Mayoz Bölünme Nedir? Evreleri, Kromozom Sayısı ve Genetik Çeşitlilik

Mayoz bölünmenin tanımı, amacı ve gerçekleştiği hücreler

Mayoz bölünme, kromozom sayısı iki takım olan diploit bir hücrenin art arda iki çekirdek bölünmesi geçirerek kromozom sayısı tek takıma düşürülmüş haploit hücreler oluşturmasıdır. Bu bölünmenin temel amacı, eşeyli üremede birleşecek hücrelerin kromozom sayısını yarıya indirmektir. Böylece iki haploit hücre birleştiğinde oluşan yeni canlıda kromozom sayısı yeniden diploit düzeye ulaşabilir. Mayoz, vücut hücrelerinin büyümesi veya yenilenmesi için kullanılan sıradan bir bölünme değildir; üreme hücrelerinin oluşumuna hizmet eden hücrelerde gerçekleşir.

Mayozdan önce hücre döngüsünün hazırlık evreleri yaşanır. Özellikle S evresinde DNA eşlenir ve her kromozom, sentromer bölgesinde birbirine bağlı iki kardeş kromatitten oluşur. Ancak DNA’nın bir kez eşlenmesine karşılık çekirdek iki kez bölünür. İlk bölünmede homolog kromozom çiftleri birbirinden ayrılır; ikinci bölünmede ise kardeş kromatitler ayrılır. Bu düzenek, tek bir diploit hücrede bulunan iki kromozom takımının dört haploit ürüne dağıtılmasını sağlar.

Örneğin bir başlangıç hücresinde bir kromozomun biri anneden, diğeri babadan gelen iki homolog kopyası bulunuyorsa, Mayoz I bu kopyaları farklı hücrelere yönlendirir. Mayoz II tamamlandığında her üründe bu kromozom çiftinden yalnızca biri bulunur. Böylece mayoz, kromozom sayısını korumak yerine onu yarıya indirerek döllenme sonrasında türün kromozom sayısının iki katına çıkmasını önler. Mayozun ayrıntılı olarak görüldüğü hücre türleri, sperm ve yumurta gibi eşey hücrelerinin oluşumuna katılan üreme öncülü hücreleridir. Spermatogenez ve oogenez süreçlerinin ayrıntıları, bu bölünmenin hücre türlerine göre nasıl farklı sonuçlar verdiğini ayrıca ele alır.

Mayoz I evreleri ve homolog kromozomların ayrılması

Mayoz I, kromozom takımı sayısının iki takımdan tek takıma indirildiği ilk bölünmedir. Bu nedenle indirgeme bölünmesi olarak adlandırılır. Mayoz I’in ayırt edici noktası, homolog kromozomların eşleşmesi ve birbirinden ayrılmasıdır; kardeş kromatitler bu aşamada birlikte kalır.

Profaz I’de DNA eşlenmesiyle oluşmuş homolog kromozomlar yan yana gelir ve eşleşir. Her homolog kromozom iki kardeş kromatit taşıdığı için eşleşmiş yapı dört kromatitten oluşan bir tetrat görünümündedir. Homologların eşleşmesi sırasında karşılıklı olmayan kromatit parçaları arasında parça değişimi gerçekleşebilir. Bu temas bölgeleri daha sonra homologların ayrılmasına yardımcı olan kesişim noktaları oluşturur. Aynı evrede çekirdek zarı parçalanır, kromozomlar yoğunlaşır ve iğ ipliklerini düzenleyen yapılar karşı kutuplara doğru yerleşir.

Metafaz I’de homolog kromozom çiftleri hücrenin ortasındaki metafaz plağında yan yana dizilir. Her homolog çiftin hangi üyesinin hangi kutba yöneleceği, diğer çiftlerden bağımsız biçimde belirlenebilir. İğ iplikleri homologların kinetokorlarına bağlanır. Anafaz I’de homolog kromozomlar birbirinden ayrılarak zıt kutuplara çekilir. Bu sırada kardeş kromatitleri bir arada tutan bağlantı korunur; dolayısıyla ayrılan birimler tek kromatitler değil, hâlâ iki kardeş kromatit taşıyan homolog kromozomlardır.

Telofaz I’de ayrılmış kromozomlar karşı kutuplara ulaşır. Bazı canlılarda yeni çekirdek zarları oluşabilir, bazı canlılarda ise çekirdek yeniden kurulmadan sitoplazma bölünür. Sitokinez tamamlandığında iki hücre oluşur. Bu hücrelerin her birinde homolog çiftlerin yalnızca birer üyesi bulunduğundan kromozom takımı sayısı yarıya inmiştir. Örneğin diploit bir hücrede aynı kromozomun anne ve baba kökenli iki homologu varsa, Mayoz I sonunda oluşan iki hücreden biri bu homologlardan birini, diğeri diğerini alır; fakat her kromozom hâlâ iki kardeş kromatitten oluşur.

Mayoz II evreleri ve kardeş kromatitlerin ayrılması

Mayoz II, Mayoz I sonunda oluşan iki haploit hücrenin geçirdiği ikinci çekirdek bölünmesidir. Bu aşamada kromozom takımı sayısı yeniden yarıya inmez; çünkü hücreler Mayoz I’in sonunda zaten tek kromozom takımına sahiptir. Mayoz II’nin temel görevi, her kromozomun iki kardeş kromatidini birbirinden ayırarak dört haploit hücre oluşturmaktır. Bu yönüyle Mayoz II, işleyiş bakımından mitoza daha çok benzer.

Mayoz I ile Mayoz II arasında bazı canlılarda kısa bir ara dönem, yani interkinez görülür. Bu dönemde yeni bir S evresi yaşanmaz; başka bir deyişle kromozomlar tekrar eşlenmez. Her iki hücredeki kromozomlar zaten iki kardeş kromatitten oluştuğu için ikinci bölünmeye doğrudan hazırlanabilir. Profaz II’de kromozomlar yoğunlaşır, iğ iplikleri oluşur ve çekirdek zarı varsa parçalanır. Metafaz II’de kromozomlar hücrenin ortasında tek sıra hâlinde dizilir.

Anafaz II’de kardeş kromatitleri bir arada tutan bağlantı çözülür. Kinetokorlar ayrılır ve her kromatitten biri bir kutba, diğeri karşı kutba çekilir. Bu andan sonra ayrılmış her kardeş kromatit bağımsız bir kromozom olarak değerlendirilir. Telofaz II’de kromozomların ulaştığı kutuplarda yeni çekirdekler oluşur ve sitokinezle hücre bölünmesi tamamlanır.

Örneğin Mayoz I sonunda iki hücrenin her birinde tek kromozom takımından bir kromozom bulunuyor, fakat bu kromozom iki kardeş kromatit taşıyorsa, Mayoz II bu iki kromatiti farklı kutuplara dağıtır. İki başlangıç hücresinin her biri iki hücreye ayrıldığı için süreç sonunda toplam dört haploit hücre meydana gelir. DNA’nın ikinci kez eşlenmemesi, Mayoz II’nin kromozom sayısını artırmadan mevcut kardeş kromatitleri ayırmasını mümkün kılar.

Mayoz sonunda oluşan hücrelerin kromozom sayısı ve genel özellikleri

Mayoz tamamlandığında başlangıçtaki diploit hücreden genellikle dört haploit hücre oluşur. Haploit hücrelerde her kromozom çiftinin yalnızca bir üyesi bulunur; bu nedenle başlangıç hücresindeki iki kromozom takımının yerine tek kromozom takımı vardır. Kromozom sayısının yarıya inmesi Mayoz I’de gerçekleşir. Mayoz II’de ise sayı bakımından yeni bir yarıya düşme olmaz; kardeş kromatitlerin ayrılmasıyla her haploit hücredeki kromozomların tek kromatitli hâle gelmesi sağlanır.

Oluşan dört hücre, yalnızca kromozom sayıları bakımından değil, taşıdıkları genetik bilgi bakımından da başlangıç hücresinden farklıdır. Bunun nedeni, Mayoz I sırasında homolog kromozomlar arasında parça değişimi gerçekleşebilmesi ve homolog çiftlerin kutuplara bağımsız biçimde dağılmasıdır. Böylece dört hücrenin her biri, kromozomların farklı birleşimlerini taşıyabilir. Mayoz II kardeş kromatitleri ayırdığı için bu farklı birleşimler ayrı hücrelere aktarılır.

Basit bir karşılaştırmada, diploit bir başlangıç hücresinin her kromozomdan iki homolog kopya taşıdığını düşünelim. Mayoz I sonunda oluşan iki hücrenin her birinde bu çiftlerin yalnızca birer üyesi bulunur; ancak kromozomlar iki kromatitlidir. Mayoz II sonrasında dört hücrenin her birinde tek kromozom takımı ve tek kromatitli kromozomlar bulunur. Bu hücreler genetik olarak birbirinin aynısı olmak zorunda değildir. Eşeyli üremede bu haploit hücrelerden ikisinin birleşmesi, kromozom takımlarının yeniden ikiye çıkmasını sağlar. Sperm ve yumurta oluşumunda mayozun sonucu, döllenmeye katılabilecek haploit eşey hücrelerinin ortaya çıkmasıdır.

Genetik çeşitliliğin oluşmasında parça değişimi ve bağımsız dağılım

Mayoz sonucunda oluşan hücrelerin genetik olarak farklılaşmasında iki temel mekanizma rol oynar: parça değişimi ve homolog kromozomların bağımsız dağılımı. Parça değişimi, Profaz I’de eşleşmiş homolog kromozomların kardeş olmayan kromatitleri arasında DNA parçalarının karşılıklı değiştirilmesidir. Bu olay, tek bir kromozom üzerindeki gen birleşimlerinin başlangıçtakinden farklı hâle gelmesini sağlar.

Bağımsız dağılım ise Metafaz I’de homolog kromozom çiftlerinin hücrenin ortasında birbirinden bağımsız yönelimler almasıdır. Bir çiftin hangi homologunun bir kutba gideceği, başka bir çiftin yönelimini zorunlu olarak belirlemez. Anafaz I’de homologlar ayrıldığında bu farklı yönelimler, oluşacak hücrelere farklı kromozom birleşimlerinin aktarılmasına yol açar. Mayoz II, bu kromozomları oluşturan kardeş kromatitleri ayırarak çeşitlenmiş genetik düzenlerin dört ürüne dağılmasını tamamlar. Bu nedenle aynı başlangıç hücresinden oluşan dört haploit hücre genellikle genetik olarak birbirinin aynısı değildir.

Mayoz ve mitoz arasındaki temel farklar

Mitoz ve mayoz, ökaryot hücrelerde çekirdek bölünmesini sağlayan süreçlerdir; ancak amaçları ve sonuçları farklıdır. Mitozda tek bir çekirdek bölünmesi gerçekleşir ve genellikle iki yeni hücre oluşur. Başlangıç hücresi diploitse oluşan hücreler de aynı kromozom takımı sayısını korur. Mitoz sırasında homolog kromozomlar eşleşmez ve parça değişimi gerçekleşmez. Kardeş kromatitler ayrıldıktan sonra oluşan hücreler, genetik olarak başlangıç hücresine ve çoğunlukla birbirlerine eşittir.

Mayozda ise DNA bir kez eşlenmesine rağmen iki çekirdek bölünmesi gerçekleşir. İlk bölünmede homolog kromozomlar eşleşir, parça değişimi görülebilir ve homologlar ayrılır. Bu nedenle kromozom takımı sayısı Mayoz I’de iki takımdan tek takıma düşer. İkinci bölünmede kardeş kromatitler ayrılır ve genellikle dört haploit hücre oluşur. Bu hücreler parça değişimi ve homologların bağımsız dağılımı nedeniyle genetik olarak farklıdır.

Örneğin büyüme sırasında zarar gören bir doku hücresinin yerine aynı genetik bilgiyi taşıyan hücrelerin konması mitozun sonucudur. Buna karşılık eşeyli üremeye katılacak hücrelerin kromozom sayısının yarıya indirilmesi mayozun sonucudur. Kısaca mitoz, kromozom takım sayısını koruyan tek bölünmeli bir süreçtir; mayoz ise kromozom takım sayısını yarıya indiren, iki bölünmeli ve genetik çeşitlilik oluşturan bir süreçtir. Mayozun iki bölünmesinde kromozomların doğru ayrılmasıyla ilgili özel durumlar ve kromozom sayısı bozuklukları ayrı bir başlıkta incelenir.