Митоз и мейоз у растений: Способы деления клеток — урок. Биология, 10 класс.

Фазы деления клетки: митоз и мейоз, их сходства и различия

Митоз и мейоз: понятие, фазы, отличия

Наши клетки постоянно растут и воспроизводят самих себя. Репродуктивная функция может осуществляться двумя способами, о которых мы расскажем в этой статье. Вы узнаете, как возникают новые клетки в процессе митоза и мейоза.

  • Text Link

Что такое митоз

Первый способ деления соматической клетки — митоз. Материнская клетка разделяется на дочерние клетки, которые практически идентичны родительским с точки зрения генетической информации. Наследственная информация и количество хромосом у дочерних клеток такие же, как у родительской.

‍ Схема митоза
‍

Митоз — это одна из фаз жизненного цикла клетки и механизм нормального роста тканей. Большую часть клеточного цикла занимает интерфаза, в течение которой протекает повседневная клеточная деятельность. Во время интерфазы происходит: 

  • рост, 
  • синтез белка и других органических веществ клетки, 
  • образование новых органелл.

Во время интерфазы идёт активный синтез и накопление необходимых для деления клетки веществ. Интерфаза делится на три подфазы: 

  • G1 — клетка становится больше, синтезируются белки, образуются одномембранные органоиды и рибосомы, готовясь к делению. В человеческой клетке 46 хромосом. Каждая хромосома, состоящая из одной хроматиды, напоминает неполую макаронину — она достаточно гибкая, чаще всего длина намного превышает ширину. Хроматида представляет собой 1 молекулу ДНК. 
  • S — каждая хроматида копируется. Количество хромосом остаётся неизменным — 46, однако теперь каждая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид. Они соединяются в области, которая называется центромерой. В сумме в клетке получается 92 хроматиды.  
  • G2 — продолжается рост клетки и синтез белков, нуклеиновых кислот. 

<<Форма демодоступа>>

После стадии G2 клетка вступает в следующую фазу деления, а именно — сам митоз. Тут есть четыре подфазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

В схемах деления гаплоидный набор хромосом обозначают буквой

n, а набор молекул ДНК (то есть хроматид) —  буквой с. Перед буквами указывают число гаплоидных наборов: 1n2с — гаплоидный набор удвоенных хромосом, 2n2с — диплоидный набор одиночных хромосом, 2n4с — диплоидный набор удвоенных хромосом.

‍Пример. В клетках человека гаплоидный набор составляют 23 хромосомы. Значит, запись 2n2с означает 46 хромосом и 46 хроматид, а 2n4с — 46 хромосом и 92 хроматиды. 

Рассмотрим подробнее фазы митоза:

  • Профаза (2n4с) — спирализация хромосом, уменьшение их функциональной активности; репликация практически не идёт; разрушение оболочки ядра; образование веретена деления.
  • Метафаза (2n4с) — прикрепление хромосом к нитям веретена деления; спирализация хромосом достигает максимума; хромосомы утрачивают свою функциональную активность, образуют экваториальную (метафазную) пластинку.  
  • Анафаза (4n4c) — деление центромер; расхождение по нитям веретена сестринских хромосом. Анафаза заканчивается, когда центромеры достигают полюсов клетки.
  • Телофаза (2n2c) — деспирализация хромосом; образование ядерной оболочки; деление цитоплазмы; между дочерними клетками на экваторе образуется перетяжка. В растительных и грибных клетках в этом месте начинает закладываться клеточная стенка. 

Многие клетки вступают в фазу G0 после митоза и находятся в ней всю жизнь до гибели. Обычно это высокоспециализированные клетки, которые не могут совмещать эффективное выполнение своих функций и размножение. Например, в фазе G0 находится большинство нейронов головного мозга. 

Биологическое значение митоза — образование генетически одинаковых дочерних клеток с тем же набором хромосом, что был у материнской клетки. Сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений. 

‍Как происходит митоз
‍

Что такое мейоз

Второй способ деления эукариотической клетки — мейоз. Это процесс деления клетки, во время которого получаются дочерние клетки — гаметы. У мужчин это сперматозоид, а у женщин яйцеклетка. Гаметы получают только половину генетической информации родительской клетки. Число хромосом уменьшается в два раза. 

 Схема мейоза
‍

Затем гаметы могут объединяться, образуя новую клетку, сочетающую генетическую информацию обеих клеток-родителей — зиготу. Процесс слияния половых клеток называется оплодотворением. Если зигота совершит цепь митозов, сформируется новый организм. 

По промокоду

BIO92021 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 9 класса, по промокоду BIO10112021 бесплатный доступ к курсу биологии 10 класса. Выберите нужный раздел и изучайте биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»!

Каждая гамета человека содержит 23 хромосомы — гаплоидный набор (n). Когда гаметы объединяются, получается зигота с 46 хромосомами — диплоидный набор (2n). 

Во время мейоза одна клетка с 46 хромосомами делится дважды. Первое деление называется мейоз I, второе деление называется мейоз II. Интерфаза между двумя этапами деления мейоза настолько кратковременна, что практически незаметна, и в ней не происходит удвоение ДНК. В результате образуются четыре дочерние клетки, каждая с 23 хромосомами. 

Мейоз I подразделяется на четыре фазы, аналогичные фазам митоза:

  • Профаза I (2n4c) — занимает 90% времени. Происходит скручивание молекул ДНК и образование хромосом. Каждая хромосома состоит из двух гомологичных хроматид — 2n4c. Происходит конъюгация хромосом: гомологичные (парные) хромосомы сближаются и скручиваются, образуя структуры из двух соединённых хромосом — такие структуры называют тетрады, или биваленты. Затем гомологичные хромосомы начинают расходиться. При этом происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами. В результате этого процесса создаются новые комбинации генов в потомстве. Растворяется ядерная оболочка. Разрушаются ядрышки. Формируется веретено деления.
  • ‍Метафаза I (2n4c) — биваленты выстраиваются на экваторе веретена деления, при этом ориентация центромер к полюсам абсолютно случайная.
  • Анафаза I (хромосомный набор к концу анафазы: у полюсов — 1n2c, в клетке — 2n4c) — гомологичные хромосомы отходят к разным полюсам, при этом сестринские хроматиды всё ещё соединены центромерой. За счёт случайной ориентации центромер распределение хромосом к полюсам также случайно, так как нити веретена прикрепляются произвольно. 
  • Телофаза I (1n2c) — происходит деспирализация хромосом. Если интерфаза между делениями длительна, может образоваться новая ядерная оболочка.

Мейоз I
‍

Мейоз II подразделяется на четыре такие же фазы: 

  • Профаза II (1n2c) — восстанавливается новое веретено деления, ядерная мембрана растворяется, если образовывалась в телофазе I.
  • Метафаза II (1n2c) — хромосомы выстраиваются в экваториальной части веретена, а нити веретена прикрепляются к центромерам.
  • Анафаза II (хромосомный набор у каждого полюса — 1n1c, в клетке — 2n2c) — центромеры расщепляются, двухроматидные хромосомы разделяются, и теперь к каждому полюсу движется однохроматидная хромосома. 
  • Телофаза II (1n1c) — происходит деспирализация хромосом, формирование ядерных оболочек и разделение цитоплазмы; в результате двух делений из диплоидной материнской клетки получается четыре гаплоидных дочерних клетки. 

Мейоз II
‍

Биологическое значение мейоза — образование гаплоидных клеток, отличающихся генетически друг от друга: половых клеток (гамет) у животных  и спор у растений. 

Отличие митоза от мейоза

  1. В митозе одно деление, в мейозе два. 
  2. Митоз — вид клеточного деления, который происходит в процессе роста и развития организма, а мейоз — в процессе образования половых клеток. 
  3. При митозе образуются две диплоидные клетки, а при мейозе — четыре гаплоидные клетки.  
  4. Митоз лежит в основе бесполого размножения в отличие от мейоза.
  5. В результате митоза образуются генетически идентичные клетки, а в мейозе вследствие случайного расхождения хромосом и кроссинговера дочерние клетки генетически отличаются друг от друга. 

Углубите ваши знания!

Эту и другую тему по биологии вы можете изучить на наших курсах а также на естественно-научном индивидуальном образовательном маршруте. Оставьте ваши контакты для получения подробной бесплатной консультации

Принимаю условия
соглашения
и политики конфиденциальности

Записали!
Скоро с вами свяжется консультант, расскажет об обучении в нашей онлайн-школе.
Проверьте вашу электронную почту — там письмо о том, что стоит сделать перед консультацией.

Упс 🙁 Что-то пошло не так. Попробуйте позвонить нам по телефону +7 (800) 500-17-81 либо написать на почту externat@foxford. ru.

Митоз и мейоз, подготовка к ЕГЭ по биологии

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)


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 органоиды (рибосомы и другие), синтезируется белки, 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. Происходит удвоение центриолей (репликация центриолей). 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 (тубулин для веретена деления) и АТФ, 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.


© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022


Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение
(в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов
без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования,
обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

13.3 Мейоз – наука о растениях

 

К концу этого урока вы будете:

  • Понимать, как мейоз начинается с одной диплоидной клетки и приводит к четырем гаплоидным клеткам.
  • Знайте, как при мейозе образуются генетически разнообразные гаметы.
  • Уметь моделировать стадии мейоза.
  • Уметь находить сходства и различия в механике митоза и мейоза.

Как было показано ранее, существует две широкие категории размножения растений: половое и бесполое. Когда новые растения производятся из существующих частей растений, таких как кусочки листа, стебля или корня, размножение происходит бесполым образом, и единственный тип клеточного деления, который имеет место, — это митоз, когда одна диплоидная клетка производит две идентичные диплоидные клетки.

Если вместо этого новые растения получают из семян, это является убедительным признаком (но не уверенностью… факультативно прочтите об апомиксисе), что размножение было половым. Растения, которые практикуют половое размножение, используют митотическое деление клеток при увеличении диплоидных вегетативных частей растения, таких как стебель, лист и корень, но используют мейотическое деление клеток для инициации гаплоидной стадии растения, что в конечном итоге приводит к образованию яйцеклеток и сперматозоидов в центре. к половому размножению. Вместо двух диплоидных клеток из одной диплоидной клетки (исход митоза) исходом мейоза являются четыре гаплоидные клетки из одной диплоидной клетки.

Половое размножение покрытосеменных растений. LadyofHats, общественное достояние, через Викисклад.

Рост растений делится на два поколения: диплоидное (2n) и гаплоидное (1n). Высшие растения (покрытосеменные) имеют долгоживущее спорофитное поколение — диплоидный спорофит. Спорофит — это рост, который вы легко узнаете как растение. В процессе мейоза спорофит образует в цветке гаплоидные споры. Споры представляют собой гаметофитное поколение. Мейоз происходит в мужских частях цветка с образованием пыльцы (обозначен зеленым кружком), а женские цветочные органы производят яйцеклетки (обозначены белым кружком). Споры растут путем митоза с образованием большего количества гаплоидных клеток, это гаметофитное поколение. Мы получаем краткое представление о гаметофитном поколении, когда пыльца высвобождается из цветка, женские гаметы скрыты от прямого взгляда в завязи. Когда гаплоидные гаметы (мужская пыльца и женские яйцеклетки) объединяются, они образуют спорофитное поколение, образуя диплоидную (2n) зиготу. Зигота вырастает в зародыш семени и, в конце концов, в растение, которое мы видим. Низшие растения, мхи и папоротники, не являющиеся цветковыми растениями, также чередуют поколения, но гаметофитное поколение более долгоживущее и обособленное от спорофитного поколения.

 

Цикл митоза/мейоза. Менчи. CC BY-SA 3. 0

Растение не превращается волшебным образом в гаплоидное состояние, но вместо этого определенные части цветка в андроцее и гинецее развиваются и защищают ограниченное количество гаплоидных клеток, называемых мужским гаметофитом и женским гаметофитом . . В следующей главе рассматривается, как мужской и женский гаметофит включают гаплоидную яйцеклетку и сперматозоиды, которые должны объединиться, чтобы сформировать диплоидный зародыш в семенах. А пока знайте, что мейоз — это ворота в гаплоидную фазу. Мейоз — это тип деления клеток, который начинается с диплоидных клеток и заканчивается гаплоидными клетками. Без мейоза нет яйцеклеток и сперматозоидов, а значит, нет и полового размножения.

Чем отличается бесполое и половое размножение с точки зрения естественного отбора?

При бесполом размножении растения являются генетическими копиями родительского растения. Деление клеток строго митоз. За исключением редких мутаций, полученное потомство идентично родителям. Приспособленность потомства будет отражать приспособленность родителя. Недостатком этого типа размножения является то, что среди потомства нет генетической изменчивости, которая могла бы привести к отбору растений, которые имеют большую приспособленность, чем родительские, по таким характеристикам, как повышенная холодостойкость, засухоустойчивость или устойчивость к болезням. Положительным моментом является то, что если родитель с самого начала имеет высокую приспособленность (а он должен иметь достаточную приспособленность для достижения репродуктивного возраста), все потомство также будет иметь такой же высокий уровень приспособленности. Если окружающая среда останется такой же, какой она была для родителя, потомство будет иметь хорошие шансы на репродуктивный успех. Но если окружающая среда изменится, приспособленность потомства может уже не быть оптимальной.

При половом размножении, поскольку одна гамета происходит от мужского родителя, а другая — от женского, и поскольку в популяции перекрестно опыляющихся диких растений имеется много потенциальных родителей, каждый с разными генотипами, существует множество потенциальных генетических комбинаций мужских и женские гаметы. Мало того, что растения, производящие гаметы, генетически различны, каждая гамета каждого растения потенциально уникальна. Множество комбинаций мужских и женских гамет и уникальность гамет одного и того же растения приводят к существенной генетической изменчивости потомства растений, размножающихся половым путем. Некоторые из этих потомков будут иметь большую приспособленность, чем другие, и будут благоприятствовать естественному отбору — некоторые доживут до репродуктивного возраста и дадут больше потомства, чем другие растения, в то время как остальные либо не доживут до размножения, либо, если размножатся, будет с низкой частотой. Таким образом, ДНК наиболее приспособленных растений будет представлена ​​в следующем поколении растений чаще, чем ДНК наименее приспособленных растений, которые могут никогда не выжить, чтобы воспроизвести и передать свою ДНК. Это процесс естественного отбора. ДНК репродуктивно успешных родителей передается следующему поколению, а ДНК репродуктивно неуспешных родителей — нет.

Пол порождает генетическую изменчивость. Генетическая изменчивость, порожденная мейозом и половым размножением, является топливом для двигателя естественного отбора.

Для повторения: если вы подсчитаете число хромосом в соматической клетке, например, в клетке кончика корня, вы обнаружите, что их всегда четное число. Это диплоидные клетки 2 n , которые возникли в результате митотических клеточных делений, прослеживающихся вплоть до зиготы, которая сформировала зародыш семени. Ниже перечислены числа хромосом, обнаруженные в соматических, диплоидных, 2 n клетки нескольких обычно выращиваемых растений. Обратите внимание, что число хромосом четное, а не нечетное, и что оно ничего не говорит о размере или типе растения:

.

  • Кукуруза = 20
  • Рис = 24
  • Соя = 40
  • Зеленая фасоль = 22
  • Помидор = 24
  • Картофель = 48
  • яблоко = 34
  • Роза = 14

Диплоидные клетки всегда содержат четное число хромосом, потому что существует две копии каждой хромосомы, одна из которых принадлежит мужскому сперматозоиду, а другая — женской яйцеклетке. Если вы пронумеруете каждый тип хромосомы кукурузы от 1 до 10, будет две единицы (материнская и отцовская), две двойки и т. д. Вспомните, что две (донорские от мужской и женской) версии одной и той же хромосомы в диплоидной клетки называются гомологичными хромосомами или гомологами. В диплоидной клетке, такой как кукуруза, где 2 n =20, имеется 10 пар гомологичных хромосом.

Напомним также, что число хромосом в гамете вдвое меньше, чем в соматической клетке того же растения. Клетки гамет гаплоидны, обозначаются сокращенно n . В зависимости от числа диплоидных хромосом может быть четное или нечетное число гаплоидных хромосом. Фасоль имеет диплоидное число 22, поэтому гаметы имеют нечетное число хромосом (11). Помидор имеет диплоидное число 24, поэтому гаметы имеют четное число хромосом (12).

Когда две гаметы сливаются и образуют зиготу, в зиготе восстанавливается число хромосом 2 n . С этого момента все клеточные деления, которые позволяют растению вырасти из зиготы до полного размера, представляют собой митоз, и все клетки являются копиями зиготы, образованной путем слияния двух гамет.

 

  1. В каком смысле мейоз является воротами в гаплоидную или гаметофитную стадию чередования поколений?
  2. Почему в диплоидной растительной клетке всегда четное число хромосом?
  3. Диплоидная клетка розы имеет 14 хромосом. Сколько пар гомологичных хромосом вы найдете в этой диплоидной клетке?

 

Мейоз. Эмили Тепе

Мейоз начинается с диплоидной клетки и приводит к гаплоидным (n) клеткам, которые мы могли бы правильно назвать . На иллюстрации выше обратите внимание, что начиная с одной диплоидной клетки и мейоза получается четыре гаплоидных клетки.

Ниже представлены стадии мейоза. Заучить их не составит труда, ведь вы уже знаете стадии митоза, а мейоз строится на митозе. На иллюстрации показан гипотетический вид с двумя парами хромосом (2 n =4) в исходной клетке и n =2 в результирующих гаметных клетках. Мейоз состоит из двух делений хромосом, поэтому стадии обозначены I для тех стадий, которые связаны с первым делением (например, метафаза I), и II для стадий, связанных со вторым делением (например, метафаза II).

Стадии мейоза. Бумфрифр. CC BY-SA 3.0

Как и при митозе, процесс клеточного деления начинается, когда хромосомы реплицируются в фазе S интерфазы.

Профаза I — ядерная мембрана распадается, и мы видим, что хромосомы уже реплицировались (в «S» интерфазы), так что теперь конденсированные хромосомы состоят из двух сестринских хроматид, прикрепленных к центромере. Новым, однако, является то, что на этой стадии гомологичные хромосомы спариваются и образуют структуры, называемые тетрадами, потому что они представляют собой группы из четырех сестринских хроматид (две сестринские хроматиды на гомолог). Этот процесс спаривания и образования продвигается (видимый под микроскопом как точка, в которой сестринские хроматиды гомологов накладываются друг на друга, образуя форму «Х») и между сестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Кроссинговер приводит к обмену ДНК между гомологами и является еще одним фактором генетической изменчивости гамет и полученных организмов.

Перечитайте предыдущий абзац, чтобы убедиться, что вы понимаете, как гомологи спариваются, образуют хиазму и кроссинговер между сестринскими хроматидами. Такого типа спаривания гомологов и последующего образования хиазмы в митозе не бывает — очень важное и существенное различие между двумя типами клеточного деления.

Метафаза I — тетрады выстраиваются на метафазной пластине, готовые к делению. Напомним, что они называются тетрадами, потому что состоят из четырех сестринских хроматид.

Анафаза I — тетрады делятся и гомологи расходятся к противоположным полюсам. Обратите внимание, что сестринские хроматиды остаются интактными, а центромеры еще не делятся. Именно гомологичные хромосомы расходятся в анафазе I. Сестринские хроматиды могут различаться в некоторых местах на своих плечах из-за кроссинговера, вызывающего обмен ДНК между гомологами.

Телофаза I — вновь появляется ядерная оболочка для разделения продуктов первого деления.

ДНК релаксирует в интерфазе I, но репликации не происходит. ДНК снова конденсируется в профазе II, и мы можем видеть хромосомы.

Метафаза II — хромосомы (которые в виде сестринских хроматид все еще соединены центромерой) выстраиваются в метафазную пластинку, как в метафазе митоза.

Анафаза II — также как и анафаза в митозе, центромеры расщепляются и сестринские хроматиды оттягиваются к противоположным полюсам.

Телофаза II — реформы ядерной оболочки, происходит цитокинез, как и в телофазе митоза. Обратите внимание, что стадии мейоза «II» такие же, как и соответствующие стадии митоза, поэтому их легко запомнить.

 

  1. Реплицируются ли хромосомы до мейоза?
  2. Что происходит во время кроссинговера?
  3. На приведенном выше рисунке показано, что некоторые из сестринских хроматид представляют собой комбинации красного и синего, а не полностью красные или все синие. Что это означает?
  4. Что разделяет в Анафазе I?
  5. Что разделяет в Анафазе II?

 

Посмотрите это видео для подробного объяснения деления (8:19)

 

Запоминание этого процесса поможет вам сосредоточиться на четком понимании механики процесса и понять, как получается, что в результате мейоза образуются четыре n гаплоидных клеток вместо двух 2 n клеток, образующихся в результате митоза. Вы получаете четыре гаплоидных клетки n , потому что исходная клетка претерпевает два деления. Клетка сначала делится на два ядра, затем эти два снова делятся на четыре. Число хромосом падает с 2 n в исходной клетке до n в каждой из четырех гаплоидных клеток, потому что число наборов хромосом уменьшается с 2 до 1 (т. е. гомологи расходятся к противоположным полюсам) в первом мейотическом делении. , а затем сестринские хроматиды расходятся во втором мейотическом делении, подобном митозу. Репликация хромосом была перед первым делением, но не репликация перед вторым делением.

Вот краткое изложение того, что и когда делится:

Два отдела:

Гомологи расходятся в анафазе I. Центромеры, удерживающие хроматиды, не расщепляются.

 

Анафаза I. Бумфрифр. CC BY-SA 3.0

Хроматиды разделяются в анафазе II. Центромеры, удерживающие хроматиды, расщепляются.

Анафаза II. Бумфрифр. CC BY-SA 3.0

Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как мейоз способствует генетической изменчивости. (9:26)

Каждая гамета заканчивается одним из гомологов пары, а не обоими.

  • Представьте, что имеется две, три или даже 30 пар гомологичных хромосом. Каждая пара гомологов, образующая тетраду в метафазе I, разделяется в анафазе I. Один гомолог из пары направляется к одному полюсу, а другой направляется к противоположному полюсу. Каждая пара гомологов движется независимо от всех других пар гомологов, которые также расходятся. То есть все хромосомы отцовского происхождения, составляющие гомологичные пары, не идут к одному полюсу, а все хромосомы материнского источника идут к другому полюсу (это возможно, но поскольку это было бы случайно, вероятность очень мала). . Вместо этого гомологи одних хромосом отцовского происхождения и гомологи других хромосом от материнского происхождения притягиваются к полюсам, так что в конечном итоге в гаметах возникает смесь хромосом материнского и отцовского происхождения, и эта смесь материнских и отцовских хромосом обычно считается случайным.
  • Этот принцип, согласно которому гомологи перемещаются к полюсам независимо, называется независимым ассортиментом и приводит к различиям в генотипе гамет — одному из источников генетической изменчивости среди гамет.

Кроссинговер и обмен ДНК между гомологичными сестринскими хроматидами в профазе I — еще один источник изменчивости гамет. Если две клетки в процессе мейоза, кроссинговер в каждой клетке, вероятно, произойдет в разных местах хромосомы в каждой клетке, что приведет к обмену, происходящему в разных местах на остове ДНК, так что гаметы, полученные из разных клеток, проходят через мейоз будет уникальным.

Что такое кроссинговер?

Пересекая. ОпенСтакс. CC BY 4.0

На приведенном выше рисунке показана тетрада, в которой спарены красные и синие гомологичные хромосомы одного и того же типа хромосом. Каждый гомолог здесь состоит из двух сестринских хроматид, соединенных центромерой. Обратите внимание, что хромосомы уже реплицировались в интерфазе до начала профазы I.

В профазе I сходятся гомологичные пары хромосом (синапсис).

Плечи сестринских хроматид разных гомологов перекрываются (хиазма) и обмениваются ДНК (кроссинговер).

Обратите внимание, что все четыре получившиеся сестринские хроматиды теперь генетически различны, и каждая из них потенциально имеет другую последовательность ДНК.

  • Мейоз представляет собой тип клеточного деления, которое начинается с диплоидной, 2 n клетки.
  • Процесс включает два хромосомных деления и дает четыре гаплоидных, n клеток.
  • Гаплоидные клетки генетически отличаются друг от друга из-за кроссинговера в профазе I и независимого распределения в анафазе I.
  • Гомологи расходятся в анафазе I, тогда как сестринские хроматиды разделяются (разделяются центромеры) в анафазе II.

 

  1. Почему независимый ассортимент во время мейоза способствует генетической изменчивости гамет?
  2. Почему кроссинговер способствует генетической изменчивости гамет?

Жизнь растений: митоз и мейоз

Митоз

Организмы должны иметь возможность расти и размножаться. Прокариоты, такие как бактерии, дублируют дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и делятся путем расщепления надвое, процесс, называемый бинарным делением. Клетки эукариот, в том числе животных, растений, грибов и простейших, делятся одним из двух способов: митозом или мейозом.

Митоз дает две клетки, называемые дочерними клетками, с тем же числом хромосом, что и родительская клетка, и используется для производства новых соматических (телесных) клеток у многоклеточных эукариот или новых особей у одноклеточных эукариот. У организмов, размножающихся половым путем, клетки, производящие гаметы (яйцеклетки или сперматозоиды), делятся мейозом, образуя четыре клетки, каждая из которых имеет половину числа хромосом, которыми обладает родительская клетка.

Репликация хромосом

Все эукариотические организмы состоят из клеток, содержащих хромосомы в ядре. Хромосомы состоят из ДНК и белков. Большинство клеток имеют два полных набора хромосом, которые встречаются парами. Две хромосомы, составляющие пару, гомологичны и содержат одни и те же локусы (гены, контролирующие производство определенного типа продукта).

Эти пары хромосом обычно называют гомологичными парами. Индивидуальную хромосому из гомологичной пары иногда называют гомологом. Например, типичные клетки лилии содержат двенадцать пар гомологичных хромосом, всего двадцать четыре хромосомы.

Клетки, имеющие по две гомологичных хромосомы каждого типа, называются диплоидными. Некоторые клетки, такие как яйцеклетки и сперматозоиды, содержат половину нормального числа хромосом (только по одной каждого гомолога) и называются гаплоидными. Яйцо лилии и сперматозоиды содержат по двенадцать хромосом.

ДНК должна реплицироваться, прежде чем может произойти митоз или мейоз. Если дочерние клетки должны получить полный набор генетической информации, должна быть доступна дублирующая копия ДНК. До того, как происходит репликация ДНК, каждая хромосома состоит из одной длинной нити ДНК, называемой хроматидой. После репликации ДНК каждая хромосома состоит из двух хроматид, называемых сестринскими хроматидами.

Исходная хроматида действует как шаблон для создания второй хроматиды; поэтому они идентичны. Сестринские хроматиды прикрепляются к особому участку хромосомы, называемому центромером. Когда начинается митоз или мейоз, каждая хромосома в клетке состоит из двух сестринских хроматид.

Митоз и мейоз дают дочерние клетки с различными характеристиками. Когда диплоидная клетка подвергается митозу, образуются две идентичные диплоидные дочерние клетки.

Когда диплоидная клетка подвергается мейозу, образуются четыре уникальные гаплоидные дочерние клетки. Гаметам важно быть гаплоидными, чтобы при слиянии яйцеклетки и спермия восстанавливалось диплоидное состояние зрелого организма.

Клеточные жизненные циклы

Митоз и мейоз происходят в ядерной области клетки, где находятся все хромосомы клетки. Механизмы ядерного контроля начинают деление клеток в соответствующее время.

Некоторые клетки редко делятся путем митоза во взрослых организмах, в то время как другие клетки делятся постоянно, заменяя старые клетки новыми. Мейоз происходит в ядрах клеток, образующих гаметы. Эти специализированные клетки встречаются в репродуктивных органах, например, в частях цветков высших растений.

Клетки, как и организмы, управляются жизненными циклами. Жизненный цикл клетки называется клеточным циклом. Клетки большую часть времени проводят в интерфазе. Интерфаза делится на три стадии: первый промежуток (G1), синтез (S) и второй промежуток (G2).

Во время G1 клетка выполняет свои обычные функции и часто увеличивается в размерах. На стадии S ДНК реплицируется, готовясь к делению клетки. На стадии G2 клетка производит материалы, необходимые для образования митотического аппарата и для деления цитоплазматических компонентов клетки.

В конце интерфазы клетка готова к делению. Хотя каждая хромосома теперь состоит из двух сестринских хроматид, это незаметно при рассмотрении под микроскопом. Это связано с тем, что все хромосомы находятся в сильно расслабленном состоянии и выглядят просто как рассеянный материал, называемый хроматином.

Митоз

Митоз состоит из пяти стадий: профазы, прометафазы, метафазы, анафазы и телофазы. Хотя определенные события идентифицируют каждую стадию, митоз представляет собой непрерывный процесс, и каждая стадия постепенно переходит в следующую. Поэтому определение точного состояния иногда затруднено.

В профазе хроматин становится более плотно скрученным и конденсируется в хромосомы, которые хорошо видны под микроскопом, ядрышко исчезает, а в цитоплазме начинает формироваться веретенообразный аппарат.

В прометафазе ядерная оболочка разрушается, и веретенообразный аппарат теперь может вторгаться в ядерную область. Некоторые волокна веретена прикрепляются к области около центромеры каждой хромосомы, называемой кинетохорой.

Веретенообразный аппарат является наиболее очевидной структурой митотического аппарата. Ядерная область клетки имеет противоположные полюса, как Северный и Южный полюса Земли. Волокна веретена идут от полюса к полюсу, пронизывая всю ядерную область.

Во время метафазы хромосомы клетки выравниваются в области, называемой метафазной пластинкой, при этом сестринские хроматиды ориентированы к противоположным полюсам. Метафазная пластинка пересекает клетку подобно тому, как экватор проходит через центр Земли. Сестринские хроматиды расходятся во время анафазы.

Сестринские хроматиды каждой хромосомы расходятся, и нити веретена деления тянут каждую сестринскую хроматиду (теперь отдельную хромосому) из каждой пары к противоположным полюсам, подобно тому, как бугельный подъемник тянет лыжника в гору. Телофаза начинается, когда сестринские хроматиды достигают противоположных полюсов. Как только хроматиды достигают противоположных полюсов, веретенообразный аппарат распадается, и ядерная мембрана восстанавливается. Митоз завершен.

Мейоз

Мейоз

Мейоз является более сложным процессом, чем митоз, и делится на две основные стадии: мейоз I и мейоз II. Как и при митозе, мейозу предшествует интерфаза. Мейоз I состоит из профазы I, метафазы I, анафазы I и телофазы I.

Мейоз II состоит из профазы II, метафазы II, анафазы II и телофазы II. В некоторых клетках между мейозом I и мейозом II происходит интерфаза II, но репликации ДНК не происходит.

Во время профазы I происходит конденсация хромосом, распадается ядерная оболочка и начинает формироваться веретенообразный аппарат. Гомологичные хромосомы объединяются, образуя тетрады (тетрады состоят из четырех хроматид, по две сестринские хроматиды на каждую хромосому). Плечи сестринских хроматид одного гомолога соприкасаются с плечами сестринских хроматид другого гомолога, причем точки контакта называются хиазмами.

Каждая хиазма представляет собой место, где плечи имеют одинаковые локусы, так называемые гомологичные области. Во время этого тесного контакта хромосомы подвергаются кроссинговеру, при котором хромосомы разрываются в хиазмах и меняются гомологичными частями.

Этот процесс приводит к рекомбинации (перемешиванию сцепленных аллелей, различных форм генов в новые комбинации), что приводит к увеличению изменчивости потомства и появлению комбинаций признаков, отсутствующих ни у одного из родителей.

Тетрады выстраиваются на метафазной пластинке во время метафазы I, и одно веретенообразное волокно прикрепляется к кинетохоре каждой хромосомы. В анафазе I сестринские хроматиды не расходятся, а остаются прикрепленными к своим центромерам, а гомологичные хромосомы расходятся, причем каждый гомолог из тетрады движется к противоположным полюсам.

Телофаза I начинается, когда гомологи достигают противоположных полюсов, и, подобно телофазе митоза, веретенообразный аппарат распадается, и вокруг каждого из двух гаплоидных ядер восстанавливается ядерная оболочка. Поскольку число хромосом в каждом ядре телофазы I вдвое меньше, чем в родительском ядре, мейоз I иногда называют редукционным делением.

Мейоз II по сути такой же, как митоз, разделяя два гаплоидных ядра, образовавшихся в мейозе I. Профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II по существу идентичны стадиям митоза. Мейоз II начинается с двух гаплоидных клеток и заканчивается четырьмя гаплоидными дочерними клетками.

Деление ядра и цитокинез

Митоз и мейоз приводят к делению ядра. Деление ядра почти всегда координируется с делением цитоплазмы. Расщепление цитоплазмы с образованием новых клеток называется цитокинезом. Цитокинез начинается ближе к середине или концу деления ядра и включает в себя деление не только цитоплазмы, но и органелл.

У растений после окончания деления ядра между дочерними ядрами должна образоваться новая клеточная стенка. Новая клеточная стенка начинается, когда везикулы, заполненные материалом клеточной стенки, собираются там, где была расположена метафазная пластинка, образуя структуру, называемую клеточной пластинкой.

Когда клеточная пластинка полностью сформирована, цитокинез завершается. После цитокинеза клетка возвращается в интерфазу. Митотические дочерние клетки увеличиваются, воспроизводят органеллы и возобновляют регулярную деятельность. После мейоза гаметы могут модифицироваться или транспортироваться в репродуктивной системе.

Смена поколений

Мейотические дочерние клетки продолжают развитие только в том случае, если они сливаются при оплодотворении. Митоз и мейоз чередуются в течение жизненных циклов организмов, размножающихся половым путем. Стадия жизненного цикла после митоза является диплоидной, а стадия после мейоза — гаплоидной. Этот процесс называется сменой поколений.

У растений диплоидное состояние называют поколением спорофита, а гаплоидное состояние — поколением гаметофита. У несосудистых растений в жизненном цикле преобладает поколение гаметофитов. Другими словами, растения, обычно встречающиеся на лесной подстилке, состоят из гаплоидных клеток.

Спорофиты, имеющие диплоидные клетки, мелкие и прикреплены к телу гаметофита. У сосудистых растений спорофиты представляют собой крупные многоклеточные особи (например, деревья и папоротники), тогда как гаметофиты очень маленькие и либо встроены в спорофит, либо живут свободно, как папоротники.