Митоза и мейоза — два начина за делене на клетката. Митозата дава две клетки със същия набор хромозоми като майчината: затова организмът расте и възстановява тъканите си. Мейозата е две последователни деления, след които се получават четири клетки с наполовина по-малък набор: така се образуват половите клетки. На тази страница — фазите на митоза и мейоза по ред, броят на хромозомите и ДНК във всяка фаза, кросинговер и конюгация, таблица с разликите между митоза и мейоза и тренажор за самопроверка.
Жизнен цикъл на клетката и интерфаза
Клетката не се дели непрекъснато. Нейният жизнен цикъл е времето от появата на клетката до нейното собствено делене и се състои от две неравни части: дълга интерфаза (подготовка) и кратко делене.
Интерфазата се дели на три периода:
- G1, пресинтетичен — клетката расте, синтезира белтъци, натрупва обем цитоплазма и органели;
- S, синтетичен — протича репликация на ДНК: всяка хромозома достроява втора хроматида;
- G2, постсинтетичен — клетката натрупва енергия, удвоява центриолите, подготвя белтъците на делителното вретено.
Важно е да се запомни главното: удвояването на ДНК става в интерфазата, още преди началото на деленето. И митозата, и мейозата започват вече с удвоен материал — с набор 2n4c. Самата интерфаза при това не се счита нито за фаза на митоза, нито за фаза на мейоза.
В интерфазата хромозомите не се виждат дори под микроскоп: те са разплетени и се намират в ядрото под формата на хроматин. Как са устроени ядрото, хромозомите и клетъчният център, от който израстват нишките на вретеното, е подробно разгледано в материала за строежа на растителната и животинската клетка.
Какво означава 2n2c: как да броим хромозомите и ДНК
В записите от вида 2n4c буквата n означава броя на хромозомите, а буквата c — количеството ДНК (по-точно, броя на хроматидите). Хаплоидният набор е n, диплоидният — 2n. Записът 2n2c се чете така: „диплоиден набор хромозоми, всяка хромозома от една хроматида“, а 2n4c — „диплоиден набор, всяка хромозома от две хроматиди“.
Най-честата грешка е да се броят хромозомите по хроматидите. След удвояването хромозомата изглежда като две пръчици, но това е една хромозома: и двете хроматиди се държат на една центромера. Броят на хромозомите е равен на броя на центромерите.
Човекът има 2n = 46. Следователно, в G1-периода в клетката има 46 хромозоми и 46 молекули ДНК (2n2c). След S-периода хромозомите са все още 46, а молекулите ДНК вече са 92 (2n4c). И само в анафазата на митозата, когато центромерите се разделят, хромозомите ще станат 92 — по 46 към всеки полюс.
Фази на митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза
Четирите фази на митозата стъпка по стъпка, с броя на хромозомите и ДНК във всяка, — в схемата по-долу. А тук ще разгледаме три въпроса, които най-често предизвикват затруднения.
Защо в анафазата изведнъж става 4n4c. Докато клетката е цяла, в нея има два пъти повече хромозоми, отколкото ще има във всяка дъщерна клетка: центромерите са се разделили и всяка хроматида е станала самостоятелна хромозома. Но наборът се брои както за цялата клетка (4n4c), така и за полюса (2n2c) — в задачите винаги гледайте какво се пита.
Защо хромозомите се броят в метафазата. Именно тук те са максимално спирализирани и подредени в един ред — виждат се и могат да се преброят. Затова кариотипът се изучава по метафазни пластинки.
С какво завършва деленето. Разделянето на цитоплазмата се нарича цитокинеза и при растителната клетка протича по различен начин, отколкото при животинската: преградата расте отвътре, от центъра към краищата, защото твърдата клетъчна стена не позволява на клетката да се прегъне на две.
Мейоза I: конюгация, кросинговер и раздалечаване на хомолозите
Мейозата е две последователни деления след едно-единствено удвояване на ДНК. Първото делене се нарича редукционно: именно в него броят на хромозомите намалява наполовина. Редът на фазите и наборите — в схемата по-долу.
Защо наборът намалява точно тук. Хроматидите в анафаза I не се разделят — раздалечават се цели хромозоми, затова към полюса попада хаплоиден набор от двухроматидни хромозоми: n2c, а не nc. Еднохроматидни те ще станат едва след второто делене.
За какво служат конюгацията и кросинговерът. Двойката сближени хомолози (бивалент) — това са две хромозоми и четири хроматиди. Обменът на участъци между несестрински хроматиди размесва майчини и бащини гени в рамките на една хромозома — оттук идва наследствената изменчивост.
Случайност, която решава много. Всяка двойка хомолози се насочва към полюсите независимо от останалите. При човека това дава 2²³ ≈ 8,4 милиона варианта на набор още преди всякакъв кросинговер.
Между деленията протича кратък интеркинез — и в него няма синтетичен период: ДНК не се удвоява втори път.
Мейоза II: раздалечаване на хроматидите
Второто делене на мейозата се нарича еквационно — то протича по правилата на митозата, но в хаплоидна клетка. Фази с набори — в схемата по-долу.
Какво е важно да се разбере тук. По екватора се подреждат единични хромозоми, а не биваленти: хомолозите нямат с кого да конюгират, те са се разделили в предходното делене. Центромерите този път се разделят — раздалечават се сестрински хроматиди.
Защо всичките четири клетки са различни. Първо кросинговерът е обменил участъци между несестрински хроматиди на два хомолога, а после самите хомолози са се разделили по клетките в случайни комбинации. Затова мейозата дава не копия, а всеки път нов набор гени — на това се основава разнообразието на потомството.
Брой хромозоми и ДНК по фази на митоза и мейоза
Задачите „колко хромозоми и молекули ДНК има в такава фаза“ се решават механично, ако се държат в ума само две правила: броят на ДНК се увеличава само в S-периода, а броят на хромозомите се променя само там, където се раздалечават хроматиди. По-долу е наборът по всяка фаза.
| Фаза | Хромозоми и ДНК |
|---|---|
| Интерфаза | |
| Пресинтетичен период (G1) | 2n2cхромозоми еднохроматидни |
| Синтетичен период (S) | 2n4cДНК се удвои |
| Постсинтетичен период (G2) | 2n4cподготовка за делене |
| Митоза | |
| Профаза | 2n4c |
| Метафаза | 2n4cхромозоми на екватора |
| Анафаза | 4n4cхроматиди се разделиха, към полюса 2n2c |
| Телофаза | 2n2cвъв всяка от двете клетки |
| Мейоза I | |
| Профаза I | 2n4cконюгация и кросинговер |
| Метафаза I | 2n4cна екватора биваленти |
| Анафаза I | 2n4cхомолози се разделиха, към полюса n2c |
| Телофаза I | n2cвъв всяка от двете клетки |
| Мейоза II | |
| Профаза II | n2c |
| Метафаза II | n2cхромозоми на екватора по една |
| Анафаза II | 2n2cхроматиди се разделиха, към полюса nc |
| Телофаза II | ncвъв всяка от четирите клетки |
Разлики между митоза и мейоза: сравнителна таблица
Общото между двете деления не е малко: и двете протичат след удвояване на ДНК в интерфазата, и двете имат еднакви названия на фазите, и двете използват делително вретено и завършват с делене на цитоплазмата. Затова в отговора е удобно първо да се посочат приликите, а след това — разликите по точките от таблицата.
| Признак | Митоза | Мейоза |
|---|---|---|
| Брой деления | Митоза: едно | Мейоза: две последователни — мейоза I и мейоза II |
| Колко клетки се получават | Митоза: две | Мейоза: четири |
| Набор на дъщерните клетки | Митоза: 2n — като на майчината клетка | Мейоза: n — наполовина по-малък, хаплоиден |
| Конюгация и кросинговер | Митоза: няма | Мейоза: има, в профаза I |
| Какво стои на екватора в метафаза | Митоза: отделни хромозоми в един ред | Мейоза: в метафаза I — биваленти в два реда, в метафаза II — отделни хромозоми |
| Какво се раздалечава в анафаза | Митоза: сестрински хроматиди | Мейоза: в анафаза I — цели хомоложни хромозоми, в анафаза II — хроматиди |
| Профаза | Митоза: кратка и проста | Мейоза: профаза I дълга и сложна |
| Генетичен резултат | Митоза: клетки със същия набор гени като майчината | Мейоза: клетки с нови комбинации на гени, всички различни |
| Къде протича | Митоза: в соматични клетки: растеж, обновяване и възстановяване на тъкани, безполово размножаване | Мейоза: при образуване на полови клетки при животни и спори при растения |
Биологично значение на митоза и мейоза
Значение на митозата — в точността. Дъщерните клетки получават точно същия набор хромозоми и гени като майчината, затова митозата осигурява:
- растеж на организма и увеличаване броя на клетките;
- обновяване на тъканите и заздравяване на увреждания (регенерация);
- дробене на зиготата след оплождане;
- безполово и вегетативно размножаване — от делене на амеба до размножаване на растение чрез резник.
Значение на мейозата — в две неща едновременно.
Първо: постоянство на броя хромозоми на вида. Ако половите клетки бяха диплоидни, при всяко оплождане броят на хромозомите щеше да се удвоява. Мейозата намалява набора наполовина и при сливане на гамети (n + n) зиготата отново получава диплоиден набор 2n.
Второ: комбинативна изменчивост. Нови комбинации на гени възникват три пъти: при кросинговер в профаза I, при случайно и независимо раздалечаване на хомолозите в анафаза I и при случайна среща на гамети по време на оплождане. Само за сметка на независимото раздалечаване човекът може да даде 2 на степен 23 — повече от осем милиона — различни по набор хромозоми гамети. Именно това разнообразие дава материал за естествения отбор.
При животни мейозата протича при образуване на полови клетки в половите жлези, при растения — при образуване на спори.
Разбор на задачи
Пример 1. Колко хромозоми и ДНК има в различни фази на митозата
Задача: при дрозофила 2n = 8. Определете броя на хромозомите и молекулите ДНК в профаза, анафаза и телофаза на митозата.
Стъпка 1. Начало на отброяването. Преди деленето, в G1-периода, наборът е 2n2c: 8 хромозоми и 8 молекули ДНК. В S-периода ДНК се удвоява, става 2n4c — хромозомите са все още 8, а молекулите ДНК са 16.
Стъпка 2. Профаза. Нищо не се раздалечава, наборът е същият: 8 хромозоми, 16 молекули ДНК (2n4c).
Стъпка 3. Анафаза. Центромерите се разделиха, всяка хроматида стана самостоятелна хромозома: хромозомите станаха 16, молекулите ДНК също 16 (4n4c). Към всеки полюс при това има по 8 хромозоми.
Стъпка 4. Телофаза. Цитоплазмата се дели и във всяка от двете млади клетки попадат 8 хромозоми и 8 молекули ДНК (2n2c).
Проверка на логиката: броят на молекулите ДНК нито веднъж не се увеличи по време на самата митоза — той само се раздели наполовина между клетките.
Пример 2. Набор във фазите на мейозата
Задача: при царевица 2n = 20. Колко хромозоми и молекули ДНК има в клетката в края на телофаза I и в края на цялата мейоза?
Стъпка 1. Преди мейозата ДНК се удвои: 20 хромозоми и 40 молекули ДНК (2n4c).
Стъпка 2. Анафаза I. Към полюсите се раздалечават цели хомолози, центромерите не се делят. Към всеки полюс се събират по 10 хромозоми, и във всяка има по две хроматиди.
Стъпка 3. Край на телофаза I. Във всяка от двете клетки 10 хромозоми и 20 молекули ДНК (n2c).
Стъпка 4. Мейоза II. Удвояване на ДНК не е имало, затова в анафаза II просто се раздалечават хроматиди. В края на мейозата се получават четири клетки, във всяка — 10 хромозоми и 10 молекули ДНК (nc).
Отговор: след първото делене 10 хромозоми и 20 молекули ДНК; след второто — 10 хромозоми и 10 молекули ДНК.
Пример 3. Определи деленето по описание
Задача: „В клетката се виждат 12 структури, всяка от които се състои от четири хроматиди. Те са подредени по екватора в два реда“. Кое е това делене и коя фаза? Какъв е изходният набор на клетката?
Стъпка 1. Структура от четири хроматиди — това е бивалент, тоест двойка сближени хомоложни хромозоми. Биваленти има само при мейозата: конюгацията е протекла в профаза I.
Стъпка 2. Бивалентите стоят на екватора в два реда — значи, фазата е метафаза I.
Стъпка 3. Един бивалент — това са две хромозоми. Бивалентите са 12, значи, хромозомите са 24, а изходният набор на клетката е 2n = 24. Молекулите ДНК в тази фаза са 48 (2n4c).
Отговор: метафаза на мейоза I, 2n = 24, набор на клетката 2n4c.
Как да не се допускат грешки: ако на екватора стояха единични двухроматидни хромозоми в един ред, това щеше да е метафаза на митозата (при 2n) или метафаза II (при хаплоиден набор).
Чести грешки
-
Смятат, че ДНК се удвоява в профазата, преди самото делене.
Удвояването (репликацията) на ДНК протича в S-периода на интерфазата, много преди профазата. И митозата, и мейозата започват вече с набор 2n4c.
-
Броене на хромозомите по хроматидите: виждат 46 двухроматидни хромозоми и пишат „92 хромозоми“.
Броят на хромозомите е равен на броя на центромерите. Докато хроматидите са свързани с една центромера, това е една хромозома: 46 хромозоми и 92 молекули ДНК. Хромозомите ще станат 92 едва в анафазата, когато центромерите се разделят.
-
Пишат, че в анафазата на митозата се раздалечават хомоложни хромозоми.
В анафазата на митозата се раздалечават сестрински хроматиди на една и съща хромозома. Хомоложните хромозоми се раздалечават само веднъж през цялото делене — в анафаза I на мейозата.
-
Смятат, че преди второто делене на мейозата ДНК се удвоява отново.
В интеркинезата синтетичен период няма. Едно удвояване на ДНК — две деления: именно затова наборът в крайна сметка намалява наполовина.
-
Приписват кросинговера на митозата или на метафаза I.
Кросинговерът протича в профаза I на мейозата, когато хомолозите са свързани в бивалент (конюгация). В митозата хомолозите не конюгират, затова кросинговер в нея няма.
-
Пишат, че мейозата дава четири еднакви клетки, а броят на хромозомите намалява наполовина във всяко от двете деления.
Наборът намалява наполовина само в първото делене — то и се нарича редукционно. Второто делене не намалява броя на хромозомите в клетката, то разделя хроматидите. А получените четири клетки са генетично различни: кросинговерът и случайното раздалечаване на хомолозите им дават различни комбинации на гени.
-
Наричат интерфазата първа фаза на митозата.
Интерфазата е част от жизнения цикъл на клетката, а не фаза на делене. Фазите на митозата са четири: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Но задачите за броене на хромозоми без интерфаза не могат да се решат: именно в нейния S-период наборът става 2n4c.
Въпроси и отговори
С какво митозата се различава от мейозата, накратко?
Митозата е едно делене, от клетката се получават две с предишния набор 2n и същия набор гени. Мейозата е две последователни деления след едно удвояване на ДНК, получават се четири клетки с хаплоиден набор n, и всички те се различават по комбинацията на гени. Освен това, само при мейозата има конюгация и кросинговер, а в анафаза I се раздалечават цели хомоложни хромозоми, а не хроматиди.
Колко клетки се образуват при митоза и при мейоза?
При митоза — две клетки с набор 2n2c. При мейоза — четири клетки с набор nc. Оттук и разликата в предназначението: митозата увеличава броя на еднаквите клетки, мейозата подготвя полови клетки.
В коя фаза протича кросинговерът?
В профаза на първото делене на мейозата. Кросинговерът е обмен на еднакви участъци между несестрински хроматиди на хомоложни хромозоми. Той е възможен само когато хомолозите са сближени в бивалент, тоест след конюгация.
Какво е конюгация на хромозомите и бивалент?
Конюгацията е сближаване на хомоложни хромозоми по двойки по цялата дължина в профаза I на мейозата. Получената двойка се нарича бивалент: в нея има две хромозоми и четири хроматиди (затова понякога се нарича тетрада). В метафаза I на екватора се подреждат именно биваленти, а не отделни хромозоми.
Защо в анафазата на митозата наборът се записва като 4n4c?
Защото центромерите са се разделили и всяка бивша хроматида е станала самостоятелна хромозома. Молекулите ДНК остават толкова (4c), а хромозомите временно стават два пъти повече — 4n. Щом цитоплазмата се раздели, във всяка от двете клетки ще има обичайния набор 2n2c.
Къде в организма протича митоза, а къде мейоза?
Митоза протича в соматичните клетки: в зоните на растеж, в кожата, в лигавицата на червата, в костния мозък, при заздравяване на рани. Мейоза при животни протича в половите жлези при образуване на полови клетки, а при растения — при образуване на спори.
Включва ли се интерфазата в митозата?
Не. Интерфазата е подготовка за делене и част от жизнения цикъл на клетката. Митозата има четири фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Но задачите за броене на хромозоми без интерфаза не могат да се решат: именно в нейния S-период наборът става 2n4c.
