Überprüfung der Genetik
Die von allen lebenden Organismen exprimierten Merkmale werden durch Gene gesteuert. Diese Gene werden von den Eltern/en des Organismus vererbt und kontrollieren alles von der Spezies bis zur Morphologie. Gene befinden sich auf Chromosomen, die die strukturelle Organisation von DNA sind, die in Kernen in Eukaryoten und Nukleolen in Prokaryoten gefunden wird. Das Studium dieser Chromosomen, der Gene, die sie enthalten, und ihrer Vererbung wird zusammen als Genetik bezeichnet.,
Gregor Mendel ist als Vater der Genetik bekannt. In den 1860er Jahren verbrachte ein Augustinermönch, bekannt als Mendel, zehn Jahre damit, die Vererbung von Merkmalen in Erbsenpflanzen zu studieren. Durch die Kreuzung von Pflanzen mit unterschiedlichen Höhen und Blütenfarben konnte er feststellen, dass solche Merkmale von Eltern auf Nachkommen übertragen werden. Nicht nur dies, sondern das resultierende ausgestellte Merkmal ist eine Kombination aus dem, was die Mutterpflanzen zeigen. Als solches konnte er feststellen, dass Merkmale von zwei Versionen eines Gens vererbt werden, die interagieren, um einen Phänotyp bei Nachkommen zu erzeugen. Dies ist in der folgenden Tabelle dargestellt., Bestimmte Genversionen sind dominant gegenüber anderen: zum Beispiel, Die große Version ist dominant über die kurze Version des Gens, was bedeutet, dass, wenn der Nachwuchs eine große Version und eine kurze Version eines Gens enthält, Der Nachwuchs wird groß sein. Nachkommen werden nur kurz sein, wenn beide vererbten Versionen kurz sind. Diese Versionen nennen wir Allele.
Tabelle 1: Die Nachkommen, die durch verschiedene Kombinationen von Mendels Erbsenpflanzen produziert werden.
Nach Mendels Arbeit an Erbsenpflanzen und genetischer Vererbung stellten weitere Forscher fest, dass bei jeder Art Chromosomenzahlen festgelegt sind., In den meisten Eukaryoten ist die ausgestellte Zahl als diploide Zahl (2n) oder zwei vollständige Chromosomensätze bekannt: eine, die von jedem Elternteil geerbt wurde. Alle Mitglieder einer Art haben normalerweise die gleiche Chromosomenzahl. Die folgende Tabelle zeigt die diploide Chromosomenzahl mehrerer bekannter Arten.
Tabelle 2: Die diploide Chromosomenzahl mehrerer bekannter Pflanzen-und Tierarten.,
| Species | Diploid chromosome number (2n) |
| Human | 46 |
| Cat (domestic?,=“96f2fe26fa“>48 | |
| 48 | 24 |
| 48 | 42 |
| Schimpanse | 48 |
Diese Forschung führte später zu der Chromosomentheorie der Vererbung, die besagt, dass Merkmale, die in Nachkommen angezeigt werden, von Eltern vererbt werden und von Genen gesteuert werden, die auf chromosomen, die von den Eltern über Gameten an die Nachkommen weitergegeben werden.,
Genetische Variation tritt auf, wenn das Gen, das ein Merkmal steuert, mutiert, um eine neue Variante zu erzeugen, oder rekombiniert, um eine neue Variante zu erzeugen. Ein Beispiel dafür wären weiße Augen in Fruchtfliegen.
Organismen Erben zwei Kopien eines Gens, eine von jedem Elternteil. Diese Kopien sind als Allele bekannt. Es gibt verschiedene Interaktionsebenen zwischen diesen Allelen, die bestimmen, welche Kopie des Gens exprimiert wird. Dominante Merkmale werden über rezessive Merkmale ausgedrückt (wie das Beispiel von Mendels Erbsenpflanzen oben)., Das Gesetz des unabhängigen Sortiments regelt, wie zwei kontrastierende Merkmale mit jeweils einem Satz Allele ausgedrückt werden. Gelegentlich beeinflussen zwei oder mehr Gene ein einzelnes Merkmal, was zu Expressionsgraden dieses Merkmals führt, wie z. B. Fellfarbe in Labradoren. Dies wird als unvollständige oder teilweise Dominanz bezeichnet. Gene, die sich auf dem X-Chromosom befinden, werden bei männlichen und weiblichen Nachkommen unterschiedlich exprimiert, da der männliche Nachwuchs nur ein Allel für dieses Merkmal hat. Codominante Allele werden gleichzeitig exprimiert, wie MN-Blutgruppen beim Menschen., Die ABO-Blutgruppen beim Menschen werden von mehreren Allelen in der Population kontrolliert, von denen bis zu vier von den Eltern auf die Nachkommen übertragen werden können. Auch bestimmte Allele sind tödlich. Dies können tödliche rezessive Mutationen sein, bei denen eine Doppelkopie dieses Allels den Organismus tötet, eine rezessive tödliche Kopie jedoch von der anderen „gesunden“ Kopie maskiert wird. Ein Allel mit einer dominanten tödlichen Mutation reicht aus, um zum Tod eines Organismus zu führen. Temperatur-und Umgebungsvariablen können auch die Genexpression beeinflussen.,
Alternierende Lebenszyklen
Einige Organismen wie Pilze haben wechselnde Lebenszyklen, in denen sowohl haploide als auch diploide Formen in der Natur auf natürliche Weise auftreten, die als Generationswechsel bezeichnet werden. Die Fruchtstruktur (Teleomorph) des Pilzes produziert Sporen (Einheit der asexuellen Fortpflanzung, die für die Ausbreitung angepasst ist). Diese Einheit ist in der Lage, Hyphen zu bilden und durch fortgesetzte Zellteilung frei lebende haploide Individuen zu bilden. Diese Hyphen können asexuelle haploide Kolonien bilden., Andererseits können diese Einheiten durch einen Prozess der Karyogamie (Kernehe) verschmelzen und sexuelle diploide, frei lebende Individuen bilden. Einige Pilze sind heterothallisch und können sich geschlechtsreif vermehren, ohne dass ein anderer Partner erforderlich ist. Während einige andere Pilze homothallisch sind, erfordert eine andere Person mit einem anderen Paarungstyp, um sich sexuell zu vermehren. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.,
Abbildung 1: Der alternierende Lebenszyklus von Pilzen
Chromosomensätze
Diploid bezieht sich auf die Anzahl der vollständigen Chromosomensätze, die in jeder Zelle eines Organismus vorhanden sind: diploide Zellen enthalten zwei komplette Sätze. Haploide Organismen hingegen enthalten nur einen vollständigen Chromosomensatz.
Chromosomensätze können bei Meiose und gelegentlich bei Mitose verändert werden. Bei der Meiose ist die Chromosomenzahl reduziert., Chromosomensätze werden zunächst verdoppelt, um tetraploide Zellen (4n) zu erzeugen. Der Prozess der Meiose, der Geschlechtszellen produziert, spaltet die 4n-Elternzelle in vier haploide (n) Tochterzellen, die dann in der sexuellen Fortpflanzung zu einem diploiden Nachwuchs kombiniert werden können. Bei der Mitose bleibt die Chromosomenzahl erhalten. Chromosomensätze werden zunächst verdoppelt, um eine 4n-Zelle zu erstellen. Mitose spaltet dann die Elternzelle in zwei Tochterzellen mit gleichen Chromosomensätzen von 2n., Bei der Mitose enthalten die Tochterzellen die gleiche genetische Information wie die Elternzelle, während bei der Meiose jede Tochterzelle nur die Hälfte der genetischen Information der Elternzelle enthält, was eine genetische Rekombination bei den Nachkommen ermöglicht.
Was würde passieren, wenn sich dieses Chromosom nicht verdoppelt und verkleinert?
Wenn bei der Meiose keine Chromosomenverdoppelung vor der Zellteilung auftrat, würde jede der vier Tochterzellen nur ein Viertel der Chromosomen ihrer Elternzelle enthalten-so würde eine diploide Elternzelle vier Zellen mit nur einem halben Chromosomensatz produzieren., Wenn diese Geschlechtszellen kombiniert werden, um Nachkommen zu bilden, würden die Nachkommen nur haploid sein, und so wäre eine andere Spezies als die Eltern und so nicht in der Lage zu züchten. Wenn bei der Mitose keine Chromosomenverdopplung vor der Zellteilung auftrat, würde jede der beiden Tochterzellen nur einen Chromosomensatz aus ihrer Elternzelle enthalten. Dies würde zu einer Person mit Zellen unterschiedlicher Chromosomenzahlen führen, was zu genetischen Mutationen führen würde., Wenn bei der Meiose keine Chromosomenreduktion auftrat, würde die Kombination zweier Zellen zur Bildung von Nachkommen zu Nachkommen mit der doppelten Anzahl von Chromosomen eines Elternteils oder eines 4n-Chromosomensatzes führen. Dieser Nachwuchs wäre dann eine andere Spezies. Wenn bei der Mitose keine Chromosomenreduktion auftrat, enthielten die resultierenden Tochterzellen jeweils einen 4n-Chromosomensatz und wären daher mit dem Rest des Organismus unvereinbar.
Was passiert, wenn die Chromosomenzahl nicht gehalten wird?,
Die Prozesse der Mitose und Meiose sind so strukturiert, dass die Anzahl der Chromosomen der Nachkommen die des Elternteils widerspiegelt. Manchmal gehen die Dinge jedoch schief, und das ist nicht der Fall. Eine Nichtdisjunktion tritt auf, wenn die Karyokinese nicht richtig erfolgt: Chromosomen trennen sich nicht in ihre Schwesterchromatiden, was zu Tochterzellen mit ungleicher Chromosomenzahl führt. Die Monosomie tritt nach der Nichtdisjunktion in der Tochterzelle auf, die weniger Chromosomen enthält – diese Zelle enthält ein Chromosom weniger oder ein Chromosom, wo sie zwei enthalten sollte., Die andere Tochterzelle zeigt eine Trisomie – sie enthält ein zusätzliches Chromosomeoder drei Chromosomen, wo sie zwei enthalten sollte. Polyploidie tritt auf, wenn eine Zelle mehr als zwei haploide Chromosomensätze enthält (z. B. triploide oder tetraploide Zellen). Autopolyploidie bedeutet, dass mehr als zwei haploide Chromosomensätze derselben Spezies vorhanden sind; Dies kann als Folge einer unvollständigen Segregation bei der Meiose auftreten oder wenn zwei Samenzellen dieselbe Eizelle befruchten., Allopolyploidie ergibt sich, wenn die Elternzellen nicht von derselben Spezies sind, was zu einer Tochterzelle führt, die einen vollständigen diploiden Chromosomensatz von jeder Elternzelle enthält. Ein Beispiel dafür ist ein Maultier, eine Kreuzung zwischen Pferd und Esel. Solche Organismen sind normalerweise steril. Das Ergebnis dieser Ereignisse ist Aneuploidie oder eine Zelle, die keine diploide Chromosomennummer enthält. Dies ist die Grundlage für viele genetische Erkrankungen wie das Down-Syndrom (infolge Trisomie) oder das Edwards-Syndrom (ebenfalls infolge Trisomie).
Abbildung 2: Der vollständige Chromosomensatz einer Frau mit Down-Syndrom., Trisomie tritt auf dem 21.
Andere Anomalien in Chromosomensätzen umfassen eine Änderung der Anordnung des Chromosomensatzes. Eine Deletion eines Teils eines Chromosoms beim Menschen kann zu Krankheiten wie dem cri du Chat-Syndrom führen; eine Wiederholung eines Teils eines Chromosoms, die aus einer ungleichen Kreuzung von genetischem Material während der Meiose resultiert., Inversionen von Gensequenzen, Translokationen von Chromosomensegmenten, können beim Menschen zum familiären Down-Syndrom führen; und fragile Stellen in Chromosomen, wie das Martin-Bell-Syndrom beim Menschen, eine häufige Ursache für geistige Behinderung.
Was ist der Unterschied zwischen Haploid und Diploid? Was bedeutet es?
Ein haploider Chromosomensatz tritt bei Eukaryoten auf, wenn eine Geschlechtszelle oder ein Gamet produziert wird. Diese Zelle enthält die Hälfte des genetischen Materials oder Chromosomen ihrer Elternzelle.
Ein diploider Chromosomensatz tritt in den meisten Eukaryoten in somatischen Zellen auf, dh in nichtgeschlechtlichen Zellen., Diese Zellen enthalten den gesamten Satz von genetischem Material oder Chromosomen des Organismus oder das Doppelte des haploiden Chromosomensatzes. Somit befindet sich der gesamte Gensatz eines Organismus in jeder Zelle dieses Organismus.
Die Darstellung des diploiden Chromosomensatzes eines Organismus wird als Karyotyp bezeichnet. Der Karyotyp ist in der Reihenfolge der Größe der Chromosomen und der Lage des Zentromers organisiert.
Abbildung 3: Karyotyp eines menschlichen Mannes mit einer diploiden Chromosomenzahl von 46.,
Zusammenfassung Haploid vs. Diploid
Diploiden und haploiden Zellen und Organismen in der Natur vorkommen. Die Unterschiede zwischen haploiden und diploiden Chromosomensätzen liegen in der Anzahl der vorhandenen Chromosomen und in den Zelltypen, in denen sie auftreten. Haploide Zellen enthalten die Hälfte der Chromosomenzahl von diploiden Zellen und sind meist Keimzellen, während diploide Zellen somatische Zellen sind. Einige Organismen haben einen haploiden und einen diploiden Lebenszyklus, wie Algen., Diploide Zellen vermehren sich über Mitose und erzeugen Tochterzellen, die mit den Elternzellen und einander identisch sind. Haploide hingegen vermehren sich über Meiose und produzieren Nachkommen oder Zellen, die sich von anderen Elternteilen unterscheiden, aber ein wenig von jedem Elternteil und jeder Zelle enthalten, die sich von den anderen unterscheidet.
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