الانقسام المتساوي والمنصف هما طريقتان لانقسام الخلية. الانقسام المتساوي ينتج خليتين بنفس عدد الكروموسومات الموجودة في الخلية الأم: بفضله ينمو الجسم وتتجدد الأنسجة. الانقسام المنصف هو انقسامان متتاليان، بعدهما نحصل على أربع خلايا بنصف عدد الكروموسومات: هكذا تتكون الخلايا الجنسية. في هذه الصفحة - أطوار الانقسام المتساوي والمنصف بالترتيب، عدد الكروموسومات والحمض النووي في كل طور، العبور والاقتران، جدول فروقات الانقسام المتساوي عن المنصف، ومدرب لاختبار الذات.
الدورة الخلوية والطور البيني
الخلية لا تنقسم باستمرار. دورتها الخلوية هي الفترة من ظهور الخلية حتى انقسامها، وتتكون من جزأين غير متساويين: الطور البيني الطويل (التحضير) والانقسام القصير.
يقسم الطور البيني إلى ثلاث فترات:
- G1، ما قبل التخليقي - تنمو الخلية، وتصنع البروتينات، وتزيد حجم السيتوبلازم والعضيات؛
- S، التخليقي - يحدث تضاعف الحمض النووي (DNA): كل كروموسوم يبني كروماتيده الثانية؛
- G2، ما بعد التخليقي - تخزن الخلية الطاقة، وتضاعف السنتريولات، وتجهز بروتينات خيوط المغزل.
المهم أن تتذكر: تضاعف الحمض النووي يحدث في الطور البيني، قبل بدء الانقسام. يبدأ كل من الانقسام المتساوي والمنصف بمادة مضاعفة - بمجموعة 2n4c. الطور البيني نفسه لا يعتبر طورًا للانقسام المتساوي ولا للمنصف.
في الطور البيني، لا ترى الكروموسومات حتى تحت المجهر: فهي مفككة وتوجد في النواة على شكل كروماتين. تم تفصيل بنية النواة والكروموسومات والمركز الخلوي الذي تنمو منه خيوط المغزل بالتفصيل في المادة المتعلقة ببنية الخلية النباتية والحيوانية.
ماذا يعني 2n2c: كيف نحسب الكروموسومات والحمض النووي
في التعبيرات مثل 2n4c، الحرف n يمثل عدد الكروموسومات، والحرف c يمثل كمية الحمض النووي (أو بالأدق، عدد الكروماتيدات). المجموعة الأحادية (haploid) هي n، والمجموعة الثنائية (diploid) هي 2n. التعبير 2n2c يقرأ: «مجموعة كروموسومات ثنائية، كل كروموسوم يتكون من كروماتيدة واحدة»، و 2n4c - «مجموعة ثنائية، كل كروموسوم يتكون من كروماتيدتين».
الخطأ الأكثر شيوعًا هو حساب الكروموسومات بناءً على الكروماتيدات. بعد التضاعف، يبدو الكروموسوم كعصوين، ولكنه كروموسوم واحد: كلا الكروماتيدين متصلان بسنتيرومير واحد. عدد الكروموسومات يساوي عدد السنتيروميرات.
لدى الإنسان 2n = 46. هذا يعني أنه في فترة G1، تحتوي الخلية على 46 كروموسومًا و 46 جزيء حمض نووي (2n2c). بعد فترة S، لا يزال عدد الكروموسومات 46، لكن عدد جزيئات الحمض النووي أصبح 92 (2n4c). وفقط في الطور الانفصالي للانقسام المتساوي، عندما تنقسم السنتيروميرات، يصبح عدد الكروموسومات 92 - 46 لكل قطب.
أطوار الانقسام المتساوي: الطور التمهيدي، الطور الاستوائي، الطور الانفصالي، الطور النهائي
أطوار الانقسام المتساوي الأربعة خطوة بخطوة، مع عدد الكروموسومات والحمض النووي في كل طور - في المخطط أدناه. وهنا سنناقش ثلاث مسائل غالبًا ما تسبب الارتباك.
لماذا في الطور الانفصالي فجأة 4n4c. طالما الخلية سليمة، فإنها تحتوي على ضعف عدد الكروموسومات التي ستكون في كل خلية ابنة: انقسمت السنتيروميرات، وأصبحت كل كروماتيدة كروموسومًا مستقلاً. لكن المجموعة تحسب للخلية بأكملها (4n4c)، وكذلك للقطب (2n2c) - انظر دائمًا إلى السؤال المطروح في التمارين.
لماذا نحسب الكروموسومات في الطور الاستوائي. هنا بالتحديد تكون قد لفت بشدة وترتبت في صف واحد - يمكن رؤيتها وعدها. لذلك، يتم دراسة النمط النووي (الكاريوتايب) من الصفائح الاستوائية.
كيف ينتهي الانقسام. يسمى انقسام السيتوبلازم انقسام السيتوبلازم (cytokinesis)، وهو يختلف في الخلية النباتية عن الخلية الحيوانية: الحاجز ينمو من الداخل، من المركز إلى الأطراف، لأن الجدار الخلوي الصلب لا يسمح للخلية بالانقسام إلى نصفين.
الانقسام المنصف الأول: الاقتران، العبور، وانفصال المتماثلات
الانقسام المنصف هو انقسامان متتاليان بعد تضاعف واحد فقط للحمض النووي. يسمى الانقسام الأول بالانقسام الاختزالي: فيه يقل عدد الكروموسومات إلى النصف. ترتيب الأطوار والمجموعات - في المخطط أدناه.
لماذا يقل العدد تحديدًا هنا. الكروماتيدات في الطور الانفصالي الأول لا تنفصل - بل تنفصل الكروموسومات بأكملها، لذلك يصل إلى القطب مجموعة أحادية من الكروموسومات المكونة من كروماتيدتين: n2c، وليس nc. ستصبح أحادية الكروماتيد فقط بعد الانقسام الثاني.
لماذا نحتاج الاقتران والعبور. الزوج المتقارب من الكروموسومات المتماثلة (الثنائي الكروموسومي) يتكون من كروموسومين وأربع كروماتيدات. تبادل الأجزاء بين الكروماتيدات غير الشقيقة يخلط جينات الأب والأم داخل كروموسوم واحد - ومن هنا تأتي التباينات الوراثية.
عشوائية تحدد الكثير. كل زوج من الكروموسومات المتماثلة يتجه نحو الأقطاب بشكل مستقل عن الأزواج الأخرى. لدى الإنسان، ينتج عن ذلك 2²³ ≈ 8.4 مليون تشكيلة للمجموعة قبل أي عبور.
بين الانقسامين يحدث طور بيني قصير (interkinesis) - ولا يوجد فيه فترة تخليقية: لا يتضاعف الحمض النووي للمرة الثانية.
الانقسام المنصف الثاني: انفصال الكروماتيدات
يسمى الانقسام الثاني للانقسام المنصف بالانقسام المتساوي (equational division) - وهو يتبع قواعد الانقسام المتساوي، ولكن في خلية أحادية المجموعة. الأطوار والمجموعات - في المخطط أدناه.
ما هو المهم فهمه هنا. على خط الاستواء، تترتب الكروموسومات الفردية، وليس الثنائيات الكروموسومية: لا يوجد ما يقترن به الكروموسوم المتماثل، فقد انفصل في الانقسام السابق. السنتيروميرات تنقسم هذه المرة - تنفصل الكروماتيدات الشقيقة.
لماذا كل الخلايا الأربع مختلفة. أولاً، قام العبور بتبادل أجزاء بين الكروماتيدات غير الشقيقة لكروموسومين متماثلين، ثم انفصلت الكروموسومات المتماثلة نفسها إلى خلايا بتشكيلات عشوائية. لذلك، ينتج الانقسام المنصف ليس نسخًا، بل مجموعة جديدة من الجينات في كل مرة - وهذا هو أساس التنوع في النسل.
عدد الكروموسومات والحمض النووي في أطوار الانقسام المتساوي والمنصف
تتم حل تمارين «كم عدد الكروموسومات وجزيئات الحمض النووي في طور معين» بشكل ميكانيكي إذا وضعت في ذهنك قاعدتين فقط: كمية الحمض النووي تزيد فقط في الفترة S، وعدد الكروموسومات يتغير فقط حيث تنفصل الكروماتيدات. أدناه - العدد في كل طور.
| الطور | الكروموسومات والحمض النووي |
|---|---|
| الطور البيني | |
| الفترة ما قبل التخليقية (G1) | 2n2cكروموسومات أحادية الكروماتيد |
| الفترة التخليقية (S) | 2n4cتضاعف الحمض النووي |
| الفترة ما بعد التخليقية (G2) | 2n4cالتحضير للانقسام |
| الانقسام المتساوي | |
| الطور التمهيدي | 2n4c |
| الطور الاستوائي | 2n4cالكروموسومات على خط الاستواء |
| الطور الانفصالي | 4n4cانفصلت الكروماتيدات، عند القطب 2n2c |
| الطور النهائي | 2n2cفي كل من الخليتين |
| الانقسام المنصف الأول | |
| الطور التمهيدي الأول | 2n4cاقتران وعبور |
| الطور الاستوائي الأول | 2n4cثنائيات كروموسومية على خط الاستواء |
| الطور الانفصالي الأول | 2n4cانفصلت الكروموسومات المتماثلة، عند القطب n2c |
| الطور النهائي الأول | n2cفي كل من الخليتين |
| الانقسام المنصف الثاني | |
| الطور التمهيدي الثاني | n2c |
| الطور الاستوائي الثاني | n2cكروموسومات فردية على خط الاستواء |
| الطور الانفصالي الثاني | 2n2cانفصلت الكروماتيدات، عند القطب nc |
| الطور النهائي الثاني | ncفي كل من الخلايا الأربع |
فروقات الانقسام المتساوي عن المنصف: جدول مقارنة
هناك العديد من أوجه التشابه بين الانقسامين: كلاهما يحدث بعد تضاعف الحمض النووي في الطور البيني، وكلاهما لهما نفس أسماء الأطوار، وكلاهما يستخدمان المغزل الانقسامي وينتهيان بانقسام السيتوبلازم. لذلك، من المفيد في الإجابة ذكر أوجه التشابه أولاً، ثم الاختلافات حسب بنود الجدول.
| الخاصية | الانقسام المتساوي | الانقسام المنصف |
|---|---|---|
| عدد الانقسامات | الانقسام المتساوي: واحد | الانقسام المنصف: اثنان متتاليان - الانقسام المنصف الأول والثاني |
| عدد الخلايا الناتجة | الانقسام المتساوي: اثنتان | الانقسام المنصف: أربع |
| مجموعة الخلايا الناتجة | الانقسام المتساوي: 2n - مثل الخلية الأم | الانقسام المنصف: n - نصف العدد، أحادية المجموعة |
| الاقتران والعبور | الانقسام المتساوي: لا يوجد | الانقسام المنصف: يوجد، في الطور التمهيدي الأول |
| ما الذي يترتب على خط الاستواء في الطور الاستوائي | الانقسام المتساوي: كروموسومات فردية في صف واحد | الانقسام المنصف: في الطور الاستوائي الأول - ثنائيات كروموسومية في صفين، في الطور الاستوائي الثاني - كروموسومات فردية |
| ما الذي ينفصل في الطور الانفصالي | الانقسام المتساوي: كروماتيدات شقيقة | الانقسام المنصف: في الطور الانفصالي الأول - كروموسومات متماثلة كاملة، في الطور الانفصالي الثاني - كروماتيدات |
| الطور التمهيدي | الانقسام المتساوي: قصير وبسيط | الانقسام المنصف: الطور التمهيدي الأول طويل ومعقد |
| النتيجة الجينية | الانقسام المتساوي: خلايا بنفس مجموعة الجينات الموجودة في الخلية الأم | الانقسام المنصف: خلايا بتشكيلات جينية جديدة، كلها مختلفة |
| أين يحدث | الانقسام المتساوي: في الخلايا الجسدية: النمو، تجديد الأنسجة وإصلاحها، التكاثر اللاجنسي | الانقسام المنصف: عند تكوين الخلايا الجنسية لدى الحيوانات والأبواغ لدى النباتات |
الأهمية البيولوجية للانقسام المتساوي والمنصف
أهمية الانقسام المتساوي - في الدقة. تحصل الخلايا الابنة على نفس عدد الكروموسومات والجينات بالضبط مثل الخلية الأم، لذلك يضمن الانقسام المتساوي:
- نمو الكائن الحي وزيادة عدد الخلايا؛
- تجديد الأنسجة وشفاء الإصابات (التجدد)؛
- انقسام الزيجوت بعد الإخصاب؛
- التكاثر اللاجنسي والخضري - من انقسام الأميبا إلى تكاثر النبات بالعقل.
أهمية الانقسام المنصف - في شيئين معًا.
الأول: ثبات عدد كروموسومات النوع. لو كانت الخلايا الجنسية ثنائية المجموعة، لكان عدد الكروموسومات يتضاعف مع كل إخصاب. يقلل الانقسام المنصف العدد إلى النصف، وعند اندماج الأمشاج (n + n) تحصل الزيجوت مرة أخرى على مجموعة ثنائية 2n.
الثاني: التباين التركيبي (التركيبي الوراثي). تنشأ تشكيلات جينية جديدة ثلاث مرات: عند العبور في الطور التمهيدي الأول، عند الانفصال المستقل والعشوائي للكروموسومات المتماثلة في الطور الانفصالي الأول، وعند اللقاء العشوائي للأمشاج أثناء الإخصاب. فقط بفضل الانفصال المستقل، يمكن للإنسان إنتاج 2 أس 23 - أكثر من ثمانية ملايين - مشيج مختلف في عدد الكروموسومات. هذا التنوع هو الذي يوفر المادة للاصطفاء الطبيعي.
لدى الحيوانات، يحدث الانقسام المنصف عند تكوين الخلايا الجنسية في الغدد التناسلية، ولدى النباتات - عند تكوين الأبواغ.
شرح التمارين
مثال 1. كم عدد الكروموسومات والحمض النووي في أطوار مختلفة من الانقسام المتساوي
التمرين: لدى ذبابة الفاكهة 2n = 8. حدد عدد الكروموسومات وجزيئات الحمض النووي في الطور التمهيدي، والطور الانفصالي، والطور النهائي للانقسام المتساوي.
الخطوة 1. بداية العد. قبل الانقسام، في فترة G1، المجموعة 2n2c: 8 كروموسومات و 8 جزيئات حمض نووي. في فترة S، تضاعف الحمض النووي، فأصبح 2n4c - لا يزال عدد الكروموسومات 8، وعدد جزيئات الحمض النووي 16.
الخطوة 2. الطور التمهيدي. لا شيء ينفصل، المجموعة نفسها: 8 كروموسومات، 16 جزيء حمض نووي (2n4c).
الخطوة 3. الطور الانفصالي. انقسمت السنتيروميرات، وأصبحت كل كروماتيدة كروموسومًا مستقلاً: أصبح عدد الكروموسومات 16، وعدد جزيئات الحمض النووي أيضًا 16 (4n4c). عند كل قطب، يوجد 8 كروموسومات.
الخطوة 4. الطور النهائي. ينقسم السيتوبلازم، وفي كل من الخليتين الشابتين توجد 8 كروموسومات و 8 جزيئات حمض نووي (2n2c).
التحقق من المنطق: لم يزد عدد جزيئات الحمض النووي مرة واحدة أثناء الانقسام المتساوي نفسه - بل تم تقسيمه إلى النصف بين الخلايا.
مثال 2. المجموعة في أطوار الانقسام المنصف
التمرين: لدى الذرة 2n = 20. كم عدد الكروموسومات وجزيئات الحمض النووي في الخلية في نهاية الطور النهائي الأول ونهاية الانقسام المنصف بأكمله؟
الخطوة 1. قبل الانقسام المنصف، تضاعف الحمض النووي: 20 كروموسومًا و 40 جزيء حمض نووي (2n4c).
الخطوة 2. الطور الانفصالي الأول. تتجه الكروموسومات المتماثلة بأكملها نحو الأقطاب، لا تنقسم السنتيروميرات. عند كل قطب، يتجمع 10 كروموسومات، وكل منها يتكون من كروماتيدتين.
الخطوة 3. نهاية الطور النهائي الأول. في كل من الخليتين 10 كروموسومات و 20 جزيء حمض نووي (n2c).
الخطوة 4. الانقسام المنصف الثاني. لم يحدث تضاعف للحمض النووي، لذلك في الطور الانفصالي الثاني تنفصل الكروماتيدات ببساطة. في نهاية الانقسام المنصف، نحصل على أربع خلايا، في كل منها - 10 كروموسومات و 10 جزيئات حمض نووي (nc).
الإجابة: بعد الانقسام الأول 10 كروموسومات و 20 جزيء حمض نووي؛ بعد الثاني - 10 كروموسومات و 10 جزيئات حمض نووي.
مثال 3. تحديد الانقسام بناءً على الوصف
التمرين: «في الخلية، توجد 12 بنية، كل منها تتكون من أربع كروماتيدات. ترتبت على خط الاستواء في صفين». أي انقسام هذا وأي طور؟ وما هي المجموعة الأصلية للخلية؟
الخطوة 1. بنية من أربع كروماتيدات هي ثنائي كروموسومي، أي زوج من الكروموسومات المتماثلة المتقاربة. الثنائيات الكروموسومية توجد فقط في الانقسام المنصف: حدث الاقتران في الطور التمهيدي الأول.
الخطوة 2. الثنائيات الكروموسومية تقف على خط الاستواء في صفين - هذا يعني أن الطور هو الطور الاستوائي الأول.
الخطوة 3. ثنائي كروموسومي واحد يعني كروموسومين. هناك 12 ثنائيًا كروموسوميًا، مما يعني أن عدد الكروموسومات هو 24، والمجموعة الأصلية للخلية هي 2n = 24. عدد جزيئات الحمض النووي في هذا الطور هو 48 (2n4c).
الإجابة: الطور الاستوائي الأول للانقسام المنصف، 2n = 24، مجموعة الخلية 2n4c.
كيف لا تخطئ: لو كانت كروموسومات فردية مكونة من كروماتيدتين تترتب على خط الاستواء في صف واحد، لكان هذا الطور الاستوائي للانقسام المتساوي (عند 2n) أو الطور الاستوائي الثاني (عند مجموعة أحادية).
أخطاء شائعة
-
يعتقدون أن الحمض النووي يتضاعف في الطور التمهيدي، قبل الانقسام مباشرة.
يحدث تضاعف (إعادة بناء) الحمض النووي في الفترة S من الطور البيني، قبل الطور التمهيدي بفترة طويلة. يبدأ كل من الانقسام المتساوي والمنصف بمجموعة 2n4c.
-
يحسبون الكروموسومات بناءً على الكروماتيدات: يرون 46 كروموسومًا ثنائي الكروماتيد ويكتبون «92 كروموسومًا».
عدد الكروموسومات يساوي عدد السنتيروميرات. طالما أن الكروماتيدات متصلة بسنتيرومير واحد، فهذا كروموسوم واحد: 46 كروموسومًا و 92 جزيء حمض نووي. لن يصبح عدد الكروموسومات 92 إلا في الطور الانفصالي، عندما تنقسم السنتيروميرات.
-
يكتبون أن الكروموسومات المتماثلة تنفصل في الطور الانفصالي للانقسام المتساوي.
في الطور الانفصالي للانقسام المتساوي، تنفصل الكروماتيدات الشقيقة لنفس الكروموسوم. الكروموسومات المتماثلة تنفصل مرة واحدة فقط طوال الانقسام - في الطور الانفصالي الأول للانقسام المنصف.
-
يعتقدون أن الحمض النووي يتضاعف مرة أخرى قبل الانقسام الثاني للانقسام المنصف.
لا توجد فترة تخليقية في الطور البيني. تضاعف واحد للحمض النووي - انقسامان: لهذا السبب تقل المجموعة في النهاية إلى النصف.
-
يصنفون العبور على أنه جزء من الانقسام المتساوي أو الطور الاستوائي الأول.
يحدث العبور في الطور التمهيدي الأول للانقسام المنصف، عندما تكون الكروموسومات المتماثلة متصلة في ثنائي كروموسومي (اقتران). في الانقسام المتساوي، لا تقترن الكروموسومات المتماثلة، لذلك لا يوجد عبور فيه.
-
يكتبون أن الانقسام المنصف ينتج أربع خلايا متطابقة، وأن عدد الكروموسومات يقل إلى النصف في كل من الانقسامين.
المجموعة تقل إلى النصف في الانقسام الأول فقط - وهذا ما يسمى بالانقسام الاختزالي. الانقسام الثاني لا يقلل عدد الكروموسومات في الخلية، بل يفصل الكروماتيدات. والخلايا الأربع الناتجة مختلفة وراثيًا: العبور والانفصال العشوائي للكروموسومات المتماثلة تعطيها تشكيلات جينية مختلفة.
-
يسمون الطور البيني بالطور الأول للانقسام المتساوي.
الطور البيني هو جزء من دورة حياة الخلية، وليس طورًا للانقسام. للانقسام المتساوي أربعة أطوار: الطور التمهيدي، الطور الاستوائي، الطور الانفصالي، والطور النهائي. لكن لا يمكن حل تمارين حساب الكروموسومات بدون الطور البيني: ففي فترة S منه تصبح المجموعة 2n4c.
أسئلة وأجوبة
ما الفرق بين الانقسام المتساوي والمنصف باختصار؟
الانقسام المتساوي - انقسام واحد، من خلية نحصل على خليتين بنفس المجموعة 2n ونفس مجموعة الجينات. الانقسام المنصف - انقسامان متتاليان بعد تضاعف واحد للحمض النووي، نحصل على أربع خلايا بمجموعة أحادية n، وكلها تختلف في تشكيلة الجينات. بالإضافة إلى ذلك، يوجد الاقتران والعبور فقط في الانقسام المنصف، وفي الطور الانفصالي الأول تنفصل كروموسومات متماثلة كاملة، وليس كروماتيدات.
كم عدد الخلايا التي تتكون بالانقسام المتساوي وبالانقسام المنصف؟
بالانقسام المتساوي - خليتان بمجموعة 2n2c. بالانقسام المنصف - أربع خلايا بمجموعة nc. ومن هنا يأتي الفرق في الغرض: الانقسام المتساوي يزيد عدد الخلايا المتطابقة، والانقسام المنصف يجهز الخلايا الجنسية.
في أي طور يحدث العبور؟
في الطور التمهيدي للانقسام المنصف الأول. العبور هو تبادل أجزاء متساوية بين الكروماتيدات غير الشقيقة للكروموسومات المتماثلة. وهو ممكن فقط عندما تتقارب الكروموسومات المتماثلة في ثنائي كروموسومي، أي بعد الاقتران.
ما هو اقتران الكروموسومات والثنائي الكروموسومي؟
الاقتران هو تقارب الكروموسومات المتماثلة في أزواج على طولها بالكامل في الطور التمهيدي الأول للانقسام المنصف. الزوج الناتج يسمى ثنائيًا كروموسوميًا: يحتوي على كروموسومين وأربع كروماتيدات (لذلك يسمى أحيانًا رباعيًا). في الطور الاستوائي الأول، تترتب الثنائيات الكروموسومية على خط الاستواء، وليس الكروموسومات الفردية.
لماذا في الطور الانفصالي للانقسام المتساوي تسجل المجموعة كـ 4n4c؟
لأن السنتيروميرات انقسمت، وأصبحت كل كروماتيدة سابقة كروموسومًا مستقلاً. بقي عدد جزيئات الحمض النووي كما هو (4c)، وزاد عدد الكروموسومات مؤقتًا إلى الضعف - 4n. بمجرد انقسام السيتوبلازم، ستحتوي كل خلية من الخليتين على المجموعة العادية 2n2c.
أين يحدث الانقسام المتساوي، وأين يحدث الانقسام المنصف في الجسم؟
يحدث الانقسام المتساوي في الخلايا الجسدية: في مناطق النمو، في الجلد، في الغشاء المخاطي للأمعاء، في نخاع العظام، عند التئام الجروح. يحدث الانقسام المنصف لدى الحيوانات في الغدد التناسلية عند تكوين الخلايا الجنسية، ولدى النباتات - عند تكوين الأبواغ.
هل يشمل الانقسام المتساوي الطور البيني؟
لا. الطور البيني هو تحضير للانقسام وجزء من دورة حياة الخلية. للانقسام المتساوي أربعة أطوار: الطور التمهيدي، الطور الاستوائي، الطور الانفصالي، والطور النهائي. لكن لا يمكن حل تمارين حساب الكروموسومات بدون الطور البيني: ففي فترة S منه تصبح المجموعة 2n4c.
