биологический клетка митоз мейоз

Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение) - это особый способ деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния 2n в гаплоидное n. Этот вид деления был впервые описан В. Флемингом в 1882 г. у животных и Э. Страсбургером в 1888 г. у растений. Мейоз включает два последовательных деления: первое (редукционное) и второе (эквационное). В каждом делении выделяют 4 фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Все фазы первого мейотического деления обозначают цифрой I, а все фазы второго деления -- цифрой II. Мейозу предшествует интерфаза, в процессе которой происходит удвоение ДНК и клетки вступают в мейоз с хромосомным набором 2n4с (n -- хромосомы, с -- хроматиды).

Профаза I мейоза отличается значительной продолжительностью и сложностью. Ее условно разделяют на пять последовательных стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Каждая из этих стадий обладает своими отличительными особенностями.

Лептотена (стадия тонких нитей). Для этой стадии характерно наличие тонких и длинных хромосомных нитей. Число хромосомных нитей соответствует диплоидному числу хромосом. Каждая хромосомная нить состоит из двух хроматид, соединенных общим участком -- центромерой. Хроматиды очень близко сближены, и поэтому каждая хромосома кажется одиночной.

Зиготена (стадия соединения нитей). Моментом перехода лептотены в зиготену считают начало синапса. Синапс - процесс тесной конъюгации двух гомологичных хромосом. Подобная конъюгация отличается высокой точностью. Конъюгация часто начинается с того, что гомологичные концы двух хромосом сближаются на ядерной мембране, а затем процесс соединения гомологов распространяется вдоль хромосом от обоих концов. В других случаях синапс может начаться во внутренних участках хромосом и продолжаться по направлению к их концам. В результате каждый ген входит с соприкосновение с гомологичным ему геном той же хромосомы. Такой тесный контакт между гомологичными участками хроматид обеспечивается благодаря специализированной структуре - синаптонемальному комплексу. Синаптонемальный комплекс представляет собой длинное белковое образование, напоминающее веревочную лестницу, к противоположным сторонам которого плотно прилегают два гомолога.

Пахитена (стадия толстых нитей). Как только завершается синапс по всей длине хромосом, клетки вступают в стадию пахитены, на которой они могут оставаться несколько суток. Соединение гомологов становится столь тесным, что уже трудно отличить две отдельные хромосомы. Однако это пары хромосом, которые называют бивалентами. В этой стадии происходит кроссинговер, или перекрест хромосом.

Кроссинговер (от англ. crossingover - пересечение, скрещивание) - взаимный обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. В результате кроссинговера хромосомы несут комбинации генов в новом сочетании. Например, ребенок родителей, один из которых имеет темные волосы и карие глаза, а другой - светловолосый и голубоглазый, может иметь карие глаза и светлые волосы.

Диплотена (стадия двойных нитей). Стадия диплотены начинается с разделения конъюгировавших хромосом. Процесс отталкивания начинается в области центромеры и распространяется к концам. В это время хорошо видно, что бивалент состоит из двух хромосом (откуда и название стадии «двойные нити»), и что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Всего в биваленте структурно обособлены четыре хроматиды, поэтому бивалент называют тетрадой. В это же время становится видно, что тела двух гомологичных хромосом переплетаются. Фигуры перекрещенных хромосом напоминают греческую букву «хи» (ч), поэтому места перекреста назвали хиазмами. Наличие хиазм связано с произошедшим кроссинговером. По мере прохождения этой стадии хромосомы как бы раскручиваются, происходит перемещение хиазм от центра к концам хромосом (терминализация хиазм). Это обеспечивает возможность движения хромосом к полюсам в анафазе.

Диакинез. Диплотена незаметно переходит в диакинез, завершающую стадию профазы I. На этой стадии биваленты, которые заполняли весь объем ядра, начинают перемещаться ближе к ядерной оболочке. К концу диакинеза контакт между хроматидами сохраняется на одном или обоих концах. Исчезновение оболочки ядра и ядрышек, а также окончательное формирование веретена деления завершают профазу I.

Метафаза I. В метафазе I биваленты располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена прикрепляются к центромерам гомологичных хромосом.

Анафаза I. В анафазе I к полюсам отходят не хроматиды, как при митозе, а гомологичные хромосомы из каждого бивалента. В этом принципиальное отличие мейоза от митоза. При этом расхождение гомологичных хромосом носит случайный характер.

Телофаза I очень короткая, в процессе ее идет формирование новых ядер. Хромосомы деконденсируются и деспирализуются. Так заканчивается редукционное деление, и клетка переходит в короткую интерфазу, после которой наступает второе мейотическое деление. От обычной интерфазы эта интерфаза отличается тем, что в ней не происходит синтеза ДНК и дупликации хромосом, хотя синтез РНК, белка и других веществ может происходить.

Цитокинез у многих организмов происходит не сразу после деления ядер, так что в одной клетке лежат два ядра более мелких, чем исходное.

Затем наступает второе деление мейоза, сходное с обычным митозом.

Профаза II очень короткая. Она характеризуется спирализацией хромосом, исчезновением ядерной оболочки, ядрышка, формированием веретена деления.

Метафаза II. Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Центромеры, соединяющие пары хроматид, делятся (в первый и единственный раз в течение мейоза), что свидетельствует о начале анафазы II.

В анафазе II хроматиды расходятся и быстро увлекаются нитями веретена от плоскости экватора к противоположным полюсам.

Телофаза II. Для этой стадии характерно деспирализация хромосом, образование ядер, цитокинез. В итоге из двух клеток мейоза I в телофазе II образуются четыре клетки с гаплоидным числом хромосом. Описанный процесс типичен для образования мужских половых клеток. Образование женских половых клеток идет аналогично, но при овогенезе развивается лишь одна яйцеклетка, а три мелких направительных (редукционных) тельца впоследствии отмирают. Направительные тельца несут полноценные хромосомные наборы, но практически лишены цитоплазмы и вскоре погибают. Биологический смысл образования этих телец заключается в необходимости сохранения в цитоплазме яйцеклетки максимального количества желтка, потребного для развития будущего зародыша.

Таким образом, для мейоза характерно два деления: в ходе первого расходятся хромосомы, в ходе второго - хроматиды.

Разновидности мейоза. В зависимости от места в жизненном цикле организма выделяют три основных типа мейоза: зиготный, или начальный, споровый, или промежуточный, гаметный, или конечный. Зиготный тип происходит в зиготе сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия или таллома, а затем спор и гамет. Этот тип характерен для многих грибов и водорослей. У высших растений наблюдается споровый тип мейоза, который проходит перед цветением и приводит к образованию гаплоидного гаметофита. Позднее в гаметофите образуются гаметы. Для всех многоклеточных животных и ряда низших растений свойственен гаметный, или конечный, тип мейоза. Протекает он в половых органах и приводит к образованию гамет.

Биологическое значение мейоза заключается в том, что:

· поддерживается постоянный кариотип в ряду поколений организмов, размножающихся половым путем (после оплодотворения образуется зигота, содержащая характерный для данного вида набор хромосом).

· обеспечивается перекомбинация генетического материала как на уровне целых хромосом (новые комбинации хромосом), так и на уровне участков хромосом.

Сопровождающееся уменьшением числа хромосом вдвое. Он состоит из двух последовательно идущих деле­ний, имеющих те же фазы, что и митоз. Однако, как показано в таблице «Сравнение митоза и мейоза» , продолжительность отдельных фаз и происходящие в них процессы значительно отличаются от процессов, происходящих при митозе.

Эти отличия в основном состоят в следующем.

В мейозе профаза I более продолжительна. В ней происходит конъюгация (соединение гомологичных хромосом) и обмен генетической информацией . В анафазе I центроме­ры , скрепляющие хроматиды, не делятся , а к полюсам отходит одна из гомологмейоза митоза и ичных хромосом. Интерфаза перед вторым делением очень короткая , в ней ДНК не синтезируется . Клетки (галиты ), образующиеся в результате двух мейотических делений, содержат гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Диплоидность восстанавливается при слиянии двух клеток - материнской и отцовской. Опло­дотворенную яйцеклетку называют зиготой .

Митоз и его фазы

Митоз, или непрямое деление , наиболее широко рас­пространен в природе. Митоз лежит в основе деления всех неполовых клеток (эпителиальных, мышечных, нервных, костных и др.). Митоз состоит из четырех последователь­ных фаз (см. далее таблицу). Благодаря митозу обеспечи­вается равномерное распределение генетической информа­ции родительской клетки между дочерними. Период жизни клетки между двумя митозами называют интерфазой . Она в десятки раз продолжительнее митоза. В ней совершается ряд очень важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются молекулы АТФ и белков , удваивается каждая хромосома, образуя две сестринские хроматиды , скрепленные общей центромерой , увеличивается число основных органоидов цитоплазмы.

В профазе спиралируются и вследствие этого утолща­ются хромосомы , состоящие из двух сестринских хроматид, удерживаемых вместе центромерой. К концу профазы ядерная мембрана и ядрышки исчезают и хромосомы рас­средоточиваются по всей клетке, центриоли отходят к полюсам и образуют веретено деления . В метафазе проис­ходит дальнейшая спирализация хромосом. В эту фазу они наиболее хорошо видны. Их центромеры располагаются по экватору. К ним прикрепляются нити веретена деления.

В анафазе центромеры делятся, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и за счет сокращения нитей веретена отходят к противоположным полюсам клетки.

В телофазе цитоплазма делится, хромосомы раскручи­ваются, вновь образуются ядрышки и ядерные мембраны. В животных клетках цитоплазма перешнуровывается, в растительных - в центре материнской клетки образуется перегородка. Так из одной исходной клетки (материнской) образу­ются две новые дочерние.

Таблица - Сравнение митоза и мейоза

Таблица сравнения митоза и мейоза.

Все организмы состоят из клеток, они способны к развитию, размножению и росту. Митоз и мейоз — способы деления клеток. Именно с их помощью происходит размножение клеток. Эти 2 способы во многом похожи. Митоз и мейоз состоят из одинаковых фаз. При помощи мейоза размножаются половые клетки , а при помощи митоза — соматические.

Мейоз — процесс деления клеток, может привести к образованию гамет.

Митоз — процесс непрямого деления клеток-эукариотов. Благодаря ему делятся клетки грибов, растений, животных.

Сходства и различия митоза и мейоза:

• Митоз может передавать информацию от клетки к клетке. А мейоз в свою очередь передает от поколения к поколению.
• Митоз является универсальным способом размножения всех клеток тела. А мейоз — способ образования яйцеклеток и сперматозоидов.
• В результате мейоза образуются 4 клетки. Митоз приводит к образованию 2 клеток.
• При мейозе клетка получает гаплоидный набор — уменьшение числа хромосом. При митозе клетки остаются диплоидными — количество хромосом не изменяется.
• Мейоз состоит из двух делений, а митоз — из одного.

Чем стадии мейоза отличаются от стадий митоза?

Основные отличия перечислены на схеме ниже. Но в действительности их намного больше. В мейозе два стадии - мейоз 1 и мейоз 2. В мейозе по-другому изменяется набор хромосом и молекул ДНК внутри стадий. Мейоз 2 похож на митоз в анафазе 2.

Рисунок 1. Отличия митоза от мейоза

Зачем существует профаза 1 мейоза 1? Какие ей можно дать метафоры?

Смысл существования профазы 1 - разнообразие жизни на Земле, так как в ней идет кроссинговер. Более того, любая профаза (митоза и мейоза) - это великий разрушитель и созидатель одновременно. Как разрушитель она выступает при растворении ядерной оболочки и ядрышка. Как созидатель - при создании видимых двухроматидных хромосом. Созидательная сила профазы проявляется также в разросшихся микротрубочках веретена деления и в отчетливом появлении двух полюсов деления клетки.

Что такое хроматиды? Чем они отличаются от хромосом?

В конце профазы конденсация хромосом завершается. Хромосомы утолщены, отделены от ядерной мембраны. В профазе становятся видны хромосомы, состоящие из двух хроматид. Представьте, что пара рук человека - это одна хромосома. В профазе мы четко видим, что одна хромосома состоит из двух частей - двух хроматид, точно также как человек имеет две руки, правую и левую.

Что представляют собой гомологичные хромосомы в профазе?

Гомологичные хромосомы, образно говоря - это муж и жена или мужчина и женщина. Почему? Во-первых, они парные, то есть находятся рядом друг с другом. Во-вторых, они достаются организму от разных родителей, всегда разнополых. В-третьих, в этой паре хромосом содержатся два аллеля. Они отвечают за альтернативные проявления одного гена. Например, есть ген цвета волос, и он представлен двумя аллелями: светлых волос и темных волос. Хромосомы в профазе - это гении общения. Они действительно «общаются», обмениваясь участками, в которых расположены определенные аллели. Следовательно, идет обмен аллелями генов.

Что такое бивалент, тетрада?

Как вы знаете, семья состоит минимум из двух человек. Представьте, что пара рук мужчины - это одна гомологичная хромосома, пара рук женщины - вторая. Если мужчина и женщина соединят свои руки, получится метафора двух хромосом в профазе 1. Аналогично образуется бивалент. Две гомологичные хромосомы сближаются в профазе 1 для кроссинговера. Бивалент - это две объединенные в профазе 1 мейоза 1 гомологичные хромосомы. Так как в двух гомологичных хромосомах всего имеются 4 хроматиды, бивалент еще называют тетрадой.

Рисунок 2

Какова метафора кроссинговера?

Представим себе, что встретились два человека, словно две хромосомы. Допустим, данных людей сближает то, что они художники, профессионалы в одной области. Так и две хромосомы одинаковы в том, что они гомологичные - достались нам одна от отца, другая от матери, имеют взаимно параллельные участки и аллельные гены. У гипотетических художников цель общения - обмен опытом, идеями в изобразительном искусстве. Цель «общения» хромосом - обмен аллелями одного гена. Данные аллели (аллельные гены) близки тем, что они представляют один ген и отвечают за его альтернативные проявления. Например, рассмотрим ген цвета глаз. В каждой из гомологичных хромосом могут находиться по одному аллелю данного гена. Один аллель отвечает за карий цвет глаз, другой - за голубой.

После обмена идеями приобретут ли два художника новую профессию, например, инженера? Почему кроссинговер не образует новые аллели генов?

Вряд ли два наших художника изменят своему призванию. Так и гомологичные хромосомы после обмена не получат друг от друга абсолютно новых аллелей, например, аллель фиолетовых глаз. Они просто обменяются тем, что имеют. Если в одной хромосоме был аллель голубых глаз, она его передаст другой при кроссинговере. Гомологичная ей хромосома передаст свой ген карих глаз. В этом суть обмена. Сразу скажу, что совершенно новые аллели генов образуются в результате генных мутаций.

Рисунок 3. Отличия кроссинговера "до" и "после"

Сравнение митоза и мейоза

1.МИТОЗ – это деление клетки, при котором происходит равномерное распределение хромосом по дочерним клеткам. Набор хромосом дочерних клеток идентичен материнскому. Митоз характерен для соматических клеток.

МЕЙОЗ – это редукционное деление клетки, при котором у дочерних клеток происходит уменьшение числа хромосом в два раза по сравнению с материнской. В результате мейоза образуются половые клетки.

2.МИТОЗ – основа бесполого размножения, при котором потомство идентично своим родителям. Протекает в одно деление.

МЕЙОЗ – основа полового размножения, при котором потомство отличается от обоих родителей. Протекает в два деления, первое из которых называется редукционным, второе – эквационным.

3.МИТОЗ. Профаза относительно короткая, в ней происходят такие характерные как для митоза, так и для мейоза процессы, как исчезновение ядерной оболочки и утолщение хромосом в результате их спирализации, расхождение центриолей к полюсам клетки.

МЕЙОЗ. Профаза длинная, разделена на ряд подфаз, в ней происходят такие характерные только для мейоза процессы, как коньюгация (синапсис) гомологичных хромосом с образованием бивалентов и кроссинговер (обмен гомологичными участками между гомологичными хромосомами).

4.МИТОЗ. Метафаза митоза - в экваториальной плоскости выстраиваются хромосомы, к центромерам котрых присоединяются нити веретена деления.

МЕЙОЗ. В метафазе 1 в экваториальной плоскости клетки выстраиваются биваленты, к центромерам которых присоединяются нити веретена деления.

5.МИТОЗ. В анафазе каждая хромосома в результате разрыва центромеры разделяется на две сестринские хроматиды, которые расходятся к разным полюсам клетки.

МЕЙОЗ. В анафазе 1 каждый бивалент разрывается на две гомологичные хромосомы, которые отходят к разным полюсам клетки.

6.МИТОЗ. В телофазе число хроматид у каждого полюса идентично числу хромосом материнской клетки.

МЕЙОЗ. Число хромосом у каждого полюса в два раза меньше числа хромосом материнской клетки.

7.МИТОЗ. В интерфазе происходит редупликация (удвоение) ДНК.

МЕЙОЗ. Интерфаза между двумя делениями мейоза называется интеркинезом, удвоение ДНК не происходит.

8.МИТОЗ - Консервативный процесс. Генотип дочерних клеток полностью идентичен генотипу родительской клетки. Клетки, подвергающиеся митозу могут быть как диплоидные, так и гаплоидные.

МЕЙОЗ. Активный процесс. Продуцирует образование новых геномов. Клетки, вступающие в мейоз только диплоидные.