Predgovor

Knjiga predstavlja izbor četiri oblasti iz biologije, citologiju, biologiju razvića, molekularnu

biologiju i genetiku, koje su po mom dugogodišnjem iskustvu najveći problem đacima u

savlađivanju gradiva iz biologije. Dugogodišnja praksa učenja biologije bez razumevanja i

međusobnog povezivanja je prošlost. Đaci moraju da razumeju procese koji vladaju u živim

sistemima, da bi mogli da zavole i na pravi način upoznaju suštinu problema kojima se bave

date biološke discipline, da bi shvatili kako funkcioniše živi organizam. Moja želja je bila da

kroz ovu knjigu naučim mlade da razmišljaju i da ni jednu činjenicu ne prihvataju bez

pitanja, provere i razumevanja. Knjiga je namenjena đacima da im omogući upis na željene

fakultete, ali i studentima da im olakša studiranje.

Faze mejoze

Osnovni smisao mejoze je redukcija broja hromozoma na haploidan broj u odnosu na somatske ćelije, koje su diploidne. Mejozi prethodi interfaza u toku koje se hromozomi udvajaju. Mejoza obuhvata dve uzastopne deobe: mejozu I, koja je redukciona, i mejozu II koja je ekvaciona i po osobinama podseća na mitozu. Mejoza I dovodi do redukcije ukupnog broja hromozoma. Prva ćelija koja ulazi u mejozu je oocita I kod ženki, odnosno spermatocita I kod mužjaka. Ove ćelije su još uvek sa diploidnim brojem hromozoma (2n), odnosno svaki hromozom je dupliran, a hromozom ima svog parnjaka (homologi hromozomi).

Tokom mejoze I razdvajaju se homologi hromozomi i svaki od njih po principu slučajnosti odlazi u novonastale ćelije (spermatocitu II odnosno, oocitu II i polocitu I). U nastalim ćelijama broj hromozoma je haploidan (n), ali su hromozomi još uvek sa nepodeljenim centromerama, tako da svaki sadrži dve hromatide. Razdvajanje hromatida se dešava tokom mejoze II, što obezbeđuje nastajanje četiri polne ćelije sa haploidnim brojem hromozoma. Mejoza I je kontinuirani proces podeljen na više podfaza koje ne traju podjednako. Kao i u mitozi i ovde postoje: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Najduže traje profaza mejoze I, tokom koje se dešavaju procesi koji obezbeđuju još dodatnu promenjljivost genetičkog materijala.

U okviru profaze mejoze I uočavaju se sledeće pod podfaze: *leptoten (leptonema), zigoten (zigonema), pahiten (pahinema), diploten (diplonema), dijakinezis (dijakineza).

Leptoten: predstavlja prvu podfazu profaze mejoze I. Tokom nje hromozomi postaju vidljivi, počinje njihova spiralizacija. Hromozomi su svojim heterohromatinskim delom još uvek vezani za jedrovu opnu. Uočljive su hromomere (regioni povećane spiralizacije) čiji je broj i položaj konstantan za homologe hromozome.

Zigoten je druga podfaza profaze mejoze I. Tokom ovog perioda hromozomi nastavljaju da se skraćuju i kondenzuju. Homologi hromozomi se pronalaze, približavaju se jedan drugom, pri čemu se stvaraju sinapse. Tokom zigotena se uočava sinaptonemalni kompleks, proteinske prirode koji sprečava da se homologi hromozomi razdvoje. Homologi hromozomi su morfološki isti hromozomi (po obliku i veličini) sa istim genskim mestima, pri čemu jedan potiče od oca, a drugi od majke. Dakle, ovu fazu karakteriše pojava bivalenata (sparenih homologih hromozoma).

Pahiten predstavlja sledeću podfazu profaze mejoze tokom koje se hromozomi još više skraćuju. Svaki od homologih hromozoma ima udvojenu DNK, pa se sastoji iz dve hromatide. Usled spiralizacije uočavaju se se tetrade (četiri hromatide homologih hromozoma). Između homologih hromozoma započinje krosingover (razmena genetičkog materijala, rekombinacija gena).

Ovo je faza zahvaljujući kojoj se ostvaruje varijabilnost potomaka. Hromatide se razdvajaju, ali ostaju na mestima vezane preko mostića-hijazmi.

Diploten je podfaza tokom koje se homologi hromozomi odvajaju. Usled delimičnog razdvajanja homologih hromozoma se uočavaju hijazme. Krosing over se nastavlja između nesestrinskih hromatida (najčešće između unutrašnjih). Ženska deca se rađaju sa oocitama u diplotenu koji miruje sve do puberteta. Broj hijazmi je različit i zavisi od dužine bivalenata.

Dijakinezis predstavlja poslednju podfazu profaze tokom koje se hromozomi i dalje kondenzuju, a hijazme zauzimaju terminalni položaj. Homologi hromozomi se kreću ka centru ćelije. Nukleolusi, koji su uglavnom vezani za akrocentrične hromozome čoveka se odvajaju od hromozoma i nestaju. Membrana počinje da se dezintegriše. Krajem profaze je završena razmena genetičkog materijala između homologih hromozoma, tako da više ili manje izmenjeni homologi hromozomi ulaze u metafazu mejoze I. Jedini hromozomi koji nisu međusobno homologi su hromozomi X i Y kod mužjaka.

Metafaza mejoze I je, u odnosu na prethodnu podfazu, daleko kraća. Tokom ovog perioda membrana jedra iščezava i obrazuje se deobno vreteno. Homologi hromozomi (bivalenti spojeni hijazmama) se postavljaju u ekvatorijalnu ravan. Svaki bivalent ima svoju centromeru kojom drži dve hromatide. Hromozomi

su maksimalno spiralizovani i mikroskopski najuočljiviji.

Tokom anafaze I homologi hromozomi se odvajaju na hijazmama. Za razliku od mitoze centromere se ne dele i celi hromozomi (dijade) se kreću ka suprotnim polovima vretena. U ovoj podfazi dolazi do razdvajanja homologih hromozoma po principu slučajnosti. Istovremeno dolazi do razdvajanja polnih hromozoma. To se odnosi i na razdvajanje X hromozoma od Y u toku spermatogeneze. Na ovaj način se diploidan broj hromozoma redukuje na haploidan, ali je svaki hromozom, još ne podeljen, tako da sadrži dve hromatide. Telofaza I je završna faza mejoze I, tokom koje nastaju dve haploidne ćelije

(spermatocite II, oocite II, i polocita I) koje imaju po 23 hromozoma. Svaki hromozom ima po dve hromatide, što znači da u ćeliji ima 46 molekula DNK, odnosno, 92 polinukleotidna lanca DNK. Dolazi do rekonstrukcije haploidnih jedara. U toku kratke interfaze između deoba ne dolazi do replikacije DNK, i tokom nje se vrši samo dopunska sinteza RNK i proteina neophodnih za završetak mejoze.

Ekvocijalna deoba -mejoza II

U mejozu II ulaze dve haploidne ćelije, koje imaju redukovan broj hromozoma u odnosu na somatske ćelije, ali imaju nepodeljene centromere, tako da se svaki hromozom sastoji od dve hromatide. Profaza II kratko traje. Nestaje jedarce i jedrova opna. Hromozomi se kreću ka centru ćelije. Tokom metafaze II hromozomi se postavljaju u ekvatorijalnu ravan.

Anafaza II počinje simultanom deobom centromera svakog

hromozoma. Hromatide se odvajaju i kreću ka suprotnim polovima vretena. Svaki hromozom predstavlja jedna hromatida, odnosno jedan molekul DNK. Završna podfaza je telofaza II u kojoj kariokinezu prati citokineza. Hromozomi se despiralizuju i dobijaju se četiri haploidne polne ćelije, sa po 23 hromozoma (kod čoveka), a svaki hromozom ima jednu hromatidu sa jednim molekulom DNK.

Tokom mejoze I se razdvajaju homologi hromozomi po principu slučajnosti pri čemu po jedan odlazi u svaku ćerku ćeliju, što ima za posledicu da broj očevih, odnosno majčinih hromozoma koje nasleđuje potomak ne mora uvek da bude isti. Tokom mejoze II se razdvajaju hromatide svakog homologog hromozoma.

Razdvajanje hromozoma

tokom mejoze i poremećaji u razdvajanju

Treba da se podsetimo da su homologi hromozomi međusobno morfološki slični, sa istim genima, ali da oni nisu identični. Hromozom oca i majke na istom mestu (lokusu) nose gen za istu osobinu (na primer, boja očiju), ali ta osobina može da bude različita (plava, crna boja očiju), pošto na homologim hromozomima mogu da se nađu različiti aleli istog gena. Ako se posmatraju samo dva para homologih hromozoma, onda se vidi da nakon mejoze I i bez krosing overa, postoje dve različite kombinacije njihovog rastavljanja, što ima za posledicu dobijanje potpuno različitih gameta. Broj mogućih gameta može da se izračuna po formuli 2n gde je n broj hromozoma date vrste.

Bez obzira na veliki broj mogućih grešaka u toku mejoze, dobija se najveći broj fertilnih gameta, pa je broj poremećenih trudnoća kod ljudi daleko manji nego što se može očekivati s obzirom na složenost procesa.

Procenjuje se da se 15-20% svih prepoznatljivih trudnoća završava spontanim pobačajem u I tromesečju trudnoće, a od njih čak 50% nastaje usled hromozomskih aberacija. Jedan od najčešćih uzroka je nepravilna mejoza kod nekog roditelja, koja može da dovede do formiranja aberantnih gameta.

Ovako dobijeni aberantni gameti mogu, u pocesu fertilizacije, da dovedu do pojave aberantnih potomaka. Kao što je istaknuto u normalnim gametima se nalazi

haploidan broj hromozoma (stanje nazvano euploidija), odnosno prisutan je samo po jedan od homologih hromozoma. Ako dođe do nepravilnog razdvajanja tokom mejoze, u jedan gamet odlaze nerazdvojeni hromozomi (ili hromatide), što ima za posledicu da takav gamet ima dva ista hromozoma, dok drugi gamet ostaje bez tog hromozoma. U prvom slučaju radi se o dizomičnom gametu za taj hromozom (n+1), a u drugom slučaju gamet je nulizomičan (n-1), nedostaje mu hromozom. Spajanje ovakvih gameta sa normalnim gametima ima za posledicu dobijanje aberantnog potomstva. Dizomičan gamet će u procesu fertilizacije dovesti do formiranja zigota u kome će postojati tri ista hromozoma. Ovakva jedinka će biti trizomična (2n+1). Posledica spajanja nulizomičnog i normalnog gameta je zigot koji će biti monozomičan za taj hromozom (2n-1). Ovakvi zigoti za autozomalne hromozome se odmah eliminišu u obliku spontanog abortusa. Proces ne razdvajanja u mejozi I ili mejozi II dovodi do pojave aberantnih gameta čijim oplođenjem može nastati čitav niz poremećaja kod ljudi (sindromi: Daunov, Tarnerov, Klineferterov). Kompletna monozomija autozoma uvek dovode do smrti jedinke. Šansa za nerazdvajanje hromozoma tokom mejoze nisu iste kod oba pola i značajno se povećava sa starošću majke. Može se reći da teže posledice za svoga nosioca ima nerazdvajanje hromozoma u mejozi I. Na ovaj način nastaju aberantni gameti koji su, ili dizomični ili nulizomični, i praktično nema funkcionalnih gameta čijim oplođenjem mogu nastati normalni potomci.