CO JSOU HAPLOIDNÍ BUŇKY? - BIOLOGIE - 2025

Haploidní buňka je buňka, která má genom tvořený jediné základní sadu chromozomů. Haploidní buňky mají proto genomický obsah, který nazýváme základní poplatek 'n'. Tato základní sada chromozomů je typická pro každý druh.

Haploidní stav nesouvisí s počtem chromozomů, ale s počtem chromozomů, které představují genom druhu. To znamená jeho základní zatížení nebo číslo.

Jinými slovy, pokud je počet chromozomů, které tvoří genom druhu, dvanáct, je to jeho základní číslo. Pokud buňky tohoto hypotetického organismu mají dvanáct chromozomů (tj. Se základním číslem jedna), je tato buňka haploidní.

Pokud má dvě kompletní sady (tj. 2 x 12), je diploidní. Pokud máte tři, jedná se o triploidní buňku, která by měla obsahovat celkem 36 chromozomů odvozených od 3 úplných sad.

Ve většině, ne-li ve všech prokaryotických buňkách, je genom reprezentován jedinou molekulou DNA. Ačkoli replikace se zpožděným dělením může vést k částečné diploidii, prokaryoty jsou jednobuněčné a haploidní.

Obecně se také jedná o nemolekulární genom. To znamená, že genom reprezentuje jediná molekula DNA. Některé eukaryotické organismy jsou také jednomolekulární genomy, i když mohou být diploidní.

Většina však má genom rozdělený na různé molekuly DNA (chromozomy). Kompletní sada vašich chromozomů obsahuje celý váš konkrétní genom.

Haploidy v eukaryotech

V eukaryotických organismech najdeme rozmanitější a složitější situace, pokud jde o jejich ploiditu. V závislosti na životním cyklu organismu se setkáváme například s případy, kdy mnohobuněčné eukaryoty mohou být diploidní v jednom bodě svého života a haploidní v jiném.

U stejného druhu může být také to, že někteří jedinci jsou diploidní, zatímco jiní haploidní. Nejběžnějším případem je, že tentýž organismus produkuje diploidní i haploidní buňky.

Haploidní buňky vznikají mitózou nebo meiózou, ale mohou podléhat pouze mitóze. To znamená, že jedna haploidní „n“ buňka se může rozdělit, čímž vzniknou dvě haploidní „n“ buňky (mitóza).

Na druhé straně diploidní „2n“ buňky mohou také vést ke vzniku čtyř haploidních „n“ buněk (meióza). Nikdy však nebude možné dělit haploidní buňku meiozou, protože podle biologické definice znamená meiosa dělení se snížením základního počtu chromozomů.

Je zřejmé, že buňka se základním číslem jedné (tj. Haploidní) nemůže podstoupit redukční dělení, protože neexistuje nic jako buňky s částečnými frakcemi genomu.

Případ mnoha rostlin

Většina rostlin má životní cyklus charakterizovaný tím, co se nazývá střídání generací. Tyto generace, které se v životě rostliny střídají, jsou generace sporofytů („2n“) a generace gametofytů („n“).

Když dojde k fúzi 'n' gamet, která vede k diploidnímu '2n' zygotu, je vytvořena první buňka sporofytů. Toto bude postupně rozděleno mitózou, dokud rostlina nedosáhne reprodukčního stádia.

Zde bude meiotické dělení určité skupiny '2n' buněk vést k sadě haploidních 'n' buněk, které budou tvořit takzvaný gametofyt, samec nebo samice.

Haploidní buňky gametofytů nejsou gamety. Naopak, později se rozdělí, aby dali vznik příslušným mužským nebo ženským gametám, ale mitózou.

Případ mnoha zvířat

U zvířat je pravidlem to, že meióza je gametická. To znamená, že gamety jsou produkovány meiózou. Organismus, obvykle diploidní, vytvoří soubor specializovaných buněk, které místo dělení mitózou provedou meióza a terminálním způsobem.

To znamená, že výsledné gamety představují konečný cíl této buněčné linie. Existují samozřejmě výjimky.

Například u mnoha druhů hmyzu jsou samci tohoto druhu haploidní, protože jsou produktem vývoje mitotickým růstem nefertilizovaných vajec. Po dosažení dospělosti budou produkovat také gamety, ale mitózou.

Je výhodné být haploidní?

Haploidní buňky, které fungují jako gamety, jsou hmotným základem pro generování variability segregací a rekombinací.

Pokud by tomu tak však nebylo, protože fúze dvou haploidních buněk umožňuje existenci těch, které ne (diploidy), věříme, že gamety jsou pouze nástrojem a nikoli cílem samy o sobě.

Existuje však mnoho organismů, které jsou haploidní a nevědí o evolučním nebo ekologickém úspěchu.

Bakterie a archaea

Bakterie a archaea jsou zde například dlouho, dlouho před diploidními organismy, včetně mnohobuněčných.

Určitě se spoléhají mnohem více na mutaci než jiné procesy, aby vytvořily variabilitu. Tato variabilita je však v zásadě metabolická.

Mutace

V haploidní buňce bude výsledek dopadu jakékoli mutace pozorován v jedné generaci. Proto lze jakoukoli mutaci pro nebo proti vybrat velmi rychle.

To velmi přispívá k účinné přizpůsobivosti těchto organismů. To, co není prospěšné pro organismus, se tedy může ukázat jako prospěšné pro vědce, protože je mnohem snazší dělat genetiku s haploidními organismy.

Ve skutečnosti, v haploidech může fenotyp přímo souviset s genotypem, je snazší vytvářet čisté linie a je snazší identifikovat účinek spontánních a indukovaných mutací.

Eukaryoty a diploidy

Na druhou stranu v organismech, které jsou eukaryotické a diploidní, představuje haploidie dokonalou zbraň pro testování méně užitečných mutací. Generováním gametofytů, které jsou haploidy, budou tyto buňky exprimovat pouze ekvivalent jednoho genomického obsahu.

To znamená, že buňky budou hemizygní pro všechny geny. Pokud z této podmínky vyplývá buněčná smrt, tato linie nebude přispívat gametám kvůli mitóze, a bude tak fungovat jako filtr pro nežádoucí mutace.

Podobné zdůvodnění lze použít u samců, že u některých druhů zvířat jsou haploidní. Jsou také hemizygní pro všechny geny, které nosí.

Pokud nepřežijí a nedosáhnou reprodukčního věku, nebudou mít možnost předat tuto genetickou informaci budoucím generacím. Jinými slovy, je jednodušší eliminovat méně funkční genomy.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6 ^th Edition). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Bessho, K., Iwasa, Y., Day, T. (2015) Evoluční výhoda haploidních versus diploidních mikrobů v prostředích chudých na živiny. Journal of Theoretical Biology, 383: 116-329.
3. Brooker, RJ (2017). Genetika: analýza a principy. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, USA.
4. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, USA.
5. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Úvod do genetické analýze (11 ^th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
6. Li, Y., Shuai, L. (2017) Všestranný genetický nástroj: haploidní buňky. Výzkum kmenových buněk a terapie, 8: 197. doi: 10,1186 / s13287-017-0657-4.