Wissenschaft

Eine genetische Definition homologer Chromosomen

Ein Paar homologer Chromosomen enthält Chromosomen ähnlicher Länge, Genposition und Zentromerposition. Chromosomen sind wichtige Moleküle, da sie DNA und genetische Anweisungen für die Richtung aller Zellaktivitäten enthalten. Sie tragen auch Gene, die einzelne Merkmale bestimmen, die durch Reproduktion vererbt werden können.

 

Menschlicher Karyotyp

Ein menschlicher Karyotyp zeigt den vollständigen Satz menschlicher Chromosomen. Jede menschliche Zelle enthält 23 Chromosomenpaare oder insgesamt 46. Jedes Chromosomenpaar repräsentiert einen Satz homologer Chromosomen. Während der sexuellen Reproduktion wird ein Chromosom in jedem homologen Paar von der Mutter und das andere vom Vater gespendet. In einem Karyotyp gibt es 22 Paare von Autosomen oder Nicht-Geschlechtschromosomen und ein Paar Geschlechtschromosomen. Die Geschlechtschromosomen sowohl bei Männern (X und Y) als auch bei Frauen (X und X) sind Homologe.

 

Zelluläre Reproduktion

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie sich eine Zelle teilen und vermehren kann: Mitose und Meiose. Mitose kopiert genau eine Zelle und Meiose erzeugt einzigartige Zellen. Beide Methoden der Zellreproduktion sind notwendig, um das menschliche Leben zu erhalten. Mitose ermöglicht es einer Zygote, sich zu replizieren, bis sich ein Mensch gebildet hat und Meiose die Gameten produziert, die die Befruchtung und damit Zygoten überhaupt erst ermöglichen.

Mitose

Die Zellteilung durch Mitose repliziert Zellen zur Reparatur und zum Wachstum. Bevor die Mitose beginnt, werden die Chromosomen kopiert, so dass jede produzierte Zelle nach der Teilung die ursprüngliche Anzahl der Chromosomen beibehält (diese Anzahl wird verdoppelt und dann halbiert). Homologe Chromosomen replizieren, indem sie identische Kopien von Chromosomen bilden, die als Schwesterchromatiden bezeichnet werden .

Nach der Replikation wird einzelsträngige DNA doppelsträngig und ähnelt der bekannten „X“ -Form. Während eine Zelle durch Mitose weiter fortschreitet, werden Schwesterchromatiden schließlich durch Spindelfasern getrennt und zwischen zwei Tochterzellen verteilt. Jedes abgetrennte Chromatid wird als vollständiges einzelsträngiges Chromosom betrachtet. Die Stadien der Mitose werden nachstehend aufgelistet und näher erläutert.

  • Interphase: Homologe Chromosomen replizieren sich unter Bildung von Schwesterchromatiden.
  • Prophase: Schwesterchromatiden wandern zum Zentrum einer Zelle.
  • Metaphase: Schwesterchromatiden richten sich mit der Metaphasenplatte im Zentrum einer Zelle aus.
  • Anaphase: Schwesterchromatiden werden getrennt und zu entgegengesetzten Zellpolen gezogen.
  • Telophase: Chromosomen sind in verschiedene Kerne unterteilt.

Nachdem das Zytoplasma während der Zytokinese, dem Endstadium der Mitose, geteilt wurde, werden zwei Tochterzellen mit der gleichen Anzahl von Chromosomen in jeder Zelle gebildet. Mitose bewahrt die homologe Chromosomenzahl.

Meiose

Meiose ist der Mechanismus der Gametenbildung, der einen zweistufigen Teilungsprozess umfasst. Vor der Meiose replizieren sich homologe Chromosomen unter Bildung von Schwesterchromatiden. In Prophase I, dem ersten Stadium der Meiose, paaren sich Schwesterchromatiden zu einer Tetrade. In unmittelbarer Nähe tauschen homologe Chromosomen DNA- Abschnitte in einem als Crossing bezeichneten Prozess zufällig aus .

Homologe Chromosomen trennen sich während der ersten meiotischen Teilung und die resultierenden Schwesterchromatiden trennen sich während der zweiten Teilung. Am Ende der Meiose werden vier verschiedene Tochterzellen produziert. Jedes davon ist haploide und enthält nur die Hälfte der Chromosomen der ursprünglichen Zelle. Die resultierenden Chromosomen haben die richtige Anzahl von Genen, aber unterschiedliche Gen-Allele.

Meiose garantiert genetische Variation durch genetische Rekombination über Prophase Crossover und zufällige Gametenfusion zu diploiden Zygoten während der Befruchtung.

 

Nicht-Disjunktion und Mutationen

Bei der Zellteilung treten gelegentlich Probleme auf, die zu einer fehlerhaften Zellteilung führen. Diese beeinflussen normalerweise das Ergebnis der sexuellen Fortpflanzung erheblich, unabhängig davon, ob die Probleme bei Gameten selbst oder in den Zellen, die sie produzieren, vorhanden sind.

Nicht-Disjunktion

Das Versagen der Chromosomen, sich während der Mitose oder Meiose zu trennen, wird als Nicht-Disjunktion bezeichnet . Wenn in der ersten meiotischen Teilung keine Disjunktion auftritt, bleiben homologe Chromosomen gepaart. Dies führt zu zwei Tochterzellen mi
t einem zusätzlichen Chromosomensatz und zwei Tochterzellen ohne Chromosomen. Eine Nicht-Disjunktion kann auch bei Meiose II auftreten, wenn sich Schwesterchromatiden vor der Zellteilung nicht trennen. Die Befruchtung dieser Gameten führt zu Individuen mit entweder zu vielen oder zu wenig Chromosomen.

Nicht-Disjunktion ist oft tödlich oder führt auf andere Weise zu Geburtsfehlern. Bei der Trisomie-Nicht-Disjunktion enthält jede Zelle ein zusätzliches Chromosom (insgesamt 47 statt 46). Trisomie tritt beim Down-Syndrom auf, bei dem Chromosom 21 ein zusätzliches ganzes oder teilweises Chromosom aufweist. Monosomie ist eine Art von Nicht-Disjunktion, bei der nur ein Chromosom vorhanden ist

Geschlechtschromosomen

Geschlechtschromosomen können auch unter Nicht-Disjunktion leiden. Das Turner-Syndrom ist eine Form der Monosomie, bei der Frauen nur ein X-Chromosom haben. Männer mit XYY-Syndrom haben in einem anderen Beispiel für Trisomie ein zusätzliches Y-Geschlechtschromosom. Nicht-Disjunktion in Geschlechtschromosomen hat typischerweise weniger schwerwiegende Folgen als Nicht-Disjunktion in autosomalen Chromosomen, beeinträchtigt jedoch die Lebensqualität eines Individuums.

Chromosomenmutationen

Chromosomenmutationen können sowohl homologe als auch nicht homologe Chromosomen betreffen. Eine Translokationsmutation ist eine Art von Mutation, bei der ein Stück eines Chromosoms abbricht und mit einem anderen Chromosom verbunden wird. Die Translokationsmutation zwischen nicht homologen Chromosomen ist nicht mit einer Überkreuzung zwischen homologen Chromosomen oder Regionen von Chromosomen zu verwechseln . Deletion, Verlust von genetischem Material und Duplikation, Überkopie von genetischem Material sind weitere häufige Chromosomenmutationen.

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