De primaire functie van alle levende organismen, van de afgezette houding van soortenoverleving, is om genetisch materiaal met succes te verspreiden naar volgende generaties. Een deel van deze taak is natuurlijk lang genoeg in leven en gezond blijven om daadwerkelijk te paren en zich voort te planten. Als gevolg van deze realiteiten hebben de fundamentele eenheden van levende wezens, cellen, twee primaire taken: identieke kopieën van zichzelf maken om groei te behouden, reparaties uit te voeren en voor andere dagelijkse functies op het niveau van weefsels, organen en het geheel te zorgen organisme; en het genereren van gespecialiseerde cellen genaamd gameten die combineren met gameten van andere organismen van de soort om nakomelingen te genereren.

Het proces van het repliceren van hele cellen om identieke dochtercellen te produceren zoals mitose genoemd, en het komt voor in alle eukaryoten, die dieren, planten en schimmels (prokaryoten, bijna allemaal bacteriën, reproduceren door binaire splijting, vergelijkbaar met mitose maar eenvoudiger). Het genereren van gameten vindt alleen plaats in de geslachtsklieren en wordt meiose genoemd. Zowel mitose als meiose zijn onderverdeeld in vijf fasen, die in het geval van meiose twee rondes van elke fase per originele cel omvat omdat meiose resulteert in vier nieuwe cellen in plaats van twee. De eerste en langste van deze fasen wordt profase genoemd, die in meiose I verder is onderverdeeld in vijf eigen fasen.
Wat is "genetisch materiaal"?

Alle levende dingen op aarde hebben DNA, of deoxyribonucleïnezuur, als hun genetisch materiaal. DNA is een van een paar nucleïnezuren die in levende systemen voorkomen, en de andere is ribonucleïnezuur (RNA). Beide macromoleculen - zo genoemd omdat ze bestaan uit grote aantallen atomen, in dit geval gerangschikt in lange ketens van herhalende subeenheden genaamd nucleotiden - zijn absoluut kritisch, zij het op verschillende manieren. DNA, de drager op basisniveau van genetische informatie, is vereist om RNA te maken, maar RNA komt in verschillende vormen en is aantoonbaar veelzijdiger.

De subeenheden waaruit zowel DNA als RNA worden gemaakt, worden nucleotiden genoemd . Elk van deze bestaat uit drie delen: een vijf-koolstof suiker met een centrale, vijfhoekige ringstructuur (in DNA is deze suiker deoxyribose; in RNA is het ribose, dat één extra zuurstofatoom heeft), een fosfaatgroep en een stikstof ( stikstofatoomrijk) base. Elk nucleotide heeft slechts één dergelijke base, maar ze komen in vier smaken voor elk nucleïnezuur. DNA kenmerkt adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T); RNA omvat de eerste drie maar vervangt uracil (U) voor thymine. Omdat alle variatie tussen nucleotiden te wijten is aan verschillen in deze basen, en nucleïnezuren bestaan uit lange ketens van nucleotiden, is alle variatie tussen DNA-strengen en tussen DNA in verschillende organismen te wijten aan variatie in deze basen. Aldus worden strengen van DNA geschreven in termen van hun basensequenties, zoals AAATCGATG.

DNA bestaat in levende cellen in de vorm van een dubbelstrengige helix of kurkentrekkervorm. Deze strengen zijn verbonden door waterstofbruggen tussen door hun stikstofbasen op elk nucleotide; Een unieke paren met T en C een unieke paren met G, dus als u de volgorde van de ene streng kent, kunt u eenvoudig de volgorde van de andere voorspellen, een complementaire streng genoemd.

Wanneer messenger RNA (mRNA) is gesynthetiseerd uit DNA in een proces dat transcriptie wordt genoemd, is het gemaakte mRNA complementair aan de matrijs-DNA-streng en is dus identiek aan de DNA-streng die niet als een matrijs wordt gebruikt, behalve voor U in mRNA waar T in DNA verschijnt. Dit mRNA beweegt van de kern van cellen waar het wordt gemaakt naar het cytoplasma, waar het structuren vindt die ribosomen worden genoemd, die eiwitten produceren met behulp van de instructies van het mRNA. Elke sequentie van drie basen (bijv. AAU, CGC), een tripletcodon genoemd, komt overeen met een van 20 aminozuren en aminozuren zijn de subeenheden van hele eiwitten op dezelfde manier als nucleotiden de subeenheden van nucleïnezuren zijn. > Organisatie van DNA in cellen

DNA verschijnt zelf zelden in levende wezens. De reden hiervoor is simpel gezegd de fenomenale hoeveelheid die nodig is om de codes te dragen voor alle eiwitten die een organisme moet maken. Een enkele, volledige kopie van uw eigen DNA, bijvoorbeeld, zou 6 voet lang zijn als het van begin tot eind wordt uitgerekt, en u hebt een volledige kopie van dit DNA in bijna elke cel in uw lichaam. Aangezien cellen slechts een diameter van 1 of 2 micron (miljoenste van een meter) hebben, is het compressieniveau dat nodig is om uw genetisch materiaal in een celkern te verpakken astronomisch.

De manier waarop uw lichaam dit doet, is door uw DNA met eiwitcomplexen genaamd histone-octameren om een stof genaamd chromatine te maken, die ongeveer tweederde eiwit en een derde DNA is. Hoewel het toevoegen van massa om de grootte te verminderen contra-intuïtief lijkt, denk er ongeveer hetzelfde aan als een warenhuis dat beveiligingsmensen betaalt om geldverlies door winkeldiefstal te voorkomen. Zonder deze relatief zware histonen, die zeer uitgebreid vouwen en spoolen van DNA rond hun kernen mogelijk maken, zou DNA geen middel hebben om te worden gecondenseerd. De histonen zijn hiervoor een noodzakelijke investering.

Chromatine zelf is verdeeld in afzonderlijke moleculen die chromosomen worden genoemd. Mensen hebben 23 verschillende chromosomen, waarvan er 22 zijn genummerd en de resterende een geslachtschromosoom (X of Y) is. Al je cellen behalve gameten hebben twee van elk genummerd chromosoom en twee geslachtschromosomen, maar deze zijn niet identiek, alleen gekoppeld, omdat je een van elk van deze ontvangt van je moeder en de andere van je vader. Overeenkomstige chromosomen geërfd van elke bron worden homologe chromosomen genoemd; bijvoorbeeld, zijn uw moederlijke en vaderlijke kopieën van chromosoom 16 homoloog.

Chromosomen, in nieuw gevormde cellen, bestaan kort in eenvoudige, lineaire vorm alvorens te repliceren als voorbereiding op celdeling. Deze replicatie resulteert in de creatie van twee identieke chromosomen die zusterchromatiden worden genoemd, die op een punt zijn verbonden dat een centromeer wordt genoemd. In deze toestand zijn dus alle 46 van uw chromosomen gedupliceerd, waardoor er in totaal 92 chromatiden zijn.
Overzicht van mitose

Mitosis, waarin de inhoud van de kernen van somatische cellen (dat wil zeggen " dagelijkse "cellen, of niet-gameten) delen, omvat vijf fasen: profase, prometafase, metafase, anafase en telofase. Profase, kort besproken in detail, is de langste van deze en is voornamelijk een reeks deconstructies en dissoluties. In prometafase beginnen alle 46 chromosomen te migreren naar het midden van de cel, waar ze een lijn vormen loodrecht op de richting waarin de cel binnenkort uit elkaar wordt getrokken. Aan elke zijde van deze lijn, de metafaseplaat genoemd, bevinden zich structuren die centrosomen worden genoemd; van deze stralende eiwitvezels genaamd microtubuli, die de mitotische spindel vormen. Deze vezels verbinden zich met de centromeren van afzonderlijke chromosomen aan weerszijden op een punt dat de kinetochore wordt genoemd, waarbij ze een soort touwtrekken aangaan om ervoor te zorgen dat de chromosomen, of meer specifiek hun centromeren, een perfect rechte lijn vormen langs de metafaseplaat. (Stel je een peloton soldaten voor die vanuit een herkenbare rijen en kolommen - een soort "prometafase" - naar een rigide, inspectie-klaar formatie gaan - het equivalent van "metafase.")

In anafase, de kortste en meest dramatische fase van mitose, trekken de spilvezels de chromatiden uit elkaar op hun centromeren, met één chromatide getrokken naar het centrosoom aan elke kant. De binnenkort te delen cel ziet er nu langwerpig uit onder een microscoop en is "dikker" aan elke zijde van de metafaseplaat. Ten slotte worden in telofase twee dochterkernen volledig gevormd door het verschijnen van nucleaire membranen; deze fase is als een omgekeerde profase. Na telofase splitst de cel zelf in twee (cytokinese).
Overzicht van meiose

Meiose ontvouwt zich in gespecialiseerde cellen van de geslachtsklieren (testes bij mannen, eierstokken bij vrouwen). In tegenstelling tot mitose, die "alledaagse" cellen creëert voor opname in bestaande weefsels, creëert meiose gameten, die samensmelten met gameten van het andere geslacht bij de bevruchting.

Meiose is verdeeld in meiose I en meiose II. In meiose I, in plaats van alle 46 chromosomen die een lijn vormen langs de metafaseplaat zoals in mitose, "sporen" de homologe chromosomen elkaar op en paren af, waarbij wat DNA in het proces wordt uitgewisseld. Dat wil zeggen, chromosoom 1 van de moeder linkt naar vaderlijk chromosoom 1 enzovoort voor de andere 22 chromosomen. Deze paren worden tweewaardige genoemd.

Voor elke tweewaardige rust het homologe chromosoom van de vader aan de ene kant van de metafaseplaat en het homologe chromosoom van de moeder rust op de andere. Dit gebeurt onafhankelijk in elke bivalente, dus een willekeurig aantal chromosomen van vaderlijke en moederlijke oorsprong komt aan elke kant van de metafaseplaat terecht. De processen van DNA-uitwisseling (aka recombinatie) en willekeurige opstelling (aka onafhankelijk assortiment) zorgen voor diversiteit in de nakomelingen vanwege het vrijwel onbeperkte bereik van DNA dat resulteert in gametevorming.

Wanneer de cel die meiose ondergaat, verdeelt , elke dochtercel heeft één gerepliceerde kopie van alle 23 chromosomen, in plaats van 46 chromatiden a la mitosis. Alle 46 centromeren zijn dus onverstoord bij het begin van meiose II.

Meiose II is, voor alle praktische doeleinden, een mitotische deling, omdat de chromatiden van meiose I scheiden bij de centromeren. Het uiteindelijke resultaat van beide stadia van meiose is vier dochtercellen in twee verschillende identieke paren, elk met 23 enkele chromosomen. Dit zorgt voor het behoud van 46 chromosomen wanneer mannelijke gameten (spermatocyten) en vrouwelijke gameten (ooctyen) bemesten.
Profase in mitose

Profase neemt meer dan de helft van de mitose in beslag. Het nucleaire membraan breekt af en vormt kleine blaasjes, en de nucleolus in de kern desintegreert. Het centrosoom splitst zich in tweeën, waarbij de resulterende componenten hun intrek nemen aan weerszijden van de cel. Deze centrosomen beginnen dan microtubuli te genereren die naar de metafaseplaat uitwaaieren, misschien vergelijkbaar met de manier waarop een spin zijn web genereert. De afzonderlijke chromosomen worden volledig compact, waardoor ze meer herkenbaar zijn onder een microscoop en waardoor de zusterchromatiden en het centromeer ertussen gemakkelijk kunnen worden gevisualiseerd. In de leptoteenfase beginnen alle structuren van de nog niet gepaarde homologe chromosomen te condenseren, vergelijkbaar met wat zich in profase bij mitose voordoet. In de zygoteenfase associëren de homologe chromosomen in een proces dat synapsis wordt genoemd, met een structuur die het synaptonemale complex wordt gevormd dat zich tussen de homologen vormt. In de pachytene-fase vindt recombinatie tussen homologe chromosomen plaats (ook "kruising" genoemd); denk hierbij aan het ruilen van misschien een sok en een hoed met een broer of zus op wie je lijkt qua uiterlijk en kleding. In de diplotene-fase begint de bivalent te scheiden, maar de homologen blijven fysiek verbonden bij hun chiasmata. Ten slotte blijven de chromosomen bij diakinese verder uit elkaar trekken, met de chiasmata naar hun uiteinden.

Het is essentieel om te erkennen dat zonder meiose, en zonder de gebeurtenissen van profase I specifiek, heel weinig variatie tussen verschillende organismen zouden duidelijk zijn. Het schudden van genetisch materiaal dat in deze fase plaatsvindt, is de hele essentie van seksuele reproductie.

Prophase II, die voorkomt in de niet-identieke dochtercellen gevormd door meiose I, ziet de afzonderlijke chromosomen weer condenseren in herkenbare vormen , waarbij het nucleaire membraan oplost terwijl de mitotische as zich vormt.