میتوز و میوز دو روش تقسیم سلولی هستند. میتوز دو سلول با همان تعداد کروموزوم سلول مادر ایجاد میکند: به همین دلیل بدن رشد میکند و بافتها را ترمیم میکند. میوز دو تقسیم متوالی است که پس از آن چهار سلول با نصف تعداد کروموزوم ایجاد میشود: اینگونه سلولهای جنسی تشکیل میشوند. در این صفحه - فازهای میتوز و میوز به ترتیب، تعداد کروموزوم و DNA در هر فاز، کراسینگاور و کونژوگاسیون، جدول تفاوتهای میتوز و میوز و یک تمرینکننده برای خودآزمایی.
چرخه سلولی و اینترفاز
سلول به طور مداوم تقسیم نمیشود. چرخه سلولی آن زمانی است که سلول ظاهر میشود تا زمانی که خودش تقسیم شود، و از دو بخش نامساوی تشکیل شده است: اینترفاز طولانی (آمادهسازی) و تقسیم کوتاه.
اینترفاز به سه دوره تقسیم میشود:
- G1، پیشسنتزی - سلول رشد میکند، پروتئینها را سنتز میکند، حجم سیتوپلاسم و اندامکها را افزایش میدهد.
- S، سنتزی - تکثیر DNA انجام میشود: هر کروموزوم کروماتید دوم خود را میسازد.
- G2، پسسنتزی - سلول انرژی ذخیره میکند، سانتریولها را دو برابر میکند، پروتئینهای دوک تقسیم را آماده میکند.
نکته اصلی که باید به خاطر سپرد: دو برابر شدن DNA قبل از شروع تقسیم، در اینترفاز اتفاق میافتد. هم میتوز و هم میوز از قبل با مواد دو برابر شده - با تعداد 2n4c - شروع میشوند. خود اینترفاز نه فاز میتوز و نه فاز میوز محسوب میشود.
در اینترفاز، کروموزومها حتی زیر میکروسکوپ هم دیده نمیشوند: آنها باز شدهاند و در هسته به صورت کروماتین قرار دارند. ساختار هسته، کروموزومها و مرکز سلولی که رشتههای دوک از آن رشد میکنند، در مطلب مربوط به ساختار سلول گیاهی و جانوری به تفصیل توضیح داده شده است.
معنی 2n2c: چگونه کروموزومها و DNA را بشماریم
در عباراتی مانند 2n4c، حرف n تعداد کروموزومها و حرف c مقدار DNA (به طور دقیقتر، تعداد کروماتیدها) را نشان میدهد. مجموعه هاپلوئید n و مجموعه دیپلوئید 2n است. عبارت 2n2c به این صورت خوانده میشود: «مجموعه دیپلوئید کروموزوم، هر کروموزوم از یک کروماتید تشکیل شده است»، و 2n4c - «مجموعه دیپلوئید، هر کروموزوم از دو کروماتید تشکیل شده است».
رایجترین اشتباه، شمارش کروموزومها بر اساس کروماتیدها است. پس از دو برابر شدن، کروموزوم شبیه دو چوب است، اما این یک کروموزوم است: هر دو کروماتید به یک سانترومر متصل هستند. تعداد کروموزومها برابر با تعداد سانترومرها است.
انسان 2n = 46 دارد. این بدان معناست که در دوره G1، سلول دارای 46 کروموزوم و 46 مولکول DNA (2n2c) است. پس از دوره S، هنوز 46 کروموزوم وجود دارد، اما 92 مولکول DNA (2n4c) وجود دارد. و تنها در آنافاز میتوز، زمانی که سانترومرها جدا میشوند، تعداد کروموزومها به 92 میرسد - 46 در هر قطب.
فازهای میتوز: پروفاز، متافاز، آنافاز، تلوفاز
چهار فاز میتوز گام به گام، با تعداد کروموزوم و DNA در هر کدام، - در نمودار زیر. در اینجا سه سوال را که اغلب باعث سردرگمی میشوند، بررسی میکنیم.
چرا در آنافاز ناگهان 4n4c میشود. تا زمانی که سلول سالم است، دو برابر کروموزوم نسبت به آنچه در هر سلول دختری خواهد بود، دارد: سانترومرها جدا شدهاند و هر کروماتید به یک کروموزوم مستقل تبدیل شده است. اما تعداد هم برای کل سلول (4n4c) و هم برای هر قطب (2n2c) شمارش میشود - همیشه در تکالیف ببینید چه چیزی پرسیده میشود.
چرا کروموزومها در متافاز شمرده میشوند. دقیقاً در اینجا آنها حداکثر اسپیرالیزه شده و در یک ردیف قرار گرفتهاند - دیده میشوند و قابل شمارش هستند. به همین دلیل کاریوتایپ بر اساس صفحات متافاز مطالعه میشود.
تقسیم چگونه پایان مییابد. تقسیم سیتوپلاسم سیتوکینز نامیده میشود و در سلول گیاهی با سلول جانوری متفاوت است: دیواره سلولی از داخل، از مرکز به سمت لبهها رشد میکند، زیرا دیواره سلولی سخت مانع از تقسیم شدن سلول به دو نیم میشود.
میوز I: کونژوگاسیون، کراسینگاور و جدا شدن هومولوگها
میوز دو تقسیم متوالی پس از تنها یک بار دو برابر شدن DNA است. تقسیم اول تقسیم کاهشی نامیده میشود: دقیقاً در آن تعداد کروموزومها دو برابر میشود. ترتیب فازها و تعداد کروموزومها - در نمودار زیر.
چرا تعداد کروموزومها دقیقاً در اینجا کاهش مییابد. کروماتیدها در آنافاز I جدا نمیشوند - کروموزومهای کامل جدا میشوند، بنابراین در هر قطب یک مجموعه هاپلوئید از کروموزومهای دو کروماتیدی قرار میگیرد: n2c، نه nc. آنها تنها پس از تقسیم دوم تک کروماتیدی خواهند شد.
چرا کونژوگاسیون و کراسینگاور لازم هستند. جفت کروموزومهای هومولوگ که نزدیک شدهاند (بایوالنت) - دو کروموزوم و چهار کروماتید است. تبادل قطعات بین کروماتیدهای غیر خواهری، ژنهای مادری و پدری را در داخل یک کروموزوم مخلوط میکند - از اینجا تنوع ارثی ناشی میشود.
تصادفی که بسیاری چیزها را تعیین میکند. هر جفت هومولوگ به طور مستقل از بقیه به قطبها میچرخد. در انسان، این امر 2²³ ≈ 8.4 میلیون گزینه برای مجموعه کروموزومها را حتی قبل از هرگونه کراسینگاور ایجاد میکند.
بین تقسیمات، یک اینترکینزی کوتاه وجود دارد - و در آن دوره سنتزی وجود ندارد: DNA برای بار دوم دو برابر نمیشود.
میوز II: جدا شدن کروماتیدها
تقسیم دوم میوز تقسیم همسان نامیده میشود - این تقسیم طبق قوانین میتوز، اما در سلول هاپلوئید انجام میشود. فازها با تعداد کروموزومها - در نمودار زیر.
نکته مهم در اینجا. در امتداد استوا، کروموزومهای منفرد، نه بایوالنتها، قرار میگیرند: هومولوگها برای کونژوگاسیون همتایی ندارند، آنها در تقسیم قبلی جدا شدهاند. این بار سانترومرها جدا میشوند - کروماتیدهای خواهری جدا میشوند.
چرا هر چهار سلول متفاوت هستند. ابتدا کراسینگاور قطعات کروماتیدهای غیر خواهری دو هومولوگ را تبادل کرد، و سپس خود هومولوگها در ترکیبهای تصادفی به سلولها رفتند. به همین دلیل میوز کپی ایجاد نمیکند، بلکه هر بار مجموعه جدیدی از ژنها را ایجاد میکند - تنوع نسلها بر این اساس استوار است.
تعداد کروموزوم و DNA در فازهای میتوز و میوز
مسائل «چند کروموزوم و مولکول DNA در فاز X» با حفظ دو قانون مکانیکی حل میشوند: مقدار DNA فقط در دوره S افزایش مییابد، و تعداد کروموزومها فقط در جایی که کروماتیدها جدا میشوند تغییر میکند. در زیر تعداد کروموزومها برای هر فاز آورده شده است.
| فاز | کروموزومها و DNA |
|---|---|
| اینترفاز | |
| دوره پیشسنتزی (G1) | 2n2cکروموزومها تک کروماتیدی هستند |
| دوره سنتزی (S) | 2n4cDNA دو برابر شد |
| دوره پسسنتزی (G2) | 2n4cآمادهسازی برای تقسیم |
| میتوز | |
| پروفاژ | 2n4c |
| متافاز | 2n4cکروموزومها در استوا قرار دارند |
| آنافاز | 4n4cکروماتیدها جدا شدند، در هر قطب 2n2c |
| تلوفاز | 2n2cدر هر یک از دو سلول |
| میوز I | |
| پروفاژ I | 2n4cکونژوگاسیون و کراسینگاور |
| متافاز I | 2n4cبایوالنتها در استوا قرار دارند |
| آنافاز I | 2n4cهومولوگها جدا شدند، در هر قطب n2c |
| تلوفاز I | n2cدر هر یک از دو سلول |
| میوز II | |
| پروفاژ II | n2c |
| متافاز II | n2cکروموزومها به صورت تکی در استوا قرار دارند |
| آنافاز II | 2n2cکروماتیدها جدا شدند، در هر قطب nc |
| تلوفاز II | ncدر هر یک از چهار سلول |
تفاوتهای میتوز و میوز: جدول مقایسهای
شباهتهای زیادی بین دو تقسیم وجود دارد: هر دو پس از دو برابر شدن DNA در اینترفاز رخ میدهند، هر دو نام فازهای یکسانی دارند، هر دو از دوک تقسیم استفاده میکنند و با تقسیم سیتوپلاسم پایان مییابند. بنابراین، در پاسخ، راحت است که ابتدا شباهتها و سپس تفاوتها را بر اساس موارد جدول ذکر کنیم.
| ویژگی | میتوز | میوز |
|---|---|---|
| تعداد تقسیمات | میتوز: یک | میوز: دو متوالی - میوز I و میوز II |
| تعداد سلولهای حاصله | میتوز: دو | میوز: چهار |
| مجموعه سلولهای دختری | میتوز: 2n - مانند سلول مادر | میوز: n - نصف، هاپلوئید |
| کونژوگاسیون و کراسینگاور | میتوز: خیر | میوز: بله، در پروفاز I |
| چه چیزی در استوای متافاز قرار میگیرد | میتوز: کروموزومهای منفرد در یک ردیف | میوز: در متافاز I - بایوالنتها در دو ردیف، در متافاز II - کروموزومهای منفرد |
| چه چیزی در آنافاز جدا میشود | میتوز: کروماتیدهای خواهری | میوز: در آنافاز I - کروموزومهای هومولوگ کامل، در آنافاز II - کروماتیدها |
| پروفاژ | میتوز: کوتاه و ساده | میوز: پروفاژ I طولانی و پیچیده |
| نتیجه ژنتیکی | میتوز: سلولها با همان مجموعه ژنها مانند سلول مادر | میوز: سلولها با ترکیبهای جدید ژنها، همه متفاوت |
| محل وقوع | میتوز: در سلولهای پیکری: رشد، نوسازی و ترمیم بافتها، تولید مثل غیرجنسی | میوز: هنگام تشکیل سلولهای جنسی در حیوانات و هاگها در گیاهان |
اهمیت بیولوژیکی میتوز و میوز
اهمیت میتوز - در دقت آن است. سلولهای دختری دقیقاً همان تعداد کروموزوم و ژن سلول مادر را دریافت میکنند، بنابراین میتوز مسئول موارد زیر است:
- رشد ارگانیسم و افزایش تعداد سلولها.
- نوسازی بافتها و ترمیم آسیبها (بازسازی).
- تقسیم زیگوت پس از لقاح.
- تولید مثل غیرجنسی و رویشی - از تقسیم آمیب تا تولید مثل گیاه از طریق قلمه.
اهمیت میوز - در دو چیز همزمان است.
اول: ثبات تعداد کروموزومهای گونه. اگر سلولهای جنسی دیپلوئید بودند، با هر لقاح، تعداد کروموزومها دو برابر میشد. میوز تعداد کروموزومها را نصف میکند و با ادغام گامتها (n + n)، زیگوت دوباره مجموعه دیپلوئید 2n را دریافت میکند.
دوم: تنوع ترکیبی. ترکیبهای جدید ژنها سه بار رخ میدهند: در کراسینگاور در پروفاز I، در جدا شدن مستقل هومولوگها در آنافاز I و در برخورد تصادفی گامتها در طول لقاح. تنها به دلیل جدا شدن مستقل، انسان میتواند 2 به توان 23 - بیش از هشت میلیون - گامت با مجموعههای کروموزومی متفاوت تولید کند. دقیقاً این تنوع، ماده لازم برای انتخاب طبیعی را فراهم میکند.
در حیوانات، میوز هنگام تشکیل سلولهای جنسی در غدد جنسی و در گیاهان - هنگام تشکیل هاگها رخ میدهد.
توضیح مسائل
مثال ۱. تعداد کروموزومها و DNA در فازهای مختلف میتوز
مسئله: در مگس سرکه 2n = 8. تعداد کروموزومها و مولکولهای DNA را در پروفاز، آنافاز و تلوفاز میتوز تعیین کنید.
گام ۱. شروع شمارش. قبل از تقسیم، در دوره G1، تعداد کروموزومها 2n2c است: ۸ کروموزوم و ۸ مولکول DNA. در دوره S، DNA دو برابر شد، شد 2n4c - هنوز ۸ کروموزوم، اما ۱۶ مولکول DNA.
گام ۲. پروفاز. هیچ چیز جدا نمیشود، تعداد کروموزومها همان است: ۸ کروموزوم، ۱۶ مولکول DNA (2n4c).
گام ۳. آنافاز. سانترومرها جدا شدند، هر کروماتید به یک کروموزوم مستقل تبدیل شد: تعداد کروموزومها ۱۶ و مولکولهای DNA نیز ۱۶ شد (4n4c). در هر قطب در این زمان ۸ کروموزوم وجود دارد.
گام ۴. تلوفاز. سیتوپلاسم تقسیم میشود و در هر یک از دو سلول جوان ۸ کروموزوم و ۸ مولکول DNA (2n2c) وجود خواهد داشت.
بررسی منطق: تعداد مولکولهای DNA در طول خود میتوز هرگز افزایش نیافت - فقط بین سلولها نصف شد.
مثال ۲. تعداد کروموزومها در فازهای میوز
مسئله: در ذرت 2n = 20. چند کروموزوم و مولکول DNA در سلول در پایان تلوفاز I و در پایان کل میوز وجود خواهد داشت؟
گام ۱. قبل از میوز، DNA دو برابر شد: ۲۰ کروموزوم و ۴۰ مولکول DNA (2n4c).
گام ۲. آنافاز I. کروموزومهای کامل هومولوگ به قطبها میروند، سانترومرها جدا نمیشوند. در هر قطب ۱۰ کروموزوم جمع میشود و هر کدام دو کروماتید دارند.
گام ۳. پایان تلوفاز I. در هر یک از دو سلول ۱۰ کروموزوم و ۲۰ مولکول DNA (n2c) وجود دارد.
گام ۴. میوز II. DNA دو برابر نشد، بنابراین در آنافاز II فقط کروماتیدها جدا میشوند. در پایان میوز، چهار سلول حاصل میشود، در هر کدام - ۱۰ کروموزوم و ۱۰ مولکول DNA (nc).
پاسخ: پس از تقسیم اول ۱۰ کروموزوم و ۲۰ مولکول DNA؛ پس از تقسیم دوم - ۱۰ کروموزوم و ۱۰ مولکول DNA.
مثال ۳. تعیین تقسیم بر اساس توضیحات
مسئله: «در سلول ۱۲ ساختار دیده میشود که هر کدام از چهار کروماتید تشکیل شده است. آنها در امتداد استوا در دو ردیف قرار گرفتهاند.» این کدام تقسیم و کدام فاز است؟ تعداد کروموزوم اولیه سلول چقدر است؟
گام ۱. ساختاری که از چهار کروماتید تشکیل شده است، بایوالنت است، یعنی جفت کروموزومهای هومولوگ نزدیک شدهاند. بایوالنتها فقط در میوز وجود دارند: کونژوگاسیون در پروفاز I رخ داده است.
گام ۲. بایوالنتها در استوا در دو ردیف قرار گرفتهاند - یعنی فاز متافاز I است.
گام ۳. یک بایوالنت - یعنی دو کروموزوم. ۱۲ بایوالنت وجود دارد، یعنی ۲۴ کروموزوم، و تعداد کروموزوم اولیه سلول 2n = 24 است. تعداد مولکولهای DNA در این فاز ۴۸ (2n4c) است.
پاسخ: متافاز میوز I، 2n = 24، تعداد کروموزوم سلول 2n4c.
چگونه اشتباه نکنیم: اگر کروموزومهای منفرد دو کروماتیدی در یک ردیف در استوا قرار گرفته بودند، این متافاز میتوز (با 2n) یا متافاز II (با تعداد هاپلوئید) بود.
اشتباهات رایج
-
اینکه DNA قبل از تقسیم، درست قبل از پروفاز، دو برابر میشود.
دو برابر شدن DNA (تکثیر) در دوره S اینترفاز، مدتها قبل از پروفاز رخ میدهد. هم میتوز و هم میوز با تعداد 2n4c شروع میشوند.
-
شمارش کروموزومها بر اساس کروماتیدها: دیدن ۴۶ کروموزوم دو کروماتیدی و نوشتن «۹۲ کروموزوم».
تعداد کروموزومها برابر با تعداد سانترومرها است. تا زمانی که کروماتیدها توسط یک سانترومر به هم متصل هستند، این یک کروموزوم است: ۴۶ کروموزوم و ۹۲ مولکول DNA. تعداد کروموزومها تنها در آنافاز به ۹۲ میرسد، زمانی که سانترومرها جدا میشوند.
-
نوشتن اینکه در آنافاز میتوز، کروموزومهای هومولوگ جدا میشوند.
در آنافاز میتوز، کروماتیدهای خواهری یک کروموزوم یکسان جدا میشوند. کروموزومهای هومولوگ فقط یک بار در طول کل تقسیم جدا میشوند - در آنافاز I میوز.
-
فکر کردن که DNA قبل از تقسیم دوم میوز دوباره دو برابر میشود.
اینترکینزی کوتاه است و دوره سنتزی ندارد. یک بار دو برابر شدن DNA - دو تقسیم: به همین دلیل تعداد کروموزومها در نهایت نصف میشود.
-
نسبت دادن کراسینگاور به میتوز یا متافاز I.
کراسینگاور در پروفاز I رخ میدهد، زمانی که هومولوگها در بایوالنت (کونژوگاسیون) قرار میگیرند. در میتوز، هومولوگها کونژوگه نمیشوند، بنابراین کراسینگاور در آن وجود ندارد.
-
نوشتن اینکه میوز چهار سلول یکسان ایجاد میکند و تعداد کروموزومها در هر دو تقسیم نصف میشود.
تعداد کروموزومها فقط در تقسیم اول نصف میشود - به همین دلیل تقسیم اول، تقسیم کاهشی نامیده میشود. تقسیم دوم تعداد کروموزومها را در سلول کاهش نمیدهد، بلکه کروماتیدها را جدا میکند. و چهار سلول حاصل، از نظر ژنتیکی متفاوت هستند: کراسینگاور و جدا شدن تصادفی هومولوگها ترکیبهای ژنی متفاوتی به آنها میدهد.
-
نامیدن اینترفاز به عنوان اولین فاز میتوز.
اینترفاز بخشی از چرخه سلولی است، نه فاز تقسیم. میتوز چهار فاز دارد: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز. اما مسائل شمارش کروموزومها بدون اینترفاز قابل حل نیستند: دقیقاً در دوره S آن است که تعداد کروموزومها 2n4c میشود.
سوالات و پاسخها
تفاوت میتوز و میوز به طور خلاصه چیست؟
میتوز یک تقسیم است، از یک سلول دو سلول با همان تعداد کروموزوم 2n و همان مجموعه ژنها حاصل میشود. میوز دو تقسیم متوالی پس از یک بار دو برابر شدن DNA است، چهار سلول با مجموعه هاپلوئید n حاصل میشود و همه آنها از نظر ترکیب ژنی متفاوت هستند. علاوه بر این، فقط در میوز کونژوگاسیون و کراسینگاور وجود دارد، و در آنافاز I کروموزومهای هومولوگ کامل، نه کروماتیدها، جدا میشوند.
چند سلول در میتوز و میوز تشکیل میشود؟
در میتوز - دو سلول با تعداد کروموزوم 2n2c. در میوز - چهار سلول با تعداد کروموزوم nc. از اینجا تفاوت در هدف: میتوز تعداد سلولهای یکسان را افزایش میدهد، میوز سلولهای جنسی را آماده میکند.
در کدام فاز کراسینگاور رخ میدهد؟
در پروفاز تقسیم اول میوز. کراسینگاور تبادل قطعات یکسانی بین کروماتیدهای غیر خواهری کروموزومهای هومولوگ است. این تنها زمانی امکانپذیر است که هومولوگها در بایوالنت نزدیک شوند، یعنی پس از کونژوگاسیون.
کونژوگاسیون کروموزومها و بایوالنت چیست؟
کونژوگاسیون نزدیک شدن جفتی کروموزومهای هومولوگ در تمام طول در پروفاز I میوز است. جفت حاصل بایوالنت نامیده میشود: در آن دو کروموزوم و چهار کروماتید وجود دارد (به همین دلیل گاهی تترا نامیده میشود). در متافاز I، دقیقاً بایوالنتها، نه کروموزومهای منفرد، در استوا قرار میگیرند.
چرا در آنافاز میتوز، تعداد کروموزومها به صورت 4n4c نوشته میشود؟
زیرا سانترومرها جدا شدهاند و هر کروماتید سابق به یک کروموزوم مستقل تبدیل شده است. تعداد مولکولهای DNA همچنان 4c است، اما تعداد کروموزومها به طور موقت دو برابر شده - 4n. به محض تقسیم سیتوپلاسم، در هر یک از دو سلول تعداد کروموزوم 2n2c معمولی وجود خواهد داشت.
در کدام قسمتهای بدن میتوز و در کدام قسمتها میوز رخ میدهد؟
میتوز در سلولهای پیکری رخ میدهد: در نواحی رشد، در پوست، در مخاط روده، در مغز استخوان، هنگام ترمیم زخمها. میوز در حیوانات هنگام تشکیل سلولهای جنسی در غدد جنسی و در گیاهان - هنگام تشکیل هاگها رخ میدهد.
آیا اینترفاز جزو میتوز است؟
خیر. اینترفاز بخشی از چرخه سلولی است که برای تقسیم آماده میشود. میتوز چهار فاز دارد: پروفاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز. اما مسائل شمارش کروموزومها بدون اینترفاز قابل حل نیستند: دقیقاً در دوره S آن است که تعداد کروموزومها 2n4c میشود.
