Мітоз та мейоз: поняття, фази, відмінності

Чому клітини організму постійно зростають і відтворюють самих себе? Чи можуть вони ділитися безкінечно? Що таке інтерфаза, профаза та телофаза? Запитали у Івана Полікарпова, викладача біології у Домашній школі Фоксфорда, як відбуваються процеси мітозу та мейозу.

Іван Полікарпов,
викладач біології у Домашній школі Фоксфорда

Що таке мітоз

На одному із занять у 9-му класі ми розуміємо дуже важливі процеси, які протікають в організмі практично непомітно і не піддаються контролю головного або спинного мозку, та й мозок, швидше за все, не зміг би проконтролювати таку величезну кількість клітин.

У багатоклітинному організмі є різні види клітин, які складають тканини. Мітоз - головний механізм поділу практично всіх еукаріотів, тобто клітин, в яких є ядро. Існують також клітини, які діляться мейозом.

У процесі мітозу материнська клітина ділиться на дочірні, таким чином відбувається зростання та оновлення тканин та органів. З погляду генетичної інформації всі клітини нашого організму ідентичні, крім статевих клітин, або гамет, які з'явилися завдяки мейозу. Звідки беруться різницю між клітинами різних тканин? Залежно від цього, якої тканини належить клітина, будуть відмінності у реалізації генів. Клітини м'язів будуть виробляти білки м'язових волокон, які потім призведуть до скорочення м'язів, а клітини щитовидної залози будуть виробляти гормони, які вплинуть на швидкість росту організму або обмін речовин. Незважаючи на однаковий набір генів, у різних клітинах працюють різні гени.

У існуванні клітини, або клітинному циклі, можна виділити два періоди.Мітоз – це другий період, у який клітина ділиться. Більшу частину клітинного циклу займає перший період. інтерфаза. Під час інтерфази відбувається:

• зростання клітини,
• синтез білка та інших органічних речовин клітини,
• освіта органел.

Під час інтерфази йде активний синтез та накопичення необхідних для поділу клітини речовин. Інтерфаза поділяється на три фази:

• G1-фаза (пресинтетична) — клітина росте, здійснюється синтез органічних речовин та утворення органоїдів.
• S-фаза (синтетична) - Реплікація ДНК (створення двох дочірніх молекул ДНК на основі батьківської молекули ДНК). Дві копії однієї молекули ДНК називають сестринськими хроматидами. Обидві сестринські хроматиди, доки вони з'єднані центроміром, становлять репліковану хромосому. Після поділу хроматид під час поділу клітини їх називають дочірніми хромосомами. Тобто хроматиди — половинки реплікованих хромосом, які у процесі поділу стають автономними структурами і перетворюються на хромосоми. Таким чином, кожна хромосома являє собою одну молекулу ДНК, або, перед розподілом клітини, дві абсолютно ідентичні один одному копії однієї молекули ДНК.
• ‍G2-фаза (постсинтетична) - Клітина готується до поділу: синтезуються білки, накопичується запас багатих енергією речовин (АТФ і глюкози).

Коли ці процеси завершено, клітина входить у стадію поділу, звану митозом.

У схемах поділу гаплоїдний набір хромосом позначають літерою n, а набір молекул ДНК (тобто хроматид) - літерою с. Перед літерами вказують число гаплоїдних наборів: 1n2с – гаплоїдний набір подвоєних хромосом, 2n2с – диплоїдний набір одиночних хромосом, 2n4с – диплоїдний набір подвоєних хромосом.

приклад. У клітинах людини гаплоїдний набір становлять 23 хромосоми. Значить запис 2n2с означає 46 хромосом і 46 хроматид, а 2n4с - 46 хромосом і 92 хроматиди.

Мітоз поділяється на чотири фази (спочатку в клітинах набір хромосом 2n2c):

• Профаза (2n4с) - спіралізація хромосом, руйнування оболонки ядра, утворення веретена поділу.
• Метафаза (2n4с) - прикріплення хромосом до ниток веретена поділу; Хромосоми утворюють екваторіальну (метафазну) платівку.
• Анафаза (4n4c) - центроміри сестринських хроматид поділяються, нитки веретена коротшають, в результаті дочірні хроматиди розходяться до протилежних полюсів. Такий рух триває доти, доки хроматиди, які стали самостійними хромосомами, не досягнуть полюсів.
• ‍Телофаза (2n2c) - деспіралізація хромосом; утворення ядерної оболонки; розподіл цитоплазми (цитокінез).

Деякі клітини вступають у G0-фазу (фазу спокою), в рамках якої вони перебувають у стані спокою і не діляться, але здатні виконувати свої основні функції.

Мітоз потрібен для того, щоб рівномірно розподілити хромосоми у клітинах, що утворюються, у кожній їх має бути рівно 46. Якщо в клітинах виявиться 45 або 47 хромосом, вони загинуть. Також завдяки мітозу ростуть тканини та органи, відбувається регенерація.

Що таке мейоз

Коли на занятті ми переходимо до наступного розділу, мейозу, потрібно розуміти, що збільшується кількість процесів, що відбуваються під час поділу. Найголовніше, на що ми зазвичай звертаємо увагу, - кросинговер і незалежне розходження хромосом. Ці процеси забезпечують генетичну різноманітність гамет, а отримання різноманітного потомства дуже важливо, так як невідомо, як зміняться умови довкілля.

Другий спосіб поділу еукаріотичної клітини мейоз. Це процес поділу клітини, під час якого виходять дочірні клітини – гамети. У чоловіків це сперматозоїд, а у жінок – яйцеклітина. Гамети одержують лише половину генетичної інформації батьківської клітини. Інша назва мейозу - редукційний поділ, тому що число хромосом зменшується вдвічі.

Потім гамети можуть поєднуватися, утворюючи нову клітину, що поєднує генетичну інформацію обох клітин-батьків, - зиготу. Процес злиття статевих клітин називається заплідненням. Із зиготи сформується новий організм. Кожна гамета людини містить 23 хромосоми – гаплоїдний набір (n). Коли гамети поєднуються, виходить зигота з 46 хромосомами - диплоїдний набір (2n).

Під час мейозу одна клітина із 46 хромосомами ділиться двічі. Перший поділ називається мейоз I, другий поділ - мейоз II. Інтерфаза між двома етапами поділу мейозу настільки короткочасна, що практично непомітна, і в ній не відбувається подвоєння ДНК. У результаті утворюються чотири дочірні клітини, кожна із 23 хромосомами.

Мейоз I поділяється на чотири фази, аналогічні фазам мітозу (спочатку в клітинах набір хромосом 2n2c):

• Профаза I (2n4c) - займає 90% часу. Відбувається скручування молекул ДНК та утворення реплікованих хромосом. Кожна хромосома складається із двох сестринських хроматид. Відбувається кон'югація хромосом: гомологічні репліковані хромосоми зближуються, зв'язуються та утворюють біваленти (зошити), у кожному біваленті - чотири сестринські хроматиди (від грец. tetra - Чотири). Потім відбувається кросинговер - Обмін ділянками між гомологічними хромосомами. Розчиняється ядерна оболонка. Руйнуються ядерця. Формується веретено поділу.
• ‍Метафаза I (2n4c) - біваленти вишиковуються на екваторі клітини, при цьому орієнтація центромір до полюсів абсолютно випадкова.
• Анафаза I (хромосомний набір до кінця анафази: у полюсів – 1n2c, у клітині – 2n4c) – гомологічні репліковані хромосоми відходять до різних полюсів. За рахунок випадкової орієнтації центромір розподіл хромосом до полюсів також випадково, оскільки нитки веретена прикріплюються довільно.
• ‍Телофаза I (1n2c) - відбувається деспіралізація хромосом. Якщо інтерфаза між розподілами тривала, може утворитися нова ядерна оболонка.

Мейоз II поділяється на чотири такі ж фази:

• Профаза II (1n2c) - формується нове веретено поділу, ядерна мембрана розчиняється, якщо утворювалася в телофазі I.
• Метафаза II (1n2c) - репліковані хромосоми вишиковуються в екваторіальній частині клітини, а нитки веретена прикріплюються до центромірів.
• Анафаза II (хромосомний набір у кожного полюса – 1n1c, у клітині – 2n2c) – центроміри розщеплюються, двороматидні репліковані хромосоми поділяються, і тепер до кожного полюса рухається однохроматидна хромосома.
• ‍Телофаза II (1n1c) - відбувається деспіралізація хромосом, формування ядерних оболонок та поділ цитоплазми; в результаті двох поділів з диплоїдної материнської клітини виходить чотири гаплоїдні дочірні клітини.

Біологічне значення мейозу - освіта гамет у тварин та суперечка у рослин, утворення нових поєднань генів.

А цю схему ми вигадали прямо на занятті, оскільки стало зрозуміло, що в презентації не знайшлося ілюстрації, яка б вичерпно описувала відмінності в мітозі та мейозі, показувала, які хромосоми в результаті потрапляють у різні клітини і як зрозуміти, що таке 2n4c.

Відмінність мітозу від мейозу

• У мітозі один поділ, у мейозі два.
• Мітоз - вид клітинного поділу, який потрібен для зростання та розвитку організму, а мейоз необхідний для утворення статевих клітин.
• При мітоз утворюються дві диплоїдні клітини, а при мейозі - чотири гаплоїдні.
• Мітоз є основою безстатевого розмноження на відміну мейозу.
• В результаті мітозу утворюються генетично ідентичні клітини, а в мейозі внаслідок випадкового розбіжності хромосом і кросинговеру дочірні клітини генетично відрізняються одна від одної.
• Процеси мітозу і мейозу в клітинах тварин, рослин і грибів різняться: мітоз багатьох тварин клітин регулює клітинний центр, він формує веретено поділу. У клітинах грибів і вищих рослин клітинного центру немає, оскільки присутня клітинна стінка.

Мутації та припинення поділу

У ядрах клітин нашого організму, у ДНК, постійно трапляються мутації. Досить багато мутацій відбувається при копіюванні ДНК, під час процесу реплікації. Мутації можуть бути корисними, шкідливими та нейтральними. Корисні можуть дати клітинам «суперсилу», нейтральні ніяк не позначаться на працездатності клітини, а ось шкідливі можуть призвести до серйозних наслідків, наприклад, клітина може стати раковою або почати гірше виконувати свої функції.

Загалом у тілі людини близько 30 трильйонів клітин.

Зрештою клітини припиняють відтворюватись. Ліміт Хейфліка, або межа Хейфліка, - Це обмеження числа поділів клітин живого організму. 1961 року американський мікробіолог Леонард Хейфлік виявив, що клітини можуть ділитися в клітинній системі людини 50–52 рази, після чого вмирають. Межа числа поділу клітин пов'язані з розміром теломер — ділянок кінцях ДНК.Проте у стовбурових та ембріональних клітинах працює спеціальний фермент – теломераза, який відновлює теломери, і ці клітини можуть ділитися нескінченно.

Або напишемо на пошту, якщо не вийде додзвонитися

Скільки клітин утворюється внаслідок мітозу однієї клітини?

Мітоз відбувається у клітин з диплоїдним та гаплоїдним набором хромосом. Таким чином розмножуються соматичні клітини та з'являються суперечки рослин. Мітоз проходить у кілька етапів (профаза, метафаза, анафаза, телофаза), причому у дочірніх клітинах утворюється точна копія генетичного матеріалу материнської клітини. Кількість клітин, що утворилися при мітозі однаково - дві. Мейоз відрізняється від мітозу тим, що так можуть ділитися тільки гаплоїдні клітини, з'являються варіації геному і утворюється 4 клітини внаслідок поділу.

Останні питання

Предмети

Повне або часткове копіювання матеріалів дозволяється лише із зазначенням активного гіперпосилання на https://obrazovaka.ru

• Архів питань - 1
• Архів питань - 2
• Архів питань - 3
• Архів питань - 4

• Архів питань - 5
• Архів питань - 6
• Архів питань - 7
• Архів питань - 8

• Архів питань - 9
• Архів питань - 10
• Архів питань - 11
• Архів питань - 12