Mitoz ve Mayoz: İnsan Hücreleri Büyümek ve Üremek İçin Nasıl Bölünür?

İnsan vücudundaki her hücre, döllenmiş tek bir yumurtaya kadar izlenebilir ve bir hücreyi trilyonlarca hücreye dönüştüren talimatlar, mitoz ve mayoz olmak üzere iki farklı bölünme türüne dayanır. ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri'ne (NIH) bağlı Ulusal İnsan Genomu Araştırma Enstitüsü (NHGRI) ve Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü (NIGMS), bunları hücrelerin çoğalmak veya üreme için gerekli eşey hücrelerini oluşturmak amacıyla kullandığı iki temel mekanizma olarak tanımlıyor.

Hücre Döngüsü: Bölünme Nereye Oturuyor?

NHGRI'nin genetik sözlüğüne göre, bölünen bir hücre önce üç aşamadan oluşan interfazdan geçer: hücrenin bölünmeye hazırlandığı G1; tüm DNA setini kopyaladığı S aşaması (S, DNA sentezi anlamına gelir); ve yeni kopyalanan genetik materyali düzenleyip yoğunlaştırdığı G2. Bölünmenin kendisi, hücrenin iki DNA kopyasını iki yeni yavru hücreye paylaştırdığı M fazında gerçekleşir.

Mitoz: Bir Hücrenin Tıpatıp Kopyalanması

NHGRI, mitozun hem birbirine hem de ana hücreye genetik olarak özdeş iki yavru hücre ürettiğini belirtiyor. NIGMS, bunun olağan vücut büyümesi ve doku yenilenmesinden sorumlu bölünme olduğunu belirtiyor; örneğin mide zarı hücreleri birkaç günde bir kendini yenilerken, karaciğer hücrelerinin yenilenmesi bir yıla kadar sürebiliyor.

NIGMS, interfazı takip eden mitozun altı aşamasını şöyle sıralıyor: kromozomların yoğunlaştığı ve iğ aparatına bağlandığı profaz; çekirdek zarının parçalandığı ve iğin tam olarak oluştuğu prometafaz; kromozomların hücrenin merkezinde dizildiği metafaz; kardeş kromatidlerin ayrılıp zıt kutuplara doğru hareket ettiği anafaz; her iki set etrafında yeni çekirdek zarlarının oluştuğu telofaz; ve hücrenin fiziksel olarak ikiye ayrıldığı sitokinez.

Mayoz: Yumurta ve Sperm Hücrelerinin Oluşumu

Mayoz yalnızca gametleri -yumurta ve spermi- üretmek için kullanılır ve farklı şekilde işler. NHGRI, 46 kromozom (23'erlik iki set) taşıyan diploid bir hücrenin DNA'sını bir kez kopyaladığını, ancak ardından iki kez bölündüğünü ve her biri yalnızca 23 kromozom taşıyan dört haploid yavru hücre ürettiğini açıklıyor. Döllenme sırasında bir sperm hücresi ve bir yumurta hücresi birleştiğinde, her ebeveynden gelen 23 kromozomun toplamı normal diploid sayı olan 46'yı yeniden oluşturur.

Arizona State Üniversitesi'ndeki Embryo Project Encyclopedia, mayozun iki aşamada gerçekleştiğini anlatıyor. Mayoz I, profaz I, metafaz I, anafaz I ve telofaz I'e bölünen indirgeyici bölünmedir; eşleşen (homolog) kromozomların bir araya gelip 'crossing over' (çaprazlama) adı verilen bir süreçte DNA parçalarını değiş tokuş ettiği aşama profaz I'dir ve NIGMS bunun genetik çeşitliliği artırdığını belirtiyor. Mayoz II ise mitoza benzer şekilde kardeş kromatidleri ayırarak tek bir diploid ana hücreden dört haploid hücrenin oluşumunu tamamlar.

Embryo Project Encyclopedia'ya göre, yumurta ve sperm gelişimi zamanlama bakımından belirgin şekilde farklılaşır. Spermatogenez ergenlikte başlar ve her başlangıç hücresinden sürekli olarak dört canlı sperm üretir. Oogenez ise doğumdan önce başlar ancak profaz I'de belirli bir noktada ergenliğe kadar durur; bölünme yeniden başladığında hücre eşit olmayan şekilde bölünerek bir büyük, besin açısından zengin yumurta ve kutup cisimciği adı verilen küçük, atılan yapılar üretir; böylece her döngüde yalnızca bir kullanılabilir gamet ortaya çıkar.

Kısa Bir Tarihçe

Embryo Project Encyclopedia, mayozu ilk tanımlayan kişi olarak 1870'lerin ortasında deniz kestirmesi hücrelerini kullanan biyolog Oscar Hertwig'i gösteriyor. Evrimsel biyolog August Weismann 1890'da bu sürecin kromozom sayısını yarıya indirdiğini fark etti ve genetikçi Thomas Hunt Morgan 1911'de kromozomal çaprazlamayı (crossing over) gösterdi.

Mayoz Yanlış Gittiğinde

Mayoz sırasındaki hatalar tıbbi sonuçlar doğurabilir. ABD Eunice Kennedy Shriver Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsan Gelişimi Enstitüsü (NICHD), Down sendromunun, bir kromozom çiftinin düzgün ayrılamadığı 'nondisjunction' (ayrışmama) adı verilen rastgele bir hücre bölünmesi hatasından kaynaklandığını belirtiyor; bu durumda her iki kopya da ortaya çıkan hücrelerden birine gider, diğerine hiç gitmez. En yaygın biçim olan tam trizomi 21'de, her hücre 21. kromozomun iki kopyası yerine üç kopyasını taşır.

NICHD'ye göre trizomi 21 vakalarının çoğunda fazladan kromozom anneden gelen yumurtadan kaynaklanırken, %5'ten azı babanın spermasından kaynaklanıyor. Vakaların yine %5'ten azını oluşturan ayrı bir biçim olan mozaik trizomi 21 ise, kişinin hücrelerinin yalnızca bir kısmının fazladan kromozomu taşıdığı durumlarda görülüyor. NICHD, Down sendromuna neden olduğu bilinen hiçbir ebeveyn davranışı veya çevresel faktör bulunmadığını ve bu durumun yumurta veya sperm oluşumu sırasında rastgele ortaya çıktığını açıkça belirtiyor.