Mitóza a meióza jsou dva způsoby dělení buňky. Mitóza vytváří dvě buňky se stejnou sadou chromozomů, jako má mateřská buňka: díky ní organismus roste a obnovuje tkáně. Meióza zahrnuje dvě po sobě jdoucí dělení, po kterých vznikají čtyři buňky s poloviční sadou chromozomů: takto vznikají pohlavní buňky. Na této stránce najdete fáze mitózy a meiózy popořadě, sadu chromozomů a DNA v každé fázi, crossing-over a konjugaci, tabulku rozdílů mezi mitózou a meiózou a trenažér pro samokontrolu.
Životní cyklus buňky a interfáze
Buňka se nedělí nepřetržitě. Její životní cyklus je doba od vzniku buňky až po její vlastní dělení a skládá se ze dvou nerovných částí: dlouhé interfáze (příprava) a krátkého dělení.
Interfázi dělíme na tři období:
- G1, presyntetické — buňka roste, syntetizuje bílkoviny, zvětšuje objem cytoplazmy a organel;
- S, syntetické — probíhá replikace DNA: každý chromozom si vytvoří druhou chromatidu;
- G2, postsyntetické — buňka střádá energii, zdvojuje centrioly, připravuje bílkoviny dělícího vřeténka.
Je třeba si zapamatovat to hlavní: zdvojení DNA probíhá v interfázi, ještě před začátkem dělení. Jak mitóza, tak meióza startují již s replikovaným materiálem — se sadou 2n4c. Samotná interfáze se přitom nepovažuje za fázi mitózy ani meiózy.
V interfázi nejsou chromozomy vidět ani pod mikroskopem: jsou rozvolněné a nacházejí se v jádře ve formě chromatinu. Jak jsou uspořádány jádro, chromozomy a buněčné centrum, ze kterého vyrůstají vlákna vřeténka, je podrobně rozebráno v materiálu o stavbě rostlinné a živočišné buňky.
Co znamená 2n2c: jak počítat chromozomy a DNA
V zápisech typu 2n4c písmeno n označuje počet chromozomů a písmeno c množství DNA (přesněji počet chromatid). Haploidní sada je n, diploidní 2n. Zápis 2n2c se čte takto: „diploidní sada chromozomů, každý chromozom z jedné chromatidy“, a 2n4c — „diploidní sada, každý chromozom ze dvou chromatid“.
Nejčastější chybou je počítat chromozomy podle chromatid. Po zdvojení vypadá chromozom jako dvě tyčinky, ale je to jeden chromozom: obě chromatidy drží na jedné centromeře. Počet chromozomů se rovná počtu centromer.
Člověk má 2n = 46. To znamená, že v G1-období je v buňce 46 chromozomů a 46 molekul DNA (2n2c). Po S-období je chromozomů stále 46, ale molekul DNA je již 92 (2n4c). A teprve v anafázi mitózy, kdy se centromery rozdělí, bude chromozomů 92 — po 46 u každého pólu.
Fáze mitózy: profáze, metafáze, anafáze, telofáze
Čtyři fáze mitózy krok za krokem, se sadou chromozomů a DNA v každé z nich, najdete ve schématu níže. A zde rozebereme tři otázky, na kterých se lidé nejčastěji zadrhnou.
Proč je v anafázi najednou 4n4c. Dokud je buňka celistvá, je v ní dvakrát více chromozomů, než bude v každé dceřiné buňce: centromery se rozdělily a každá chromatida se stala samostatným chromozomem. Ale sada se počítá jak pro buňku jako celek (4n4c), tak pro pól (2n2c) — v úlohách se vždy dívejte, na co se ptají.
Proč se chromozomy počítají v metafázi. Právě zde jsou maximálně spiralizované a seřazené do jedné řady — jsou vidět a lze je přepočítat. Proto se karyotyp studuje podle metafázních destiček.
Čím dělení končí. Rozdělení cytoplazmy se nazývá cytokineze, a u rostlinné buňky probíhá jinak než u živočišné: přepážka roste zevnitř, od středu k okrajům, protože tuhá buněčná stěna nedovolí buňce se přetáhnout napůl.
Meióza I: konjugace, crossing-over a rozchod homologů
Meióza je dvě dělení po sobě po jednom jediném zdvojení DNA. První dělení se nazývá redukční: právě v něm se počet chromozomů snižuje na polovinu. Pořadí fází a sady najdete ve schématu níže.
Proč se sada snižuje právě zde. Chromatidy v anafázi I se nerozcházejí — rozcházejí se celé chromozomy, proto je u pólu haploidní sada dvouchromatidových chromozomů: n2c, nikoliv nc. Jednochromatidovými se stanou až po druhém dělení.
K čemu jsou konjugace a crossing-over. Pár přiblížených homologů (bivalent) — to jsou dva chromozomy a čtyři chromatidy. Výměna úseků mezi nesesterskými chromatidami promíchává mateřské a otcovské geny uvnitř jednoho chromozomu — odtud pramení dědičná proměnlivost.
Náhodnost, která rozhoduje o mnohém. Každý pár homologů se orientuje k pólům nezávisle na ostatních. U člověka to dává 2²³ ≈ 8,4 milionu variant sady ještě před jakýmkoliv crossing-overem.
Mezi děleními probíhá krátká interkineze — a v ní není syntetické období: DNA se podruhé nezdvojuje.
Meióza II: rozchod chromatid
Druhé dělení meiózy se nazývá ekvační — probíhá podle pravidel mitózy, ale v haploidní buňce. Fáze se sadami najdete ve schématu níže.
Co je zde důležité pochopit. Podle rovníku se řadí osamocené chromozomy, nikoliv bivalenty: homology nemají s kým konjugovat, rozešly se v předchozím dělení. Centromery se tentokrát dělí — rozcházejí se sesterské chromatidy.
Proč jsou všechny čtyři buňky různé. Nejprve crossing-over vyměnil úseky mezi nesesterskými chromatidami dvou homologů a poté se samotné homology rozešly do buněk v náhodných kombinacích. Proto meióza nevytváří kopie, ale pokaždé novou sadu genů — na tom stojí rozmanitost potomstva.
Sada chromozomů a DNA podle fází mitózy a meiózy
Úlohy typu „kolik chromozomů a molekul DNA je v té či oné fázi“ se řeší mechanicky, pokud máte v hlavě jen dvě pravidla: množství DNA se zvyšuje pouze v S-období a počet chromozomů se mění pouze tam, kde se rozcházejí chromatidy. Níže je sada pro každou fázi.
| Fáze | Chromozomy a DNA |
|---|---|
| Interfáze | |
| Presyntetické období (G1) | 2n2cchromozomy jednochromatidové |
| Syntetické období (S) | 2n4cDNA se zdvojila |
| Postsyntetické období (G2) | 2n4cpříprava na dělení |
| Mitóza | |
| Profáze | 2n4c |
| Metafáze | 2n4cchromozomy na rovníku |
| Anafáze | 4n4cchromatidy se rozešly, u pólu 2n2c |
| Telofáze | 2n2cv každé ze dvou buněk |
| Meióza I | |
| Profáze I | 2n4ckonjugace a crossing-over |
| Metafáze I | 2n4cna rovníku bivalenty |
| Anafáze I | 2n4chomology se rozešly, u pólu n2c |
| Telofáze I | n2cv každé ze dvou buněk |
| Meióza II | |
| Profáze II | n2c |
| Metafáze II | n2cchromozomy na rovníku po jednom |
| Anafáze II | 2n2cchromatidy se rozešly, u pólu nc |
| Telofáze II | ncv každé ze čtyř buněk |
Rozdíly mezi mitózou a meiózou: srovnávací tabulka
Společného mají obě dělení nemálo: obě probíhají po zdvojení DNA v interfázi, obě mají stejné názvy fází, obě využívají dělící vřeténko a končí dělením cytoplazmy. Proto je v odpovědi vhodné nejprve uvést shody a poté rozdíly podle bodů tabulky.
| Znak | Mitóza | Meióza |
|---|---|---|
| Počet dělení | Mitóza: jedno | Meióza: dvě po sobě — meióza I a meióza II |
| Kolik buněk vzniká | Mitóza: dvě | Meióza: čtyři |
| Sada dceřiných buněk | Mitóza: 2n — jako u mateřské buňky | Meióza: n — poloviční, haploidní |
| Konjugace a crossing-over | Mitóza: ne | Meióza: ano, v profázi I |
| Co stojí na rovníku v metafázi | Mitóza: jednotlivé chromozomy v jedné řadě | Meióza: v metafázi I — bivalenty ve dvou řadách, v metafázi II — jednotlivé chromozomy |
| Co se rozchází v anafázi | Mitóza: sesterské chromatidy | Meióza: v anafázi I — celé homologní chromozomy, v anafázi II — chromatidy |
| Profáze | Mitóza: krátká a jednoduchá | Meióza: profáze I dlouhá a složitá |
| Genetický výsledek | Mitóza: buňky se stejnou sadou genů, jako měla mateřská | Meióza: buňky s novými kombinacemi genů, všechny různé |
| Kde probíhá | Mitóza: v somatických buňkách: růst, obnova a regenerace tkání, nepohlavní rozmnožování | Meióza: při tvorbě pohlavních buněk u živočichů a výtrusů u rostlin |
Biologický význam mitózy a meiózy
Význam mitózy — v přesnosti. Dceřiné buňky získávají přesně stejnou sadu chromozomů a genů jako mateřská buňka, proto mitóza zajišťuje:
- růst organismu a zvětšování počtu buněk;
- obnovu tkání a hojení poškození (regeneraci);
- rýhování zygoty po oplození;
- nepohlavní a vegetativní rozmnožování — od dělení měňavky až po rozmnožování rostliny řízkem.
Význam meiózy — ve dvou věcech najednou.
První: stálost počtu chromozomů druhu. Kdyby pohlavní buňky byly diploidní, při každém oplození by se počet chromozomů zdvojnásobil. Meióza snižuje sadu na polovinu a při splynutí gamet (n + n) zygota opět získává diploidní sadu 2n.
Druhé: kombinační proměnlivost. Nové kombinace genů vznikají třikrát: při crossing-overu v profázi I, při náhodném a nezávislém rozchodu homologů v anafázi I a při náhodném setkání gamet během oplození. Jen díky nezávislému rozchodu může člověk vytvořit 2 na 23. — více než osm milionů — různých gamet podle sady chromozomů. Právě tato rozmanitost dává materiál pro přirozený výběr.
U živočichů meióza probíhá při tvorbě pohlavních buněk v pohlavních žlázách, u rostlin — při tvorbě výtrusů.
Rozbor úloh
Příklad 1. Kolik chromozomů a DNA je v různých fázích mitózy
Úloha: octomilka má 2n = 8. Určete počet chromozomů a molekul DNA v profázi, anafázi a telofázi mitózy.
Krok 1. Výchozí bod. Před dělením, v G1-období, je sada 2n2c: 8 chromozomů a 8 molekul DNA. V S-období se DNA zdvojila, stala se 2n4c — chromozomů je stále 8, ale molekul DNA 16.
Krok 2. Profáze. Nic se nerozchází, sada je stejná: 8 chromozomů, 16 molekul DNA (2n4c).
Krok 3. Anafáze. Centromery se rozdělily, každá chromatida se stala samostatným chromozomem: chromozomů je 16, molekul DNA také 16 (4n4c). U každého pólu je přitom 8 chromozomů.
Krok 4. Telofáze. Cytoplazma se dělí a v každé ze dvou mladých buněk je 8 chromozomů a 8 molekul DNA (2n2c).
Kontrola logiky: počet molekul DNA ani jednou nevzrostl během samotné mitózy — pouze se rozdělil napůl mezi buňky.
Příklad 2. Sada ve fázích meiózy
Úloha: kukuřice má 2n = 20. Kolik chromozomů a molekul DNA je v buňce na konci telofáze I a na konci celé meiózy?
Krok 1. Před meiózou se DNA zdvojila: 20 chromozomů a 40 molekul DNA (2n4c).
Krok 2. Anafáze I. K pólům se rozcházejí celé homology, centromery se nedělí. U každého pólu se shromáždí 10 chromozomů a v každém jsou dvě chromatidy.
Krok 3. Konec telofáze I. V každé ze dvou buněk je 10 chromozomů a 20 molekul DNA (n2c).
Krok 4. Meióza II. Ke zdvojení DNA nedošlo, proto se v anafázi II prostě rozcházejí chromatidy. Na konci meiózy vznikají čtyři buňky, v každé je 10 chromozomů a 10 molekul DNA (nc).
Odpověď: po prvním dělení 10 chromozomů a 20 molekul DNA; po druhém — 10 chromozomů a 10 molekul DNA.
Příklad 3. Určit dělení podle popisu
Úloha: „V buňce je vidět 12 struktur, z nichž každá se skládá ze čtyř chromatid. Seřadily se u rovníku ve dvou řadách.“ Jaké je to dělení a jaká fáze? Jaká je výchozí sada buňky?
Krok 1. Struktura ze čtyř chromatid je bivalent, tedy pár přiblížených homologních chromozomů. Bivalenty jsou pouze v meióze: konjugace proběhla v profázi I.
Krok 2. Bivalenty stojí na rovníku ve dvou řadách — znamená to fázi metafáze I.
Krok 3. Jeden bivalent jsou dva chromozomy. Bivalentů je 12, znamená to, že chromozomů je 24, a výchozí sada buňky je 2n = 24. Molekul DNA je v této fázi 48 (2n4c).
Odpověď: metafáze meiózy I, 2n = 24, sada buňky 2n4c.
Jak neudělat chybu: kdyby na rovníku stály osamocené dvouchromatidové chromozomy v jedné řadě, byla by to metafáze mitózy (při 2n) nebo metafáze II (při haploidní sadě).
Časté chyby
-
Myslí si, že DNA se zdvojuje v profázi, těsně před dělením.
Zdvojení (replikace) DNA probíhá v S-období interfáze, dlouho před profází. Jak mitóza, tak meióza začínají již se sadou 2n4c.
-
Počítají chromozomy podle chromatid: vidí 46 dvouchromatidových chromozomů a píší „92 chromozomů“.
Počet chromozomů se rovná počtu centromer. Dokud jsou chromatidy spojeny jednou centromerou, je to jeden chromozom: 46 chromozomů a 92 molekul DNA. Chromozomů bude 92 až v anafázi, kdy se centromery rozdělí.
-
Píší, že v anafázi mitózy se rozcházejí homologní chromozomy.
V anafázi mitózy se rozcházejí sesterské chromatidy téhož chromozomu. Homologní chromozomy se rozcházejí pouze jednou za celé dělení — v anafázi I meiózy.
-
Myslí si, že před druhým dělením meiózy se DNA zdvojuje ještě jednou.
V interkinezi syntetické období není. Jedno zdvojení DNA — dvě dělení: právě proto se sada nakonec zmenší na polovinu.
-
Zařazují crossing-over k mitóze nebo k metafázi I.
Crossing-over probíhá v profázi I meiózy, když jsou homology spojeny v bivalentu (konjugace). V mitóze homology nekonjugují, proto v ní crossing-over není.
-
Píší, že meióza dává čtyři stejné buňky a počet chromozomů se zmenšuje na polovinu v každém ze dvou dělení.
Sada se zmenšuje na polovinu pouze v prvním dělení — to se nazývá redukční. Druhé dělení počet chromozomů v buňce nezmenšuje, rozděluje chromatidy. A vzniklé čtyři buňky jsou geneticky různé: crossing-over a náhodný rozchod homologů jim dávají různé kombinace genů.
-
Nazývají interfázi první fází mitózy.
Interfáze je součástí životního cyklu buňky, nikoliv fáze dělení. Fáze mitózy jsou čtyři: profáze, metafáze, anafáze, telofáze. Ale úlohy na počítání chromozomů bez interfáze nevyřešíte: právě v jejím S-období se sada stává 2n4c.
Otázky a odpovědi
Čím se mitóza liší od meiózy, stručně?
Mitóza — jedno dělení, z buňky vznikají dvě se stejnou sadou 2n a stejnou sadou genů. Meióza — dvě dělení po sobě po jednom zdvojení DNA, vznikají čtyři buňky s haploidní sadou n a všechny se liší kombinací genů. Kromě toho pouze v meióze je konjugace a crossing-over a v anafázi I se rozcházejí celé homologní chromozomy, nikoliv chromatidy.
Kolik buněk vzniká při mitóze a při meióze?
Při mitóze — dvě buňky se sadou 2n2c. Při meióze — čtyři buňky se sadou nc. Odtud i rozdíl v určení: mitóza zvětšuje počet stejných buněk, meióza připravuje pohlavní buňky.
V jaké fázi probíhá crossing-over?
V profázi prvního dělení meiózy. Crossing-over je výměna stejných úseků mezi nesesterskými chromatidami homologních chromozomů. Je možný pouze tehdy, když jsou homology přiblíženy v bivalentu, tedy po konjugaci.
Co je konjugace chromozomů a bivalent?
Konjugace je přiblížení homologních chromozomů v párech po celé délce v profázi I meiózy. Vzniklý pár se nazývá bivalent: jsou v něm dva chromozomy a čtyři chromatidy (proto se mu někdy říká tetráda). V metafázi I se na rovníku řadí právě bivalenty, nikoliv jednotlivé chromozomy.
Proč se v anafázi mitózy sada zapisuje jako 4n4c?
Protože centromery se rozdělily a každá bývalá chromatida se stala samostatným chromozomem. Molekul DNA zůstalo stejně (4c), ale chromozomů dočasně přibylo na dvojnásobek — 4n. Jakmile se cytoplazma rozdělí, v každé ze dvou buněk bude obvyklá sada 2n2c.
Kde v organismu probíhá mitóza a kde meióza?
Mitóza probíhá v somatických buňkách: v růstových zónách, v kůži, ve sliznici střeva, v kostní dřeni, při hojení ran. Meióza u živočichů probíhá v pohlavních žlázách při tvorbě pohlavních buněk, u rostlin — při tvorbě výtrusů.
Patří interfáze do mitózy?
Ne. Interfáze je příprava na dělení a součást životního cyklu buňky. V mitóze jsou čtyři fáze: profáze, metafáze, anafáze a telofáze. Ale úlohy na počítání chromozomů bez interfáze nevyřešíte: právě v jejím S-období se sada stává 2n4c.
