Давно уже известны два типа деления клеток: деление митотическое и редукционное. Первое называют также митозом, а второе – мейозом. Первым способом, митозом, делятся все клетки, вторым – только половые.

Сначала – о митозе. Ему предшествует удвоение молекул, несущих наследственную информацию.

Молекулы ДНК, в которых заключен генетический шифр, располагаются в ядре клетки, в особых длинных нитях – хромосомах. У каждого вида животных и растений строго определенное число хромосом. Обычно их несколько десятков. У человека, например, 46^[27]. А у одного из червей всего две. У некоторых раков по 200 хромосом. Но рекорд побили микроскопические радиолярии: у одной из них 1600 хромосом!

Когда молекулы ДНК удваиваются, удваиваются и хромосомы. Каждая строит по своему подобию двойника. Значит, какое-то время в наших клетках хромосом бывает вдвое больше, чем обычно.

Между двумя делениями, в так называемой интерфазе, хромосомы в обычный микроскоп не видны. Как будто их нет совсем. В электронный же видно, что они все-таки тут, никуда не делись, но так тонки, что без очень сильного увеличения не заметны. Говорят, что на этой фазе своей деятельности хромосомы имеют вид «ламповых щеток». И в самом деле, они немного похожи на ерши, которыми когда-то прочищали стекла керосиновых ламп.

За десять-двадцать часов относительного покоя между двумя делениями хромосомы должны успеть синтезировать своих двойников с полной копией всех содержащихся в них генов, всех молекул ДНК.

Как только двойники будут готовы, длинные хромосомные нити (и оригиналы и их копии) начинают сворачиваться в тугие спирали. А те скручиваются в спирали второго порядка. Смысл этого скручивания вполне понятен. До сих пор хромосомы лежали спутанным клубком и растянуть их по разным полюсам клетки, наверное, было бы не легко. Теперь же каждая хромосома – спираль, скрученная спиралью, – очень компактный и удобный для транспортирования «багаж».

Все ДНК человеческой клетки, вытянутые в одну нить, занимают в длину приблизительно около метра. А свернутая дважды спиралью эта нить умещается в 46 хромосомах, длина каждой из которых всего несколько микрон.

Итак, перед делением хромосомы сами себя упаковывают в компактные «вьюки». К этому моменту, который в клеточном делении именуется профазой, оболочка ядра растворяется, а уже известные нам центриоли, или центросомы, расходятся к противоположным полюсам клетки. Нити так называемого митотического аппарата, или веретена, соединяют между собой эти полюса и каждую хромосому с одним из полюсов.

Затем хромосомы выстраиваются парами (оригинал бок о бок со своей копией) вдоль экватора клетки, как танцоры на балу. Эту стадию деления называют метафазой.

Потом каждая из парных хромосом устремляется к своему полюсу. Партнеры расстаются навсегда, потому что скоро перегородка разделит по экватору старую клетку на две новые. Впечатление такое, будто центриоли тянут к себе хромосомы за ниточки, как марионеток.

И действительно, хромосомы имеют вид, какой бывает у всякого гибкого тела, когда его за ниточку протягивают через жидкость.

Место, за которое ее тянут, у каждой хромосомы всегда одно и то же. Его называют кинетохором или центромерой. От того, где у хромосомы кинетохор, часто зависит и ее форма. Если кинетохор посередине, то хромосома, когда во время митоза ее тащат за нитку, перегибается пополам и становится похожа на латинскую цифру «пять» (V). Если кинетохор у самого конца хромосомы, то она изгибается на манер латинской буквы «йот» (J).

Одно время думали, что нити митотического аппарата – своего рода рельсы, по которым хромосомы катятся к полюсам. Потом решили, что они скорее похожи на тонкие резинки, миниатюрные мускулы, которые, сокращаясь, подтягивают к полюсам свой хромосомный груз. Но тогда, сокращаясь, нити становились бы толще. И «худели» бы, удлиняясь. Однако этого не происходит. Укорачиваясь и удлиняясь, они не становятся ни толще, ни тоньше.

По-видимому, механика клеточного веретена иная. Возможно, думают некоторые ученые, нити укорачиваются оттого, что часть составляющих их молекул выходит из игры: то есть из нитей. А добавление молекул в одном линейном направлении приводит к удлинению нитей.

Тем или иным способом хромосомы со скоростью около одного микрона в минуту перетягиваются из центра клетки к ее полюсам. С этого момента митоз переходит в стадию, называемую анафазой.

За анафазой следует телофаза. Спирали хромосом раскручиваются. Снова «ламповые щетки» входят в игру. Клубки нитевидных хромосом обрастают ядерными оболочками: в клетке теперь два ядра-близнеца. Кольцевая перетяжка скоро разделит ее пополам. Каждой половине достанется свое ядро.

Заканчивается клеточное деление удвоением центриолей. Их было четыре – по две на каждом полюсе. Клетка разделилась, и в каждой новорожденной ее половине оказалось лишь по две центриоли.

На экране электронного микроскопа центриоли похожи на полые цилиндрики, сложенные из трубочек. Центриоли всегда лежат под прямым углом друг к другу. Поэтому одну из них мы видим всегда в поперечном, а другую в продольном разрезе.

В телофазе от каждой из центриолей отпочковывается маленькая центриолька – плотное цилиндрическое тельце. Оно быстро растет, и вот уже в клетке снова четыре центриоли.

Путем митоза из одной получаются две клетки, совершенно идентичные по наследственности, скрытой в их хромосомах (если ни одна из них не подверглась мутации).

Обычно митоз длится час или два часа. В нервных тканях митозы случаются очень редко. Зато в костном мозгу, где каждую секунду рождается на свет 10 миллионов эритроцитов, каждую секунду происходит 10 миллионов митозов!

Теперь, прежде чем рассказать о втором типе клеточного деления – о мейозе, мы должны ввести несколько новых терминов.

Набор хромосом, заключенный в ядре нормальной соматической (иными словами, не половой, а обычной) клетки тела, генетики называют двойным – диплоидным. У человека диплоидный набор хромосом равен 46. Все эти 46 хромосом по внешности и величине легко разделяются на идентичные по конфигурации пары (лишь партнеры одной пары – половые хромосомы «х» и «у» – не похожи друг на друга. Но об этом позже).

Набор хромосом, в котором из каждой пары присутствует только один партнер, называют гаплоидным, или ординарным. Все половые клетки, или гаметы, содержат гаплоидный набор хромосом. (Это значит, что в спермиях и в яйцеклетках человека только по двадцать три хромосомы.) Иначе при оплодотворении яйца, когда сливаются материнская и отцовская гаметы, получалась бы зигота с числом хромосом вдвое больше нормального.

Мейоз, предшествующий образованию спермиев и яйцеклеток, призван наделить гаметы вдвое меньшим, гаплоидным, числом хромосом. А когда гаметы сольются, в зиготе будет уже нормальное диплоидное число хромосом. Половина от матери, половина от отца.

Понятно теперь, почему все хромосомы в зиготе парные?

Ведь каждой материнской хромосоме соответствует точно такая же по форме, величине и характеру наследственной информации отцовская хромосома. Парные хромосомы называют гомологичными.

Мейоз начинается с того, что однотипные по конфигурации хромосомы объединяются в пары, конъюгируют. Затем каждая из хромосом каждой пары создает из веществ, растворенных в протоплазме, своего двойника. Как и в митозе.

Теперь однотипных хромосом уже не две, а четыре. Четверками, или тетрадами, плотно прижавшись друг к другу, выстраиваются они вдоль экватора клетки. Нити веретена разъединяют четверки снова на пары, растаскивая их к разным полюсам.

Клетка делится пополам, а потом еще, но теперь в другой плоскости, перпендикулярной к первой. На этот раз хромосомы не удваиваются. Выстроившиеся по экватору пары расходятся поодиночке в разные концы клетки.

У каждого полюса их теперь вдвое меньше, чем при митозе или в первой фазе мейоза. Поэтому, когда клетка разрывается пополам, рожденные из нее две новые гаметы получают гаплоидное число хромосом. Так как в первой фазе мейоза из одной клетки рождаются две диплоидные клетки, то в конце второй его фазы мы имеем четыре гаметы. И в каждой, повторяю, гаплоидное число хромосом. Если это гаметы человеческие, значит в них будет по двадцать три хромосомы. А когда при оплодотворении они сольются в одну зиготу, хромосом снова в ней станет сорок шесть.

Зигота дает начало человеческому зародышу, все клетки в котором будут с 46 хромосомами.

Механикой клеточного деления в мейозе – расхождением по разным гаметам парных хромосом, каждая из которых ведет свой род либо от отца, либо от матери, – объясняются многие законы наследственности и изменчивости, открытые Грегором Менделем и другими генетиками.

Польские ученые недавно методом цейтраферной съемки сделали отличный фильм о митозе. Все фазы митоза на экране ускорены в несколько сот раз. В действительности же движения хромосом во время деления происходят значительно медленнее. Я видел этот фильм, и он поразил меня сильнее, чем лучшие из лучших художественных фильмов.

В нем необычные актеры – хромосомы. Они сходятся и расходятся, выстраиваются в ряд и разбегаются в разные стороны, словно танцоры на балу, исполняющие сложные па старинного танца. Американский биолог Мёллер, основатель радиационной генетики, назвал танцем хромосом их странные перемещения во время деления клетки.

Каждую секунду в нашем теле совершаются миллионы митозов! И сотни миллионов неодушевленных, но очень дисциплинированных маленьких балерин исполняют древнейший на земле танец. Танец жизни. В таких танцах клетки тела пополняют свои ряды. И мы растем и существуем.

На согласованном расхождении хромосом к разным полюсам клетки основаны все явления наследственности и жизни. Ведь каждая хромосома – сложное соединение гигантских нуклеиновых кислот и белков. А нуклеиновые кислоты несут в себе великое множество наследственных единиц – генов, то есть суть всего сущего на Земле.

Источник: studopedia.info

Фазы мейоза[править | править код]

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

• Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

• Лептотена, или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).
• Зиготена, или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.
• Пахитена, или пахинема — (самая длительная стадия) — в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами.
• Диплотена, или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.
• Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки.

• Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.
• Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся, и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.
• Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

• Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления, перпендикулярное первому веретену.
• Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.
• Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.
• Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Варианты[править | править код]

У некоторых простейших мейоз протекает иначе, чем описанный выше типичный мейоз многоклеточных. Например, может протекать только одно, а не два последовательных, мейотических деления, а кроссинговер — проходить во время другой фазы мейоза^[1]. Предполагается, что такой одноступенчатый мейоз примитивен и предшествовал возникновению двухступенчатого мейоза, обеспечивающего эффективную рекомбинацию генома.

Значение[править | править код]

• У организмов, размножающихся половым путём, предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом.
• Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как происходит образование генетически различных гамет.
• Редукция числа хромосом приводит к образованию «чистых гамет», несущих только один аллель соответствующего локуса.
• Расположение бивалентов экваториальной пластинки веретена деления в метафазе 1 и хромосом в метафазе 2 определяется случайным образом. Последующее расхождение хромосом в анафазе приводит к образованию новых комбинаций аллелей в гаметах. Независимое расхождение хромосом лежит в основе третьего закона Менделя.^[2]

Источник: ru.wikipedia.org

Урок-мастерская (11-й класс)

Цель урока: повторение материала о способах размножения клеток.

Задачи

Образовательная: сформировать и закрепить знания о двух видах деления клеток, о значении деления клеток для одноклеточных и многоклеточных организмов, о процессах, происходящих в различных фазах митоза и мейоза, об отличиях мейоза и митоза.

Развивающая: развитие умений работать в группе, характеризовать объекты и явления, сравнивать их, обосновывать выводы, применять знания, оценивать себя и свои знания; развитие интереса к предмету.

Воспитательная: воспитание уважительного отношения друг к другу.

Оборудование: листы ватмана и бумаги, фломастеры, клей, скотч, ножницы, файлы с заданиями, карточка-инструкция для каждой команды.

Подготовка к уроку

1. На предыдущем уроке учащихся следует ознакомить с принципами и правилами проведения урока-мастерской.

2. Так как тема «Деление клетки» изучалась в 9-м классе и учащиеся многое забыли, в качестве домашнего задания они должны были повторить материал по теме: «Деление клетки».

Деление класса на команды

Учащимся предлагается выбрать один из следующих вопросов и записать его на листке бумаги. (Вероятнее всего ученик выберет вопрос, ответ на который он знает или предполагает, что знает.)

• В чем биологический смысл мейоза?
• Чем отличается митоз от мейоза?
• В чем заключается биологический смысл митоза?

Из листка с написанным вопросом надо сложить бумажный самолетик. Встав в круг, учащиеся запускают свои самолетики (все одновременно по команде учителя) и, подняв упавший рядом самолетик, повторяют эту операцию 2 раза. Раскрыв самолетики, учащиеся распределяются на три команды – по одинаковым вопросам.

Каждая команда получает файл, в котором находится материал для работы: список терминов, определения, схемы, историческая справка.

Карточка-инструкция

• Выберите из списка терминов (Приложение 2) те, которые имеют отношение к теме «Деление клетки. Митоз. Мейоз». Выбранные слова команды зачитывают вслух.

• Подберите определения (Приложение 3), соответствующие выбранным терминам из предыдущего задания. Будьте внимательны, некоторые определения заменены! Чтобы выполнить это задание правильно, необходимо у другой команды найти и попросить свое определение. Терминами меняться нельзя!

• К процессам, протекающим в клетке во время митоза или мейоза, подберите соответствующие рисунки (Приложение 4).

• На лист ватмана наклейте слова, определения и рисунки в логической последовательности. Подготовьте небольшой рассказ о данном биологическом процессе.

(Команды вывешивают свои работы на стенд. Члены команд рассказывают о процессах, изображенных на ватмане.)

• Ответьте на вопрос, который записан на вашем листке-«самолетике». Ответ запишите в тетради. (При выполнении этого задания можно пользоваться первоисточником. Каждая команда зачитывает свой ответ на вопрос вслух.)

Рефлексия

Вариант 1 (если до конца урока осталось много времени).

Приведите два-три аргумента в защиту того, что тему «Деление клетки. Митоз и мейоз» необходимо изучать в курсе общей биологии средней школы.

Вариант 2 (если времени недостаточно).

Довольны ли вы уроком, своей работой на уроке? Подумайте, оцените свое эмоциональное состояние. Запишите ответ на листочке и, уходя, прикрепите на стенд.

Домашнее задание

Ответьте на следующие вопросы.

• Какие факторы вызывают нарушение митоза и мейоза?
• К каким последствиям это может привести?

Приложение 1. Историческая справка

Флемминг Вальтер (1843–1905), немецкий гистолог. Профессор университетов в Праге (с 1873) и Киле (1876–1901). Основные труды по гистологии моллюсков, регенерации тканей, изучению соединительной и жировой тканей, строения фолликулов, клеток спинальных ганглиев и др. Особую известность приобрели его исследования тонкого строения клетки. С помощью разработанных им методов фиксации (жидкость Флемминга) и окраски изучал структуру протоплазмы, ядра, центросом и, особенно детально, процесс деления клетки (прямое и непрямое). Эти исследования имели большое значение для развития цитологии; его методы фиксации и окраски получили широкое распространение в лабораторной практике.

Страсбургер Эдвард (1844–1912), немецкий ботаник, по происхождению поляк, член Польской АН в Кракове (1888). Учился в Варшаве, Бонне и Йене. Был доцентом Варшавского (1867–1869), профессором Йенского (1869–1880) и Боннского (1880–1911) университетов. Основные труды в области цитологии, анатомии и эмбриологии растений. Исследовал митоз. Описал мейоз у высших растений, объяснил биологическое значение редукции числа хромосом. Изучал процесс оплодотворения, явления партеногенеза и апогамии. Работы ученого имели большое значение для подготовки хромосомной теории наследственности и развития представлений о генетическом единстве высших растений. Усовершенствовал методику цитологических исследований. Соавтор переиздававшегося курса ботаники (Учебник ботаники, 1894; 30-е изд. – 1971), переведенного на ряд языков, в том числе на русский.

Чистяков Иван Дорофеевич (1843–1877), русский ботаник. Окончил Московский университет (1868) и был оставлен при нем, с 1871 г. профессор и заведующий Ботаническим садом. Основоположник московской школы эмбриологов и цитологов растений. Одним из первых наблюдал и описал митоз у растений (1874).

Приложение 2. Термины

(Подчеркнутые слова – верный выбор учащихся.)

Файл № 1 (синий)

Митоз, профаза, метафаза, анафаза, телофаза, амитоз, клеточный цикл, фотосинтез.

Файл № 2 (зеленый)

Мейоз, 1-е деление, профаза 1, метафаза 1, анафаза 1, телофаза 1, кроссинговер, ассимиляция, диссимиляция.

Файл № 3 (красный)

Мейоз, 2-е деление, профаза 2, метафаза 2, анафаза 2, телофаза 2, интерфаза, полимеры.

Приложение 3. Определения

Файл № 1 (синий)

Митоз – это способ деления эукариотических клеток, при котором каждая из двух вновь возникающих клеток получает такой же генетический материал, как в исходной клетке.

Профаза – хромосомы спирализуются и становятся хорошо заметными в световой микроскоп, исчезает ядрышко, две центриоли расходятся к полюсам клетки, отходящие от них микротрубочки формируют веретено деления, ядерная оболочка распадается.

Анафаза – стадия, во время которой сестринские хроматиды, ставшие самостоятельными хромосомами, расходятся к противоположным полюсам клетки.

Телофаза – вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка, хромосомы деспирализуются (из компактных превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп). Образуются ядрышки. Эта стадия заканчивается цитокинезом (разделением цитоплазмы) и образованием двух диплоидных клеток.

Амитоз – прямое деление ядер путем перетяжки, не всегда заканчивается цитокинезом, в результате обычно возникают многоядерные клетки. После амитоза клетки не способны приступить к митотическому делению. Этот процесс характерен для отмирающих клеток.

Клеточный цикл – период жизни клетки от деления до деления, основная часть жизни клетки.

Интерфаза – период между делениями (лат. inter – между). Клетка интенсивно растет, увеличивается количество структур и веществ в клетки, количество хромосом удваивается.

(Определение интерфазы в этом файле лишнее, а определение метафазы отсутствует.)

Файл № 2 (зеленый)

Мейоз (греч. meiosis – уменьшение) – это способ деления эукариотических клеток, при котором происходит редукция (уменьшение) числа хромосом, т.е. из диплоидной (содержащей двойной набор хромосом) клетки образуются гаплоидные (содержащие одинарный набор хромосом).

1-е деление – первое деление мейоза.

Профаза 1 – хромосомы начинают конденсироваться и становятся различимыми в световой микроскоп. Затем гомологичные хромосомы начинают сближаться друг с другом – конъюгировать. Пару конъюгирующих хромосом называют бивалентом (каждый бивалент образован 4 хроматидами). Заканчивается репликация ДНК. Фаза заканчивается исчезновением ядерной оболочки и ядрышка.

Метафаза 1 – биваленты выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. К центромерам прикрепляются нити веретена деления.

Анафаза 1 – бивалент распадается на две хромосомы, которые отходят к разным полюсам клетки.

Телофаза 1 – хромосомы деконденсируются (из компактных превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп). Вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка. Образуются ядрышки. Эта стадия заканчивается цитокинезом (разделением цитоплазмы) и образованием двух диплоидных клеток.

Метафаза – все хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, на этой стадии их можно хорошо различать и сосчитать в клетке.

(Определение метафазы в этом файле лишнее, а определение кроссинговера отсутствует.)

Файл № 3 (красный)

Мейоз (греч. meiosis – уменьшение) – это способ деления эукариотических клеток, при котором происходит редукция (уменьшение) числа хромосом, т.е. из диплоидной (содержащей двойной набор хромосом) клетки образуются гаплоидные (содержащие одинарный набор хромосом).

2-е деление – второе деление мейоза.

Профаза 2 – хромосомы спирализуются и становятся хорошо заметными в световой микроскоп, исчезает ядрышко, две центриоли расходятся к полюсам клетки, отходящие от них микротрубочки формируют веретено деления.

Метафаза 2 – все хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, на этой стадии их можно хорошо различать и сосчитать в клетке.

Анафаза 2 – стадия, во время которой сестринские хроматиды, ставшие самостоятельными хромосомами, расходятся к противоположным полюсам клетки.

Телофаза 2 – вокруг собранных у полюсов хромосом формируется ядерная оболочка. Хромосомы деспирализуются (из компактных превращаются в тонкие и длинные, неразличимые в световой микроскоп). Образуются ядрышки. Эта стадия заканчивается цитокинезом (разделением цитоплазмы) и образованием четырех гаплоидных клеток.

Кроссинговер (англ. сrossing-over – прекрест) – обмен идентичными участками гомологичных хромосом.

(Определение кроссинговера в этом файле лишнее, а определение интерфазы отсутствует.)

Источник: bio.1september.ru

Полезные статьи по теме:

В какую фазу митоза образуется веретено деления Митоз и мейоз рисунки Охарактеризуйте процесс митоза В интерфазе митоза происходит Сравнить митоз и мейоз таблица В результате митоза образуется ядро