معلومة

كيف ينخفض ​​عدد الكروموسوم إلى النصف في الانقسام الاختزالي I؟


في الانقسام الاختزالي 1 ، يُقال أن أعداد الكروموسومات تنخفض إلى النصف في الخليتين الوليدين. على سبيل المثال ، يوجد 46 كروموسومًا في الخلية البشرية المكونة من 2 ن. خلال الانقسام الاختزالي 1 ، ستخضع الخلية للطور البيني وربما المرحلة S ، حيث يتكرر عدد الكروموسوم. الآن الخلية هي 4 ن (أي 92 كروموسوم). أثناء الطور الأول ، يتجه 46 كروموسومًا من أصل 92 نحو قطب واحد و 46 في الاتجاه المعاكس. وهكذا فإن الخليتين الناتجتين ستحتوي كل منهما على 46 كروموسوم. فلماذا نقول أنه في الانقسام الاختزالي 1 ، يتم تقليل عدد الكروموسوم؟ أقول إن المرحلة S لا ينبغي أن تحدث في الانقسام الاختزالي 1 بل يجب أن تحدث في الانقسام الاختزالي 2. هل منطقتي غير صحيحة؟


إذا كنت تعتبر أن كل من الكروماتيدات الشقيقة عبارة عن كروموسوم ، فإن الانقسام الاختزالي I ، بدلاً من خفض عدد الكروموسومات إلى النصف ، يفصل الكروموسومات المتجانسة ، الناتجة عن التكاثر الجنسي ، عن بعضها البعض. ثم يفصل الانقسام الاختزالي الثاني الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها البعض مما يؤدي إلى النصف النهائي للكروموسومات.

من ناحية أخرى ، لا يعتبر العديد من علماء الأحياء ، إن لم يكن معظمهم ، أن الكروماتيدات الشقيقة هي كروموسومات فردية حتى يتم فصلها خلال الانقسام الاختزالي الثاني. بهذا المعنى ، فإن الانقسام الاختزالي الأول يقلل عدد الكروموسومات إلى النصف.


كيف ينخفض ​​عدد الكروموسوم إلى النصف في الانقسام الاختزالي I؟ - مادة الاحياء

الانقسام الاختزالي: نوع آخر من الانقسام الخلوي

BIO.B.1.1.2 قارن عمليات ونتائج الانقسام والانقسام الاختزالي.

هناك نوعان رئيسيان من التكاثر ، اللاجنسي والجنسي. يشمل التكاثر اللاجنسي أحد الوالدين وينتج نسلًا مطابقًا وراثيًا للخلية الأم. تتكاثر الخلايا بدائية النواة بهذه الطريقة كما تفعل خلايا الجسم.

يتضمن التكاثر الجنسي أبوين مختلفين وراثيًا ، مما ينتج عنه نسل مختلف وراثيًا عن الوالدين. ميزة هذا النوع من التكاثر هي أنه يعزز التنوع الجيني في النسل مما يزيد من فرصة بقاء الأنواع بسبب بقاء الأصلح. يحدث الإخصاب عندما تندمج الأمشاج (البويضة والحيوانات المنوية) مكونة الجنين.

تسمى الأمشاج الذكرية (الخلية الجنسية) الحيوانات المنوية. يتم إنتاجها في الخصيتين وتتكون من نواة بها 23 كروموسوم وميتوكوندريا وأنابيب دقيقة تسمى الأسواط والتي تمكنها من الحركة. تسمى الأمشاج الأنثوية البيضة (البويضات). يتم إنتاجها في مبايض الأنثى. عندما تبلغ الأنثى سن البلوغ ، يطلق مبيض واحد بويضة واحدة في الشهر (ربما أكثر).

تسمى عملية تكوين الخلايا الجنسية أو الأمشاج بـ MEIOSIS.


يشير رقم كروموسوم الخلية إلى عدد الكروموسومات الموجودة في نواة خلايا الجسم ، والتي تسمى أيضًا الخلايا الجسدية. الكروموسوم البشري رقم 46 ، حيث يوجد 46 كروموسوم في أزواج (23 من كل والد). يشار إلى الكروموسومات المرقمة 1-44 (أزواج 1-22) باسم autosomes. يشار إلى الكروموسومات المرقمة 45-46 (الزوج رقم 23) بالكروموسومات الجنسية وهي مسؤولة عن تحديد الجنس. الكروموسومات الجنسية للذكور هي XY (الحرف "Y" في الواقع ليس على شكل "Y" ، فهو أصغر فقط) والكروموسومات الجنسية الأنثوية هي XX.


مراحل الانقسام الاختزالي

القدرة على الإنجاب عينيًا هي صفة أساسية لجميع الكائنات الحية. عينيًا يعني أن نسل أي كائن حي يشبه إلى حد كبير والديهم أو والديهم. تلد أفراس النهر عجول فرس النهر ، وتنتج أشجار جوشوا البذور التي تنبت منها شتلات شجرة جوشوا ، وتضع طيور النحام البالغة بيضًا يفقس في فراخ فلامنغو. عينيًا لا يعني بشكل عام بالضبط نفس الشيء.

الشكل 1. كل واحد منا ، مثل هذه الكائنات الحية الكبيرة الأخرى متعددة الخلايا ، يبدأ حياته كبويضة مخصبة. بعد تريليونات من الانقسامات الخلوية ، يتطور كل منا إلى كائن حي معقد متعدد الخلايا. (الائتمان أ: تعديل العمل من قبل فرانك ووترز ب: تعديل العمل بواسطة كين كول ، USGS Credit c: تعديل العمل بواسطة Martin Pettitt)

كما تعلمت ، فإن الانقسام الفتيلي هو جزء من دورة تكاثر الخلية التي ينتج عنها نوى ابنة متطابقة والتي هي أيضًا متطابقة وراثيًا مع النواة الأصلية الأصلية. في حالة الانقسام الفتيلي ، تكون نواتا الوالد والابنة على نفس المستوى المتماثل - ثنائي الصبغيات لمعظم النباتات والحيوانات. في حين أن العديد من الكائنات أحادية الخلية وعدد قليل من الكائنات متعددة الخلايا يمكنها إنتاج نسخ متطابقة وراثيًا من نفسها من خلال الانقسام الفتيلي ، فإن العديد من الكائنات وحيدة الخلية ومعظم الكائنات متعددة الخلايا تتكاثر بانتظام باستخدام طريقة أخرى: الانقسام الاختزالي. يقدم التكاثر الجنسي ، وخاصة الانقسام الاختزالي والتخصيب ، تنوعًا في النسل قد يفسر النجاح التطوري للتكاثر الجنسي. الغالبية العظمى من الكائنات حقيقية النواة ، سواء متعددة الخلايا أو أحادية الخلية ، يمكنها أو يجب أن تستخدم شكلاً من أشكال الانقسام الاختزالي والتخصيب للتكاثر.

يستخدم الانقسام الاختزالي العديد من نفس الآليات مثل الانقسام الفتيلي. ومع ذلك ، فإن نواة البداية تكون دائمًا ثنائية الصبغة والنواة التي تنتج في نهاية انقسام الخلية الانتصافية تكون أحادية العدد. لتحقيق هذا التخفيض في عدد الكروموسوم ، يتكون الانقسام الاختزالي من جولة واحدة من تكرار الكروموسوم وجولتين من الانقسام النووي.

نظرًا لأن الأحداث التي تحدث خلال كل مرحلة من مراحل التقسيم مماثلة لأحداث الانقسام الفتيلي ، يتم تعيين أسماء المرحلة نفسها. ومع ذلك ، نظرًا لوجود جولتين من التقسيم ، تم تعيين العملية الرئيسية والمراحل بـ & # 8220I & # 8221 أو & # 8220II. & # 8221 وبالتالي ، أنا هي الجولة الأولى من الانقسام الانتصافي وتتكون من الطور الأول ، الطور الأول ، وما إلى ذلك. الانقسام الاختزالي الثاني، التي تحدث فيها الجولة الثانية من الانقسام الانتصافي ، تشمل الطور الثاني ، الطور الثاني ، وما إلى ذلك.


لماذا تحتوي الأمشاج على نصف عدد الكروموسومات؟

يسأل الناس أيضًا ، لماذا من المهم أن تحتوي الأمشاج على نصف عدد الكروموسومات ثنائي الصبغة؟

لماذا هو مهم الذي - التي الأمشاج لها نصف ال عدد الكروموسومات من باقي خلايا الجسم؟ - لأنه عندما تندمج الحيوانات المنوية والبويضة ، فإن البيضة الملقحة سوف تحتوي على الطبيعي عدد الصبغيات ثنائية الصبغيات مميزة للأنواع.

تعرف أيضًا ، لماذا من المهم أن تحتوي الأمشاج على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات؟ حتى أنه عندما اثنين الأمشاج معا ، بهم الكروموسومات الجمع لجعل ثنائية الصبغيات (2n) عدد الكروموسومات.

ثانيًا ، لماذا تحتوي الأمشاج على 23 كروموسومًا فقط؟

الانقسام الاختزالي هو انقسام الخلية ل الأمشاج، أو الخلايا التناسلية (الحيوانات المنوية والبويضة). نحن لديها 23 أزواج من الكروموسومات (التي تحتوي على حمضنا النووي) ، أي 46 في المجموع. والسبب هو أنه في الزنزانة العادية ، 23 كروموسوم تأتي من الأم والآخر 23 يأتي من الأب.


كيف ينخفض ​​عدد الكروموسوم إلى النصف في الانقسام الاختزالي I؟ - مادة الاحياء

في البشر ، تخضع الخلايا السليفة الجنسية للانقسام الاختزالي ، وهي عملية ذات قسمين يسميان الانقسام الاختزالي الأول والثاني ، لتوليد الحيوانات المنوية أو خلايا البويضة أحادية العدد.

يبدأ الطور الأول الانقسام الاختزالي الأول ، حيث يتكثف كروماتين الخلية الثنائية الصبغية ، الذي يتضمن مجموعة جينية واحدة من الأب والأم. هذا يشكل كروموسومات نموذجية على شكل X ، والتي ترتكز على الغلاف النووي.

يتم ربط النسخ الموروثة من الأب والأم من نفس الكروموسوم من خلال تطوير خيوط بروتينية بينهما وتوجيهها ، بحيث تصطف الجينات المكافئة.

ثم تتبادل هذه الكروموسومات المتجانسة القطع أثناء العبور وتبقى مثبتة في مكان التبادل حتى مع ذوبان الخيوط بينهما. خارج النواة ، يظهر جهاز المغزل الانتصافي ، والذي يتضمن الأنابيب الدقيقة المنبثقة من الجسيمات المركزية.

خلال المرحلة الأولى من الطور الأول ، يتشتت الغلاف النووي ، وتتشكل البروتينات الحركية على السنتروميرات. ثم تستطيل الأنابيب الدقيقة وتتصل بهذه الهياكل ، وتربط كل كروموسوم متماثل في زوج بقطب مختلف.

مع الطور الأول ، يتم وضع الأزواج بشكل عشوائي على طول خط الوسط للخلية ويتم تمييز الطور الأول عن طريق تراجع الأنابيب الدقيقة ، والتي تقسم الكروموسومات المتجانسة.

تطول الخلية أيضًا ويتبعها الطور النهائي ، حيث تستقر الكروموسومات على جوانب متقابلة ، وتتراخى وتحيط بها مغلفات نووية. في الوقت نفسه ، ينقسم السيتوبلازم ، مكونًا زوجًا من الخلايا.

وهكذا ينتهي الانقسام الاختزالي بخليتين أحاديتي الصبغيات متميزتين وراثيًا ، تحتوي كل منهما على كروموسوم واحد من كل زوج متماثل موجود في البداية.

11.2: الانقسام الاختزالي الأول

الانقسام الاختزالي هو مجموعة منسقة بعناية من الانقسامات الخلوية ، والهدف منها هو & mdashin البشر و mdashis لإنتاج الحيوانات المنوية أو البويضات أحادية الصيغة الصبغية ، كل منها يحتوي على نصف عدد الكروموسومات الموجودة في الخلايا الجسدية في أماكن أخرى من الجسم. الانقسام الاختزالي الأول هو أول قسم من هذا القبيل ، ويتضمن عدة خطوات رئيسية ، من بينها: تكثيف الكروموسومات المضاعفة في الخلايا ثنائية الصبغيات ، وإقران الكروموسومات المتجانسة وتبادل المعلومات ، وأخيراً ، فصل الكروموسومات المتجانسة عن طريق شبكة تعتمد على الأنابيب الدقيقة. تفصل هذه الخطوة الأخيرة المتجانسات بين خليتين سليفتين أحاديتين قد تدخلان لاحقًا في المرحلة الثانية من الانقسام الاختزالي ، الانقسام الاختزالي الثاني.

عبور ومجمع Synaptonemal

يحدث تبادل الأجزاء المتكافئة بين الكروموسومات المتجانسة في وقت مبكر خلال الانقسام الاختزالي الأول ، ويشار إليه بالعبور. تعتمد هذه العملية على الارتباط الوثيق لمثل هذه المتجانسات ، والتي يتم تجميعها معًا عن طريق تكوين إطار بروتين ضام يسمى مجمع synaptonemal بينهما. لكي يعمل المركب بشكل صحيح ، يتطلب المجمع ثلاثة أجزاء: (1) عناصر جانبية عمودية ، والتي تتشكل على طول الجوانب المواجهة للداخل من اثنين من الكروموسومات المتجانسة المتجاورة (2) عنصر مركزي عمودي يتم وضعه بين الكروموسومات و (3) شعيرات عرضية ، أو أفقيًا خيوط بروتينية تربط المكونات الرأسية والمركزية. غالبًا ما تمت مقارنة النتيجة بالسلم ، حيث تعمل العناصر الجانبية مثل الأرجل والخيوط المستعرضة تشبه الدرجات. الأهم من ذلك ، أن المركب synaptonemal يساعد على محاذاة الكروموسومات المتجانسة بدقة ، مما يسمح بالعبور بين الامتدادات المكافئة للمادة الجينية ، ومع ذلك ، فإن هذا الإطار عابر ، حيث يتحلل معظمه بعد حدوث إعادة التركيب.

الانقسام الاختزالي وتشوهات الكروموسومات

يعتبر الانقسام الاختزالي عملية معقدة ، ويمكن أن تحدث الأخطاء على الرغم من الضمانات الخلوية. في بعض الأحيان ، تحدث مثل هذه الأخطاء نتيجة عدم الانفصال ، حيث لا يتم تقسيم الكروموسومات بالتساوي بين الخلايا. خلال الانقسام الاختزالي الأول ، هذا يعني أن زوجًا من الكروموسومات المتجانسة قد ينتهي بهما المطاف في إحدى الخليتين الناتجتين ، بينما تفتقر الأخرى إلى الكروموسوم تمامًا. عندما تدخل السلائف التي استقبلت كلا المتماثلين وتكمل الانقسام الاختزالي الثاني ، فإن كلتا الخليتين الوليتين المتكونتين تمتلكان نسختين من الكروموسوم المعني ، بدلاً من النسخة المفردة المتوقعة.

واحدة من أكثر النتائج المعروفة لعدم الانفصال التي تحدث أثناء الانقسام الاختزالي الأول هي التثلث الصبغي 21 ، حيث يمتلك الفرد ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 ، والمعروف باسم متلازمة داون ، وتتميز هذه الحالة بملامح وجه مميزة ، وتأخر في النمو ، وعيوب في القلب. . على الرغم من أن السبب الدقيق لعدم الانفصال الناتج عن متلازمة داون والتثلث الصبغي الآخر متغير ، إلا أنه قد يكون نتيجة لمشاكل في جهاز الأنابيب الدقيقة الذي يفصل الكروموسومات ، أو عيوب في البروتينات التي تربط الكروموسومات معًا.

كاظمي ومحمد ومنصور صالحي وماجد خير الله. & ldquoDown متلازمة: الوضع الحالي والتحديات وآفاق المستقبل. & rdquo المجلة الدولية للطب الجزيئي والخلوي 5 ، لا. 3 (2016): 125 & ndash33. [مصدر]


مناقشة

الخصائص الضرورية لتقليل عدد الكروموسوم في الانقسام الاختزالي مدمجة في كل كروموسوم

مرفق المغزل.

لقد أظهرنا أن المعلومات الخاصة بالارتباط المناسب بالمغزل موجودة في الكروموسوم نفسه ، وليس في السيتوبلازم أو المغزل. تم الحصول على نتائج مماثلة في وقت سابق (Nicklas 1977) ، لكن تلك التجارب المحدودة تضمنت مثالًا واحدًا فقط لكروموسوم الانقسام الاختزالي الثاني على مغزل الانقسام الاختزالي الأول. لقد أزلنا أيضًا غموضًا مهمًا من خلال إظهار أن المعلومات الخاصة بكيفية الالتصاق بالمغزل لا تُفرض على الكروموسوم من خلال ارتباطه الأول بالمغزل ، بل بدلاً من ذلك ، يتم تضمينه في الكروموسوم قبل انهيار الغلاف النووي.

الافراج عن التماسك.

وجدنا أن نمط إطلاق تماسك الكروموسوم مدمج أيضًا في الكروموسوم نفسه. تختلف نتيجتنا عن الملاحظة السابقة الوحيدة (Nicklas 1977) لكروموسوم الانقسام الاختزالي الثاني على مغزل الانقسام الاختزالي الأول ، والذي لم ينفصل بشكل صحيح في الطور. من الواضح أن هذه النتيجة كانت بسبب الالتصاق غير المحدد الذي لوحظ أحيانًا في الخلايا المنوية المستزرعة. في التجارب التسع الحالية ، تم فصل جميع الكروموسومات بشكل نظيف في طور (على سبيل المثال ، الشكل 2 والشكل 4). أيضًا ، مثل التعلق ، فإن نمط إطلاق التماسك مدمج في كروموسوم الطور الأول: الكروموسومات التي لم تلتقي سابقًا مع مغزل مفصول تمامًا عن النوع ، يتصرف مثل الانقسام الاختزالي الأول (الشكل 3) أو الانقسام الاختزالي الثاني (الشكل 4) الكروموسومات على المغزل غير المتجانسة.

كان أكثر ما كشف هو سلوك الانقسام الاختزالي الأول للكروموسومات على مغزل الانقسام الاختزالي الثاني. قد يتوقع المرء بسهولة أنه في خلايا الانقسام الاختزالي الأول ، ستكون الإشارة لبدء طور الطور خاصًا: "حرر تماسك ذراعك فقط ، وليس تماسكك المركزي." بدلاً من ذلك ، ما شوهد هو أن الكروموسوم الانقسام الاختزالي الأول أطلق فقط تماسك ذراعه بينما كانت كروموسومات الانقسام الاختزالي الثاني حوله تفقد التماسك في السنترومير. وبالتالي ، فإن إشارة بدء الطور هي إشارة عامة على مستوى الخلية تولد استجابة خاصة بالكروموسوم. لا يتم تدمير الجزيء المسؤول عن التماسك بين مراكز الكروماتيدات الشقيقة أو إزالته من الثنائيات التكافؤ في الطور الأول ، حتى في وجود السيتوبلازم الانقسام الاختزالي الثاني وعلى مغزل الانقسام الاختزالي الثاني. إما أن جزيء التماسك المركزي هذا محجوب من التعرف عليه من خلال بعض التعديلات الكيميائية ، أو أنه لا يمكن الوصول إليه للتحلل أو الإزالة بسبب موقعه داخل ثنائي التكافؤ المطوي.

يتم الآن تحديد المرشحين لجزيء التماسك المركزي. في ذبابة الفاكهةيعتبر Mei-S332 ضروريًا للحفاظ على تماسك الكروماتيد الشقيق في مراكز الانقسام الاختزالي الأول والكروموسومات II (Kerrebrock وآخرون 1992 ، Kerrebrock وآخرون 1995 Bickel وآخرون 1998 Tang وآخرون 1998). وهي موجودة في السنتروميرات للكروموسومات الانتصافية حتى الطور الثاني ، وعند هذه النقطة إما إزالتها من السنتروميرات أو تدميرها (Moore et al. 1998). في الخميرة ، مطلوب Rec8 لمنع فصل كروماتيد الشقيقة المبكر في الانقسام الاختزالي (Klein et al. 1999 Watanabe and Nurse 1999). لا يتم إزالة جزيء Rec8 من منطقة السنترومير حتى الطور الثاني ، على الرغم من إزالته من أذرع الكروموسوم في الطور الأول (Klein et al. 1999 Watanabe and Nurse 1999). يؤكد عملنا على أهمية هذا السؤال الرئيسي: كيف يتم تعديل جزيئات التماسك المركزية أو إخفاءها من آلية فصل الكروموسوم في الانقسام الاختزالي الأول للكروموسومات بحيث لا تتأثر عندما تنفصل الكروموسومات الانقسام الاختزالي الثاني القريبة في المركز؟

توقيت التغييرات: يمكن أن تلتصق الكروموسومات بالمغزل بطريقة الانقسام الاختزالي II بواسطة الطور الأول ويمكن فصلها بطريقة الانقسام الاختزالي II بواسطة Anaphase I

ترتبط القدرة على تحفيز الارتباط بالأقطاب المتقابلة في الطور الأول بتغير في بنية kinetochore. في الطور الأول ثنائي التكافؤ ، لا تكون الحركية ثنائية التكافؤ بشكل واضح ، ولكن من خلال الطور الأول ، تظهر شقيقتان شقيقتان (Müller 1972 Goldstein 1981 Lin and Church 1982). في هذا الوقت فقط ، من الممكن ، على الرغم من صعوبة كبيرة ، حث الحركية الشقيقة على الارتباط بأقطاب المغزل المعاكس ، عن طريق فصل الكروموسومات بشكل متكرر عن المغزل ووضع الحركات الحركية بحيث لا تواجه أيًا من القطبين مباشرة (كما في الشكل. 5 أ والشكل ب 0 دقيقة). تتصرف أحادي التكافؤ (الانقسام الاختزالي غير المتزاوج I الكروموسومات) بالمثل. يعلقون على أحد قطب المغزل أو الآخر حتى الطور الأول ، ولكن بعد ذلك يعيدون الربط بشكل متكرر. بحلول الطور الفائق المتأخر ، غالبًا ما ترتبط الحركات الحركية الشقيقة بأقطاب متقابلة ، ولكن ، مثل كروموسومات الطور الأول المتأخر لدينا (الشكل 5) ، لا تنفصل بشكل نظيف وتتأخر في الطور (على سبيل المثال ، Rebollo و Arana 1995 Gimenez-Abian et al. 1997) . وهكذا ، فإن الحركات الحركية للكروموسومات الانقسام الاختزالي I تصبح مزدوجة هيكليًا ووظيفيًا عن طريق الطور الطوري للقسم الانتصافي الأول ، ولكن لا يمكن إزالة التماسك المركزي بشكل صحيح.

من اللافت للنظر أن الكروموسومات تكتسب القدرة على الالتصاق بسهولة في الانقسام الاختزالي الثاني في وقت مبكر من الطور الأول ، وهذا يسير جنبًا إلى جنب مع القدرة على فصل السنتروميرات الشقيقة بشكل نظيف (الشكل 6). التناقض مع كروموسومات الطور الأول (الشكل 5) مذهل. من المدهش أن يتم اكتساب كفاءة الانقسام الاختزالي II في الطور الأول ، قبل أي تفكك كبير للكروموسوم. لقد توقعنا أن إعادة التشكيل الهيكلية الرئيسية للحركية والوسط الضروري لسلوك الانقسام الاختزالي II سيتطلب إزالة التكثيف ، ثم إعادة التكثيف ، قبل الانقسام الانتصافي الثاني. على الرغم من عدم وجود تخليق الحمض النووي ، هناك حالة شبيهة بالطور البيني بين التقسيمين الانتصائيين والكروموسومات لا تتكاثف. ومع ذلك ، تشير نتائجنا إلى أنه لا يلزم إعادة ترتيب هيكلية بعد فصل الكروموسومات المتجانسة عن بعضها البعض في الطور الأول ، والتعلق اللاحق بالمغزل. هذا يغير نظرتنا إلى وقت وطبيعة خطوة رئيسية في الانقسام الاختزالي. السؤال الجديد هو: ماذا يحدث للجزيئات الحركية ، والوسط ، وجزيئات التماسك في الفاصل الزمني القصير بين الطور الأول والطور الأول الذي يحول الانقسام الاختزالي القابل للطرق إلى حد ما إلى كروموسوم (الشكل 5) إلى كروموسوم ينفذ سلوكيات الانقسام الاختزالي الثاني دون عيب (الشكل 5). 6)؟ لا نعرف ، لكن الارتباط الوثيق في توقيت التغييرات في الحركية وسلوك التماسك يشير إلى أنهما مرتبطان. يتم دعم الارتباط بين الاثنين من خلال عمل تاناكا وآخرون. 1999. أظهروا أن cohesin Scc1 / Mcd1 يتطلب وجود مكونات kinetochore وظيفية لربطها بالسينترومير المنشط حديثًا (Tanaka et al. 1999). بالإضافة إلى ذلك ، Megee et al. أظهر 1999 و Megee و Koshland 1999 أن السنترومير يجب أن يكون موجودًا على الكروموسوم من أجل التماسك بشكل صحيح ، ولربط Scc1 / Mcd1 بالكروموسوم. تم اقتراح العلاقة بين سلوك kinetochore وتماسك الكروموسوم أيضًا من قبل Orr-Weaver 1999 و Moore and Orr-Weaver 1998. واقترحوا أن التماسك يتحكم في سلوك kinetochore بحيث ، في الانقسام الاختزالي I ، يتم تقييد موضع كل kinetochore بواسطة جزيئات التماسك بحيث يجب أن تعمل هي وأختها kinetochore معًا باعتبارها kinetochore واحد. العكس ممكن أيضًا ، أي أن حالة kinetochore قد تتحكم في تماسك الكروموسوم. يخضع kinetochore لنضج بطيء بين الطور الأول الأول والانقسام الاختزالي الثاني ، بدءًا من كتلة واحدة ، ثم يصبح مزدوجًا بشكل واضح في الطور الأول المتأخر ، ويصبح أخيرًا مزدوجًا وظيفيًا بواسطة الانقسام الاختزالي الثاني. نقترح أن جزيئات التماسك قد تكون مرتبطة بحركية الحركية بطريقة تجعل نضوج kinetochore جزيئات التماسك متاحة للإفراج عنها أو تدميرها في الطور الثاني. قد يكون نضج kinetochores وإمكانية الوصول المتزايدة لجزيئات التماسك مجرد عمليات تعتمد على الوقت ، مما يفسر الفرق الذي نراه بين كروموسومات الطور الأول والطور الأول. ربما يجب أن تقضي كروموسومات الطور الأول فترة زمنية محددة في الانقسام الاختزالي قبل أن تنفصل الكروماتيدات الشقيقة عن بعضها بشكل صحيح في الطور. لقد أمضت كروموسومات طورنا الأول ، لأنهم اضطروا إلى إعادة الارتباط بمغزل جديد وانتظار طور طور آخر ، وقتًا أطول في الانقسام الاختزالي مقارنةً بالكروموسومات الطورية الأولى. بدلاً من ذلك ، قد تكون هناك حاجة إلى الطور الأول لتشغيل التبديل النهائي بين الانقسام الاختزالي الأول وكروموسوم الانقسام الاختزالي الثاني. قد تعطي الدراسة الإضافية لهيكل منطقة kinetochore أدلة على الارتباط بين تنظيم التماسك وحالة kinetochore.

في الختام ، يتم تفسير تقليل عدد الكروموسومات في الانقسام الاختزالي ببساطة من خلال الخصائص المضمنة في الكروموسومات الانقسام الاختزالي. على الرغم من أن الخصائص الهيكلية للكروموسوم هي السبب المباشر للسلوك المميز للكروموسوم في الانقسام الاختزالي ، فإن هذه الخصائص الصبغية يجب أن تنشأ من أحداث سابقة في تمايز الخلايا الانقسام الاختزالي. يتمثل التحدي الذي يواجه المستقبل في فهم كيفية ظهور سمات تنظيم الكروموسومات التي تميز الكروموسومات في التقسيمين الانتصائيين كنتيجة لتمايز الخلايا.


الانقسام الاختزالي

الانقسام الاختزالي هو عملية مطلوبة للتكاثر الجنسي في حقيقيات النوى من أجل إنتاج خلايا البويضات والحيوانات المنوية. تحمل عملية الانقسام الخلوي هذه بعض أوجه التشابه مع الانقسام الفتيلي.

نظرًا لأن الانقسام الاختزالي عملية مطلوبة للتكاثر الجنسي ، يحدث الانقسام الخلوي عادةً في الأعضاء التناسلية للذكور والإناث. وبالتالي ، يحدث هذا في المبايض والخصيتين. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن عملية الانقسام الخلوي هذه تنتج البويضات والحيوانات المنوية ، فإنها تنتج خلايا أحادية العدد (ن). هذا يختلف عن الانقسام الفتيلي الذي ينتج خلايا ابنة ثنائية الصبغيات (2n). تحتوي الخلايا أحادية الصيغة الصبغية على مجموعة واحدة من الكروموسومات ، بينما تحتوي الخلايا ثنائية الصبغيات على مجموعتين.

عملية الانقسام الاختزالي لها بعض أوجه التشابه مع الانقسام ، وبالتالي ، يبدأ الانقسام الاختزالي بتكرار الحمض النووي. تسمى هذه المرحلة من تكرار الحمض النووي ، حيث يتم مضاعفة كل كروموسوم الطور البيني.

تنقسم المرحلة التالية من الانقسام الاختزالي إلى جزأين: الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني. خلال الانقسام الاختزالي الأول ، ينخفض ​​عدد الكروموسوم إلى النصف ، وخلال الانقسام الاختزالي الثاني ، تنتج أربع خلايا أحادية العدد بعد انقسام الكروموسومات.

للحصول على تفاصيل حول عمليات الانقسام الاختزالي ، يرجى قراءة القسم الخاص بـ الانقسام الاختزالي الأول والانقسام الاختزالي الثاني. يصبح ملحوظًا تمامًا عند تعلم تفاصيل كل جزء من الانقسام الاختزالي كيف تتداخل عملية انقسام الخلايا هذه مع الانقسام.


الانقسام الاختزالي الثاني

في الانقسام الاختزالي الثاني ، الكروماتيدات الشقيقة المتصلة المتبقية في الخلايا أحادية الصيغة الصبغية من الانقسام الاختزالي الأول سوف تنقسم لتشكيل أربع خلايا أحادية العدد. في بعض الأنواع ، تدخل الخلايا طورًا بينيًا قصيرًا ، أو interkinesis ، تفتقر إلى طور S ، قبل الدخول إلى الانقسام الاختزالي II. لا تتكرر الكروموسومات أثناء الحراك الداخلي. الخليتان اللتان تم إنتاجهما في الانقسام الاختزالي ، تمر بأحداث الانقسام الاختزالي الثاني بالتزامن. بشكل عام ، يشبه الانقسام الاختزالي الثاني الانقسام الانقسامي لخلية أحادية العدد.

في الطور الثاني ، إذا تم فك تكاثف الكروموسومات في الطور الأول ، فإنها تتكثف مرة أخرى. إذا تم تشكيل المظاريف النووية ، فإنها تتفتت إلى حويصلات. تبتعد الجسيمات المركزية التي تتضاعف أثناء الحركة الحركية بعيدًا عن بعضها البعض باتجاه أقطاب متقابلة ، وتتشكل مغازل جديدة. في المرحلة الأولى من الطور الثاني ، يتم تكسير المظاريف النووية تمامًا ، وتشكيل المغزل بالكامل. يشكل كل كروماتيد أخت حويصلة حركية فردية مرتبطة بالأنابيب الدقيقة من أقطاب متقابلة. في الطور الثاني ، يتم تكثيف الكروماتيدات الشقيقة إلى أقصى حد ومحاذاتها في مركز الخلية. في الطور الثاني ، يتم تفكيك الكروماتيدات الشقيقة عن طريق ألياف المغزل وتتحرك نحو أقطاب متقابلة.

الشكل 3: في الطور الأول ، ترتبط الأنابيب الدقيقة بالحركية المنصهرة للكروموسومات المتجانسة. في الطور الأول ، يتم فصل الكروموسومات المتجانسة. في المرحلة الأولى من الطور الثاني ، ترتبط الأنابيب الدقيقة بحركية فردية للكروماتيدات الشقيقة. في الطور الثاني ، يتم فصل الكروماتيدات الشقيقة.

في الطور الثاني ، تصل الكروموسومات إلى أقطاب متقابلة وتبدأ في التكاثف. تتشكل المظاريف النووية حول الكروموسومات. يفصل التحلل الخلوي الخليتين إلى أربع خلايا أحادية الصيغة الصبغية جينية فريدة. في هذه المرحلة ، تكون النوى في الخلايا المنتجة حديثًا أحادية العدد ولديها نسخة واحدة فقط من مجموعة الكروموسومات المفردة. تكون الخلايا المنتجة فريدة وراثيًا نظرًا للتشكيلة العشوائية لمتجانسات الأب والأم وبسبب إعادة اتحاد مقاطع الكروموسومات الأم والأب - مع مجموعاتهم من الجينات - الذي يحدث أثناء التقاطع.


خطوات جديدة في رقصة الكروموسوم الانقسام الاختزالي

مراحل الانقسام الاختزالي. تشكل الكروموسومات (الطور الأول) في وقت مبكر عددًا قليلاً من عمليات الانتقال لتبادل الحمض النووي. يتم التحكم في العملية عن طريق البروتينات بما في ذلك SUMO و يوبيكويتين. الائتمان: علي زيفان ، عبر ويكيميديا ​​كومنز.

أين سنكون بدون الانقسام الاختزالي وإعادة التركيب؟ كبداية ، لن يكون أي منا هنا كائنات تتكاثر جنسيًا ، لأن هذه هي الطريقة التي تتكون بها الحيوانات المنوية والبويضات. وعندما لا يعمل الانقسام الاختزالي بشكل صحيح ، يمكن أن يؤدي إلى العقم والإجهاض والعيوب الخلقية واضطرابات النمو.

يستكشف مختبر نيل هانتر في كلية العلوم البيولوجية بجامعة كاليفورنيا في ديفيس التفاصيل المعقدة لكيفية عمل الانقسام الاختزالي. في ورقة بحثية جديدة نُشرت على الإنترنت في 6 كانون الثاني (يناير) في المجلة علم، تصف مجموعة Hunter اللاعبين الرئيسيين الجدد في الانقسام الاختزالي ، والبروتينات التي تسمى SUMO و ubiquitin والآلات الجزيئية التي تسمى proteasomes. يُعرف Ubiquitin بالفعل بأنه بروتين صغير "يميز" ​​البروتينات الأخرى التي يجب تدميرها بواسطة البروتيازومات (قاطعات الخشب للبروتينات). سومو قريب من يوبيكويتين.

أثناء الانقسام الاختزالي ، تنخرط الكروموسومات في رقصة معقدة ، ولكن يتم التحكم فيها بشكل معقد ، بحيث يكون كل حيوان منوي أو خلية بويضة:

  • لديه نصف عدد الكروموسومات لخلية الجسم العادية ، و
  • واحد بالضبط من كل كروموسومات (خلايا الجسم العادية لها أزواج من الكروموسومات ، بصرف النظر عن الكروموسومات الجنسية X و Y)

لتحقيق هذه الأهداف ، تمر الخلايا الانتصافية بجولتين من الانقسام وعدد من المراحل السابقة التي يمكنك أن تجدها في أي كتاب علم أحياء جيد.

استعدادًا للتقسيم الأول ، ترتبط الكروموسومات ارتباطًا وثيقًا بأزواج متطابقة ثم تصبح متصلة عن طريق العبور - كسر وعودة أذرع الكروموسومات. تعتبر الاتصالات التي توفرها عمليات الانتقال مهمة للتوزيع الدقيق للكروموسومات. بدون عمليات الانتقال ، قد ينتهي الأمر بالعدد الخاطئ من الكروموسومات في الحيوانات المنوية أو خلايا البويضة. يؤدي العبور أيضًا إلى خلط سطح الحمض النووي ، مما يؤدي إلى تكوين مجموعات جديدة من الاختلافات بين الكروموسومات التي ورثناها من والدينا. هذا هو السبب في أن الأطفال يشبهون والديهم قليلاً ، لكن ليس بالضبط.

على اليسار ، تعلق البروتيازومات (الخضراء) بمحور الكروموسوم. المحور عبارة عن سقالة بروتينية تسمح للحمض النووي بتكوين حلقات من أجل حدوث عمليات الانتقال. الائتمان: نيل هنتر

يكشف مختبر هانتر ومختبر زميلهما فالنتين بورنر (جامعة ولاية كليفلاند) الآن عن الأدوار المركزية لـ SUMO و ubiquitin والبروتيازومات في الانقسام الاختزالي. إجمالاً ، تحتوي الكروموسومات على مئات من مواقع التقاطع المحتملة ، لكن القليل منها فقط سيصبح عمليات انتقال فعلية. بطريقة ما ، يتعين على الخلية تضييق العدد الكبير من الاحتمالات إلى مواقع قليلة ، ولكن بطريقة يكون فيها على الأقل تقاطعًا واحدًا لكل كروموسوم. وجد فريق Hunter أن SUMO و ubiquitin و proteasomes تلعب دورًا مهمًا في اختيار موقع التقاطع هذا.

قال هانتر: "عندما تتخيل هذه البروتينات تحت المجهر ، فإنها تتراكم على طول الكروموسومات ، وبالتحديد على طول محاور الكروموسومات ، حيث تحدث كل الإجراءات".

محور الكروموسوم عبارة عن سقالة بروتينية تنظم الحمض النووي في سلسلة من الحلقات. يحدث الاقتران والعبور بين محوري كل زوج من الكروموسومات المطابقة.

ما اكتشفه مختبر هنتر هو أنه عندما يتم إقران الكروموسومات ، فإن سومو يعمل ككابح لتفاعلات الحمض النووي التي تحدث في مئات مواقع التقاطع المحتملة. بدون هذه الفرامل ، لا تشكل أي من هذه المواقع عمليات الانتقال. قال هانتر: "بدون سومو ، لا توجد عمليات انتقال وفشل الانقسام الاختزالي". "نعتقد أن توقف العملية يوفر الوقت لاختيار المواقع المتقاطعة وإنضاجها".

يعمل Ubiquitin و proteasomes على الجانب الآخر من العملية ، مما يؤدي إلى تحرير الفرامل والسماح باستمرار تفاعلات الحمض النووي. يسمح توازن SUMO و ubiquitin بحدوث عمليات انتقال كافية للمساعدة في ضمان حصول الحيوانات المنوية والبويضات على كروموسوم واحد لكل كروموسوم.

عمل الفريق في الغالب مع خلايا مأخوذة من الفئران ، بما في ذلك الفئران التي "خرجت" وراثيًا من الجينات المرتبطة بـ SUMO و ubiquitin والبروتينات ذات الصلة في هذه العملية. هذه الجينات والبروتينات بالطبع لها نظائر في البشر ، وقد ترتبط المتغيرات في هذه الجينات بالخصوبة.


لماذا تحتوي الأمشاج على نصف عدد الكروموسومات كخلايا الجسم؟

يمكن قراءة الكثير من التفاصيل الأكثر إثارة للاهتمام هنا. فيما يتعلق بهذا ، ما هي الخلايا التي تحتوي على نصف العدد المعتاد من الكروموسومات؟

تحتوي الأمشاج على نصف الكروموسومات الموجودة في الخلايا ثنائية الصبغيات الطبيعية للجسم ، والتي تُعرف أيضًا باسم الخلايا الجسدية. هابلويد يتم إنتاج الأمشاج أثناء الانقسام الاختزالي ، وهو نوع من الانقسام الخلوي يقلل من عدد الكروموسومات في خلية ثنائية الصبغيات الأصل بمقدار النصف.

اعلم أيضًا ، لماذا تحتوي الخلايا الإنجابية على نصف عدد الكروموسومات للأفراد الذين ينتجونها؟ الانقسام الاختزالي يكون نوع من زنزانة التقسيم الذي يقلل من عدد الكروموسومات في الوالد زنزانة بواسطة نصف و ينتج عنه أربعة أمشاج الخلايا. هذه العملية يكون المطلوبة ل ينتج البويضة والحيوانات المنوية الخلايا للجنس التكاثر. يبدأ الانقسام الاختزالي مع أحد الوالدين زنزانة الذي - التي يكون ثنائي الصيغة الصبغية ، معنى لديها نسختين من كل منهما كروموسوم.

هنا ، لماذا تحتوي الأمشاج على نصف عدد أليلات الكائن الحي فقط؟

عندما تنقسم الخلية بعد ذلك ، تحتوي كل خلية ابنة جديدة فقط نسختين. تصبح تلك الخلايا الوليدة الأمشاج، وكل منهم لدى فقط نسخة واحدة لكل منهما أليل. هذه الخلايا أحادية العدد لأنها تحتوي على نصف المعتاد عدد من الكروموسومات.


شاهد الفيديو: الفرق بين الكروماتين والكروماتيد والكروموسوم الصبغي (كانون الثاني 2022).