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:


  1. Генетический материал удваивается только один раз, но происходит два деления, приводящие к образованию четырех ядер.
  2. Каждое из четырех ядер гаплоидно (содержат половину набора хромосом материнской клетки).
  3. 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.

Профаза 1. Стадия лептотены

Рис. 1. Профаза 1. Стадия лептотены

Зиготена – стадия сливающихся нитей (рис. 2). Происходит конъюгация гомологичных хромосом.

Профаза 1.Стадия зиготены

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.


Профаза 1.Стадия пахитены

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.

Профаза 1.Стадия диплотены

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.

Профаза 1.Стадия диакинеза

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

iv>

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 и.


т. 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 — , то есть в 2n хроматиновом (хромосомном) наборе гомологов  —   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 , а   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 ().

«>

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