksikliigilise jagunemise teel.
Meioosi põhiomadused ja tulemus
Meioos koosneb kahest järjestikuses järgus toimuvast jagunemisest (tavaliselt nimetatakse neid meioos I ja meioos II). Üks diploidne rakk (2n) annab lõpuks neli haploidset (n) rakku. Need tütarrakud on geneetiliselt erinevad üksteisest ja algsest emarakust.
Peamised etapid ja olulisemad sündmused
- Meioos I (reduktsioonijagunemine): siin eralduvad homologsed kromosoomid — iga kromosoomipaar (üks isalt, üks emalt) liigub erinevatesse rakkudesse. Profaasis I toimub kromosoomide vastasmängu (homoloogide paaritumine, ehk sünaptoos) ja ristumise (crossing-over) protsess, mille käigus toimub DNA rist-lõimumine ja geenide ümberjaotumine. See soodustab geneetilist varieeruvust.
- Meioos II (ekvotsionaalne jagunemine): meenutab mitoosi — eralduvad õed‑kromatiidid. Lõpptulemuseks on neli haploidset rakkude komplekti.
- Olulised alamsammud profiilis: leptootene, zügootene, paküteen, diploteen ja diakinees — neist paljud on seotud rekombinatsiooni ja kiasmate tekkega, mis hoiavad homologe kromosoome koos kuni anafaasini I.
Geneetilise varieeruvuse tekkemehhanismid
Meioos suurendab geneetilist varieeruvust kahel peamisel viisil:
- Crossing‑over (rekombinatsioon) profiili I ajal vahetatakse kromosoomi osasid homoloogide vahel, tekivad uued alleelide kombinatsioonid.
- Homoloogide sõltumatu jaotumine (independent assortment) metafaas I ajal — iga kromosoomipaari orientatsioon jagub juhuslikult, mis tähendab, et erinevate kromosoomide vanemlik päritolu kombineerub rakkudes erinevalt.
Lisaks lisab juhuslik viljastumine veel ühe variatsiooni tasandi: milline spermarakk viljastab munaraku on juhuslik.
Spermatogenees ja oogenees (meioosi rakendus organismides)
- Spermatogenees (meessugurakkude teke): tavaliselt toimub testistes, iga meioosijärg annab neli liikuvast spermi.
- Oogenees (naissugurakkude teke): toimub munasarjades ja on sageli asümmeetriline — ühest algsest rakust tekib üks suur munarakk (ova) ja terved / mittevajalikud polarbodyd. Oogeneesel on sageli pikad peatunud staadiumid (näiteks profiili I peatumine embrüonaalses staadiumis ja metasfaasi II peatumine kuni viljastumiseni).
- Taimeelustikus toodavad meioosi tulemused sageli sporangiumis spore, mis jagunevad ja diferentseeruvad haploidseteks organismideks (nt samblad, seened ja paljud taimed).
Tähtsus ja võimalikud vead
Meioos on elutähtis sugulisel paljunemisel ja liigisisese geneetilise varieeruvuse tekitamisel, mis on evolutsioonilise kohanemise aluseks. Samas võivad meioosi käigus tekkida vead:
- Nondisjunction — homologide või õekromatiidide mitteserendumine õigesti, mille tulemusel tekivad gametid ebaõige kromosoomiarvuga. See võib põhjustada aneuploodiaid, näiteks trisoomiaid (nt Downi sündroom, trisoomia 21) või monosoomiaid.
- Rekombinatsiooni defektid või vigased kiasmad võivad põhjustada kromosoomi fragmentatsiooni või translokatsioone, mõjutades sugurakkude elujõulisust või viies pärilike haigusteni.
Kokkuvõte — mida meeles pidada
- Meioos muudab diploidse raku haploidseks ja tekitab neli geneetiliselt erinevat sugurakku.
- Olulised mehhanismid, mis tekitavad varieeruvust: crossing‑over ja nooltevahelise kromosoomide juhuslik paigutumine.
- Meioos toimub kõigis suguliselt paljunevates eukarüootides, kuid mitte prokariotides (bakterid, arhed), mis kasutavad muid paljunemisviise.
- Meioosi häired võivad põhjustada tõsiseid kromosomaalseid häireid ja mõjutada viljakust ning järglaste tervist.
Kui soovite, võin lisada joonise või lihtsustatud skeemi meioosi faasidest, selgitada üksikasjalikumalt crossing‑over'i mehhanismi või tuua rohkem näiteid aneuploodiatega seotud haigustest.
ristumine toimub homoloogiliste kromosoomide kromatiidide vahel.
Meioos kui osa seksuaalsest paljunemisest
Väetamise tähtsus
Järeltulija saab kromosoomikomplekti igalt vanemalt, nii et üldiselt on pool tema pärilikkusest pärit igalt vanemalt. Kuid need kaks kromosoomikomplekti ei ole identsed vanemate kromosoomidega. See on tingitud sellest, et need muutuvad reduktsiooni jagunemise käigus protsessis, mida nimetatakse ristumise ja üleminekuks.
Meioosi tähtsus
See on kahesugune:
1. Esiteks, et vähendada kromosoomid igas munarakkudes või spermatosoidides ainult ühele komplektile.
Kaks kromosoomipaari ei ole identsed, sest kromosoomide igal konkreetsel lokatsioonil võib kahel kromosoomil olla erinevaid alleele (geeni vormid). Mõelge igale kromosoomipaarile, üks komplekt mõlemalt vanemalt. Igast paarist läheb igasse sugurakku ainult üks. Seega on sugurakud kõigepealt erinevad, sest igast paarist võib sugurakus olla kas isa või ema kromosoom. Seda nimetatakse "sõltumatuks sortimendiks".
2. Võimaldamaks ristumist iga vanemate kromosoomide paari vahel. Ristumine muudab, millised alleelid asuvad konkreetsel kromosoomil.
Seega, kuigi neid kirjeldatakse kui "ema" ja "isa" kromosoomi, ei ole tegelikkuses sugurakkude kromosoomid kõik samad kui vanemate kromosoomid. Selle põhjuseks on see, et kromosoomide osad on meioosi käigus vahetatud.
Kuigi sugurakkudel on ainult üks kromosoomikomplekt, on see komplekt segatud segu mõlema vanema geneetilisest materjalist. Igal munarakkul või spermatosoidil võib olla erinev valik vanemate kromosoomide alleele.
Nagu kaardipakkide segamisel, võib geenide kombinatsioone tekitada palju erinevaid kombinatsioone ilma ühegi üksiku geeni muutuseta (mutatsioon). Siiski toimuvad mutatsioonid ja need võivad lisada alleele, mida populatsioonis varem ei olnud. Igal juhul suurendab segamine järglaste mitmekesisust ja mitmekesisus annab vähemalt mõnele järglastele parema võimaluse rasketel aegadel ellu jääda. Meioosi käigus toimuv alleelide segunemine võib olla põhjus, miks suguline paljunemine üldse eksisteerib.
"Ei ole raske välja mõelda põhjusi, miks sugulisel populatsioonil peaks olema pikaajaline eelis aseksuaalsete populatsioonide ees. Nad saavad kiiremini areneda, et vastata muutuvatele oludele..."
Erijuhtumid
Tsükliline parthenogenees
Mitmed üsna suured taksonid (organismide rühmad) kasutavad tsüklilist parthenogeneesi. See tähendab, et mitu põlvkonda sünnib neitsiksünnituse teel ja seejärel tekib üks põlvkond tavalise sugulise paljunemisega. Näidetena võib tuua täkid ja kladotserandid (väikesed koorikloomad, mida nimetatakse veekirbudeks). Kirvad toimivad tavaliselt järgmiselt: kui ilm on hea ja nende taimede peremees on parimas seisus, kasutavad nad parthenogeneesi. Hooaja lõpus, kui ilmad halvenevad, kasutavad nad sugulist paljunemist. Seda paljunemissüsteemi nimetatakse apogamiiniks.
Parthenogeneesi puhul sisaldavad munarakud ainult ema geneetilist materjali ja neid ei viljastata. Munarakud võivad tekkida kas meioosi või mitoosi teel. Meioosi korral tekib ristumise tulemusena geneetiline sõrmejälg, mis erineb mõnevõrra ema omast. Seega ei ole parthenogeneetilised rohekasvaja järeltulijad identsed ja näitavad mõningast geneetilist varieeruvust: mõned kromosoomide segmendid erinevad meioosi tõttu. Mitoosiga tekiksid identsed järeltulijad.
Nende parthenogeneetiliste taksonite hulgas on mitmeid liike, mis on täielikult loobunud sugupoolest.
Seksuaalsuse kadumine
Mõned eukarüootsed organismid on täielikult kaotanud sugulise paljunemise võime ja seega puudub neil meioos. Nende hulka kuuluvad Bdelloidsedrotifioidid, mis paljunevad ainult parthenogeneesi teel.
Meioosi üksikasjad
Meioosi võib jagada meioosiks I ja meioosiks II.
Meioos I
Esimese jaotuse ülesanne on võimaldada ülepääsu. Nii nagu mitoos, hõlmab ka meioos profaasi, metafaasi, anafaasi ja telofaasi.
Profaas I
Kromosoomid muutuvad nähtavaks, tuuma ümbris kaob ja tsentrioolid (tuuma üla- ja allosas) hakkavad moodustama spindli kiudusid, mis ümbritsevad kromosoomid.
Selles etapis jaguneb iga kromosoom kaheks sõsarkromatiidiks, mida hoiavad koos tsentromeerid. Paarilistel kromosoomidel on nüüd neli kromatiidi (2 komplekti "õdesid"), mis on kokku surutud. Ristumine toimub kahe mitte-õe kromatiidi vahel; ülejäänud kaks jäävad ristumata. Ristumise tulemusel vahetatakse mõlema osaleva kromatiidi, DNA ja sellega seotud kromatiinivalgu segmente. Geneetiliselt nimetatakse seda protsessi rekombinatsiooniks.
Metafaas I
Kromosoomid paiknevad piki spindli kiudude ekvatoriaaljoont (keskjoont) homoloogiliste paaridena.
Anafaas I
Kromosoomid jagunevad nii, et mõlemal pool rakku on võrdsed kogused. Kuna inimese rakus on 46 kromosoomi, satub mõlemale poole 23 kromosoomi.
(Toimub tsütokinees, rakkude jagunemine kaheks. Rakk jaguneb.)
Telofaas I
Kaks tütarrakku jagunevad täielikult, moodustub tuumakestakest ja kromosoomid muutuvad vähem nähtavaks. Mõlemas rakus on 23 kromosoomi.
Meioos II
Kaks rakku valmistuvad uuesti jagunema etapis, mida nimetatakse interkineesiks või interfaasiks II. Mõlemad rakud läbivad meioos II.
Profaas II
Kromosoomid muutuvad nähtavaks, tuumakest kaob ja tsentrioolid moodustavad spindli kiud.
Metafaas II
Kromosoomid rivistuvad spindli kiudude keskjoonel.
Anafaas II
Kromosoomid jagunevad kaheks kromatiidiks. Kromatiidid on kaks kromosoomi moodustavat DNA (desoksüribonukleiinhappe) ahelat. Neid ühendab keskteeühendus, mida nimetatakse tsentromeeriks.
(Toimub tsütokinees. Rakk jaguneb.)
Telofaas II
Rakud on täielikult jagunenud. Nukleiinipakend reformib ja tekib neli uut rakku, millel on erinev DNA.
Meestel muutuvad kõik neli rakku spermaks. Naistel muutub ainult üks neist küpseks munarakkuks, ülejäänud kolm aga imenduvad uuesti organismi.
Meioosiga seotud sündmused, mis näitavad kromosoomide ristumist
Probleemid
Inimestel on teatud seisundid, mida põhjustab valesti läinud meioos. Näited on järgmised:
- Downi sündroom - 21. kromosoomi trisoomia
- Patau sündroom - 13. kromosoomi trisoomia
- Edwards'i sündroom - 18. kromosoomi trisoomia
- Klinefelteri sündroom - ülemäärased X-kromosoomid meestel - st XXY, XXXY, XXXXY.
- Turneri sündroom - naistel puudub üks X-kromosoom - st XO.
- Triple X sündroom - lisakromosoomi olemasolu naistel.
- XYY sündroom - Y-kromosoomi lisamine meestel
Küsimused ja vastused
K: Mis on meioos?
V: Meioos on eriline rakkude jagunemise tüüp, mille tulemuseks on rakud, millel on pool tavapärasest kromosoomide arvust, üks igast paarist. Seda nimetatakse ka reduktsioonijagunemiseks.
K: Kuidas meioos suurendab geneetilist varieeruvust?
V: Meioos suurendab geneetilist varieeruvust, luues uusi geenikombinatsioone ristumise teel I profaasi ajal ja juhusliku segregatsiooni teel I anafaasi ajal.
K: Mis on sugurakud?
V: Sugurakud on erilised rakud, mida nimetatakse sugurakkudeks või haploidseteks rakkudeks, millel on ainult pool kromosoomide arvust kui tavalistel keharakkudel (mida nimetatakse somaatilisteks rakkudeks).
K: Mis on somaatiline arv?
V: Liigi keharakkude põhilist kromosoomide arvu nimetatakse somaatiliseks arvuks ja seda tähistatakse 2n. Inimesel on 2n = 46, mis tähendab, et meil on 46 kromosoomi.
K: Mitu kromosoomi on sugurakkudel?
V: Sugurakkudel on n kromosoomi, mis inimese puhul on 23. Seega on normaalsetes diploidsetes organismides igast kromosoomist kaks koopiat - üks kummaltki vanemalt (23x2=46). Ainus erand sellest reeglist on sugukromosoomid; imetajatel on emastel kaks X-kromosoomi, samas kui isastel on üks X- ja üks Y-kromosoom.
Küsimus: Kas meioos toimub arheoidides või bakterites?
V: Ei, meioosi ei toimu arheoidides ega bakterites; selle asemel paljunevad nad lihtsa rakkude jagunemise teel.
K: Kas suguline paljunemine esineb ainuraksete organismide seas?
V: Jah, suguline paljunemine esineb ainuraksete organismide seas, sest ka nemad kasutavad meioosi suguliseks paljunemiseks.
Otsige