Výmena chromozómov: čo to je a ako to funguje

Dedičnosť je základom evolúcie. Zmeny v génoch živých bytostí sa dejú náhodnými mutáciami, ale ak sa dedia z rodičov na deti, je možné, že sa nakoniec zafixujú v populácii daného druhu. Napríklad, ak genetická mutácia v DNA kóduje nápadnejšie sfarbenie u samcov špecifické druhy, môžu sa ľahšie rozmnožovať a prenášať svoje gény do budúcnosti generácie.

Niektoré mutácie sú neutrálne, iné škodlivé a menšina je pozitívna. V príklade, ktorý sme vám ukázali, sa nová pozitívna vlastnosť „upevní“ v druhu, od r že tí, čo to prezentujú, majú viac detí, a preto s každým exponenciálne šíria svoje gény generácie. Širokými ťahmi sme vám práve povedali o evolučných mechanizmoch prirodzeného výberu.

V každom prípade nie je všetko vo svete genetiky také jednoduché. Keď sa vytvoria sexuálne gaméty, z ktorých vznikne zygota, polovica informácií pochádza od matky a druhá od otca, no nie vždy hovoríme o presných genetických kópiách. Zoznámte sa s nami mechanizmus zámeny chromozómov, pretože spolu so spomínanými mutáciami predstavuje jeden z najželeznejších základov evolučných procesov v prírodnom prostredí.

• Súvisiaci článok: "Chromozómy: čo sú, vlastnosti a fungovanie"

chromozómy a pohlavie

Pred úplným ponorením do sveta chromozómových permutácií je nevyhnutné, aby ste pochopili určité genetické základy, ktoré sú v chromozómovej teórii samozrejmosťou. Všetky naše somatické bunky, tie, z ktorých vznikajú naše tkanivá (neuróny, adipocyty, epitelové bunky, monocyty a veľmi dlhé atď.) delia sa mitózou, ak majú kapacitu, to znamená, že vytvárajú 2 presne tie isté bunky, kde predtým bola jedna rodičovský.

V tomto prípade, genetická informácia je duplikovaná, ale zostáva nezmenená v bunkovej línii. Tieto bunky sú diploidné, alebo čo je to isté, majú 23 párov chromozómov (22 autozomálnych párov, jeden pohlavný), z ktorých jeden pár pochádza od matky a druhý od otca. Každá naša bunka má teda spolu 46 chromozómov.

Pohlavné bunky (vajíčka a spermie) sú úplne iný svet. Tieto potrebujú mať polovicu genetickej informácie somatických buniek, pretože sa spoja s inou gamétou, aby vznikla životaschopná zygota. Ak by vajíčka a spermie mali rovnaké chromozómy ako bunky nášho tela, po spojení by vznikol plod s 92 chromozómami (46x2), však?

Na vyriešenie tohto problému je meióza. V tomto procese, na rozdiel od mitózy, 4 haploidné bunky (samotnými 23 chromozómami) sú generované z diploidu, ktorý, ako si pamätáme, obsahuje celkom 46. Keď sa teda spoja dve haploidné gaméty, vytvorí sa diploidná zárodočná línia, ktorá definuje každú jednu bunku v našom tele.

Čo je chromozómová zámena?

Možno sa čudujete, čo viedlo k takému zdĺhavému úvodu, ale bolo to nevyhnutné, keďže permutácia chromozómov spolu s prekrížením alebo prekrížením, je produkovaný v bunke počas meiózy (presnejšie v profáze a metafáze), ktorá umožňuje sexuálnu reprodukciu prostredníctvom mechanizmu už popísané.

takže Chromozomálnu permutáciu možno definovať ako proces, pri ktorom sú chromozómy náhodne distribuované. chromozómy medzi haploidnými dcérskymi pohlavnými bunkami (n) vznikajúcimi delením diploidnej bunky (2n). Toto sa vytvára na základe umiestnenia homológnych chromozómov, ktoré sa nachádzajú na rovníku bunky pred delením, počas metafázy I meiózy.

Akonáhle sú tieto genetické štruktúry umiestnené v strede bunky, mitotické vreteno ich „stiahne“ a distribuuje polovicu informácie na jednom póle bunky a druhú na druhom. Keď teda dôjde k deleniu cytoplazmy a vytvoria sa dve bunky tam, kde predtým bola jedna, obe budú mať rovnaké množstvo genetického materiálu, ale odlišnej povahy.

Z matematického hľadiska možno možné chromozómové permutácie u ľudí získať takto:

223= 8.388.608

Tento vzorec vysvetlíme rýchlo a jednoducho. Keďže počet chromozómov v ľudskom genóme je 23 párov (22 autozomálnych + 1 pohlavný), počet možných chromozómových permutácií počas meiózy sa zvýši z 2 na 23, s pôsobivým výsledkom viac ako 8 miliónov rôznych scenárov. Táto náhodná orientácia chromozómov smerom ku každému z pólov bunky je dôležitým zdrojom genetickej variability.

Význam kríženia chromozómov

Chromozomálne kríženie je definované ako výmena genetického materiálu počas procesu sexuálnej reprodukcie medzi dvoma homológnymi chromozómami v rámci tej istej bunky, čím vznikajú rekombinantné chromozómy. Na tomto mieste je potrebné zdôrazniť, že pojem „homológny“ označuje chromozómy, ktoré tvoria pár počas meiózy, keďže majú rovnakú štruktúru, rovnaké gény, ale rôzne informácie (každý pochádza z a predok).

Nechceme úplne opisovať meiózu, takže vám postačí vedieť, že k zámene chromozómov dochádza v metafáze I, ale k prekríženiu dochádza v profáze. V tomto čase tvoria homológne chromozómy mostík nazývaný „chiasma“, ktorý umožňuje výmenu genetických informácií medzi nimi.

takže, táto výmena vedie k dvom rekombinantným chromozómom, ktorých informácie pochádzajú od otca aj od matky, ale sú organizované odlišne od rodičov. Tento meiotický mechanizmus sme citovali, pretože spolu s permutáciou chromozómov predstavujú základy o genetická variabilita v dedičných mechanizmoch živých bytostí, ktoré sa rozmnožujú sexuálne.

• Mohlo by vás zaujímať: "6 častí chromozómu: vlastnosti a funkcie"

Biologický význam chromozomálnej permutácie

Bodové mutácie, chromozomálne permutácie a kríženia medzi homológnymi chromozómami sú nevyhnutné pre pochopenie života, ako ho dnes vnímame. Celú jeho funkčnosť a biologický význam možno zhrnúť do jediného slova: variabilita.

Ak sú všetky exempláre v populácii geneticky rovnaké, budú vykazovať sériu fyzických čŕt a (takmer) identické správanie, takže budú rovnako pripravené a/alebo prispôsobené zmenám v atmosféru. Evolučné sily tento scenár „nezaujíma“, pretože ak príde drastická variácia a všetko ostatné druh reaguje rovnako, je pravdepodobné, že časom vyhynie kvôli nedostatku nástrojov biologické.

Jasný príklad toho možno vidieť u niektorých plemien psov a iných domácich zvierat, ktoré boli prísne potrestaný účinkami príbuzenského kríženia, produktom genetickej selekcie ľudí. Reprodukcia medzi príbuznými vedie k homozygotnosti, teda strate genetickej variability. Tento jav je známy ako „inbrídna depresia“ a čím je v populácii menšia dostupnosť alel, tým je teoreticky pravdepodobnejšie, že smeruje k zániku.

Nakoniec je potrebné zdôrazniť, že nehovoríme na základe dohadov. S týmito dvoma údajmi pochopíte, čo máme na mysli: 6 z 10 psov plemena zlatý retriever umierajú na rakovinu a až 50 % perzských mačiek má ochorenie obličiek polycystické Je jasné, že nedostatok genetickej variability sa premieta do chorôb z krátkodobého hľadiska az dlhodobého hľadiska neživotaschopnosti celého druhu..

Zhrnutie

V tomto priestore sme využili príležitosť zamerať sa na permutáciu chromozómov skôr z evolučného hľadiska fyziologické, pretože veríme, že je oveľa jednoduchšie pochopiť takéto abstraktné javy s konkrétnymi príkladmi a dôsledkami spôsobujúce. Ak chceme, aby ste zostali pri nápade, je to nasledovné: Mutácie DNA, chromozomálne permutácie a kríženie sú základom dedičnosti u pohlavne sa rozmnožujúcich druhov. Bez týchto mechanizmov by sme boli odsúdení na evolučné zlyhanie.

Teraz končíme otázkou, ktorá zanechá nejednoho čitateľa v rozpakoch: či prebiehajú mechanizmy genetickej variability počas sexuálneho rozmnožovania, ako je možné, že existujú druhy, ktoré prežili s asexuálnymi systémami rozmnožovania počas celej histórie? história? Ako vidíte, existujú problémy, ktoré nám stále unikajú.

Bibliografické odkazy:

• Chen, Y. M., Chen, M. C., Chang, P. C. a Chen, S. h. (2012). Rozšírený genetický algoritmus umelých chromozómov pre problémy s plánovaním toku permutácií. Počítače a priemyselné inžinierstvo, 62 (2), 536-545.
• Kleckner, N. (1996). Meióza: ako by to mohlo fungovať?. Proceedings of the National Academy of Sciences, 93(16), 8167-8174.
• Mitchell, L. A. a Boeke, J. d. (2014). Kruhová permutácia syntetického eukaryotického chromozómu s telomerátorom. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(48), 17003-17010.
• Schwarzcher, T. (2003). Meióza, rekombinácia a chromozómy: prehľad izolácie génov a údajov o fluorescenčnej in situ hybridizácii v rastlinách. Journal of Experimental Botany, 54(380), 11-23.
• Sybenga, J. (1999). Prečo sa homológne chromozómy nachádzajú v meióze? Recenzia a hypotéza. Chromozóm, 108(4), 209-219.