Мейоз, биология

С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.

Здесь и в дальнейшем мы будем пользоваться генетической формулой клетки, где “n” – число хромосом, а “c” – число ДНК (хроматид). Напомню, что в состав каждой хромосомы может входить как одна молекула ДНК (одна хроматида) (nc), либо две (n2c).

Клеточный цикл включает в себя несколько этапов: деление (митоз), постмитотический (пресинтетический), синтетический, постсинтетический (премитотический) период. Три последних периода составляют интерфазу – подготовку к делению клетки.

Разберем периоды интерфазы более подробно:

• Пресинтетический (постмитотический) период G1 – 2n2c

Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.

• Синтетический период S – 2n4c

Длится 6-10 часов. Важнейшее событие этого периода – удвоение ДНК, вследствие которого к концу синтетического периода каждая хромосома состоит из двух хроматид. Активно синтезируются структурные белки ДНК – гистоны.

• Постсинтетический (премитотический) период G2 – 2n4c

Короткий, длится 2-6 часов. Это время клетка тратит на подготовку к последующему процессу – делению клетки, синтезируются белки и АТФ, удваиваются центриоли, делятся митохондрии и хлоропласты.

Митоз (греч. μίτος – нить)

Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.

Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.

• Профаза – 2n4c
• Бесформенный хроматин в ядре начинает собираться в четкие оформленные структуры – хромосомы – происходит это за счет спирализации ДНК (вспомните мой пример ассоциации хромосомы с мотком ниток)
• Оболочка ядра распадается, хромосомы оказываются в цитоплазме клетки
• Центриоли перемещаются к полюсам клетки, образуются центры веретена деления



• Метафаза – 2n4c

ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).



• Анафаза – 4n4c

Самая короткая фаза митоза. Хромосомы, состоящие из двух хроматид, распадаются на отдельные хроматиды. Нити веретена деления тянут хроматиды (синоним – дочерние хромосомы) к полюсам клетки.



• Телофаза – 2n2c

В этой фазе хроматиды (дочерние хромосомы) достигают полюсов клетки.

• Начинается процесс деспирализации ДНК, хромосомы исчезают и становятся хроматином (вспомните ассоциацию про раскрученный моток ниток)
• Появляется ядерная оболочка, формируется ядро
• Разрушаются нити веретена деления

В телофазе происходит деление цитоплазмы – цитокинез (цитотомия), в результате которого образуются две дочерние клетки с набором 2n2c. В клетках животных цитокинез осуществляется стягиванием цитоплазмы, в клетках растений – формированием плотной клеточной стенки (которая растет изнутри кнаружи).

Образовавшиеся в телофазе дочерние клетки 2n2c вступают в постмитотический период. Затем в синтетический период, где происходит удвоение ДНК, после чего каждая хромосома состоит из двух хроматид – 2n4c. Клетка с набором 2n4c и попадает в профазу митоза. Так замыкается клеточный цикл.

Биологическое значение митоза очень существенно:

• В результате митоза образуются дочерние клетки – генетические копии (клоны) материнской.
• Митоз является универсальным способом бесполого размножения, регенерации и протекает одинаково у всех эукариот (ядерных организмов).
• Универсальность митоза служит очередным доказательством единства всего органического мира.

Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).

Мейоз

Мейоз (от греч. μείωσις — уменьшение), или редукционное деление клетки – способ деления клетки, при котором наследственный материал в них (число хромосом) уменьшается вдвое. Мейоз происходит в ходе образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений.

В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).

Как уже было сказано, мейоз состоит из двух делений: мейоза I (редукционного) и мейоза II (эквационного). Первое деление называют редукционным (лат. reductio – уменьшение), так как к его окончанию число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление – эквационное (лат. aequatio — уравнивание) очень похоже на митоз.

Приступим к изучению первого деления мейоза. За основу возьмем клетку с двумя хромосомами и удвоенным (в синтетическом периоде интерфазы) количеством ДНК – 2n4c.

• Профаза мейоза I

Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер. Конъюгация (лат. conjugatio — соединение) – сближение гомологичных хромосом друг с другом. Гомологичными хромосомами называются такие, которые соответствуют друг другу по размерам, форме и строению. В результате конъюгации образуются комплексы, состоящие из двух хромосом – биваленты (лат. bi – двойной и valens – сильный). После конъюгации становится возможен следующий процесс – кроссинговер (от англ. crossing over — пересечение), в ходе которого происходит обмен участками между гомологичными хромосомами. Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.

• Метафаза мейоза I

Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.

• Анафаза мейоза I

Нити веретена деления сокращаются, вследствие чего биваленты распадаются на отдельные хромосомы, которые и притягиваются к полюсам клетки. В результате у каждого полюса формируется гаплоидный набор будущей клетки – n2c, за счет чего мейоз I и называется редукционным делением.

• Телофаза мейоза I

Происходит цитокинез – деление цитоплазмы. Формируются две клетки с гаплоидным набором хромосом. Очень короткая интерфаза после мейоза I сменяется новым делением – мейозом II.

Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).

В результате мейоза I и мейоза II мы получили из диплоидной клетки 2n4c гаплоидную клетку – nc. В этом и состоит сущность мейоза – образование гаплоидных (половых) клеток. Вспомнить набор хромосом и ДНК в различных фазах мейоза нам еще предстоит, когда будем изучать гаметогенез, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки – половые клетки (гаметы).

Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.

Помните, что до мейоза происходит удвоение ДНК в синтетическом периоде. Из-за этого уже в начале мейоза вы видите их увеличенное число – 2n4c (4 хромосомы, 8 молекул ДНК). Я понимаю, что хочется написать 4n8c, однако это неправильная запись!) Ведь наша исходная клетка диплоидна (2n), а не тетраплоидна (4n) 😉

Итак, самое время обсудить биологическое значение мейоза:

• Поддерживает постоянное число хромосом во всех поколениях, предотвращает удвоение числа хромосом
• Благодаря кроссинговеру возникают новые комбинации генов, обеспечивается генетическое разнообразие состава гамет
• Потомство с новыми признаками – материал для эволюции, который проходит естественный отбор

Бинарное деление надвое

Митоз и мейоз возможен только у эукариот, а как же быть прокариотам – бактериям? Они изобрели несколько другой способ и делятся бинарным делением надвое. Оно встречается не только у бактерий, но и у ряда ядерных организмов: амебы, инфузории, эвглены зеленой.

При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.

Амитоз (от греч. ἀ – частица отрицания и μίτος – нить)

Способ прямого деления клетки, при котором не происходит образования веретена деления и равномерного распределения хромосом. Клетки делятся напрямую путем перетяжки, наследственный материал распределяется “как кому повезет” – случайным образом.

Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.

Мейоз в ЕГЭ по биологии: задания и теория ⋆ MAXIMUM Блог

Продолжаем разбираться с делением клетки! Эта тема не ограничивается митозом, о котором я рассказала в прошлый раз. В этой статье я расскажу про мейоз в ЕГЭ по биологии — второй, но не менее важный способ деления. Вас ждет необходимая теория и разбор нескольких заданий!

Что такое мейоз?

Мейоз — это деление, при котором образуются половые клетки: яйцеклетки у самок и сперматозоиды у самцов.

В мейоз вступают клетки с набором 2n2c, поэтому я предостерегаю вас от использования формулировки «деление половых клеток». Правильнее будет охарактеризовать его как деление, в результате которого образуются половые клетки.

Чтобы решать задания на мейоз в ЕГЭ по биологии, нужно разобраться в его процессе и фазах — этим мы сейчас и займемся.

Напомню, что буквой n принято обозначать количество хромосом в клетке, а с – количество ДНК.  Причем n и  c – это количество наборов, а не штук. Например, в соматической клетке человека набор 2n2с – 46 хромосом, в каждой из которых по 1 молекуле ДНК (тоже 46), а в соматической клетке собаки 2n2c – 78 хромосом и 78 молекул ДНК.

Интерфаза

Как и в митозе, перед делением проходит подготовительная стадия – интерфаза. В ней запускаются важнейшие процессы для того, чтобы клетка могла начать клеточное деление. Клетка синтезирует органические вещества и молекулы АТФ, чтобы во время мейоза ей хватило энергии и строительного материала, удваивает некоторые органоиды и молекулы ДНК.

Вот что именно происходит во время интерфазы.

• Синтез АТФ. Энергии должно хватить на весь процесс деления, а он непростой и достаточно долгий.
• Ускорение метаболизма — синтез и накопление органических веществ, будущего строительного материала для новых клеток
• Репликация ДНК. Образование двух молекул ДНК из одной,  каждая из этих молекул потом уйдет в дочернюю клетку. Удвоение ДНК – центральный процесс интерфазы, теперь в каждой хромосоме располагается по две молекулы, а набор становится 2n4c.
• Удвоение органоидов. После деления каждая клетка должна получить полный набор органоидов для оптимального функционирования.

После того, как клетка совершит все ритуалы для подготовки, она может приступать к мейозу.

Если хотите лучше понять клеточную теорию и изучить не только мейоз для ЕГЭ по биологии, но и остальные темы, приходите учиться в MAXIMUM! Записывайтесь на консультацию — вы сможете пройти диагностику по выбранным предметам ЕГЭ, поставить цели и составить стратегию подготовки, чтобы получить на экзамене высокие баллы. Все это абсолютно бесплатно!

Первое деление

Чем мейоз функционально отличается от митоза? Дело в том, что в мейозе происходит не одно деление, а два. Их так и называют: первое и второе деление мейоза. В каждом делении по 4 фазы.

Тут нам повезлоЕ называются эти фазы так же, как и фазы митоза, поэтому сложностей с ними обычно не возникает.

Между делениями не проходит интерфаза, клетка может немного «отдохнуть», но удвоения ДНК не происходит. 

Рассмотрим фазы каждого деления подробнее.

Профаза первого деления

Начинается мейоз практически так же, как и митоз. Хромосомы спирализуются, ядро и ядерная оболочка распадается, центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и начинают формировать веретено деления. А вот дальше начинается самое интересное – хромосомы встречают свою гомологичную пару.

Что же такое гомологичные хромосомы? Все мы знаем, что половину хромосом при оплодотворении получаем от материнского организма, а другую половину от отцовского.

Так вот, гомологичные хромосомы сходны по строению, размеру и несут одинаковый набор генов (но, возможно, разные аллели). Одну из таких хромосом организм получает от матери, а вторую от отца.

Такие хромосомы подходят близко друг к другу, это называется конъюгация, и могут даже обменяться участками – это кроссинговер.

После этого хромосомы хаотично располагаются в цитоплазме. При этом набор хромосом и ДНК по сравнению с интерфазой не меняется (меняется только генетическая информация), а остается таким же, как в интерфазе – 2n4c.

Метафаза первого деления

Помните, что метафаза — самая статичная и красивая из всех фаз? Хромосомы выстраиваются по экватору гомологичными парами, друг напротив друга. Нити веретена деления прикрепляются к центромере хромосомы, которая расположена ближе к тому полюсу, где находится центриоль. Таким образом, каждую хромосому нить фиксирует только  одной стороны. Набор остается 2n4c.

Нити веретена деления сокращаются и растаскивают к полюсам по одной из пары гомологичных двухроматидных хромосом. Хромосомы расходятся к полюсам, а набор в клетке не меняется, так и остается 2n4c.

Дальше клетка действует, как будто по инерции. Она продолжает работать по тому же алгоритму, что и в митозе. Поэтому в первой телофазе хромосомы деконденсируются, формируются ядра и ядерные оболочки, клетка делится на две, при этом набор в каждой из новых клеток тоже делится пополам и становится 1n2c. С этим набором клетка переходит во второе деление.

Второе деление

Хочу обратить ваше внимание на то, что дальше процессы деления будут проходить в двух получившихся клетках параллельно. Мы, конечно, будем говорить только про одну из них, но в голове держите обе.

Второе деление мейоза очень напоминает митоз (можно даже сказать о том, что оно его повторяет). Разница только в наборах и в том, что в профазе 1 между хромосомами произошел обмен генетической информацией.

Хромосомы спирализуются, растворяются ядро и ядерная оболочка. Так как хромосомы больше ничто не удерживает на месте, они хаотично располагаются по всей клетке. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и начинают формировать нити веретена деления. Набор при этом остается таким же, как в телофазе 1 – n2c.

Хромосомы выстраиваются по экватору, они потеряли свои гомологичные пары в первом делении, поэтому теперь выстраиваются в линию — как в митозе.

Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом с каждого полюса, выходит так, что каждую хромосому с двух сторон фиксирует веретено деления.

 События, происходящие в эту фазу, не приводят к изменению хромосомного набора, он остается n2c.

Нити веретена деления сокращаются и разрывают двухроматидные хромосомы на две однохроматидные сестринские хромосомы, каждая из которых несет по одной молекуле ДНК.

  Потом эти хромосомы  растаскивают по полюсам. Таким образом, из каждой хромосомы образуется две новые, количество ДНК при этом не меняется.

Просто раньше в каждой из хромосом было по две молекулы ДНК, а теперь по одной. Набор 2n2c.

Хорошо, что в телофазах события всегда одинаковые: деспирализация хромосом, формирование ядер и деление клетки на две дочерние.

Но мы помним, что во второе деление вступило две клетки, каждая из которых поделилась еще на две.

Так что в процессе мейоза образуется 4 гаплоидные клетки с набором nc, причем эти клетки генетически отличаются друг от друга и от вступившей в деление материнской клетки.

Теперь, когда мы вспомнили, как именно проходит процесс мейоза, пришло время ответить еще на один вопрос. Зачем он проходит? Это важно понимать, чтобы лучше справляться с заданиями на мейоз в ЕГЭ.

• В результате мейоза образуются половые клетки, а, следовательно, основное значение мейоза – это половое размножение.

• Мейоз – редукционное деление, при этом клетки уменьшают свой набор хромосом вдвое. Благодаря редукции поддерживается постоянство числа хромосом в поколениях. Только представьте, если бы этот процесс проходил иначе или не проходил вовсе, набор хромосом из поколения в поколение увеличивался бы вдвое. Например, у человека при оплодотворении сперматозоид, имеющий 46 хромосом, сливался бы с яйцеклеткой с таким же набором. Зародыш получил бы 92 хромосомы, а это только первое поколение! 
• В профазе первого деления мейоза происходит кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом, после этого каждая из хромосом несет уникальную генетическую информацию. Это приводит к увеличению генетического разнообразия и комбинативной изменчивости.

Задания на мейоз в ЕГЭ по биологии

В экзамене достаточно много вопросов о делении клетки, они встречаются и в первой, и во второй части. Каждое из них может принести от одного до трех первичных баллов.

Пример 1

В ядрах клеток слизистой оболочки кишечника позвоночного животного 36 хромосом. Определите число молекул ДНК в анафазе второго деления мейоза при образовании гамет? В ответ запишите только соответствующее число.

Решение. В анафазе второго деления клетки диплоидный набор  хромосом и ДНК – 2n2c, так как к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы. В клетках слизистой оболочки набор тоже диплоидный, клетка соматическая. Число молекул ДНК совпадает с диплоидным набором и равняется 36.

Ответ: 36.

Пример 2

Установите последовательность процессов, происходящих в ходе мейоза.

1. расположение пар гомологичных хромосом по экватору
2. расхождение гомологичных хромосом
3. расхождение сестринских хроматид
4. образование гаплоидных ядер с однохроматидными хромосомами
5. конъюгация

Решение. Один из вариантов решения, разобрать в какой из стадий происходит каждый из процессов, а потом расставить фазы деления по местам.

• Гомологичные хромосомы располагаются парами по экватору в первую метафазу и образуют экваториальную пластинку.
• Расхождение гомологичных, а значит двухроматидных хромосом, к полюсам происходит в анафазу первого деления.
• Сестринские хроматиды, а значит однохроматидные, расходятся к полюсам в анафазу второго деления.
• Гаплоидные ядра с однохроматидными хромосомами имеют набор nc, перед нами телофаза 2.
• Последний вариант «конъюгация» — это сближение гомологичных хромосом с образованием бивалента и происходит этот процесс в профазе первого деления.

Дальше вспоминаем последовательность фаз, для этого можно использовать слово «ПРИМАТ». Буквы в нем расположены в том же порядке, как и названия фаз во время деления.

Ответ: 51234.

Пример 3

Соматические клетки козы содержат 60 хромосом. Как изменится число хромосом и молекул ДНК в ядре при гаметогенезе перед началом деления и в конце телофазы мейоза I? Объясните результаты в каждом случае.

Решение. 

1. В соматических клетках набор 2n2c- 60 хромосом и 60 молекул ДНК.
2. В интерфазе, перед началом деления проходит репликация ДНК, набор 2n4с- 60 хромосом и 120 молекул ДНК
3. В конце телофазы мейоза I набор 1n2c- 30 хромосом и 60 молекул ДНК, так как в анафазе I к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы, а в телофазе I клетка делится на две клетки с гаплоидным набором двухроматидных хромосом.

Как видите, задания на мейоз в ЕГЭ по биологии вполне реально решить! Немного практики — и заветные баллы у вас в кармане. Если хотите разобраться в остальных темах, обязательно обратите внимание на курсы MAXIMUM.

Приходите к нам на бесплатную консультацию по подготовке к ЕГЭ — чем раньше приступите к подготовке, тем больше будет времени, чтобы найти все слабые места и проработать их.

Записывайтесь и начните путь к высоким баллам ЕГЭ уже сейчас!

Мейоз — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс)

Мейоз — это способ деления клеток, в результате которого из одной исходной  клетки с диплоидным хромосомным набором образуются четыре клетки с разными гаплоидными наборами хромосом.

Подготовка клетки к мейозу происходит в интерфазу: удваивается ДНК, накапливается АТФ, синтезируются белки веретена деления.

Мейоз включает два следующих друг за другом деления.

Первое деление мейоза (мейоз (I)) приводит к уменьшению хромосомного набора и называется редукционным. Оно включает четыре фазы.

Рис. (1). Первое деление мейоза        

Профаза (I)

Происходит скручивание молекул ДНК и образование хромосом. Каждая хромосома состоит из двух гомологичных хроматид — 2n4c.

Гомологичные (парные) хромосомы сближаются и скручиваются, т. е. происходит конъюгация хромосом.

• Затем гомологичные хромосомы начинают расходиться.
• При этом образуются перекрёсты и происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами.  
• Растворяется ядерная оболочка.
• Разрушаются ядрышки.
• Формируется веретено деления.

Рис. (2). Конъюгация хромосом и кроссинговер

1. Метафаза (I)
2. Спирализация хромосом достигает максимума.
3. Пары гомологичных хромосом (четыре хроматиды) выстраиваются по экватору клетки.
4. Образуется метафазная пластинка.
5. Каждая хромосома соединена с нитями веретена деления.
6. Хромосомный набор клетки — 2n4c.
7. Анафаза (1)
8. Гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, отходят друг от друга.
9. Нити веретена деления растягивают хромосомы к полюсам клетки.
10. Из каждой пары гомологичных хромосом к полюсам попадает только одна.
11. Происходит редукция — уменьшение числа хромосом вдвое.
12. У полюсов клетки оказываются гаплоидные наборы хромосом, состоящих из двух хроматид.
13. Хромосомный набор к концу анафазы: у полюсов —1n2c, в клетке — 2n4c.
14. Телофаза (I)
15. Происходит формирование ядер.
16. Делится цитоплазма.
17. Образуются две клетки с гаплоидным набором хромосом.
18. Каждая хромосома представлена двумя хроматидами.
19. Хромосомный набор каждой из образовавшихся клеток —1n2c.

Через короткий промежуток времени начинается второе деление мейоза. В это время не происходит удвоения ДНК. Делятся две гаплоидные клетки, которые образовались в результате первого деления.

Рис. (3). Второе деление мейоза 

• Профаза (II) 
• Ядерные оболочки разрушаются.
• Хромосомы располагаются беспорядочно в цитоплазме.
• Формируется веретено деления.
• Хромосомный набор клетки — 1n2c.
• Метафаза (II)
• Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости.
• Каждая хромосома состоит из двух хроматид.
• К каждой хроматиде прикреплены нити веретена деления.
• Хромосомный набор клетки — 1n2c.
• Анафаза (II)
• Нити веретена деления оттягивают сестринские хроматиды к полюсам.
• Хроматиды становятся самостоятельными хромосомами.
• Дочерние хромосомы направляются к полюсам клетки.
• Хромосомный набор у каждого полюса — 1n1c (в клетке — 2n2c).
• Телофаза (II)
• Формируются ядра.
• Делится цитоплазма.
• Образуются четыре гаплоидные клетки — 1n1c.
• Хромосомные наборы образовавшихся клеток не идентичны.
• Значение мейоза
• Образовавшиеся в результате мейоза клетки различаются своими хромосомными наборами, что обеспечивает разнообразие живых организмов.

Число хромосом при мейозе уменьшается в два раза, что необходимо при половом размножении. Процесс оплодотворения опять восстанавливает в зиготе диплоидный набор хромосом.

Источники:

Рис. 1. Первое деление мейоза. © ЯКласс

Рис. 2. Конъюгация хромосом и кроссинговер. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/chromosomal-crossover-genetic-recombination-during-meiosis-1864564120

Рис. 3. Второе деление мейоза. © ЯКласс

Мейоз как процесс деления клеток, основные стадии и фазы мейоза

Что такое мейоз?

Определение 1

Мейоз — это форма ядерного деления, при которой происходит уменьшение числа хромосом с диплоидного (2n) до гаплоидного (n).

Исходя из определения мейоза, такое деление сопровождается однократным удвоением хромосом, то есть, репликацией ДНК как при митозе, которое происходит в родительской клетке. Затем идут два цикла клеточных и ядерных делений — первое и второе деление мейоза.

Важно отметить, что второе деление следует непосредственно после первого, при этом синтеза ДНК в промежутке между делениями не происходит. Это значит, что между двумя делениями нет интерфазы.

Замечание 1

Мейоз у животных происходит, когда образуются спермии и яйцеклетки (гаметогенез).

Мейоз сопровождается редукцией хромосомного набора, в результате чего из каждой пары материнской клетки одна хромосома передается каждой гаплоидной гамете или споре. При последующем слиянии гамет (оплодотворении) новый организм опять получает диплоидный набор хромосом. Это гарантирует стабильность кариотипа организма конкретного вида на протяжении поколений.

В ходе мейоза два деления происходят быстро и одно за другим. Сначала осуществляется репликация или удвоение каждой хромосомы. Две образованные в итоге копии некоторое время остаются соединенными при помощи центромеры.

Из этого следует, что в каждом начинающем мейотически делиться ядре есть эквивалент четырех наборов гомологических хромосом (4с).

Поэтому для образования ядра гамет с гаплоидным (одинарным) набором хромосом нужны два ядерных деления.

Остановимся на каждой фазе мейоза подробнее.

Первое деление мейоза

Первая стадия мейоза — первое деление.

Замечание 2

Результатом первого мейотического деления (это редукционное деление) являются гаплоидные клетки (n), образованные из диплоидных клеток (2n).

Этот этап начинается с профазы I. Если кратко, то мейоз, как и митоз, на этой фазе предполагает упаковывание наследственного материала — происходит спирализация хромосом.

Одновременно с этим происходит конъюгация: наблюдается сближение гомологическим (парных) хромосом одинаковыми участками. Результатом конъюгации является образование пар хромосом — бивалентов.

Все вошедшие в мейоз хромосомы состоят из двух хроматид и обладает удвоенным наследственным материалом. По этой причине бивалент состоит из 4 нитей.

Находясь в конъюгированном состоянии, хромосомы подвержены дальнейшей спирализации. Происходит переплетение и перекрещивание отдельных хроматид гомологических хромосом.

Позже гомологические хромосомы отталкиваются и частично расходятся, в связи с чем встречается разрыв в местах переплетения хроматид.

Когда эти разрывы восстанавливаются, хроматиды гомологических хромосом обмениваются соответствующими участками.

В итоге хромосома, которая перешла к новому организму от родителя, включает часть материнской хромосомы. И наоборот.

Определение 2

Процесс перекрещивания гомологических хромосом с последующим обменом участками хроматид — это кроссинговер.

Нужна помощь преподавателя? Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

• Измененные в результате кроссинговера хромосомы (обладающие другими объединениями генов) расходятся.
• Кроссинговер — закономерный процесс, в результате которого каждый раз происходит обмен разными по размеру участками, что обеспечивает эффективную рекомбинацию материала хромосом гамет.

Далее наступает метафаза I. На этом этапе мейоза завершается формирование веретена деления. Нити этого веретена закрепляются за центромеры хромосом.

Последние, в свою очередь, таким образом соединены в биваленты, что от каждой центромеры отходит только одна нить — к одному из полюсов клетки.

Как результат — биваленты располагаются по экватору веретена деления за счет связанных с центромерами гомологических хромосом нитей.

Затем следует анафаза I. На этой стадии мейоза происходит рассоединение хромосом и расхождение их к полюсам клетки.

Замечание 3

В процессе анафазы к каждому полюсу отходит одинарный набор хромосом — он состоит из двух хроматид.

Телофаза I связана с образованием возле полюсов веретена одинарного (гаплоидного) набора хромосом. В нем каждый вид представлен не парой, а только одной хромосомой — она состоит из двух хроматид. Телофаза по длительности короткая, но за это время происходит возобновление оболочки ядра и деление материнской клетки на две дочерние.

Так за счет образования бивалентов при конъюгации гомологических хромосом в профазе I мейоза обеспечиваются условия для последующей редукции числа хромосом. Осуществляется формирование гаплоидного набора в гаметах — благодаря ему происходит расхождение в анафазе I гомологических хромосом, ранее соединенных в биваленты, а не хроматид, как во время митоза.

Второе мейотическое деление

Как уже упоминалось, второе мейотическое деление следует непосредственно за первым и похоже на обычный митоз — иногда этот процесс называют митозом мейоза. Но отличие заключается в том, что делящиеся клетки содержат гаплоидный набор хромосом.

Теперь о второй фазе мейоза кратко:

• профаза II непродолжительная;
• в ходе метафазы II происходит образование веретена деления, хромосомы размещаются в экваториальной плоскости, осуществляется соединение центромер и микротрубочек веретена деления;
• анафаза II связана с рассоединением центромер, при котором каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. Отделившиеся одна от другой дочерние хромосомы направляются к полюсам клетки;
• на этапе телофазы II расхождение хромосом заканчивается, происходит деление клетки, в результате которого из двух гаплоидных клеток формируется четыре гаплоидные дочерние клетки.

Значение мейоза

Теперь о значении мейоза кратко.

Редукционное деление регулирует постоянное увеличение количество хромосом в ходе слияния гамет. Без этого в процессе полового размножения происходило бы удваивание числа хромосом из поколения в поколение.

Определение 3

Мейоз — процесс, поддерживающий постоянное количество хромосом в клетках всех поколений каждого вида растений, животных, грибов и протистов.

Также мейоз важен потому, что, благодаря ему обеспечивается большое разнообразие генетического состава гамет. Это возможно благодаря кроссинговеру и различному объединению материнских и отцовских хромосом при их расхождении в анафазе I мейоза. Все это способствует разнообразию и разнокачественности будущего потомства в ходе полового размножения.

Также мейоз обеспечивает постоянство кариотипа в ряду поколений данного вида организмов и большое разнообразие в генетическом составе гамет и спор.

На этом материале можно проследить различия между митозом и мейозом в кратком виде.

Мейоз

☰

• Мейоз I
• Мейоз II
• Значение мейоза

Мейоз – это способ деления клеток эукариот, при котором образуются гаплоидные клетки. Этим мейоз отличается от митоза, при котором образуются диплоидные клетки.

Кроме того, мейоз протекает в два следующих друг за другом деления, которые называют соответственно первым (мейоз I) и вторым (мейоз II). Уже после первого деления клетки содержат одинарный, т. е. гаплоидный, набор хромосом. Поэтому первое деление часто называют редукционным. Хотя иногда термин «редукционное деление» применяют по отношению ко всему мейозу.

Второе деление называется эквационным и по механизму протекания сходно с митозом. В мейозе II к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды.

Мейозу, как и митозу, в интерфазе предшествует синтез ДНК – репликация, после которой каждая хромосома состоит уже из двух хроматид, которые называют сестринскими. Между первым и вторым делениями синтеза ДНК не происходит.

Если в результате митоза образуются две клетки, то в результате мейоза – 4. Однако если организм производит яйцеклетки, то остается только одна клетка, сконцентрировавшая в себе питательные вещества.

Количество ДНК перед первым делением принято обозначать как 2n 4c. Здесь n обозначает хромосомы, c – хроматиды. Это значит, что каждая хромосома имеет гомологичную себе пару (2n), в то же время каждая хромосома состоит из двух хроматид. С учетом наличия гомологичной хромосомы получается четыре хроматиды (4c).

После первого и перед вторым делением количество ДНК в каждой из двух дочерних клетках сокращается до 1n 2c. То есть гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки, но продолжают состоять из двух хроматид.

После второго деления образуются четыре клетки с набором 1n 1c, т. е. в каждой присутствует только одна хромосома из пары гомологичных и состоит она только из одной хроматиды.

Ниже приводится подробное описание первого и второго мейотического деления. Обозначение фаз такое же как при митозе: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Однако протекающие в эти фазы процессы, особенно в профазе I, несколько отличаются.

Мейоз I

Профаза I

Обычно это самая длинная и сложная фаза мейоза. Протекает намного дольше, чем при митозе. Связано это с тем, что в это время гомологичные хромосомы сближаются и обмениваются участками ДНК (происходят конъюгация и кроссинговер).

Конъюгация — процесс сцепления гомологичных хромосом. Кроссинговер — обмен идентичными участками между гомологичными хромосомами. Несестринские хроматиды гомологичных хромосом могут обменяться равнозначными участками. В местах, где происходит такой обмен формируется так называемая хиазма.

Спаренные гомологичные хромосомы называются бивалентами, или тетрадами. Связь сохраняется до анафазы I и обеспечивается центромерами между сестринскими хроматидами и хиазмами между несестринскими.

В профазе происходит спирализация хромосом, так что к концу фазы хромосомы приобретают характерную для них форму и размеры.

На более поздних этапах профазы I ядерная оболочка распадается на везикулы, ядрышки исчезают. Начинает формироваться мейотическое веретено деления. Образуются три вида микротрубочек веретена.

Одни прикрепляются к кинетохорам, другие — к трубочкам, нарастающим с противоположного полюса (конструкция выполняет функцию распорок).

Третьи формируют звезчатую структуру и прикрепляются к мембранному скелету, выполняя функцию опоры.

Центросомы с центриолями расходятся к полюсам. Микротрубочки внедряются в область бывшего ядра, прикрепляются к кинетохорам, находящимся в области центромер хромосом. При этом кинетохоры сестринских хроматид сливаются и действуют единым целым, что позволяет хроматидам одной хромосомы не разъединяться и в дальнейшем вместе отойти к одному из полюсов клетки.

Окончательно формируется веретено деления. Пары гомологичных хромосом располагаются в плоскости экватора. Они выстраиваются друг против друга по экватору клетки так, что экваториальная плоскость оказывается между парами гомологичных хромосом.

Анафаза I

Гомологичные хромосомы разъединяются и расходятся к разным полюсам клетки. Из-за произошедшего в профазу кроссинговера их хроматиды уже не идентичны друг другу.

Телофаза I

Восстанавливаются ядра. Хромосомы деспирализуются в тонкий хроматин. Клетка делится надвое. У животных впячиванием мембраны. У растений образуется клеточная стенка.

Мейоз II

Интерфаза между двумя мейотическими делениями называется интеркинезом, он очень короткий. В отличие от интерфазы удвоения ДНК не происходит.

По-сути она и так удвоена, просто в каждой из двух клеток содержится по одной из гомологичных хромосом. Мейоз II протекает одновременно в двух клетках, образовавшихся после мейоза I.

На схеме ниже изображено деление только одной клетки из двух.

Профаза II

Короткая. Снова исчезают ядра и ядрышки, а хроматиды спирализуются. Начинает формироваться веретено деления.

Метафаза II

К каждой хромосоме, состоящей из двух хроматид, прикрепляется по две нити веретена деления. Одна нить с одного полюса, другая – с другого. Центромеры состоят из двух отдельных кинетохор. Метафазная пластинка образуется в плоскости перпендикулярной экватору метафазы I. То есть если родительская клетка в мейозе I делилась вдоль, то теперь две клетки будут делиться поперек.

Анафаза II

Белок, связывающий сестринские хроматиды, разделяется, и они расходятся к разным полюсам. Теперь сестринские хроматиды называются сестринскими хромосомами.

Телофаза II

Подобна телофазе I. Происходит деспирализация хромосом, исчезновение веретена деления, образование ядер и ядрышек, цитокинез.

Значение мейоза

В многоклеточном организме мейозом делятся только половые клетки. Поэтому главное значение мейоза – это обеспечение механизма полового размножения, при котором сохраняется постоянство числа хромосом у вида.

Другое значение мейоза – это протекающая в профазе I перекомбинация генетической информации, т. е. комбинативная изменчивость. Новые комбинации аллелей создаются в двух случаях. 1. Когда происходит кроссинговер, т. е.

несестринские хроматиды гомологичных хромосом обмениваются участками. 2. При независимом расхождении хромосом к полюсам в обоих мейотических делениях.

Другими словами, каждая хромосома может оказаться в одной клетке в любой комбинации с другими негомологичными ей хромосомами.

Уже после мейоза I клетки содержат разную генетическую информацию. После второго деления все четыре клетки отличаются между собой. Это важное отличие мейоза от митоза, при котором образуются генетически идентичные клетки.

Кроссинговер и случайное расхождение хромосом и хроматид в анафазах I и II создают новые комбинации генов и являются одной из причин наследственной изменчивости организмов, благодаря которой возможна эволюция живых организмов.

plustilino © 2019. All Rights Reserved