Этапы мейоза. Краткое описание стадий и схемы деления клеток посредством мейоза. Мейоз: биологическое значение

С уменьшенным в двое относительно родительской клетки числом . Деление клеток посредством мейоза проходит в два основных этапа: мейоз I и мейоз II. В конце мейотического процесса образуются четыре . Прежде чем делящаяся клетка попадет в мейоз, она проходит через период , называемый интерфазой.

Интерфаза

  • Фаза G1: этап развития клетки перед синтезом ДНК. На этой стадии клетка подготавливаясь к делению увеличивается в массе.
  • S-фаза: период, в течение которого синтезируется ДНК. Для большинства клеток эта фаза занимает короткий промежуток времени.
  • Фаза G2: период после синтеза ДНК, но до начала профазы. Клетка продолжает синтезировать дополнительные белки и увеличиваться в размерах.

В последней фазе интерфазы клетка все еще имеет нуклеолы. окружено ядерной мембраной, а клеточное хромосомы дублируются, но находятся в форме . В две пары , образованных из репликации одной пары, расположены за пределами ядра. В конце интерфазы клетка переходит в первый этап мейоза.

Мейоз I:

Профаза I

В профазе I мейоза происходят следующие изменения:

  • Хромосомы конденсируются и присоединяются к ядерной оболочке.
  • Возникает синапсис (попарное сближение гомологичных хромосом) и образуется тетрада. Каждая тетрада состоит из четырех хроматид.
  • Может произойти генетическая рекомбинация.
  • Хромосомы сгущаются и отсоединяются от ядерной оболочки.
  • Подобно , центриоли мигрируют друг от друга, а ядерная оболочка и ядрышки разрушаются.
  • Хромосомы начинают миграцию к метафазной (экваториальной) пластине.

В конце профазы I клетка входит в метафазу I.

Метафаза I

В метафазе I мейоза происходят следующие изменения:

  • Тетрады выравниваются на метафазной пластине.
  • гомологичных хромосом ориентированы на противоположные полюса клетки.

В конце метафазы I клетка входит в анафазу I.

Анафаза I

В анафазе I мейоза происходят происходят следующие изменения:

  • Хромосомы перемещаются в противоположные концы клетки. Подобно митозу, кинетохоры взаимодействуют с микротрубочками, чтобы переместить хромосомы к полюсам клетки.
  • В отличие от митоза, остаются вместе после того, как перемещаются в противоположные полюса.

В конце анафазы I клетка входит в телофазу I.

Телофаза I

В телофазе I мейоза происходят следующие изменения:

  • Волокна веретена продолжают перемещать гомологичные хромосомы на полюса.
  • Как только движение завершено, каждый полюс клетки имеет гаплоидное количество хромосом.
  • В большинстве случаев цитокинез (деление ) происходит одновременно с телофазой I.
  • В конце телофазы I и цитокинеза образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет половину числа хромосом исходной родительской клетки.
  • В зависимости от типа клетки могут возникать различные процессы при подготовке к мейозу II. Однако генетический материал не реплицируется снова.

В конце телофазы I клетка входит в профазу II.

Мейоз II:

Профаза II

В профазе II мейоза происходят следующие изменения:

  • Ядерная и ядра разрушаются, пока появляется веретено деления.
  • Хромосомы больше не реплицируются в этой фазе.
  • Хромосомы начинают мигрировать к метафазной пластинке II (на экваторе клеток).

В конце профазы II клетки входят в метафазу II.

Метафаза II

В метафазе II мейоза происходят следующие изменения:

  • Хромосомы выстраиваются на метафазной пластинке II в центре клеток.
  • Кинетохорные нити сестринских хроматид расходятся к противоположным полюсам.

В конце метафазы II клетки входят в анафазу II.

Анафаза II

В анафазе II мейоза происходят следующие изменения:

  • Сестринские хроматиды разделяются и начинают перемещаться к противоположным концам (полюсам) клетки. Волокна веретена деления, не связанные с хроматидами, вытягиваются и удлиняют клетки.
  • Как только парные сестринские хроматиды отделены друг от друга, каждая из них считается полной хромосомой, называемые .
  • При подготовке к следующему этапу мейоза два полюса клеток также отдаляются друг от друга во время анафазы II. В конце анафазы II каждый полюс содержит полную компиляцию хромосом.

После анафазы II клетки входят в телофазу II.

Телофаза II

В телофазе II мейоза происходят следующие изменения:

  • Образуются отдельные ядра на противоположных полюсах.
  • Происходит цитокинез (деление цитоплазмы и образование новых клеток).
  • В конце мейоза II производятся четыре дочерние клетки. Каждая клетка имеет половину числа хромосом от исходной родительской клетки.

Результат мейоза

Конечным результатом мейоза является производство четырех дочерних клеток. Эти клетки имеют в двое меньше хромосом относительно родительской. При мейозе продуцируются только половые . Другие делятся посредством митоза. Когда половые объединяются во время оплодотворения, они становятся . Диплоидные клетки имеют полный набор гомологичных хромосом.

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

Фаза Митоз Мейоз
1 деление 2 деление
Интерфаза

Набор хромосом 2n.

Идет интенсивный синтез белков, АТФ и других органических веществ.

Удваиваются хромосомы, каждая оказывается состоящей из двух сестринских хроматид, скрепленных общей центромерой.

 Набор хромосом 2n Наблюдаются те же процессы, что и в митозе, но более продолжительна, особенно при обра­зовании яйцеклеток. Набор хромосом гаплоидный (n). Синтез органических веществ отсутствует.
Профаза Непродолжительна, происходит спирализация хро­мосом, исчезают ядерная оболочка, ядрышко, образуется веретено деления. Более длительна. В начале фазы те же процессы, что и в митозе. Кроме того, происходит конъюгация хромосом, при которой гомологичные хромосомы сближаются по всей длине и скру­чиваются. При этом может происходить обмен генетической информацией (перекрест хромосом) - кроссинговер . Затем хромосомы расходятся. Короткая; те же процессы, что и в митозе, но при n хромосом.
Метафаза Происходит дальнейшая спирализация хромосом, их центромеры располагаются по экватору. Происходят процессы, аналогичные тем, что и в митозе.
Анафаза Центромеры, скрепляющие се­стринские хроматиды, делятся, каждая из них становится новой хромосомой и отходит к противоположным полюсам. Центромеры не делятся. К противоположным полюсам отходит одна из гомологичных хро­мосом, состоящая из двух хроматид, скрепленных общей центромерой. Происходит то же, что и в митозе, но при n хромосом.
Телофаза Делится цитоплазма, образуются две дочерние клетки, каждая с диплоидным набором хромосом. Исчезает веретено деления, формируются ядрышки. Длится недолго Гомологичные хро­мосомы попадают в разные клетки с гаплоидным набором хромосом. Цитоплазма делится не всегда. Делится цитоплазма. После двух мейотических делений образуется 4 клетки с гаплоидным набором хромосом.

Таблица сравнения митоза и мейоза.

Определение

Мейоз (редукционное деление клетки) - деление, в процессе которого из одной диплоидной (2n) клетки получаются 4 гаплоидные (n) клетки.

Так как у дочерних клеток происходит уменьшение (редукция) числа хромосом с 2n до n, такое деление названо редукционным.

Схема мейоза

Мейоз у животных наблюдается при формировании гамет (гаметогенезе). Мейоз у растений и грибов, как правило, происходит при образовании гаплоидных спор. У различных одноклеточных эукариот мейоз может наблюдаться на разных стадиях жизненного цикла. Для восстановления диплоидности в цикле всегда необходимо слияние гаплоидных клеток (оплодотворение).

Мейоз состоит из двух делений. Первое из них является собственно редукционным, то есть именно в ходе первого деления уменьшается плоидность клетки. Причиной этого служит расхождение гомологичных хромосом («материнской» и «отцовской») по двум разным дочерним клеткам. Второе деление аналогично митозу и называется эквационным (то есть «равным»). Плоидность в результате второго деления не меняется. В ходе этого деления, как и при митозе, расходятся сестринские хроматиды (копии ДНК). Между двумя делениями мейоза отсутствует репликация ДНК (так как «цель» мейоза - уменьшить плоидность клетки, увеличивать количество ДНК здесь незачем).

В профазе I деления мейоза происходит важнейший процесс, относящийся к генетической рекомбинации - кроссинговер, то есть обмен участками гомологичных хромосом. В результате этого процесса создаются новые комбинации генов в потомстве. Хромосомы как целое не передаются напрямую от бабушек и дедушек внукам, а «реконструируются» в каждом поколении в процессе кроссинговера.

В нижеследующей таблице приведено описание фаз мейоза в клетке, для которой n=2, 2n=4. В каждом наборе есть три хромосомы, различающиеся по размеру. Материнский и отцовский хромосомные наборы выделены синим и красным.

Фаза Процесс Описание

Профаза I

конденсация (сверхспирализация) хромосом (видны в электронный микроскоп);

конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием бивалентов;

кроссинговер - обмен участками между гомологичными хромосомами;

гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой;

ядерная оболочка растворяется;

центриоли расходятся к полюсам

Метафаза I

биваленты выстраиваются вдоль экватора клетки

Анафаза I

2n4c

микротрубочки веретена деления сокращаются, биваленты делятся;

к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая

Телофаза I

хромосомы деспирализуются («раскручиваются»);

формируется ядерная оболочка

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без интерфазы: репликации (удвоения) ДНК не происходит.

При мейозе I образовались 2 дочерние клетки. Далее будет рассмотрено их деление, поэтому в формуле хромосомного набора стоит коэффициент 2.

Профаза II

конденсация (сверхспирализация) хромосом;

клеточный центр делится, центриоли расходятся к полюсам ядра;

разрушается ядерная оболочка;

образуется веретено деления

Метафаза II

двухроматидные хромосомы располагаются в плоскости «экватора» (метафазная пластинка)

Анафаза II

центромеры делятся;

однохроматидные хромосомы расходятся к полюсам

Телофаза II

хромосомы деспирализуются;

формируется ядерная оболочка

Протекание мейоза, как правило, нарушается в клетках гибридных организмов, т. к. в профазе I должно происходить попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, а у гибридов набор материнских генов не гомологичен отцовскому.

Данный механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и в конечном счете к нежизнеспособности гамет, а следовательно, к стерильности (бесплодию) гибридов.

В селекции для преодоления стерильности гибридов искусственно вызывают полиплоидность (кратное увеличение) хромосомных наборов. В этом случае каждая хромосома конъюгирует с соответствующей хромосомой своего набора.

Значение мейоза

Половые клетки родителей , образовавшиеся путем мейоза, обладают гаплоидным набором (n) хромосом. В зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n). Формирование нового организма происходит путем митотических делений зиготы, и каждая его клетка содержит диплоидный (2n) набор хромосом. Каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому. Исходя из этого:

    Мейоз является основой комбинативной изменчивости благодаря кроссинговеру (профаза I) и независимому расхождению гомологичных хромосом (анафаза I и II).

    Благодаря уменьшению количества хромосом в гаметах в новых организмах поддерживается постоянный диплоидный (2n) набор хромосом.

профаза I деления мейоза

Профаза I деления мейоза своеобразна, включает в себя множество процессов и подразделяется на стадии:

    Лептотена

    Зиготена

    Пахитена

    Диплотена

    Диакинез

Развитие и рост живых организмов невозможен без процесса деления клеток. В природе существует несколько видов и способов деления. В данной статье мы кратко и понятно расскажем о митозе и мейозе, разъясним основное значение этих процессов, познакомим с тем, чем отличаются они, а чем схожи.

Митоз

Процесс непрямого деления, или митоз, чаще всего встречается в природе. На нём основывается деление всех существующих неполовых клеток, а именно мышечных, нервных, эпителиальных и прочих.

Состоит митоз из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Основная роль данного процесса - равномерное распределение генетического кода от родительской клетки к двум дочерним. При этом клетки нового поколения один к одному схожи с материнскими.

Рис. 1. Схема митоза

Время между процессами деления называются интерфазой . Чаще всего интерфаза гораздо длиннее митоза. Для этого периода характерны:

  • синтез белка и молекулы АТФ в клетке;
  • удваивание хромосом и образование двух сестринских хроматид;
  • увеличение числа органоидов в цитоплазме.

Мейоз

Деление половых клеток называется мейозом, оно сопровождается уменьшением числа хромосом вдвое. Особенность данного процесса состоит в том, что проходит он в два этапа, которые непрерывно следуют друг за другом.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Интерфаза между двумя этапами деления мейоза настолько кратковременна, что практически незаметна.

Рис. 2. Схема мейоза

Биологическим значением мейоза является образование чистых гамет, которые содержат гаплоидный, другими словами одинарный, набор хромосом. Диплоидность восстанавливается после оплодотворения, то есть слияния материнской и отцовской клетки. В результате слияния двух гамет образуется зигота с полным набором хромосом.

Уменьшение числа хромосом при мейозе очень важно, так как в противном случае при каждом делении число хромосом увеличивалось бы. Благодаря редукционному делению поддерживается постоянное число хромосом.

Сравнительная характеристика

Отличие митоза и мейоза состоит в продолжительности фаз и происходящих в них процессах. Ниже предлагаем вам таблицу «Митоз и мейоз», где указаны основные различия двух способов деления. Фазы мейоза такие же, как и у митоза. Подробнее узнать о сходствах и различиях двух процессов вы сможете в сравнительной характеристике.

Фазы

Митоз

Мейоз

Первое деление

Второе деление

Интерфаза

Набор хромосом материнской клетки диплоидный. Синтезируется белок, АТФ и органические вещества. Хромосомы удваиваются, образуются две хроматиды, соединённые центромерой.

Диплоидный набор хромосом. Происходят те же действия, что и при митозе. Отличием является продолжительность, особенно при образовании яйцеклеток.

Гаплоидный набор хромосом. Синтез отсутствует.

Непродолжительная фаза. Растворяются ядерные мембраны и ядрышко, формируется веретено деления.

Занимает больше времени, чем при митозе. Также исчезают ядерная оболочка и ядрышко, формируется веретено деления. Помимо этого наблюдается процесс конъюгации (сближение и слияние гомологичных хромосом). При этом происходит кроссинговер - обмен генетической информации на некоторых участках. После хромосомы расходятся.

По продолжительности - короткая фаза. Процессы такие же, как и при митозе, только с гаплоидными хромосомами.

Метафаза

Наблюдается спирализация и расположение хромосом в экваториальной части веретена.

Аналогично митозу

Тоже, что и при митозе, только с гаплоидным набором.

Центромеры делятся на две самостоятельные хромосомы, которые расходятся к разным полюсам.

Деление центромер не происходит. К полюсам отходит одна хромосома, состоящая из двух хроматид.

Аналогично митозу, только с гаплоидным набором.

Телофаза

Цитоплазма делится на две одинаковые дочерние клетки с диплоидным набором, образуются ядерные мембраны с ядрышками. Веретено деления исчезает.

По длительности непродолжительная фаза. Гомологичные хромосомы располагаются в разных клетках с гаплоидным набором. Цитоплазма делится не во всех случаях.

Цитоплазма делится. Образуется четыре гаплоидные клетки.

Рис. 3. Сравнительная схема митоза и мейоза

Что мы узнали?

В природе деление клеток отличается в зависимости от их назначения. Так, например, неполовые клетки делятся путём митоза, а половые - мейоза. Эти процессы имеют схожие схемы деления на некоторых этапах. Главным отличием является наличие числа хромосом у образованного нового поколения клеток. Так при митозе у новообразованного поколения диплоидный набор, а при мейозе гаплоидный набор хромосом. Время протекания фаз деления также отличаются. Огромную роль в жизнедеятельности организмов играют оба способа деления. Без митоза не проходит ни одно обновление старых клеток, репродукция тканей и органов. Мейоз помогает поддерживать постоянное количество хромосом в новообразованном организме при размножении.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 5351.

Мейоз – это вид деления половых клеток, при котором из одной диплоидной клетки образуются 4 гаплоидные. В интерфазе, предшествующей мейозу, происходит неполная репликация ДНК (т.о. остаются участки одноцепочечной Z-ДНК) и белков-гистонов.

Мейоз включает два деления: 1 – редукционное (уменьшение) и 2 - эквационное (уравнительное).

Редукционное деление начинается с профазы I, которая принципиально отличается от профазы митоза. Профаза I состоит из стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.

Лептотена (тонких нитей) - хромосомы состоят из двух хроматид, они слабо спирализованы, их число равно диплоидному – 2п4с).

Зиготена (стадия конъюгирующих нитей) - гомологичные хромосомы притягиваются друг к другу- конъюгируют, образуя биваленты. Число бивалентов равно гаплоидному (п4с) (т.е. в каждом биваленте 4 хроматиды). Они соединяются друг с другом наподобие застежки «молния». Механизм коньюгации: слабая спирализация (мало лизин-богатых гистонов), наличие Z-ДНК, которые притягиваются по принципу комплементарности, высокоповторяющиеся последовательности ДНК. Такое объединение хромосом-гомологов осуществляется благодаря присущей мейозу уникальной структуре – синаптонемальному комплексу, который обеспечивает тесный контакт между гомологичными сегментами хроматид.

Пахитена (стадия толстых нитей)-происходит утолщение и укорочение хромосом за счет спирального перекручивания. Бивалент выглядит как тетрада хроматид.

Диплотена - гомологичные хромосомы начинают отталкиваться от области центромеры. Хромосомы как бы раскручиваются. Места перекрестов хромосом называются хиазмами. В каждой тетраде м.б. от 2 до 5 хиазм. В эту стадию происходит обмен между гомологичными участками несестринских (отцовской и материнской) хроматид – кроссинговер .

Процесс перемещения хиазм от центромеры к концам хромосом называется терминализацией хиазм.

Диакинез (стадия расхождения). Контакт между хроматидами сохраняется на одном или обоих концах. Исчезают ядрышки и ядерная оболочка.

В метафазе I биваленты располагаются по экватору, они прикреплены в области центромер к нитям веретена. Гомологичные хромосомы связаны друг с другом переместившимися к концам хромосом хиазмами.

В анафазе I к полюсам двигаются гомологичные хромосомы из каждого бивалента.

Телофаза I - очень короткая, в процессе ее идет формирование новых ядер. Хромосомы деконденсируются и деспирализуются. Произошла редукция числа хромосом (в каждом ядре – п2с). В этот редуцированный гаплоидный набор попадает обязательно по одной гомологичной хромосоме из каждого бивалента. Происходит независимая комбинация гомологичных хромосом (отцовские+материнские) – число возможных вариантов – 2 23. /2 – более 4 млн. В этом принципиальное отличие мейоза от митоза. Так заканчивается редукционное деление.

Цитокинез у многих организмов происходит не сразу после деления ядер, так что в одной клетке лежат два ядра более мелких, чем исходное.

Затем наступает стадия интеркинеза , которая отличается от интерфазы тем, что в ней не происходит репликации ДНК. Интеркинез – это промежуточная стадия между редукционным и эквационным делениями мейоза.

Вслед за интеркинезом наступает второе деление мейоза-эквационное . Оно проходит по типу митоза, только в него вступает клетка не диплоидным (2п4с), а с гаплоидным (п2с) числом хромосом, состоящих из двух хроматид (их удвоение произошло еще в интерфазу перед мейозом 1). Эквационное деление состоит из тех же фаз, что и митоз: профаза II, метафаза II , анафаза II (хроматиды расходятся к полюсам), телофаза II (в каждом ядре-гаплоидное число однонитевых хромосом). В клетке происходит цитокинез, в результате которого образуются четыре гаплоидные клетки (nc).

Итак, в мейоз I вступает диплоидная клетка с удвоенным набором хромосом. В результате мейоза I образуются две гаплоидные клетки с удвоенными хромосомами. В результате мейоза II образуются четыре гаплоидные, генетически разнородные клетки с одинарными хромосомами.

Отличие мейоза от митоза (рис.3.6).

1. Профаза I деления мейоза в отличие от профазы митоза очень растянута, в ней происходят важные процессы, связанные с конъюгацией гомологичных хромосом и кроссинговером.

2. Функциональной единицей митоза является хроматида, а мейоза – целая хромосома.

3. На протяжении двух делений мейоза имеет место только однократное удвоение ДНК.

4. В итоге митоза образуются клетки с диплоидным набором хромосом и ДНК, а в результате мейоза – с гаплоидным набором хромосом и ДНК.

Биологическое значение мейоза.

1. Благодаря мейозу во всех живых организмах при половом размножении поддерживается постоянство числа хромосом (кариотипа) в поколениях организмов.

2. – Мейоз - мощный фактор комбинативной изменчивости:

1) Благодаря кроссинговеру происходит рекомбинация на уровне генов (отцовских и материнских) и образование качественно новых хромосом.

2) В связи с независимым расхождением отцовских и материнских хромосом в анафазе 1 деления происходит рекомбинация на уровне целых хромосом: 1 отцовская, 22 – материнские, или 2 от и 21 мат и т.д.

Мейоз лежит в основе образования половых клеток при половом размножении многоклеточных организмов.

Загрузка...
Top