Den primära funktionen för alla levande organismer, från den oskyddade ställningen för överlevnad av arter, är att framgångsrikt sprida genetiskt material till efterföljande generationer. En del av denna uppgift är naturligtvis kvar levande och friskt tillräckligt länge för att faktiskt para och reproducera. Som ett resultat av dessa verkligheter har de grundläggande enheterna för levande saker, celler, två primära jobb: att göra identiska kopior av sig själva för att upprätthålla tillväxt, utföra reparationer och ta hand om andra vardagliga funktioner på vävnader, organ och hela organism; och generera specialiserade celler som kallas gameter som kombineras med gameter från andra organismer av arten för att generera avkommor.
Processen att replikera hela celler för att producera identiska dotterceller som kallas mitos, och det förekommer i alla eukaryoter, som är djur, växter och svampar (prokaryoter, som nästan alla är bakterier, reproduceras genom binär klyvning, liknande mitos men enklare). Generationen av gameter förekommer endast i gonaderna och kallas meios. Både mitos och meiose är indelade i fem faser, vilket i fallet med meios innefattar två omgångar av varje fas per originalcell eftersom meios resulterar i fyra nya celler snarare än två. Den första och längsta av dessa faser kallas profas, som i meios jag är vidare uppdelad i fem faser av sig själv.
Vad är "genetiskt material"?
Alla levande saker på jorden har DNA, eller deoxyribonukleinsyra, som deras genetiska material. DNA är en av ett par nukleinsyror som finns i levande system, den andra är ribonukleinsyra (RNA). Båda dessa makromolekyler - så kallade för att de består av ett stort antal atomer, i detta fall arrangerade i långa kedjor med upprepade underenheter som kallas nukleotider - är helt kritiska, om än på olika sätt. DNA, rotbärare av genetisk information, krävs för att göra RNA, men RNA finns i olika former och är utan tvekan mer mångsidig.
Underenheterna från vilka både DNA och RNA är gjorda kallas nukleotider . Var och en av dessa består av tre delar: ett femkolsocker som innehåller en central, femkantig ringstruktur (i DNA är detta socker deoxiribos; i RNA är det ribos, som har ytterligare en syreatom), en fosfatgrupp och en kvävehaltig ( kväveatomrik) bas. Varje nukleotid har bara en sådan bas, men de finns i fyra smaker för varje nukleinsyra. DNA har adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T); RNA inkluderar de första tre men ersätter uracil (U) för tymin. Eftersom all variation mellan nukleotider är skyldig skillnader i dessa baser, och nukleinsyror består av långa kedjor av nukleotider, är alla variationerna mellan DNA-strängar och mellan DNA i olika organismer skyldiga till variation i dessa baser. Således skrivs DNA-strängar i termer av deras bassekvenser, såsom AAATCGATG.
DNA finns i levande celler i form av en dubbelsträngad spiral, eller korkskruvform. Dessa strängar är länkade med vätebindningar mellan deras kvävebaser vid varje nukleotid; Ett unikt par med T och C unikt par med G, så om du vet sekvensen för en sträng kan du enkelt förutsäga sekvensen för den andra, kallad en komplementär sträng.
När messenger RNA (mRNA) är syntetiserad från DNA i en process som kallas transkription är det framställda mRNA komplementärt till mallen DNA-strängen och är således identisk med DNA-strängen som inte används som en mall utom för U som förekommer i mRNA där T förekommer i DNA. Detta mRNA rör sig från kärnan i celler där det görs till cytoplasma, där det "hittar" strukturer som kallas ribosomer, som tillverkar proteiner med hjälp av mRNA: s instruktioner. Varje tre-basisk sekvens (t.ex. AAU, CGC), kallad en triplettkodon, motsvarar en av 20 aminosyror, och aminosyror är underenheterna för hela proteiner på samma sätt som nukleotider är underenheterna för nukleinsyror. > Organisation av DNA inom celler -
DNA i sig förekommer sällan i levande saker av sig själv. Anledningen till detta, helt enkelt uttryckt, är den fenomenala mängden av den som krävs för att bära koderna för alla proteiner som en organisme behöver göra. En enda komplett kopia av ditt eget DNA, till exempel, skulle vara 6 fot långt om det sträcker sig från slutet till slut, och du har en fullständig kopia av detta DNA i nästan varje cell i kroppen. Eftersom cellerna endast är 1 eller 2 mikron (miljoner mil) i diameter, är kompressionsnivån som krävs för att packa ditt genetiska material i en cellkärna astronomiskt.
Hur din kropp gör detta är genom att spela din DNA med proteinkomplex som kallas histonoktamer för att skapa ett ämne som kallas kromatin, vilket är ungefär två tredjedelar protein och en tredjedel DNA. Medan man lägger till massa för att minska storleken verkar motsatt, tänk på det på ungefär samma sätt som ett varuhus som betalar säkerhetsfolk för att förhindra förlust av pengar genom butikslyft. Utan dessa relativt tunga histoner, som möjliggör mycket omfattande vikning och spolning av DNA runt deras kärnor, skulle DNA inte ha några medel att kondenseras. Histonerna är en nödvändig investering i detta syfte.
Chromatin själv är uppdelat i separata molekyler som kallas kromosomer. Människor har 23 distinkta kromosomer, varav 22 är numrerade och den återstående är en sexkromosom (X eller Y). Alla dina celler utom gameter har två av alla numrerade kromosomer och två könskromosomer, men dessa är inte identiska, bara parade, eftersom du får en av var och en av dessa från din mor och den andra från din far. Motsvarande kromosomer som ärvts från varje källa kallas homologa kromosomer; till exempel är dina mödrar och faderliga kopior av kromosom 16 homologa.
Kromosomer, i nybildade celler, finns kort i enkel, linjär form innan du replikerar förberedelse för celldelning. Denna replikering resulterar i skapandet av två identiska kromosomer som kallas systerkromatider, som är kopplade till en punkt som kallas en centromere. I det här tillståndet har alla 46 av dina kromosomer duplicerats, vilket gör för 92 kromatider totalt.
Översikt över mitos
Mitos, där innehållet i kärnorna i somatiska celler (dvs. " vardagliga "celler, eller icke-gameter) uppdelar, inkluderar fem faser: profas, prometafas, metafas, anafas och telofas. Uttrycket, som diskuteras i detalj inom kort, är det längsta av dessa och är främst en serie av dekonstruktioner och upplösningar. I prometafas börjar alla 46 kromosomer migrera mot mitten av cellen, där de kommer att bilda en linje vinkelrätt mot den riktning i vilken cellen snart dras isär. På varje sida av denna linje, kallad metafasplattan, finns strukturer som kallas centrosomer; från dessa strålar proteinfibrer som kallas mikrotubuli, som bildar den mitotiska spindeln. Dessa fibrer ansluter till centromererna i enskilda kromosomer på vardera sidan på en punkt som kallas kinetochore, och deltar i ett slags dragkamp för att säkerställa att kromosomerna, eller mer specifikt deras centromerer, bildar en perfekt rak linje längs metafasplattan. (Tänk dig en platon med soldater som går från att stå i en igenkännbar rad och kolumner - ett slags "prometafas" - till en styv, inspektionsförberedande formation - motsvarigheten till "metafas.")
I anafas, den kortaste och mest dramatiska fasen av mitos, spindelfibrerna drar kromatiderna isär vid sina centromerer, med en kromatid dragen mot centrosomen på varje sida. Den snart delade cellen ser nu avlång under ett mikroskop och är "fetare" på varje sida av metafasplattan. Slutligen, i telofas, är två dotterkärnor helt bildade av uppkomsten av kärnmembran; denna fas är som profas som körs i omvänd riktning. Efter telofas delas själva cellen upp i två (cytokinesis).
Översikt över meiose.
Meios utvecklas i specialiserade celler i gonaderna (testiklar hos män, äggstockar hos kvinnor). I motsats till mitos, som skapar "vardagliga" celler för inkludering i befintliga vävnader, skapar meioser gameter, som smälter samman med gameter av motsatt kön vid befruktning.
Meios är uppdelad i meios I och meios II. I meios, istället för att alla 46 kromosomer bildar en linje längs metafasplattan som i mitos, "spårar de homologa kromosomerna" varandra och kopplas ihop och utbyter lite DNA i processen. Det vill säga, moder kromosom 1 länkar till faderlig kromosom 1 och så vidare för de andra 22 kromosomerna. Dessa par kallas bivalenter.
För varje bivalent kommer den homologa kromosomen från fadern vila på ena sidan av metafasplattan, och den homologa kromosomen från modern vilar på den andra. Detta inträffar oberoende i varje bivalent, så ett slumpmässigt antal paternalt anskaffade och maternalt framställda kromosomer lindas upp på varje sida av metafasplattan. Processerna med DNA-utbyte (alias rekombination) och slumpmässig inriktning (alldeles oberoende sortiment) säkerställer mångfald i avkomman på grund av det praktiskt taget obegränsade utbudet av DNA som resulterar i gametbildning.
När cellen som genomgår meios delar jag upp , varje dottercell har en replikerad kopia av alla 23 kromosomer, snarare än 46 kromatider a la mitos. Alla 46 centromerer är således ostörda vid början av meiose II.
Meiosis II är, för alla praktiska ändamål, en mitotisk uppdelning, eftersom kromatiderna från meiosen jag separerar vid centromererna. Det slutliga resultatet av båda stadierna av meios är fyra dotterceller i två olika identiska par, var och en med 23 enskilda kromosomer. Detta möjliggör bevarande av 46 kromosomer när manliga gameter (spermatocyter) och kvinnliga gameter (ooctyes) deltar i befruktningen. Kärnmembranet bryts ned och bildar små vesiklar, och kärnan i kärnan sönderfaller. Centrosomen delar upp i två, varvid de resulterande komponenterna upptas på motsatta sidor av cellen. Dessa centrosomer börjar sedan generera mikrotubulor som fläktar ut mot metafasplattan, kanske liknande det som en spindel genererar sin bana. De enskilda kromosomerna blir helt kompakta, vilket gör dem mer igenkända under ett mikroskop och möjliggör enkel visualisering av systerkromatiderna och centromeren däremellan.
Prophase in Meiosis <<> Prophase of meiosis I innehåller fem stadier. I leptotenfasen börjar alla strukturer för de ännu inte parade homologa kromosomerna att kondenseras, liknande det som förekommer i profas i mitos. I zygotenfasen associerar de homologa kromosomerna i en process som kallas synaps, med en struktur som kallas det synaptonemalska komplexet som bildas mellan homologerna. I pachytene-fasen sker rekombination mellan homologa kromosomer (även kallad "korsning över"); tänk på detta när du handlar kanske en strumpa och en hatt med ett syskon som du nära liknar utseende och klänning. I diplotensfasen börjar den bivalenta separera, men homologerna förblir fysiskt sammankopplade vid sina chiasmata. Slutligen, vid diakinesis, fortsätter kromosomerna att dras längre ifrån varandra, med chiasmata som rör sig mot deras ändar.
Det är viktigt att inse att utan meios, och utan händelserna i profas, specifikt, mycket liten variation mellan olika organismer skulle vara uppenbara. Blandningen av genetiskt material som inträffar i denna fas är hela kärnan i sexuell reproduktion.
Prophase II, som förekommer i de icke identiska dottercellerna som bildas av meios I, ser de enskilda kromosomerna igen kondensera till igenkännliga former , med kärnmembranet upplöst i form av den mitotiska spindeln.
