Mitoz ve Mayoz: Kromozom Sayısı ve Bölünme Aşamaları

Kromozom, kromatit ve homolog çiftleri ayırt etmeden bölünme anlaşılmaz

Diploit hücreler iki takım kromozom taşır ve 2n ile gösterilir. Bu iki takımın biri bir ebeveynden, diğeri diğer ebeveynden gelir. Aynı karakterlerle ilgili genleri taşıyan, biçim ve büyüklük bakımından eşleşen kromozomlara homolog kromozomlar denir. Homolog kromozomlar birbirinin kopyası değildir; aynı genlerin farklı alellerini taşıyabilir.

DNA eşlenmesinden önce bir kromozom tek kromatitlidir. DNA eşlenmesinden sonra ise aynı kromozom, sentromer bölgesinden bağlı iki kardeş kromatitten oluşur. Bu aşamada kromozom sayısı değişmez; yalnızca her kromozomdaki DNA miktarı artar. Kardeş kromatitler birbirinin kopyasıdır, homolog kromozomlar ise aynı özelliklerle ilişkili fakat genetik olarak farklı olabilir.

Örneğin 2n = 6 olan bir hücrede DNA eşlenmesinden önce 6 kromozom ve 6 kromatit bulunur. Eşlenmeden sonra yine 6 kromozom vardır; ancak kromatit sayısı 12’ye çıkar. Kardeş kromatitler ayrıldığında her biri bağımsız kromozom kabul edilir. Bu ayrım, özellikle mayoz I ile mayoz II arasındaki farkı çözmek için gereklidir.

Kromozom sayısını belirlemek için sentromerleri, DNA miktarını belirlemek için ise kromatit veya DNA miktarını takip etmek daha uygundur. Soruda özellikle kromozom sayısı soruluyorsa, iki kromatitli bir yapı çoğu durumda tek kromozom olarak değerlendirilir.

Mitozda interfazdan iki benzer kız hücreye uzanan sıra

Mitozdan önce interfazın S evresinde DNA eşlenir. İnterfaz, mitozun bir aşaması değil, hücrenin bölünmeye hazırlandığı hücre döngüsü dönemidir. Besin ve enerji hazırlığı gibi süreçlerin yanı sıra DNA eşlenmesi de bu dönemde gerçekleşir.

Profazda kromatin yoğunlaşarak belirgin kromozomlar hâline gelir ve iğ iplikleri oluşmaya başlar. Metafazda kromozomlar hücrenin ortasında tek sıra hâlinde dizilir. Anafazda kardeş kromatitler birbirinden ayrılarak zıt kutuplara taşınır. Telofazda kutuplara ulaşan kromozomların çevresinde yeni çekirdek yapıları oluşur. Sitokinez adı verilen sitoplazma bölünmesiyle iki kız hücre birbirinden ayrılır.

Mitozda homolog kromozom çiftleri eş olarak ayrılmaz; ayrılan yapılar kardeş kromatitlerdir. Bu nedenle mitoz, diploit bir hücrede kromozom sayısını korur: 2n olan ana hücreden iki adet 2n hücre oluşur. Haploit bir hücre mitoz geçirirse oluşan hücreler de haploit kalır.

Mitozun sonucu genetik açıdan ana hücreye büyük ölçüde benzer hücrelerdir. Ancak DNA eşlenmesi sırasında oluşabilecek mutasyonlar veya başlangıç hücresindeki genetik farklılıklar nedeniyle özdeşlik ifadesi koşulsuz kullanılmamalıdır. Mitoz; çok hücreli canlılarda büyüme, doku yenilenmesi ve hücre sayısının artırılmasıyla ilişkilidir. Bazı tek hücreli canlılarda ise yeni birey oluşumuna hizmet eden eşeysiz üremenin parçasıdır.

Mayoz I’de homologların ayrılması, Mayoz II’de kardeş kromatitlerin ayrılması

Mayozdan önce DNA bir kez eşlenir. Bunun ardından Mayoz I ve Mayoz II olmak üzere iki ardışık bölünme gerçekleşir. Mayoz I ile Mayoz II arasında yeni bir DNA eşlenmesi bulunmaz. Bu bilgi, mayozun neden tek bir DNA eşlenmesine karşılık iki bölünme içerdiğini açıklar.

Mayoz I’in profaz I evresinde homolog kromozomlar yan yana gelir ve tetrat adı verilen eşleşmiş yapılar oluşturur. Homolog kromozomların kardeş olmayan kromatitleri arasında parça değişimi gerçekleşebilir. Bu olaya crossing-over veya parça değişimi denir. Parça değişiminin gerçekleştiği temas noktaları kiyazma olarak adlandırılır. Bu olay, aynı homolog çiftinin kromatitlerinde yeni gen kombinasyonları oluşturabilir.

Metafaz I’de homolog kromozom çiftleri hücrenin ortasında çiftler hâlinde dizilir. Bu çiftlerin hücrenin iki kutbuna yönelimi farklı şekillerde gerçekleşebilir. Anafaz I’de homolog kromozomlar ayrılır; kardeş kromatitler ise birlikte kalır. Böylece kromozom takımlarından biri her hücreye gider ve kromozom sayısı yarıya iner.

Mayoz II, temel ayrılma yönü bakımından mitoza benzer. Kromozomlar yeniden iğ ipliklerine bağlanır ve anafaz II’de kardeş kromatitler ayrılır. Bölünmeler tamamlandığında başlangıçtaki tek hücreden dört hücre oluşur. Bu hücreler haploittir ve mayoz I’deki homologların ayrılması ile parça değişiminin sonuçları nedeniyle genetik olarak birbirinin aynı olmak zorunda değildir.

Mayozun kromozom sayısını azaltması, döllenme sonrasında türün kromozom sayısının iki katına çıkmasını önlemeye yardımcı olur. Haploit sperm ve yumurtanın birleşmesiyle diploit zigot oluşur. Bu açıklama, mayozun doğrudan yeni bireyi oluşturduğu anlamına gelmez; mayoz, döllenmeye katılabilecek hücrelerin oluşum sürecidir.

Genetik çeşitlilik yalnızca crossing-over ile açıklanmaz

Mayozdaki çeşitliliğin bir kaynağı profaz I’deki parça değişimidir. Bunun yanında homolog kromozom çiftlerinin Mayoz I metafazında birbirinden bağımsız biçimde dizilmesi ve farklı gametlerin döllenme sırasında birleşmesi de farklı gen kombinasyonlarının oluşmasına katkı sağlar.

Bu nedenle mayoz sonucunda oluşan dört hücreyi, yalnızca dört ayrı hücre oldukları için farklı kabul etmek eksik bir açıklamadır. Farklılık; homolog kromozomların hangi kutba gittiği, parça değişiminin olup olmadığı ve başlangıçtaki genetik yapının ne olduğu ile ilgilidir. Parça değişimi her homolog kromozom bölgesinde zorunlu olarak aynı şekilde gerçekleşmez; bu yüzden soruda verilen özel koşullar dikkate alınmalıdır.

Mitoz ile mayoz arasındaki farkı genetik çeşitlilik açısından şöyle kurmak daha doğrudur: Mitozda amaç, mevcut genetik düzeni koruyan hücreler üretmektir; mayozda ise kromozom sayısını azaltırken yeni gen kombinasyonlarının oluşmasına izin verilir. Bu açıklama, mitozda hiçbir farklılık oluşamayacağı anlamına gelmez; yalnızca bölünmenin temel biyolojik amacının çeşitlilik üretmek olmadığını gösterir.

Çözümlü örnekler: verilen kromozom sayısını bölünme boyunca izleme

Örnek 1 — Verilen: Bir diploit hücrenin kromozom sayısı 2n = 8’dir. Bu hücre mitoz geçiriyor.

Çözüm adımları:

1. Başlangıç hücresi 8 kromozom taşır.
2. DNA eşlenmesinden sonra kromozom sayısı 8 olarak kalır; kromatit sayısı 16 olur.
3. Mitoz anafazında kardeş kromatitler ayrılır.
4. Sitokinez tamamlandığında iki kız hücre oluşur.
5. Her kız hücre, ayrılan kromozomlardan birer takım aldığı için 8 kromozom taşır.

Sonuç: 1 adet 2n = 8 hücre → 2 adet 2n = 8 hücre. Mitoz sonunda hücre sayısı iki katına çıkar, fakat her kız hücrenin kromozom sayısı başlangıçtaki hücreyle aynı kalır.

Örnek 2 — Verilen: 2n = 8 olan bir üreme ana hücresi mayoz geçiriyor.

Çözüm adımları:

1. Başlangıçta dört homolog çift, yani toplam 8 kromozom bulunur.
2. DNA eşlenmesinden sonra hâlâ 8 kromozom vardır; her kromozom iki kardeş kromatitlidir.
3. Mayoz I’de homolog kromozomlar ayrılır. Oluşan iki hücrenin her birinde 4 kromozom bulunur; kromozomlar bu sırada iki kromatitlidir.
4. Mayoz II’de kardeş kromatitler ayrılır.
5. Dört hücrenin her biri 4 kromozom taşır ve bu hücreler haploittir.

Sonuç: 1 adet 2n = 8 hücre → 4 adet n = 4 hücre. Burada kromozom sayısını yarıya indiren temel olay Mayoz I’de homolog kromozomların ayrılmasıdır; kardeş kromatitlerin Mayoz II’de ayrılması kromozom sayısını tekrar yarıya indirmez.

Bu iki örnekte en sık yapılan hata, DNA eşlenmesinden sonra 8 kromozomun 16 kromozom olduğunu söylemektir. Doğru ifade, kromozom sayısı 8 kalırken kromatit veya DNA miktarının artmasıdır.

Sık yapılan hatalar ve sınır durumları

1. İnterfazı mitozun bir aşaması sanmak: İnterfaz, hücrenin bölünmeye hazırlandığı dönemdir. Mitozun klasik aşamaları profaz, metafaz, anafaz ve telofazdır. Sitokinez ise çekirdek bölünmesinden sonra sitoplazmanın ayrılmasıdır.

2. Mayoz I’de kardeş kromatitlerin ayrıldığını düşünmek: Mayoz I’de homolog kromozomlar ayrılır ve kardeş kromatitler birlikte kalır. Kardeş kromatitlerin ayrılması Mayoz II’de gerçekleşir.

3. DNA eşlenmesini iki kez kabul etmek: Mayoz I’den önce DNA eşlenir; Mayoz I ile Mayoz II arasında yeni bir DNA eşlenmesi olmaz.

4. Haploit kavramını tek kromatitli olmakla karıştırmak: Haploitlik, kromozom takımının tek olmasıdır; kromozomların bir veya iki kromatitli olmasıyla aynı kavram değildir. Mayoz I sonrasında hücreler haploittir, fakat kromozomlar hâlâ iki kardeş kromatit taşıyabilir.

5. Mitozda homolog kromozomların ayrıldığını söylemek: Mitozda ayrılan yapılar kardeş kromatitlerdir. Homologların eşleşip ayrılması mayoz I’e özgü ayırt edici olaydır.

6. Tüm hücrelerin aynı sıklıkta bölündüğünü düşünmek: Bölünme yeteneği ve sıklığı hücrenin türüne ve dokuya göre değişebilir. Bazı hücreler bölünme kapasitesini sınırlı kullanırken bazıları daha sık yenilenir. Bu nedenle her hücrenin sürekli mitoz geçirdiği söylenemez.

7. Mayozun doğrudan dört yeni canlı oluşturduğunu sanmak: Mayoz sonucunda dört haploit hücre oluşur; bunların üreme hücresi olarak işlev görmesi ve yeni birey oluşumu için döllenme gibi sonraki süreçlerin gerçekleşmesi gerekir.

8. Oluşan dört mayoz hücresinin kesin olarak birbirinden farklı olduğunu koşulsuz söylemek: Genetik farklılık için parça değişimi, kromozomların bağımsız dağılımı ve başlangıçtaki genetik yapı dikkate alınmalıdır. Soruda özel bir koşul verilmişse genel şema yerine o koşula göre işlem yapılmalıdır.