Стадии митоза и мейоза. Краткое описание стадий и схемы деления клеток посредством 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.

Метафаза I

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 механизм а 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.

В многогранной науке биологии есть множество интересных и в то же время немного запутанных тем, и одной из них без сомнения являются способы деления клетки: митоз и мейоз. На первый взгляд налицо сходства митоза и мейоза – и там и там происходит деление клеток, но в тоже время между ними есть и значительные отличия. Но для начала разберем с вами, что такое митоз, что такое мейоз и каково их биологическое значение.

Что такое митоз

Митозом в биологии принято называть самый распространенный способ деления всех соматических клеток (клеток тела) любого живого существа. При нем из исходной материнской клетки образуются две дочерние, которые являются абсолютно одинаковыми по свойствам, как друг с другом, так и с материнской клеткой. Митоз наиболее распространен в природе, ведь именно он лежит в основе деления всех неполовых клеток (нервных, костных, мышечных и т. д.).

Фазы митоза

Деление клетки через митоз состоит из четырех фаз:

интерфаза – период жизни клетки между двумя митозами, именно в это время происходит ряд важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются белки и молекулы АТФ, каждая удваивается, образуя по две сестринские хромосомы, которые скрепляются одной центромерой. По сути, интерфазу можно назвать подготовительным этапом к митозу, по времени она в десятки раз продолжительнее самого митоза.
профаза – в ней происходит утолщение хромосом, состоящих из двух сестринских хроматид, которые скреплены вместе центромерой. Под конец этой фазы ядрышки и ядерная исчезают, хромосомы разбегаются по всей клетки.
метафаза – при ней происходит дальнейшая спирилизация хромосом, которые в это время очень удобно наблюдать через .
анафаза – в этой фазе происходит деление центромер, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и отходят к противоположным концам клетки.
телофаза – последняя фаза митоза, при которой происходит деление . Хромосомы раскручиваются и снова образуют ядрышки и ядерные мембраны. И таким вот образом из одной клетки получается две.

Суть митоза на картинке.

Что такой мейоз

А что же мейоз? И в чем различия митоза и мейоза? Итак, мейозом принято называть тип репродуктивного деления клетки, приводящий к образованию из одной клетки аж целых четырех. Но новообразованные клетки обладают лишь половинным гаплоидным набором хромосом. Что же это значит? А то, что, по мнению некоторых биологов, мейоз даже не является, строго говоря, размножением клетки, так как это способ образования гаплоидных клеток, то бишь спор (у растений) и гамет (у животных). Сами гаметы только после оплодотворения, которое и будет в нашем случае половым размножение, послужат образованию нового организма.

Суть мейоза на картинке.

Фазы мейоза

И, разумеется, фазы мейоза отличаются от аналогичных, у митоза. Профаза в мейозе в разы длиннее, так как в ней происходит коньюгация – соединение гомологичных хромосом и обмен генетической информацией. В анафазе центромеры не делятся. Интерфаза очень короткая и ДНК в ней не синтезируется. Клетки, образованные в результате двух мейотических делений содержат одинарный набор хромосом. И только при слиянии двух клеток: материнской и отцовской, восстанавливается диплоидность. Также помимо всего прочего мейоз протекает в два этапа, известные как мейоз І и мейоз ІІ.

Опять-таки наглядное сравнение митоза и мейоза и их фаз вы можете увидеть на картинке.

Биологическое значение митоза и мейоза

Теперь же попробуем объяснить максимально просто не только в чем отличие митоза от мейоза но и каково их биологическое значение. Посредством митоза размножаются все неполовые клетки организма, а мейоз – всего лишь способ образования именно половых клеток, но только у животных организмов, у растений же благодаря мейотическому делению размножаются споры, а затем из этих спор уже путем митоза образуются половые клетки растений – гаметы.

Подготовка к ЗНО. Биология.
Конспект 34. Клеточный цикл. Митоз. Мейоз

Клеточный цикл

Клеточный цикл – жизнь клетки от момента ее появления до деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя период подготовки к делению и собственно митоз. Выделяют две больших фазы: интерфазу и деление клетки (митоз или мейоз ).
Интерфаза состоит из трех периодов: пресинтетического, или постмитотического, – G 1 , синтетического – S, постсинтетического, или премитотического, – G 2 .

Митоз

Митоз – основной способ деления эукариотических клеток, при котором сначала происходит удвоение наследственного материала, а затем его равномерное распределение между дочерними клетками.

Выделяют четыре фазы митоза: профазу , метафазу , анафазу и телофазу . Перед митозом происходит подготовка клетки к делению, или интерфаза.
Пресинтетический период (2n 2c , где n – число хромосом, с – число молекул ДНК) – рост клетки, активизация процессов биологического синтеза, подготовка к следующему периоду.
Синтетический период (2n 4c ) – репликация ДНК.
Постсинтетический период (2n 4c ) – подготовка клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для предстоящего деления, увеличение количества органоидов, удвоение центриолей.
Профаза (2n 4c ) – демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.
Метафаза (2n 4c ) – выстраивание максимально конденсированных двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим – к центромерам хромосом.
Анафаза (4n 4c ) – деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами).
Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) – деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия). Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в растительных клетках – за счет клеточной пластинки.
Биологическое значение митоза. Образовавшиеся в результате этого способа деления дочерние клетки являются генетически идентичными материнской. Митоз обеспечивает постоянство хромосомного набора в ряду поколений клеток. Лежит в основе таких процессов, как рост, регенерация, бесполое размножение и др.

Мейоз

Мейоз – это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Состоит из двух последовательных митотических делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n 4c ) образуются две гаплоидные (1n 2c ).
Интерфаза 1 (в начале – 2n 2c , в конце – 2n 4c ) – синтез и накопление веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличение размеров клетки и числа органоидов, удвоение центриолей, репликация ДНК, которая завершается в профазе 1.
Профаза 1 (2n 4c ) – демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер. Конъюгация – процесс сближения и переплетения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом . Кроссинговер – процесс обмена гомологичными участками между гомологичными хромосомами.
Метафаза 1 (2n 4c ) – выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим – к центромерам хромосом.
Анафаза 1 (2n 4c ) – случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая – к другому), перекомбинация хромосом.
Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) – образование ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.
Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.
Интерфаза 2 или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.
Профаза 2 (1n 2c ) – демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.
Метафаза 2 (1n 2c ) – выстраивание двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к центриолям, другим – к центромерам хромосом; 2 блок овогенеза у человека.
Анафаза 2 (2n 2с) – деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), перекомбинация хромосом.
Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) – деконденсация хромосом, образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.
Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие гамет.

Амитоз

Амитоз – прямое деление интерфазного ядра путем перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла. Описан для стареющих, патологически измененных и обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна вернуться в нормальный митотический цикл.

Так дотошно расписанные в любом учебнике. Неужели здесь нужно добавлять что-то ещё?

Но не спешите с выводами, а положитесь, пожалуйста, на мой опыт репетитора по биологии. То, о чем мы сегодня поговорим, может оказаться многим полезным. А говорить мы будем о тех недоразумениях, которые возникают на экзаменах при ответе на эти вопросы.

И вообще о возможных ошибках молодости, когда самую главную жизненную информацию порой пропускаем «мимо ушей»…

Опять, возможно, начну с долей критики в адрес учебников. Тема деления, настолько важна, что ей уделяется действительно много места. Казалось бы, что еще может быть лучше: для объяснения процессов приводится груда цветных иллюстраций и всевозможных схем.

Митоз — четыре этапа деления. Мейоз — аж восемь этапов деления с указанием не только самих названий процессов, но и с подробнейшим описанием того, что с какой клеточной «бякой» на каждом этапе происходит.

Согласен, что для сдачи экзамена все эти «дотошности» приходится выучить, а вернее вызубрить. То есть — это все запоминается на короткую память. Но из-за груды частных мелочей ускользает самое главное, не помнится потом сама суть и значение явлений.

А что должно действительно остаться в голове надолго, чтобы в итоге не делать самых простых ошибок ни на экзаменах, ни, что еще важнее, в своей жизни.

1. Хотя бы не путать сами названия процессов друг с другом

А то получается как с понятиями — сами названия процессов помнятся, но в 50% случаев с точностью до наоборот.

После «растаскивания» к полюсам материнской клетки в анафазе митоза одно хроматидных хромосом, во вновь образующихся двух дочерних клетках содержание ДНК становится идентичным исходной материнской клетке — 2n2с .

Поскольку в результате митоза из одной исходной клетки (говорят «материнской клетки») образуются две полноценные клетки, с совершенно идентичной исходной клетке генетической информацией, то митоз можно назвать термином «размножение» — это бесполое размножение.

А какова суть мейоза?

Само слово «мейоз» можно произнести мягко, нараспев (м-е-е-е-й-оз) — это тип редукционного деления клетки, приводящий к образованию из одной клетки четырех, но с половинным, гаплоидным набором хромосом (1n1с ).

И вот сейчас, запомните мою крамольную мысль. Мейоз в отличие от митоза — это не размножение. Это способ образования гаплоидных клеток (спор — у растений и половых клеток гамет — у животных). Гаметы лишь после процесса оплодотворения, который в данном случае и является половым размножением, послужат образованию нового организма.

Еще раз обращаю ваше внимание, что у животных организмов мейозом делятся клетки специализированных тканей гонад, из которых образуются гаметы или половые клетки. А у растений мейозом образуются споры, у уже потом путем митозов образуются гаметы.

Мейозу, как и митозу, предшествует удвоение генетического материала клетки, но мейоз протекает в два этапа мейоз I и мейоз II.

Сама редукция числа хромосом, то есть уменьшение их количества в два раза происходит уже после первого этапа мейоза, поскольку а профазу мейоза I происходила коньюгация гомологичных хромосом, но хромосомы в двух образовавшихся гаплоидных клетках остаются еще двухроматидными (1n2c ).

Между мейозом I и мейозом II проходит очень мало времени, дополнительного удвоения ДНК не происходит и снова каждая клетка образует две гаплоидные клетки (1n ), но они уже «нормальные» — однохроматидные (1с ).

2. Что еще очень важно помнить любому, особенно молодым людям — потенциальным родителям

Именно при мейозе при созревании половых клеток могут происходить в результате коньюгации гомологичных хромосом всякие «перетасовки» генетического материала между гомологичными хромосомами в профазу I мейоза — кроссинговер.

И в этот момент образования и яйцеклеток, и сперматозоидов особенно важно, что бы не было воздействия на организм человека никаких неблагоприятных факторов (нервных потрясений, больших доз лекарственных препаратов, алкоголя, никотина и других наркотических средств), способных привести к ошибкам кроссинговера при мейозе (а, значит, и к появлению генетически неполноценного потомства).

3. На что еще следует обратить внимание

Даже если хорошо помнится, что митозом размножаются все соматические клетки организма, а мейоз — способ образования половых клеток, допускается следующая ошибка.

Да, мейоз — способ образования половых клеток, но… Но только у организмов!!! Снова хочу подчеркнуть, что у всех высших (мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений) мейотическому делению подвергаются споры! В дальнейшем из гаплоидных спор путем митозов растений — гаметы.

Авторам школьных учебников следовало бы именно на это обратить внимание, поскольку составители тестовых заданий любят (и они правы) включать вопросы по основополагающим процессам функционирования живых систем. А способы размножения клеток живых организмов и способы полового размножения организмов разных таксонов как раз и относятся к таким процессам.

_______________________________________________________________________________

Сейчас пишу и думаю, как все-таки жаль, что этот блог в интернете пока невидимка (надеюсь, что «пока»). Ведь информация этого поста полезна всем, особенно молодому поколению, чтобы из-за незнания потом всю жизнь не расплачиваться здоровьем своих детей.

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

Перечислить уровни организации живой материи и признаки, характеризующие живой организм.
Кратко рассказать о том, как происходит репликация ДНК.
Описать строение хромосомы эукариотической клетки.
Перечислить основные события митоза и охарактеризовать функцию митоза при клеточном делении.
Указать отличие митоза от мейоза.
Рассказать о значении мейоза и оплодотворения в осуществлении преемственности между поколениями.
Указать закономерности индивидуального развития.
Обсудить преимущества, имеющиеся у организмов с чередованием полового и бесполого размножения на протяжении жизненного цикла.
Рассказать о преимуществах и недостатках полового размножения по сравнению с бесполым.
Привести доказательства в пользу гипотезы о том, что почти при всех системах скрещивания право выбора принадлежит самке.
Рассмотреть возможные причины моногамии у человека.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000