Образование четырех гаплоидных клеток
Мейоз
Размножение и индивидуальное развитие организмов
Из этого урока вы узнаете о редукционном делении – мейозе, благодаря которому возможно половое размножение живых организмов. В процессе мейоза наследственная информация диплоидной клетки поровну распределяется между четырьмя гаплоидными клетками – гаметами (у животных) или спорами (у растений). Из урока вы больше узнаете о кроссинговере или перекресте хромосом, о нарушениях деления клетки, которые могут привести к тяжелым генетическим заболеваниям. Познакомитесь с синдромами, связанными с утратой половой клеткой Х-хромосомы или приобретением её.
Мейоз – это особый вид деление клеток, при котором число хромосом в дочерних клетках становится гаплоидным.
При мейозе из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные. Мейоз происходит при образовании половых клеток – гамет (у животных) – или при образовании гаплоидных спор у растений.
Отличия мейоза от митоза
Можно выделить три основных отличия мейоза от митоза:
- Генетический материал удваивается только один раз, но происходит два деления, приводящие к образованию четырех ядер.
- Каждое из четырех ядер гаплоидно (содержат половину набора хромосом материнской клетки).
- Гаплоидные ядра содержат новые комбинации генетического материала.
Поведение хромосом в мейозе имеют глубокие генетические и эволюционные последствия. Благодаря мейозу, популяции диплоидных организмов неоднородны. Особи отличаются друг от друга по многим признакам, и это придает популяции большую устойчивость и приспособленность.
Профаза мейоза
Профаза первого мейотического деления состоит из пяти стадий и включает: лептотену, зиготену, плахитену, диплотену и диакинез.
Лептотена – это стадия тонких нитей (рис. 1). Происходит конденсация хромосом, которые становятся видны в световой микроскоп.
Рис. 1. Профаза 1. Стадия лептотены
Зиготена – стадия сливающихся нитей (рис. 2). Происходит конъюгация гомологичных хромосом.
Рис. 2. Профаза 1.Стадия зиготены
Пахитена – стадия толстых нитей (рис. 3). Хромосомы спирализуются, и хорошо видна их продольная неоднородность. Завершается кроссинговер, в результате которого хромосомы обмениваются участками хроматид.
Рис. 3. Профаза 1.Стадия пахитены
Диплотена – стадия двойных нитей (рис. 4). Продолжается конденсация хромосом, но при этом начинается процесс расхождения гомологичных хромосом, которые удерживаются в точках обмена участками, возникшими при кроссинговере, они получили название хиазм.
Рис. 4. Профаза 1.Стадия диплотены
Диакинез – стадия расхождения бивалентов (рис. 5). Исчезают ядрышки, отдельные биваленты располагаются на периферии ядра, и затем наступают все процессы, которые так характерны для этой фазы.
Рис. 5. Профаза 1.Стадия диакинеза
Источник: rpg.lv
Центральным событием гаметогенеза является особая форма клеточного
деления — мейоз. В отличие от широко распространенного митоза, сохраняющего в
клетках постоянное диплоидное число хромосом, мейоз приводит к образованию из
диплоидных клеток гаплоидных гамет. При последующем оплодотворении гаметы
формируют организм нового поколения с диплоидным кариотипом (пс + пс ==
2n2c). В этом заключается важнейшее биологическое значение мейоза, который
возник и закрепился в процессе эволюции у всех видов, размножающихся половьм
путем .
Мейоз состоит из двух быстро следующих одно за другим делений,
происходящих в периоде созревания. Удвоение ДНК для этих делений
осуществляется однократно в периоде роста. Второе деление мейоза следует за
первым практически сразу так, что наследственный материал не синтезируется в
промежутке между ними (рис. 5.5).
Первое мейотическое деление называют редукционным, так как оно приводит
к образованию из диплоидных клеток (2п2с) гаплоидных клеток п2с. Такой
результат обеспечивается благодаря особенностям профазы первого деления мейоза.
В профазе I мейоза, так же как в обычном митозе, наблюдается компактная упаковка
генетического материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит
событие, отсутствующее в митозе: гомологичные хромосомы конъюгируют друг с
другом, т.е. тесно сближаются соответствующими участками.
В результате конъюгации образуются хромосомные пары, или биваленты,
числом п. Так как каждая хромосома, вступающая в мейоз, состоит из двух
хроматид, то бивалент содержит четыре хроматиды. Формула генетического
материала в профазе I остается 2n4c. К концу профазы хромосомы в бивалентах,
сильно спирализуясь, укорачиваются. Так же как в митозе, в профазе I мейоза
начинается формирование веретена деления, с помощью которого хромосомный
материал будет распределяться между дочерними клетками. Процессы, происходящие в профазе I мейоза и определяющие его результаты,обусловливают более продолжительное течение этой фазы деления по сравнению с митозом и дают возможность выделить несколько стадий в ее пределах .
Лептотена —наиболее ранняя стадия профазы I мейоза, в которой начинается
спирализация хромосом, и они становятся видимыми в микроскоп как длинные и
тонкие нити. Зиготена характеризуется началом конъюгации гомологичных
хромосом, которые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент. Пахитена — стадия, в которой на фоне продолжающейся спирализации
хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется
кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками. Диплотена
характеризуется возникновением сил отталкивания между гомологичными
хромосомами, которые начинают отдаляться друг от друга в первую очередь в
области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера
—хиазмах .Диакинез — завершающая стадия профазы I мейоза, в которой гомологичные
хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм. Биваленты
приобретают причудливую форму колец, крестов, восьмерок и т.д.
Таким образом, несмотря на возникающие между гомологичными
хромосомами силы отталкивания, в профазе I не происходит окончательного
разрушения бивалентов. Особенностью мейоза в овогенезе является наличие
специальной стадии — диктиотены, отсутствующей в сперматогенезе. На этой
стадии, достигаемой у человека еще в эмбриогенезе, хромосомы, приняв особую
морфологическую форму «ламповых щеток», прекращают какие-либо дальнейшие 221
структурные изменения на многие годы. По достижении женским организмом
репродуктивного возраста под влиянием лютеинизирующего гормона гипофиза, как
правило, один овоцит ежемесячно возобновляет мейоз.
В метафазе I мейоза завершается формирование веретена деления. Его нити
прикрепляются к центромерам хромосом, объединенных в биваленты, таким
образом, что от каждой центромеры идет лишь одна нить к одному из полюсов
веретена. В результате нити, связанные с центромерами гомологичных хромосом,
направляясь к разным полюсам, устанавливают бивалентны в плоскости экватора
веретена деления. Стадии диплотены в мейозе кузнечика В анафазе I мейоза ослабляются связи между гомологичными хромосомами в бивалентах и они отходят друг от друга, направляясь к разным полюсам веретена деления. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, состоящих из двух хроматид. В телофазе I мейоза у полюсов веретена собирается одинарный, гаплоидный
набор хромосом, каждая из них содержит удвоенное количество ДНК.
Формула генетического материала образующихся дочерних клеток
соответствует п2с.
Второе мейотическое (эквационное) деление приводит к образованию клеток,
в которых содержание генетического материала в хромосомах будет
соответствовать их однонитчатой структуре пс (см. рис. 5.5). Это деление протекает,
как митоз, только клетки, вступающие в него, несут гаплоидный набор хромосом. В
процессе такого деления материнские двунитчатые хромосомы, расщепляясь,
образуют дочерние однонитчатые.
Одна из главных задач мейоза — создание клеток с гаплоидным набором
однонитчатых хромосом —достигается благодаря однократной редупликации ДНК
для двух последовательных делений мейоза, а также благодаря образованию в
начале первого мейотического деления пар гомологичных хромосом и дальнейшего
их расхождения в дочерние клетки.
Процессы, протекающие в редукционном делении, обеспечивают также не
менее важное следствие — генетическое разнообразие гамет, образуемых
организмом. К таким процессам относят кроссинговер, расхождение гомологичных
хромосом в разные гаметы и независимое поведение бивалентов в первом
мейотическом делении .
Кроссинговер обеспечивает перекомбинацию отцовских и материнских
аллелей в группах сцепления . Ввиду того что перекрест хромосом
может происходить в разных участках, кроссинговер в каждом отдельном случае
приводит к обмену разным по количеству генетическим материалом. Необходимо
отметить также возможность возникновения нескольких перекрестов между двумя
хроматидами (рис. 5.9) и участия в обмене более чем двух хроматид бивалента (рис.
Хроматидами и участия в перекресте более чем двух хроматид. Отмеченные особенности кроссинговера делают этот процесс эффективным механизмом перекомбинации аллелей.
Расхождение гомологичных хромосом в разные гаметы в случае
гетерозиготности приводит к образованию гамет, различающихся по аллелям
отдельных генов .Случайное расположение бивалентов в плоскости экватора веретена деленияи последующее их расхождение в анафазе I мейоза обеспечивают перекомбинацию родительских групп сцепления в гаплоидном наборе гамет.
Источник: StudFiles.net
«>
Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора биологии по Скайпу biorepet-ufa.ru.
Сейчас вы точно скажете, тоже мне, нашел тему для обсуждения «митоз и мейоз», итак все ясно. Это два способа клеточного деления, 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, размножения клеток 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 «транскрипция» и «трансляция» — сами названия процессов помнятся, но в 50% случаев с точностью до наоборот.
«>Итак, на что я, как репетитор по биологии, прошу обратить ваше внимание. Слово «митоз» можно произнести жестко (митоз и все тут) — это самый распространенный способ размножения всех соматических клеток (клеток тела) любого организма.
Суть митоза:
из одной исходной клетки образуется две, совершенно одинаковые по генетической информации как друг с другом, так и с родительской клеткой.
Как это происходит. В норме в предсинтетическом периоде интерфазы — G1, все соматические клетки многоклеточных организмов содержат двойной (диплоидный) набор хроматиновых нитей или ДНК — 2n (где n — гаплоидный, одинарный набор нитей ДНК, доставшийся клетке при образовании зиготы от каждого из родителей), то есть каждая нить хроматина имеет себе парную — гомологичную. (Я умышленно не использую в данном случае термин «хромосома«, потому, что в этот период как таковых хромосом то еще нет. Но вы должны хорошо помнить, что и в это время жизненного цикла клетки во всех учебниках «хроматиновые нити ДНК» и слово «хромосомы» используются как синонимы).
Почему говорят «гомологичную», а не «идентичную»? Потому, что у гомологов только сам перечень признаков одинаков, но каждый из признаков может находиться в этих двух гомологах, либо в одинаковом состоянии (АА, аа), либо в альтернативном (Аа).
Причем, что очень важно помнить, каждая нить при этом — однохроматидная — 1с, то есть в 2n хроматиновом (хромосомном) наборе гомологов — 2с хроматиновой информации.
В синтетический период интерфазы S, после удвоения каждой из хроматиновых нитей ДНК (или каждой из «хромосом»), их общий набор не меняется, он остается прежним диплоидным (2n), но они становятся двухроматидными — 2с (то есть после синтетического периода, имеем в 2n наборе «хромосом» уже не 2с, а 4с генетической информации).
И вот только после завершения постсинтетического периода интерфазы G2, подготовив всё необходимое, клетка приступает сначала к делению ядра кариокинезу или митозу , а затем происходит и само деление клетки — цитокинез.
«>
После «растаскивания» к полюсам материнской клетки в анафазе митоза однохроматидных 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.
А вот почему гаплоидные споры нельзя считать половыми клетками читайте в статье «Чередование поколений«.
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 животных организмов!!! Снова хочу подчеркнуть, что у всех высших растений (мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных растений) мейотическому делению подвергаются споры! В дальнейшем из гаплоидных спор путем митозов формируются половые клетки 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.
«>Что-то вспомнилось, как четырехлетнего сына вел в детский сад. Ставрополье, была шикарная осень, под ногами шелест красно-желтых листьев, покрывших землю сплошным ковром, а он вдруг и говорит: «Сейчас осень, потом весна и снова осень…а людей все меньше и меньше».
До сих пор ломаю голову, как мог он знать тогда о возможных ошибках кроссинговера при мейозе?
****************************************************************************
У кого есть вопросы по статье к репетитору ЕГЭ по биологии по Скайпу, замечания, пожелания — прошу в комментарии.
У меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).
Источник: www.biorepet-ufa.ru