Мейоз. Фазы мейоза. Деление клетки – митоз, мейоз Пункты сравнения митоз мейоз

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.

1. Чем митоз отличается от мейоза?

Ответ. Митоз - универсальное деление соматических клеток, в результате которого из исходной (материнской) клетки образуются 2 дочерние клетки, генетически тождественные материнской.

Мейоз - особый способ деления, в результате которого образуется 4 клетки с набором хромосом уменьшенным вдвое по сравнению с материнской (обычно образуются клетки с гаплоидным набором хромосом) , причем все образовавшиеся клетки генетически отличаются друг от друга.

В мейозе происходит не одно деление (как в митозе) , а два последовательных деления - редукционное и эквационное.

В мейозе (в профазе первого деления) происходит конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер, а в митозе - не происходит.

В анафазе первого деления мейоза к полюсам расходятся не хроматиды, а целые хромосомы

2. Какие фазы митоза вы знаете?

Ответ. Различают следующие четыре фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. В профазе хорошо видны центриоли - образования, находящиеся в клеточном центре и играющие роль в делении дочерних хромосом животных. Центриоли делятся и расходятся к разным полюсам клетки. От центриолей протягиваются микротрубочки, образующие нити веретена деления, которое регулирует расхождение хромосом к полюсам делящейся клетки.

В конце профазы ядерная оболочка распадается, ядрышко постепенно исчезает, хромосомы спирализуются и в результате этого укорачиваются и утолщаются, и их уже можно наблюдать в световой микроскоп. Еще лучше они видны на следующей стадии митоза - метафазе.

В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. При этом хорошо видно, что каждая хромосома, состоящая из двух хроматид, имеет перетяжку - центромеру. Хромосомы своими центромерами прикрепляются у нити веретена деления. После деления центромеры каждая хроматида становится самостоятельной дочерней хромосомой.

Затем наступает следующая стадия митоза - анафаза, во время которой дочерние хромосомы (хроматиды одной хромосомы) расходятся к разным полюсам клетки.

Следующая стадия деления клетки - телофаза. Она начинается после того, как дочерние хромосомы, состоящие из одной хроматиды, достигли полюсов клетки. На этой стадии хромосомы вновь деспирализуются и приобретают такой же вид, какой они имели до начала деления клетки в интерфазе (длинные тонкие нити). Вокруг них возникает ядерная оболочка, а в ядре формируется ядрышко, в котором синтезируются рибосомы. В процессе деления цитоплазмы все органоиды (митохондрии, комплекс Гольджи, рибосомы и др.) распределяются между дочерними клетками более или менее равномерно.

Вопросы после §28

1. Что такое апоптоз?

Ответ. У простейших и бактерий деление клетки – основной способ размножения. Амеба, например, не подвергается естественной смерти, и вместо гибели она просто делится на две новые клетки. Понятно, что клетки многоклеточного организма не могут делиться бесконечно, иначе все существа, и люди в том числе, стали бы бессмертными. Этого не происходит потому, что ДНК клетки содержит особые «гены смерти», которые рано или поздно активируются. Это приводит к синтезу особых белков, которые убивают эту клетку: она сжимается, ее органоиды и мембраны разрушаются, но таким образом, чтобы их части можно было использовать вторично. Такая «запрограммированная» клеточная смерть называется апоптозом. Но от своего «рождения» до апоптоза клетка проходит множество нормальных клеточных циклов. У различных видов организмов клеточный цикл занимает разное время: у бактерий – около 20 мин, у инфузории-туфельки – от 10 до 20 ч. Клетки тканей многоклеточных организмов на ранних стадиях его развития делятся очень часто, а затем клеточные циклы значительно удлиняются. Например, сразу после рождения нейроны животных делятся часто: 80 % головного мозга формируется именно тогда. Однако большинство из этих клеток быстро теряет способность к делению, и часть из них доживает не делясь до естественной смерти животного от старости.

2. Какой цикл называют митотическим?

Ответ. Обязательным компонентом каждого клеточного цикла является митотический цикл, который включает в себя подготовку клетки к процессу деления и само деление. Кроме того, в жизненный цикл входят длинные или короткие периоды покоя, когда клетка выполняет свои функции в организме. После каждого из таких периодов клетка должна перейти либо к митотическому циклу, либо к апоптозу

3. Какие процессы происходят в клетке в интерфазу?

Ответ. Подготовка клетки к делению получила название интерфазы. Она состоит из трех периодов.

Пресинтетический период (G1) – наиболее продолжительная часть интерфазы. Он может продолжаться у различных видов клеток от 2–3 ч до нескольких суток. Этот период следует сразу же за предшествующим делением, во время него клетка растет, накапливая энергию и вещества для последующего удвоения ДНК.

Синтетический период (S), который обычно длится 6–10 ч, включает в себя удвоение ДНК, синтез белков, необходимых для формирования хромосом, а также увеличение количества РНК. К концу этого периода каждая хромосома уже состоит из двух идентичных хроматид, соединенных друг с другом в области центромеры. В этот же период удваиваются центриоли.

Постсинтетический период (G2) наступает после удвоения хромосом. Он длится 2–5 ч; за это время накапливается энергия для предстоящего митоза и синтезируются белки микротрубочек, которые впоследствии образуют веретено деления. Теперь клетка может приступать к митозу.

Прежде чем перейти к описанию способов деления клетки, рассмотрим процесс удвоения ДНК, в результате которого в синтетическом периоде образуются сестринские хроматиды.

4. В какой период интерфазы происходит репликация ДНК?

Ответ. Удвоение молекулы ДНК называют также репликацией или редупликацией. Во время репликации часть молекулы «материнской» ДНК расплетается на две нити с помощью специального фермента, причем это достигается разрывом водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями: аденином – тимином и гуанином – цитозином. Далее к каждому нуклеотиду разошедшихся нитей ДНК фермент ДНК-полимераза подстраивает комплементарный ему нуклеотид. Таким образом, образуются две двуцепочечные молекулы ДНК, в состав каждой из которых входят одна цепочка «материнской» молекулы и одна новосинтезированная («дочерняя») цепочка. Эти две молекулы ДНК абсолютно идентичны.

Сходства:

для митоза и мейоза характерны одинаковые фазы

в интерфазе происходит удвоение хромосом и ДНК

характерны для всех живых организмов, кроме бактерий

Отличия:

митоз включает одно деление клетки, мейоз – два деления (редукционное и уравнительное)

в результате митоза образуются соматические клетки, а в результате мейоза формируются гаметы и споры

в митозе ДНК удваивается перед каждым делением клетки в интерфазе, в мейозе ДНК удваивается один раз: перед первым делением в интерфазе

в митозе отсутствуют конъюгация и кроссинговер, а в мейозе осуществляются процессы конъюгации и кроссинговера

в метафазе митоза хромосомы выстраиваются в один слой по экватору клетки и содержат по 2 хроматиды каждая. В мейозе в метафазе 1 хромосомы выстраиваются по экватору клетки в 2 слоя и состоят из 4 хроматид каждая

в анафазе митоза расходятся к полюсам хроматиды, а в анафазе 1 мейоза расходятся к полюсам хромосомы

в митозе из одной материнской образуются 2 дочерние клетки (2n с), а в мейозе из одной материнской образуются 4 дочерние клетки (n c)

Решение типовых задач

Задача 1. Какой набор хромосом и сколько хроматид будет содержаться в клетке к концу интерфазы, если в деление вступает клетка с диплоидным набором хромосом? (набор хромосом обозначается n, а число хроматид – с).

Решение . В деление вступает клетка 2n c, т. к. все хроматиды идентичные, парные, но неудвоенные. В интерфазе, перед митотическим делением происходит их удвоение. Поэтому набор хромосом и количество хроматид составят 2n2c.

Задача 2. Диплоидный набор клетки составляет 8 хромосом. Сколько хроматид направляется к каждому полюсу в анафазе первого и второго мейотического деления?

Решение. Перед первым делением в интерфазе хромосомы (хроматиды) удваиваются, и количество хроматид будет равно 16. Это же количество сохранится в профазе -1 и метафазе-1. В анафазе первого мейотического деления к каждому полюсу отойдут по 8 хроматид. В анафазе второго мейотического деления к каждому полюсу направляется 4 хроматиды.

Задачи с ответами

Для организма с кариотипом 18 хромосом в метафазе -II мейоза количество хромосом и количество хроматид в клетке соответственно составляет. Ответ : 9 и 18.

Для организма (n=23) в метафазе-II мейоза количество хромосом и хроматид в клетке соответственно составляет. Ответ : 23 и 46.

Какое количество яйцеклеток и направительных телец может образоваться у животного из 40 ооцитов первого порядка? Ответ: 40 и 120.

Для организма с кариотипом 18 хромосом в анафазе-1 мейоза количество хромосом и количество хроматид, направляющихся к разным полюсам, соответственно составляет: а) 9 и 18; б) 18 и 36; в) 18 и 9.

Число хромосом n, число хроматид – с. После первого деления мейоза диплоидной клетки хромосомный набор в дочерних клетках составляет? Ответ : 1n2c.

Задачи для самостоятельного решения

Диплоидный набор клетки составляет 32 хромосомы. Сколько хроматид направляется к каждому полюсу в анафазе второго мейотического деления.

Диплоидный набор клетки составляет 28 хромосом. Сколько хроматид направляется к каждому полюсу в анафазе первого мейотического деления.

В клетках пыльцы вишни садовой 16 хромосом. Сколько хроматид в клетках вишни садовой в метафазе -1 и метафазе-2 мейоза.

Гаметогенез – процесс образования и развития гамет. Гамета – половая гаплоидная клетка, которая обеспечивает передачу наследственной информации. Выделяют два типа гаметогенеза: сперматогенез и овогенез.

Сперматогенез – процесс образования мужских гамет – сперматозоидов. Процесс сперматогенеза осуществляется в мужских половых гонадах из сперматогониев – диплоидных клеток семенника. Он подразделяется на 4 периода:

размножение (митоз);

рост (соответствует интерфазе, когда клетки увеличиваются в размерах, и происходит репликация ДНК);

созревание (мейоз – два деления);

формирование сперматозоидов.

Схема процесса сперматогенеза (рис. 29)

сперматогонии делятся митозом на 2 дочерние клетки – сперматоциты первого порядка;

сперматоциты первого порядка делятся мейозом (первое деление) на 2 дочерние клетки – сперматоциты 2 порядка

сперматоциты 2-го порядка вступают во второе деление мейоза, в результате которого образуются 4 гаплоидные сперматиды

сперматиды после периода формирования превращаются в зрелые сперматозоиды

Половые клетки развиваются в половых железах, где различают три зоны: размножения, роста, созревания половых клеток. Зона размножения находится по периферии половой железы. Здесь находятся первичные половые клетки, которые размножаются путем митоза. Затем первичные половые клетки попадают в зону роста, где они растут и достигают морфологической зрелости. Далее половые клетки переходят в зону созревания, где проходят два деления мейоза (редукционное и митоз мейоза, или уравнительное).

В семеннике выделяют три зоны развития половых клеток:

размножения сперматогониев, расположенная по периферии семенника;

1. созревания (двух делений мейоза).

Рис . 29 . Схема сперматогенеза

Сперматозоиды – мелкие подвижные клетки. В них выделяют головку, шейку и хвост (рис. 30). В передней части головки находится акросома, по форме пузырек, в котором содержится фермент гиалуронидаза, обладающий способностью растворять оболочки яйцеклетки в процессе оплодотворения. Большая часть головки сперматозоида занята ядром, а цитоплазма располагается только по периферии. В шейке расположены центриоли и митохондрии. При оплодотворении в яйцеклетке оказывается только ядро и центриоли сперматозоида, а другие органеллы не попадают в яйцеклетку. Митохондрии, содержащиеся в шейке, вырабатывают энергию для движения сперматозоида.

Рис . 30. Строение сперматозоида

Оогенез – процесс образования женских половых клеток – яйцеклеток из оогониев – диплоидных клеток яичника. Он подразделяется на 4 периода:

размножение (митоз);

рост (в интерфазе происходит рост клеток и репликация ДНК);

созревание (мейоз);

формирование яйцеклеток

Схема процесса оогенеза (рис. 31)

В зоне размножения в яичнике находятся оогонии – первичные половые клетки , делящиеся митозом.

Отдельные оогонии вступают в период роста, при этом клетки увеличиваются, и образуются ооциты первого порядка . Зрелые ооциты первого порядка (граафовы пузырьки) подходят к поверхности яичника, при этом стенка яичника разрывается, и ооцит первого порядка попадает в маточную трубу. Происходит захватывание ооцита бахромками маточной трубы.

3. Далее ооциты первого порядка вступают в период созревания и претерпевают мейоз. Из ооцита первого порядка в результате первого деления мейоза образуются ооцит второго порядка и первое полярное (направительное) тельце.

4. Ооциты второго порядка вступают во второе мейотическое деление. В результате второго деления формируется одна зрелая яйцеклетка (крупная клетка) и 3 полярных тельца, которые рассасываются и служат питательной средой для яйцеклетки. Таким образом, период созревания, два деления мейоза, происходят в маточной трубе.

В ходе оогенеза, как и сперматогенеза, наблюдается процесс дифференцировки клеток, приводящий к образованию гамет.

Рис. 31 . Схема оогенеза

Яйцеклетка – неподвижная клетка, крупная (размеры от 100 мкм до 1 см), которая имеет несколько оболочек, состоящих из гликопротеидов, содержит большое количество цитоплазмы, питательных веществ и ядро, митохондрии, рибосомы (рис. 32). В цитоплазме яйцеклетки содержатся митохондрии, где имеются кольцевые ДНК, через которые передается генетическая информация. Поэтому цитоплазма яйцеклетки обладает митохондриальной наследственностью. Яйцеклетка содержит все органеллы, характерные для эукариотической клетки.

Рис . 32 . Строение яйцеклетки

Оплодотворение – слияние зрелых гамет – яйцеклетки и сперматозоида, содержащих гаплоидный набор хромосом, с образованием зиготы (2n), из которой развивается многоклеточный организм.

Процесс оплодотворения включает 2 этапа (рис. 33):

проникновение головки сперматозоида в яйцеклетку

слияние гаплоидных ядер обоих гамет и образование зиготы

Зигота – клетка, образующаяся в результате слияния гамет разного пола.

Рис . 33 . Стадии оплодотворения яйцеклетки и начала деления зиготы у животных: 1 – сперматозоид, содержащий две хромосомы, прикрепляется к поверхности яйцеклетки; 2 – сперматозоид проник в яйцеклетку; 3 – слияние ядер сперматозоида и яйцеклетки и формирование в зиготе диплоидного числа хромосом; 4 – удвоение хромосом; 5 – метафаза первого деления.

15. Выберите пару из перечисленных триплетов нуклеотидов, которые не кодируют аминокислоту, а служат сигналом о прекращении синтеза полипептидной цепи в рибосоме: а) УАГ, ГАГ; б) УАА, УГА; в) ААГ, УГА.

16. Как называется свойство генетического кода, свидетельствующее о том, что он одинаков у организмов, стоящих на разных уровнях развития: а) неперекрываемость; б) дискретность; в) универсальность; г) однозначность.

27. Первая закономерность правила Чаргаффа:

а) А=Г; б) А=Т; в) А=Ц.

28. Вторая закономерность правила Чаргаффа: а) А+Г=Т+Ц; б) А+Т=Г+Ц; в) А+У=Г+Ц.

29. Транскрибируемый участок цепи ДНК, кодирующий полипептид, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТТТЦГАГЦАААА. Укажите антикодоны т-РНК, принимающие участие в биосинтезе данного полипептида: а) АААГЦУЦГУУУУ; б) ТТТЦГАГЦАААА; в) АААГЦТЦГТТТТ; г ) УУУЦГАГЦАААА.

30. Диплоидный набор клетки составляет 64 хромосомы. Сколько хроматид направляется к каждому полюсу в анафазе второго мейотического деления? а) 8; б) 16; в) 32; г) 64.

31. Отметьте признаки, характерные для и-РНК: а) одна полинуклеотидная цепь; б) две полинуклеотидные цепи; в) содержит урацил; г) содержит тимин; д) содержит рибозу; е) содержит дезоксиоибозу.

32. Сколько адениловых нуклеотидов содержится во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 50 цитидиловых нуклеотидов, что составляет 20 % от общего количества нуклеотидов в данном фрагменте ДНК? а) 50; б) 75; в) 100.

О живых организмах известно, что они дышат, питаются, размножаются и погибают, в этом состоит их биологическая функция. Но за счет чего это все происходит? За счет кирпичиков - клеток, которые тоже дышат, питаются, погибают и размножаются. Но как это происходит?

О строении клеток

Дом состоит из кирпичей, блоков или бревен. Так и организм можно разделить на элементарные единицы - клетки. Все разнообразие живых существ состоит именно из них, отличие лежит лишь в их количестве и видах. Из них состоят мышцы, костная ткань, кожа, все внутренние органы - настолько сильно они различаются в своем назначении. Но вне зависимости от того, какие функции выполняет та или иная клетка, все они устроены примерно одинаково. Прежде всего, у любого "кирпичика" есть оболочка и цитоплазма с расположенными в ней органоидами. Некоторые клетки не имеют ядра, их называют прокариотическими, однако все более или менее развитые организмы состоят из эукариотических, имеющих ядро, в котором хранится генетическая информация.

Органоиды, расположенные в цитоплазме, разнообразны и интересны, они выполняют важные функции. В клетках животного происхождения выделяют эндоплазматическую сеть, рибосомы, митохондрии, комплекс Гольджи, центриоли, лизосомы и двигательные элементы. С помощью них и происходят все процессы, которые обеспечивают функционирование организма.

Жизнедеятельность клеток

Как уже было сказано, все живое питается, дышит, размножается и умирает. Это утверждение справедливо как для цельных организмов, то есть людей, животных, растений и т. д., так и для клеток. Это удивительно, но каждый "кирпичик" обладает своей собственной жизнью. За счет своих органоидов он получает и перерабатывает питательные вещества, кислород, выводит все лишнее наружу. Сама цитоплазма и эндоплазматическая сеть выполняют транспортную функцию, митохондрии отвечают в том числе за дыхание, а также обеспечение энергией. Комплекс Гольджи занимается накоплением и выводом продуктов жизнедеятельности клетки. Остальные органоиды также участвуют в сложных процессах. И на определенном этапе своего начинает делиться, то есть происходит процесс размножения. Его стоит рассмотреть более подробно.

Процесс деления клеток

Размножение - одна из стадий развития живого организма. То же относится и к клеткам. На определенном этапе жизненного цикла они входят в состояние, когда становятся готовы к размножению. просто делятся надвое, удлиняясь, а потом образовывая перегородку. Этот процесс прост и практически полностью изучен на примере палочковидных бактерий.

С все обстоит несколько сложнее. Они размножаются тремя разными способами, которые называются амитоз, митоз и мейоз. Каждый из этих путей имеет свои особенности, он присущ определенному виду клеток. Амитоз

считается самым простым, его также называют прямым бинарным делением. При нем происходит удвоение молекулы ДНК. Однако веретено деления не образуется, так что этот способ является наиболее энергетически экономичным. Амитоз наблюдается у одноклеточных организмов, в то время как ткани многоклеточных размножаются с помощью других механизмов. Однако он иногда наблюдается и там, где снижена митотическая активность, например, в зрелых тканях.

Иногда прямое деление выделяют как разновидность митоза, однако некоторые ученые считают это отдельным механизмом. Протекание этого процесса даже в старых клетках происходит довольно редко. Далее будут рассмотрены мейоз и его фазы, процесс митоза, а также сходства и различия этих способов. По сравнению с простым делением они более сложны и совершенны. Особенно это касается редукционного деления, так что характеристика фаз мейоза будет наиболее подробной.

Важную роль в делении клетки имеют центриоли - специальные органоиды, как правило, располагающиеся рядом с комплексом Гольджи. Каждая такая структура состоит из 27 микротрубочек, сгруппированных по три. Вся конструкция имеет цилиндрическую форму. Центриоли непосредственно участвуют в формировании веретена деления клетки в процессе непрямого деления, о котором речь пойдет дальше.

Митоз

Продолжительность существования клеток различается. Некоторые живут пару дней, а какие-то можно отнести к долгожителям, поскольку их полная смена происходит очень редко. И практически все эти клетки размножаются с помощью митоза. У большинства из них между периодами деления проходит в среднем 10-24 часа. Сам митоз занимает небольшой период времени - у животных примерно 0,5-1

час, а у растений около 2-3. Этот механизм обеспечивает рост клеточной популяции и воспроизводство идентичных по своему генетическому наполнению единиц. Так соблюдается преемственность поколений на элементарном уровне. При этом число хромосом остается неизменным. Именно этот механизм является наиболее распространенным вариантом репродукции эукариотических клеток.

Значение этого вида деления велико - этот процесс помогает расти и регенерировать тканям, за счет чего происходит развитие всего организма. Кроме того, именно митоз лежит в основе бесполого размножения. И еще одна функция - перемещение клеток и замена уже отживших. Поэтому считать, что из-за того, что стадии мейоза сложнее, то и его роль гораздо выше, неправильно. Оба эти процесса выполняют разные функции и по-своему важны и незаменимы.

Митоз состоит из нескольких фаз, различающихся по своим морфологическим особенностям. Состояние, в котором клетка находится, будучи готовой к непрямому делению, называют интерфазой, а непосредственно процесс разделяется еще на 5 стадий, которые необходимо рассмотреть подробнее.

Фазы митоза

Находясь в интерфазе, клетка готовится к делению: происходит синтез ДНК и белков. Эта стадия подразделяется на еще несколько, в ходе которых происходит рост всей структуры и удвоение хромосом. В этом состоянии клетка пребывает до 90% всего жизненного цикла.

Остальные 10% занимает непосредственно деление, разделяющееся на 5 стадий. При митозе клеток растений также выделяется препрофаза, которая отсутствует во всех других случаях. Происходит образование новых структур, ядро перемещается к центру. Формируется препрофазная лента, размечающая предполагаемое место будущего деления.

Во все же остальных клетках процесс митоза проходит следующим образом:

Таблица 1

После завершения деления генетической информации происходит цитокинез или цитотомия. Под этим термином подразумевается образование тел дочерних клеток из тела материнской. При этом органоиды, как правило, делятся пополам, хотя возможны исключения, образуется перегородка. Цитокинез не выделяют в отдельную фазу, как правило, рассматривая его в рамках телофазы.

Итак, в самых интересных процессах задействованы хромосомы, которые несут генетическую информацию. Что же это такое и почему они так важны?

О хромосомах

Еще не имея ни малейшего понятия о генетике, люди знали, что многие качества потомства зависят от родителей. С развитием биологии стало очевидно, что информация о том или ином организме хранится в каждой клетке, и часть ее передается будущим поколениям.

В конце 19 века были открыты хромосомы - структуры, состоящие из длинной

молекулы ДНК. Это стало возможно с совершенствованием микроскопов, и даже сейчас рассмотреть их можно лишь в период деления. Чаще всего открытие приписывают немецкому ученому В. Флемингу, который не только упорядочил все то, что было изучено до него, но и внес свой вклад: он одним из первых исследовал клеточную структуру, мейоз и его фазы, а также ввел термин "митоз". Само понятие "хромосома" было предложено чуть позже другим ученым - немецким гистологом Г. Вальдейером.

Структура хромосом в момент, когда они четко видны, довольно проста - они представляют собой две хроматиды, соединенные посередине центромерой. Она является специфической последовательностью нуклеотидов и играет важную роль в процессе размножения клеток. В конечном итоге хромосома внешне в профазе и метафазе, когда ее можно лучше всего разглядеть, напоминается букву Х.

В 1900 году были открыты описывающие принципы передачи наследственных признаков. Тогда стало окончательно ясно, что хромосомы - это именно то, с помощью чего передается генетическая информация. В дальнейшем учеными был проведен ряд экспериментов, доказывающих это. И тогда предметом изучения стало и то влияние, котрое на них оказывает деление клетки.

Мейоз

В отличие от митоза этот механизм в итоге приводит к образованию двух клеток с набором хромосом в 2 раза меньше исходного. Таким образом процесс мейоза служит переходом от диплоидной фазы к гаплоидной, причем в первую очередь

речь идет о делении ядра, а уже во вторую - всей клетки. Восстановление же полного набора хромосом происходит в результате дальнейшего слияния гамет. В связи с уменьшением количества хромосом этот метод еще определяют как редукционное деление клетки.

Мейоз и его фазы изучали такие известные ученые, как В. Флеминг, Э. Страсбургрер, В. И. Беляев и другие. Исследование этого процесса в клетках как растений, так и животных, продолжается до сих пор - настолько он сложен. Изначально этот процесс считался вариантом митоза, однако практически сразу после открытия он все-таки был выделен как отдельный механизм. Характеристика мейоза и его теоретическое значение были впервые в достаточной степени описаны Августом Вайсманом еще в 1887 году. С тех пор изучение процесса редукционного деления сильно продвинулось, но сделанные выводы пока не были опровергнуты.

Мейоз не следует путать с гаметогенезом, хотя оба эти процесса тесно связаны. В образовании половых клеток участвуют оба механизма, однако между ними есть ряд серьезных отличий. Мейоз происходит в две стадии деления, каждая из которых состоит из 4 основных фаз, между ними есть короткий перерыв. Длительность всего процесса зависит от количества ДНК в ядре и структуры хромосомной организации. В целом он гораздо более продолжителен в сравнении с митозом.

Кстати, одна из основных причин значительного видового разнообразия - именно мейоз. Набор хромосом в результате редукционного деления разбивается надвое, так что появляются новые комбинации генов, в первую очередь потенциально повышающие приспособляемость и адаптивность организмов, в итоге получающих те или иные наборы признаков и качеств.

Фазы мейоза

Как уже было упомянуто, редукционное клеточное деление условно делят на две стадии. Каждая из этих стадий разделена еще на 4. И первая фаза мейоза - профаза I в свою очередь подразделяется еще на 5 отдельных этапов. Поскольку изучение этого процесса продолжается, в дальнейшем могут быть выделены и другие. Сейчас же различают следующие фазы мейоза:

Таблица 2

Итак, очевидно, что фазы деления мейоза гораздо сложнее, чем процесс митоза. Но, как уже было упомянуто, это не умаляет биологической роли непрямого деления, поскольку они выполняют разные функции.

Кстати, мейоз и его фазы наблюдаются и у некоторых простейших. Однако, как правило, он включает в себя лишь одно деление. Предполагается, что такая одноступенчатая форма позднее развилась в современную, двухступенчатую.

Отличия и сходства митоза и мейоза

На первый взгляд кажется, что различия двух этих процессов очевидны, ведь это совершенно разные механизмы. Однако при более глубоком анализе оказывается, что различия митоза и мейоза не так уж глобальны, в конце концов они приводят к образованию новых клеток.

Прежде всего стоит поговорить о том, что есть общего у этих механизмов. По сути совпадения всего два: в одинаковой последовательности фаз, а также в том, что

перед обоими видами деления происходит репликация ДНК. Хотя, что касается мейоза, до начала профазы I этот процесс не завершается полностью, заканчиваясь на одной из первых подстадий. А последовательность фаз хоть и аналогична, но, по сути, происходящие в них события совпадают не полностью. Так что сходства митоза и мейоза не так уж и многочисленны.

Различий же гораздо больше. Прежде всего, митоз происходит в в то время как мейоз тесно связан с образованием половых клеток и спорогенезом. В самих фазах процессы не полностью совпадают. Например, кроссинговер в митозе происходит во время интерфазы, и то не всегда. Во втором же случае на этот процесс приходится анафаза мейоза. Рекомбинация генов в непрямом делении обычно не осуществляется, а значит, он не играет никакой роли в эволюционном развитии организма и поддержании внутривидового разнообразия. Количество получившихся в результате митоза клеток - две, и они в генетическом смысле идентичны материнской и обладают диплоидным набором хромосом. Во время редукционного деления все иначе. Результат мейоза - 4 отличающихся от материнской. Кроме того, оба механизма значительно различаются по длительности, и это связано не только с различием в количестве ступеней деления, но и длительностью каждого из этапов. Например, первая профаза мейоза длится намного дольше, ведь в это время происходит конъюгация хромосом и кроссинговер. Именно поэтому ее дополнительно делят на несколько стадий.

В общем и целом сходства митоза и мейоза достаточно незначительны по сравнению с их отличиями друг от друга. Перепутать эти процессы практически невозможно. Поэтому сейчас даже несколько удивляет то, что редукционное деление раньше считалось разновидностью митоза.

Последствия мейоза

Как уже было упомянуто, после окончания процесса редукционного деления, вместо материнской клетки с диплоидным набором хромосом образуются четыре гаплоидных. И если говорить про различия митоза и мейоза - это самое значительное. Восстановление необходимого количества, если речь идет о половых клетках, происходит после оплодотворения. Таким образом, с каждым новым поколением не происходит удвоения количества хромосом.

Кроме того, во время мейоза происходит В процессе размножения это приводит к поддержанию внутривидового разнообразия. Так что тот факт, что даже родные братья и сестры порой сильно отличаются друг от друга - именно результат мейоза.

Кстати, стерильность некоторых гибридов в животном мире - тоже проблема редукционного деления. Дело в том, что хромосомы родителей, принадлежащих к разным видам, не могут вступить в конъюгацию, а значит, процесс образования полноценных жизнеспособных половых клеток невозможен. Таким образом, именно мейоз лежит в основе эволюционного развития животных, растений и других организмов.

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.