Dr.SelmaYılmazTıbbiBiyoloji

MİTOZVEMAYOZ

Referans Kitaplar: Lodish, Alberts Molecular Cell Biology 1

Hücreler iki yolla bölünür ve ürerler: mitoz ve mayoz Mitoz: Tek bir hücreden gelişerek iki hücre bölünmesi işlemidir, bir ebeveyn hücresinden genetik olarak aynı olan iki yavru hücre üretilmesi işlemidir.

Mayoz: Bir üreme hücresinin bölünmesidir, iki çekirdeğin birleşmesini kapsar ve herbiri orijinal hücrenin kromozom sayısının yarısını taşıyan dört adet özgün gamet veya seks hücresi üretimi ile sonuçlanır.

2

Mitoz(Mitosis)veMayoz(Meiosis)

Mitoz �  Tek-hücreleri organizmaların üremesinde kullanılır. �  Ayrıca, dokuların, liflerin ve membranların doğal

büyümelerinde de kullanılır. Mayoz � Canlıların seksüel üreme yapımında görülür. �  Erkek ve dişi üreme hücreleri (örn., yumurta ve sperm),

yeni , genetik olarak farklı bir yavru yapmak için birleşir.

3

Mitoz ve Mayoz

Mitoz ve Mayozun Karşılaştırılması

5

Mitoz ve Mayozun Karşılaştırılması

MEIOSIS: MAYOZ; CELL: HÜCRE

q  Hücre döngüsünün en kısa fazı , 30 dakika-1saat) q  Birkaç aşamalıdır q  Hücrenin iki eş-kız yavru hücreye bölündüğü zamandır.

q  M fazı işlemleri en kompleks olanlarıdır.

q  M fazı 4 ana bölüme ayrılmıştır:

—profaz, metafaz, anafaz, and telofaz.

--ve hücre sitokineze gider –sitoplazmanın fiziksel olarak bölünmesi—

q  Bitki hücreleri ek bir aşamaya daha sahiptir, preprophase, bu profazdan önce oluşur.

6

Mitoz (M fazı, Mitotik faz)

Hücre Döngüsünün Ana Kontrol Edicileri

8

Mitotik Olayların Kontrolü İçin Kullanılan Moleküler Mekanizmalar: Mitotik siklin-CDK kompleksleri (MPFs)

q  Siklinler, siklin-bağımlı kinazlarla (CDKs) bağlandıklarında, maturation-promoting faktörü (MPF) denilen mitotik cyclin-bağımlı kinazları (cyclin-CDK) oluşturur. Örn., cdk1 proteinler

q  MPF’ler, diğer proteinleri fosforilasyon yoluyla aktive ederler ve kromozom yoğunlaşmasına ve nüklear zarfın dağılmasına yol açarlar, kızkardeş kromatidlerin ayrılmasını uyararak, anafazı başlatırlar.

q  Geç anafazda, MPF’ler APC ubiquitin ligazlarca cyclinler yıkıldığından inaktiftir.

q  Nüklear zarfın yeniden yapımı ve sitokinez devamlı aktif şekilde bulunan fosfatazların aktivitesine bağlıdır.

q  Hücreler bir sonraki aşamaya geçer, döngü tamamlanır.

Nüklear laminlerin ve diğer bazı proteinlerin fosforilasyonu erken mitotik olayları uyarır

10

Yüksek-düzeyli kromatin katlanması

Kromozom yoğunlaşması q Histon H1, multiple cyclin-dependent kinase 1 (CDK1) tarafından

fosforlanır. q Histone1, bağlayıcı (linker) DNA ile birleşir, nükleozomların,

euchromatin yapısına paketlenmesine yardımcı olur. q Interfaz kromatini sıkı sarmalar yapar ve daha da fazla

yoğunlaşır, sonuç olarak mitotik kromozomu oluşturur (heterochromatin).

11

Mitoz İşlemlerine Genel Bakış İki diploid hücre

DNA replikasyonu

Mitoz

12

M Fazı İşlemlerine Genel Bakış

İnterfaz-Metafaz

İnterfaz: Kromozom ve kohezinlerin kopyalanması lerin sentrozomun kopyalanması Profaz: Interfaz mikrotübül yıkımı ve mitotik aster lere değişimi Mitotik asterlerin ayrılması, kromozom kondensasyonu, kinetokor tutunması Prometafaz:Nüklear zarfın yıkımı, kromozomların yakalanması, bi-oryante olarak iğ-ekvatoruna taşınması Metafaz: Kromozomların metafaz düzleminde (plate) dizilmeleri

14

İnterfaz: Kromozom ve kohezinlerin kopyalanması lerin sentrozomun kopyalanması q  İnterfaz kromatini sıkıca sarmalanır ve kromozomlar

haline gelene kadar yoğunlaşır. q  Bu kromozomlar, bir sentromer tarafından

birleştirilmiş genetik olarak eş iki kızkardeş kromatidden yapılmıştır.

q  Sentrozomlar (mikrotübül merkezleri), arkalarında bir iğ-ipliği (spindle) düzeneği yaratarak, nükleusdan uzağa zıt yönlere doğru hareket ederler.

Interfaz

15

Profaz: Kopyalanmış kromozomlar yoğunlaşır ve gözle görünür hale gelir. q Interfaz mikrotübül yıkımı ve mitotik asterlere değişimi q Mitotik asterlerin ayrılması q kromozom kondensasyonu q Kinetokorlara tutturulma Kinetochore lar (özel protein kompleksleri) sentromerlerde toplanır ve kromozomları mitotik iğ iplik (spindle) liflerine tuttururlar.

Prometafaz: Nüklear membran erir ve iğ iplikleri (spindle) olarak bilinen mitotik düzenek oluşur.

q Nüklear zarfın yıkımı, q Kromozomların yakalanması, bi-oryante olarak iğ-ekvatoruna

taşınması

Profaz- Prometafaz

•  Kinetokorlar (özel protein kompleksleri, pembe renk) sentromerlerde toplanır, kromozomları mitotik iğ liflerine bağlar.

Metafaz: Kromozomlar iğ ipliklerinin ortasındaki metafaz düzleminde( plate) dizilirler.

q Kromozomların sentromerlerinin her iki kısmında bulunan motor proteinler, kromozomların zıt sentromer çekimine göre yerleşmesine yardım eder, sonuçta kromozomları bazen metafaz düzlemi veya iğ-ipliği ekvator çizgisi olarak adlandırılan, hücrenin ortasında dikey bir düzleme yerleştirirler.

Metaphase

Anafaz: APC/C aktive edilmiştir ve kohezin (cohesin)ler yıkılmıştır. Anafaz A: Kromozomların kutuplara gidişi Anafaz B: İğlerin-kutuplara ayrılması

Telophase: Nüklear zarfın yeniden yapılması, kasılma halkasının yapılması

Sitokinez: İnterfaz mikrotübül sisteminin yeniden yapılanması, kasılma halkasının kesim oyuğu oluşumu

Anafaz-Sitokinez

Anafaz

Anafaz: Her bir kopyalanmış kromozomun kızkardeş kromatidleri iki ayrı iğ ipi kutbuna doğru çekilerek birbirinden ayrılır.

q APC/C aktive edilmiştir ve kohezin (cohesin)ler yıkılmıştır. Anafaz A: Kromozomların kutuplara gidişi . Anafaz B: İğlerin-kutuplara ayrılması

q  İğ-iplikleri anafaz sırasında kısalmaya başlar, kızkardeşleri sentromerlerinde birbirinden ayırır.

q  Ayrılan kromozomlar hücrenin zıt yönündeki sentrozomlara doğru çekilirler.

q  Hücre döngüsünün bu aşamasında, hücrenin ayrılan iki kısmı artık resmi olarak ”kız-yavru kromozomlar” adlandırılır.

Kızkardeş Kromatidlerin Ayrılmasının

Regülasyonunda APC/C nin Rolü

Separase cohesin (protein kompleksi) lerin Scc1 bileşenini kırar.

Telofaz: Nüklear zarfın yeniden yapılması, kasılma halkasının yapılması q  Telofaz mitotik hücre bölünmesinin son aşamasıdır. q  Telofazda, kız-yavru kromozomlar ebeveyn hücrenin

kendisine ait olan kısmına tutunurlar. q  Önceki fazlar tekrarlanır, ancak tersine doğru. q  Mitotik iğ iplikleri sökülür, ve nükleer membranlar

ayrılmış yavru kromozomların etrafını sarar. q  Yeni oluşan nükleus içerisinde, kromozomlar sarmallarını

gevşetir (decondense) ve bir kromatin olma düzeyine geri dönerler.

Telofaz

22

Sitokinez

Sitokinez: Sonuncu işlem—sitokinez—yavru kromozomların yavru hücreler haline gelmesi için gereklidir. q  Sitokinez hücre bölünmesinin bir parçası değildir, ancak

hücre döngüsünün sonunu belirler ve yavru kromozomların iki yeni hücreye ayrılmalarını gerçekleştiren işlemdir.

Ø  Mitoz sayesinde, bu iki yeni hücre genetik olarak

birbirinin ve orjinal ebeveyn hücrenin tamamen aynısıdır; şimdi bu iki yeni hücre, kendilerine ait olan interfazlara girerler.

23

Summary of major events in the eukaryotic cell cycle and the fate of a single parental chromosome

�  Seksüel üreme, döllenme (fertilization), iki ayrı organizmadan gelen iki hücrenin birleşmesidir.

�  Eğer bu iki hücrenin herbiri bir set kromozom içerirse, o zaman ortaya çıkan hücre iki set kromozom içerir.

� Haploid hücreler bir set kromozom içerirler. �  İki set kromozom içeren hücrelere diploid denir.

24

Mayoz: Özel Bir Hücre Bölünmesi (Meiosis)

� Hayvan ve bitkilerin çoğu diploid tir, iki set kromozomları vardır.

� Organizmanın somatik hücrelerinin herbirinde (çokhücreli canlıların gametleri veya üreme hücreleri hariç, bütün hücrelerinde), çekirdek her kromozomdan iki kopya bulundurur, bunlar homolog kromozomlar olarak adlandırılır.

�  Somatik hücrelere bazen “vücut hücreleri” de denir. � Döllenmeye ilaveten, seksüel üreme, kromozom

setinin sayısını azaltan bir nükleer bölünme içerir. � Mayoz denilen haploid hücreler oluşturan nükleer

bölünme, mitozla alakalıdır. 25

Mayoz

� Mitoz, bir hücrenin üreme döngüsünün bir parçasıdır, genetik olarak orijinal ebeveyn nükleusu ile aynı olan benzer kız-yavru çekirdeklerle sonuçlanır.

� Mitozda, ebeveyn ve yavru çekirdek aynı ploidy (kromozom sayısı) seviyesindedir—çoğu bitki ve hayvan için diploid.

� Mayoz mitozunkinin aynısı olan birçok mekanizma kullanır. � Ancak, başlangıç nükleusu her zaman diploid ve mayoz

bölünme sonucunda ortaya çıkan çekirdekler haploid dir.

26

Mayoz

27

Xkromozomununpveqkollarının,bandlarınınvealt-bantlarınınşematikgösterimi

Haploidbirsperm(n)vebiryumurtanındiploidbir(2n)zigotoluşturması.

� Kromozom sayısındaki bu azalmayı gerçekleştirmek için, mayoz, bir tur kromozom kopyalama ve iki tur nükleer bölünme içerir.

�  Bölünme aşamaları mitoz olayları ile benzer olduğundan aynı isimlerle adlandırılır.

�  Ancak, iki tur bölünme olduğundan, ana işlemler ve aşamalar “I” veya “II” ile verilir.

�  Yapılacak nükleusun kromozom seti sayısı ikiden bire indirilmiştir.

�  Bu nedenle, mayoz I azaltma bölünmesi diye de adlandırılır. Mitoz sırasında kromozom düzeyinde böyle bir azalma söz konusu değildir.

28

Mayoz

Mayoz

Premayotik hücre (2n)

Profazda homolog kromozomlar arasında sinapsis ve rekombinasyon

Metafazda kız-yavru hücreler(2n)

May

oz I

May

oz II

Replike edilmiş Kromozomlar (4n)

� Hücre bölünmesinde iki temel mayoz aşaması oluşur: meiosis 1 and meiosis 2.

� Her ikisi de dört alt aşamaya bölünür. Meiosis 1: profaz 1, metafaz 1, anafaz 1, ve telofaz 1 Meiosis 2: profaz 2, metafaz 2, anafaz 2, ve telofaz 2. �  Sitokinez mayozda da rol oynar; ancak mitozda olduğu gibi,

mayozun kendisinden ayrı bir işlemdir.

30

Mayoz Aşamaları

31

Mayoza Genel bakış

Mayoz I (Azaltma bölünmesi)

�  S fazında DNA kopyalanması sırasında, her kromozom iki eş kopya üreterek kopyalanır, kızkardeş kromatidler sentromerde cohesin proteinler tarafından birbirine tutunurlar.

� Cohesin kromatidleri anafaz II ye kadar birlikte tutar. �  Sentrozomlar,mikrotübüleri mayoz iğ-ipliklerine organize

ederler, onlarda kopyalanır. �  Bu hücrenin profaz I’e , yani ilk mayoz fazına girmesini

sağlar.

32

q  Mitoz da olduğu gibi, nükleer membran yok olur, kromatinden kromozomlar oluşur, sentrozomlar birbirini iter, iğ-ipliklerini yaratırlar.

q  Her iki ebeveynden gelen homolog (benzer) kromozomlar eşleşir ve crossing over (çapraz değişim) olarak bilinen bir işlemle DNA değişimi yapılır.

q  Bu durum genetik farklılıkla (genetik diversity)sonuçlanır.

q  Bu eşleşmiş kromozomlar—her bir ebeveynden gelen— tetrad lar olarak adlandırılır.

33

Profaz I

Profaz I �  Synaptonemal compleks, iki homolog kromozom

arasındaki protein tabakasıdır, ilk önce spesifik bir konumda oluşur ve sonra kromozom uzunluğu boyunca yayılırlar.

� Homolog kromozomların yaptığı sıkı eşleşmeye synapsis denir.

�  Synapsisde, homolog kromozomların kromatidleri üzerinde bulunan genler tam karşılık gelecek şekilde sıralanır.

�  Synaptonemal kompleks, kızkardeş olmayan (non-sister) homolog kromatidler arasında kromozomal segment değişimini (crossing over) destekler.

� Crossing over değişim sonrası görsel olarak chiasmata (singular =chiasma) şeklinde izlenebilir. 34

Kinetokorun Mayoz I ve II de iğ iplikleri Bağlanması ve Kromozomları Bağlayan Cohesinlerin Stabilizasyonu

Aynı tarafa bakan kinetokorlar

�  Insan gibi türlerde, X ve Y seks kromozomları homolog olmasalar bile (genlerinin çoğu farklı), küçük bir bölgedki homoloji X ve Y kromozomlarının profaz I sırasında eşleşmelerine izin verir.

� Homoloji içeren bölgeler arasında kısmi synaptonemal kompleksi oluşur.

�  Profazın ilerleyen aşamalarında, synaptonemal kompleks yıkılmaya başlar ve kromozomlar yoğunlaşmaya başlar.

�  Synaptonemal kompleksi gittiğinde, homolog kromozomlar sentromerde ve chiasmata da birbirlerine tutulu kalır.

� Chiasmata anafaz I e kadar kalır. 36

Profaz I

37

Synaptonemal kompleksi ve sinapsis

Kızkardeş kromatidler

Homolog kromozomlar

38

Profaz I: Çapraz Geçiş (Crossover) Çapraz geçiş (crossover) homolog kromozomların kız-kardeş olmayan kromatidleri arasında oluşur. Sonuç, homolog kromozomlar arasında genetik materyal değişimidir.

Rekombinant kromatidler

NonRekombinant kromozomlar

Homolog kromozomlar karşılıklı gelir

Kromatid Çapraz geçişi

Metaphase 1: Iğ ipliklerinden bazıları kromozomların sentromerlerine bağlanır. �  Lifler tetradları hücrenin merkezi boyunca bir dikey düzlemde

çekerler. Anaphase 1: Tetradlar birbirinden ayrı yöne çekilir, bir çift hücrenin bir yanına diğer yarısı öbür yanına gider. �  Bu işlemde, mitoz daki gibi kromatidlerin değil, kromozomun

tamamının çekildiğini anlamak önemlidir. �  Anafazın sonu telofazın başında bir yerde, sitokinez hücreyi iki

yavru hücreye bölmeye başlar. Telofaz I: iğiplik düzeneği yok olur ve şimdi ebeveyn hücrenin/yeni hücrenin zıt bölgelerinde bulunan kromozomların etrafında nükleer membran oluşur.

39

Kromozom Dizilimi Işlemi Mayoz I Ve Mayoz II De Farklıdır

40

41

Mayoz II Profaz II � Kromozomlar yeniden yoğunlaşır. � Nükleer zarf veziküllere dağılır. . �  Yeni iğ-iplikleri oluşur. Prometafaz II � Nükleer zarf tamamen yıkılır, iğ ipliği yapımı tamamlanır. � Kızkardeş kromatidlerin her biri zıt kutba ait mikrotübüle

bağlanabileceği kendine ait bir kinetokor oluşturur. Metafaz II � Kardeş kromatidler maksimum düzeyde yoğunlaşır ve

hücrenin ekvator bölgesinde karşılıklı dizilirler.

42

Mayoz II Anafaz II � Kardeş kromatidler kinetokor mikrotubulleri tarafından

zıt kutuplara çekilir. Kinetokorsuz olan mikrotübüller hücreyi uzatır.

Telofaz II ve Sitokinez � Kromozomlar zıt kutuplara ulaşırlar ve dekonse olmaya

başlarlar. � Kromozomların etrafında nükleer zarf oluşur. �  Sitokinez iki hücreyi dört farklı haploid hücreye

ayırır.

43

q  Bu aşamada, yeni oluşmuş çekirdeklerin ikiside haploiddir. q  Yapılan hücreler genetik olarak da farklıdır,

q  çünkü paternal (babadan) ve maternal (anneden) homologların rastgele karışmıştır ve

q  çünkü cross over esnasında, paternal ve maternal kromozom segmentleri (üzerlerindeki kendi gen setleriyle) yeniden şekillenmiştir (recombining).

Mayoz örnekleri: Spermatogenesis ve oogenesis

Mayoz II

Uniparental Disomi (Uniparental Disomy) (UPD)

44

Uniparental disomy (UPD) bir kişinin bir kromozomun iki kopyasını veya kromozomun bir kısmını ebeveynlerindewn sadece birinden alıp, diğer ebeveyninden hiç kopya almamasıdır. UPD’ler: Heterodisomy: Sadece bir ebeveynden bir çift eş-olmayan kromozomun gelmesi ( mayoz I erken aşamalarındaki hata) gelmesi veya Isodisomy: Sadece bir ebeveynden gelen bir kromozomun çiftlenmesi (eş) (mayoz II  nin geç aşamalarındaki hata)