Mitosis ja meioosi ovat kaksi tapaa jakaa solua. Mitosis tuottaa kaksi solua, joissa on sama kromosomisto kuin emosolussa: sen avulla elimistö kasvaa ja korjaa kudoksia. Meioosi on kaksi peräkkäistä jakautumista, joiden jälkeen saadaan neljä solua, joissa on puolet kromosomistosta: näin muodostuu sukusoluja. Tällä sivulla käsitellään mitoosin ja meioosin vaiheita järjestyksessä, kromosomien ja DNA:n määrää kussakin vaiheessa, tekijäinvaihduntaa ja konjugaatiota, mitoosin ja meioosin erojen taulukkoa sekä harjoitusta itsetestaukseen.
Solun elinkaari ja interfaasi
Solu ei jakaudu jatkuvasti. Sen elinkaari on aika solun syntymisestä sen omaan jakautumiseen, ja se koostuu kahdesta epätasaisesta osasta: pitkästä interfaasista (valmistautuminen) ja lyhyestä jakautumisesta.
Interfaasi jaetaan kolmeen jaksoon:
- G1, presynteettinen — solu kasvaa, syntetisoi proteiineja, lisää sytoplasman ja organellien määrää;
- S, synteettinen — tapahtuu DNA:n replikaatio: jokainen kromosomi rakentaa itselleen toisen kromatidin;
- G2, postsynteettinen — solu varastoi energiaa, kahdentaa sentriolit, valmistaa jakautumissäikeen proteiineja.
Pääasia on muistaa: DNA:n kahdentuminen tapahtuu interfaasissa, ennen jakautumisen alkua. Sekä mitoosi että meioosi alkavat jo kahdentuneella materiaalilla — 2n4c-määrällä. Itse interfaasia ei lasketa mitoosin eikä meioosin vaiheeksi.
Interfaasissa kromosomeja ei näy edes mikroskoopilla: ne ovat purkautuneina ja sijaitsevat tumassa kromatiinina. Ytimen, kromosomien ja solukeskuksen, josta jakautumissäikeet kasvavat, rakenne on selitetty yksityiskohtaisesti kasvi- ja eläinsolun rakenteesta kertovassa materiaalissa.
Mitä tarkoittaa 2n2c: miten laskea kromosomit ja DNA
Merkintä 2n4c tarkoittaa, että kirjain n ilmaisee kromosomien määrää ja kirjain c — DNA:n määrää (tarkemmin sanottuna kromatidien määrää). Haploidinen määrä on n, diploidinen — 2n. Merkintä 2n2c luetaan: «diploidinen kromosomisto, jokainen kromosomi yhdestä kromatidista», ja 2n4c — «diploidinen kromosomisto, jokainen kromosomi kahdesta kromatidista».
Yleisin virhe on laskea kromosomit kromatidien mukaan. Kahdentumisen jälkeen kromosomi näyttää kahdelta tikulta, mutta se on yksi kromosomi: molemmat kromatidit pysyvät yhdessä sentromeerillä. Kromosomien määrä on sama kuin sentromeerien määrä.
Ihmisellä 2n = 46. Siksi G1-jaksossa solussa on 46 kromosomia ja 46 DNA-molekyyliä (2n2c). S-jakson jälkeen kromosomeja on edelleen 46, mutta DNA-molekyylejä on jo 92 (2n4c). Vasta mitoosin anafaasissa, kun sentromeerit jakautuvat, kromosomeja on 92 — 46 kummassakin navassa.
Mitoosin vaiheet: profase, metafase, anafase, telofase
Mitoosin neljä vaihetta askel askeleelta, kromosomien ja DNA:n määrä kussakin, — alla olevassa kaaviossa. Tässä käsitellään kolme kysymystä, joissa useimmiten kompastutaan.
Miksi anafaasissa yhtäkkiä 4n4c. Niin kauan kuin solu on ehjä, siinä on kaksinkertainen määrä kromosomeja verrattuna siihen, mitä kummassakin tytärsolussa tulee olemaan: sentromeerit ovat jakautuneet, ja jokaisesta kromatidista on tullut itsenäinen kromosomi. Määrä lasketaan sekä koko solun (4n4c) että navan (2n2c) mukaan — tehtävissä on aina katsottava, mitä kysytään.
Miksi kromosomit lasketaan metafaasissa. Juuri tässä ne ovat maksimaalisesti kierteytyneet ja asettuneet riviin — ne näkyvät ja ne voidaan laskea. Siksi karyotyyppiä tutkitaan metafaasilevyiltä.
Millä jakautuminen päättyy. Sytoplasman jakautumista kutsutaan sytokineesiksi, ja kasvisolussa se tapahtuu eri tavalla kuin eläinsolussa: väliseinä kasvaa sisältäpäin, keskeltä reunoille, koska jäykkä soluseinä estää solua jakautumasta kahtia.
Meioosi I: konjugaatio, tekijäinvaihdunta ja homologien erkaneminen
Meioosi on kaksi peräkkäistä jakautumista yhden ainoan DNA:n kahdentumisen jälkeen. Ensimmäistä jakautumista kutsutaan reduktiiviseksi: juuri siinä kromosomien määrä vähenee puoleen. Vaiheiden ja määrien järjestys — alla olevassa kaaviossa.
Miksi määrä vähenee juuri tässä. Kromatidit eivät irtoa anafaasissa I — jakautuvat kokonaiset kromosomit, joten navassa on haploidinen määrä kahden kromatidin kromosomeja: n2c, ei nc. Yhden kromatidin kromosomeiksi ne tulevat vasta toisen jakautumisen jälkeen.
Mihin konjugaatiota ja tekijäinvaihduntaa tarvitaan. Kahden lähentyneen homologin pari (bivalentti) — tämä on kaksi kromosomia ja neljä kromatidia. Vaihtamalla osia ei-sisarkromatidien välillä sekoitetaan isän ja äidin geenejä yhden kromosomin sisällä — tästä syntyy perinnöllinen muuntelu.
Sattuma, joka ratkaisee paljon. Jokainen homologipari suuntautuu napoihin riippumatta muista. Ihmisellä tämä tuottaa 2²³ ≈ 8,4 miljoonaa erilaista määrää jo ennen minkäänlaista tekijäinvaihduntaa.
Jakautumisten välissä on lyhyt interkineesi — ja siinä ei ole synteettistä jaksoa: DNA ei kahdennukkaan toista kertaa.
Meioosi II: kromatidien erkaneminen
Meioosin toista jakautumista kutsutaan ekvationaaliseksi — se tapahtuu meioosin sääntöjen mukaan, mutta haploidisessa solussa. Vaiheet ja määrät — alla olevassa kaaviossa.
Mitä tässä on tärkeää ymmärtää. Päiväntasaajalle asettuu yksittäisiä kromosomeja, ei bivalentteja: homologeilla ei ole kenenkään kanssa konjugoitua, ne erkanivat edellisessä jakautumisessa. Sentromeerit jakautuvat tällä kertaa — sisarkromatidit erkanevat.
Miksi kaikki neljä solua ovat erilaisia. Ensin tekijäinvaihdunta vaihtoi osia kahden homologin ei-sisarkromatidien välillä, ja sitten homologit itse erkanivat soluihin satunnaisina yhdistelminä. Siksi meioosi tuottaa kopioiden sijaan joka kerta uuden geenimäärän — tähän perustuu jälkeläisten monimuotoisuus.
Kromosomien ja DNA:n määrä mitoosin ja meioosin vaiheissa
Tehtävät «kuinka monta kromosomia ja DNA-molekyyliä jossakin vaiheessa» ratkeavat mekaanisesti, jos muistaa vain kaksi sääntöä: DNA:n määrä kasvaa vain S-jaksossa, ja kromosomien määrä muuttuu vain siellä, missä kromatidit erkanevat. Alla on määrä kussakin vaiheessa.
| Vaihe | Kromosomit ja DNA |
|---|---|
| Interfaasi | |
| Presynteettinen jakso (G1) | 2n2ckromosomit yhden kromatidin |
| Synteettinen jakso (S) | 2n4cDNA kahdentunut |
| Postsynteettinen jakso (G2) | 2n4cvalmistautuminen jakautumiseen |
| Mitosis | |
| Profase | 2n4c |
| Metafase | 2n4ckromosomit päiväntasaajalla |
| Anafase | 4n4ckromatidit erkanneet, navassa 2n2c |
| Telofase | 2n2ckummassakin kahdesta solusta |
| Meioosi I | |
| Profase I | 2n4ckonjugaatio ja tekijäinvaihdunta |
| Metafase I | 2n4cpäiväntasaajalla bivalentteja |
| Anafase I | 2n4chomologit erkanneet, navassa n2c |
| Telofase I | n2ckummassakin kahdesta solusta |
| Meioosi II | |
| Profase II | n2c |
| Metafase II | n2ckromosomit päiväntasaajalla yksittäin |
| Anafase II | 2n2ckromatidit erkanneet, navassa nc |
| Telofase II | nckummassakin neljästä solusta |
Mitoosin ja meioosin erot: vertailutaulukko
Yhteistä näillä kahdella jakautumisella on paljon: molemmat tapahtuvat DNA:n kahdentumisen jälkeen interfaasissa, molemmilla on samat vaiheiden nimet, molemmat käyttävät jakautumissäiettä ja päättyvät sytoplasman jakautumiseen. Siksi vastauksessa on kätevää ensin nimetä yhtäläisyydet ja sitten erot taulukon kohdittain.
| Ominaisuus | Mitosis | Meioosi |
|---|---|---|
| Jakautumisten määrä | Mitosis: yksi | Meioosi: kaksi peräkkäin — meioosi I ja meioosi II |
| Kuinka monta solua muodostuu | Mitosis: kaksi | Meioosi: neljä |
| Tytärsolujen määrä | Mitosis: 2n — kuten emosolussa | Meioosi: n — puolet pienempi, haploidinen |
| Konjugaatio ja tekijäinvaihdunta | Mitosis: ei | Meioosi: kyllä, profaasissa I |
| Mikä on päiväntasaajalla metafaasissa | Mitosis: yksittäiset kromosomit yhdessä rivissä | Meioosi: metafaasissa I — bivalentteja kahdessa rivissä, metafaasissa II — yksittäisiä kromosomeja |
| Mikä erkanee anafaasissa | Mitosis: sisarkromatidit | Meioosi: anafaasissa I — kokonaiset homologiset kromosomit, anafaasissa II — kromatidit |
| Profase | Mitosis: lyhyt ja yksinkertainen | Meioosi: profase I pitkä ja monimutkainen |
| Geneettinen tulos | Mitosis: solut, joissa sama geenistö kuin emosolussa | Meioosi: solut, joissa uusia geeniyhdistelmiä, kaikki erilaisia |
| Missä tapahtuu | Mitosis: somaattisissa soluissa: kasvu, kudosten uudistuminen ja korjaus, suvuton lisääntyminen | Meioosi: sukusolujen muodostumisessa eläimillä ja itiöiden muodostumisessa kasveilla |
Mitosis ja meioosin biologinen merkitys
Mitoosin merkitys — tarkkuudessa. Tytärsolut saavat täsmälleen saman kromosomiston ja geenistön kuin emosolu, siksi mitoosi varmistaa:
- organismin kasvun ja solujen määrän lisääntymisen;
- kudosten uudistumisen ja vaurioiden paranemisen (regeneraatio);
- tsygootin jakautumisen hedelmöityksen jälkeen;
- suvuttoman ja vegetatiivisen lisääntymisen — ameeban jakautumisesta kasvin lisääntymiseen pistokkaasta.
Meioosin merkitys — kahdessa asiassa samanaikaisesti.
Ensimmäinen: lajin kromosomimäärän pysyvyys. Jos sukusolut olisivat diploideja, jokaisella hedelmöityksellä kromosomien määrä kaksinkertaistuisi. Meioosi vähentää määrää puoleen, ja gamettien (n + n) yhdistyessä tsygootti saa jälleen diploidisen määrän 2n.
Toinen: kombinaatiomuuntelu. Uusia geeniyhdistelmiä syntyy kolmesti: tekijäinvaihdunnassa profaasissa I, homologien satunnaisessa ja itsenäisessä erkanemisessa anafaasissa I ja gamettien satunnaisessa kohtaamisessa hedelmöityksen aikana. Pelkästään itsenäisen erkanemisen ansiosta ihminen voi tuottaa 2 potenssiin 23 — yli kahdeksan miljoonaa — erilaista kromosomistoa omaavaa gamettia. Juuri tämä monimuotoisuus antaa materiaalia luonnonvalinnalle.
Eläimillä meioosi tapahtuu sukusolujen muodostumisessa sukupuolirauhasissa, kasveilla — itiöiden muodostumisessa.
Tehtävien selitykset
Esimerkki 1. Kromosomien ja DNA:n määrä mitoosin eri vaiheissa
Tehtävä: hedelmäkärpäsellä 2n = 8. Määritä kromosomien ja DNA-molekyylien määrä mitoosin profaasissa, anafaasissa ja telofaasissa.
Vaihe 1. Lähtötilanne. Ennen jakautumista, G1-jaksossa, määrä on 2n2c: 8 kromosomia ja 8 DNA-molekyyliä. S-jaksossa DNA kahdentui, määrä oli 2n4c — kromosomeja edelleen 8, mutta DNA-molekyylejä 16.
Vaihe 2. Profase. Mikään ei erkane, määrä sama: 8 kromosomia, 16 DNA-molekyyliä (2n4c).
Vaihe 3. Anafase. Sentromeerit jakautuivat, jokaisesta entisestä kromatidista tuli itsenäinen kromosomi: kromosomeja tuli 16, DNA-molekyylejä myös 16 (4n4c). Kummassakin navassa on tällöin 8 kromosomia.
Vaihe 4. Telofase. Sytoplasma jakautuu, ja kumpaankin kahteen nuoreen soluun tulee 8 kromosomia ja 8 DNA-molekyyliä (2n2c).
Logiikan tarkistus: DNA-molekyylien määrä ei kertaakaan kasvanut itse mitoosin aikana — se vain jakautui puoliksi solujen kesken.
Esimerkki 2. Määrä meioosin vaiheissa
Tehtävä: maissilla 2n = 20. Kuinka monta kromosomia ja DNA-molekyyliä solussa on meioosin I telofaasin lopussa ja koko meioosin lopussa?
Vaihe 1. Ennen meioosia DNA kahdentui: 20 kromosomia ja 40 DNA-molekyyliä (2n4c).
Vaihe 2. Anafase I. Napaan erkanee kokonaiset homologit, sentromeerit eivät jakaudu. Kummassakin navassa kerääntyy 10 kromosomia, ja kummassakin on kaksi kromatidia.
Vaihe 3. Telofase I:n loppu. Kummassakin kahdesta solusta on 10 kromosomia ja 20 DNA-molekyyliä (n2c).
Vaihe 4. Meioosi II. DNA:n kahdentumista ei tapahtunut, joten anafaasissa II erkanevat vain kromatidit. Meioosin lopussa saadaan neljä solua, kummassakin — 10 kromosomia ja 10 DNA-molekyyliä (nc).
Vastaus: ensimmäisen jakautumisen jälkeen 10 kromosomia ja 20 DNA-molekyyliä; toisen jälkeen — 10 kromosomia ja 10 DNA-molekyyliä.
Esimerkki 3. Tunnista jakautuminen kuvauksen perusteella
Tehtävä: «Solussa näkyy 12 rakennetta, joista kukin koostuu neljästä kromatidista. Ne ovat asettuneet päiväntasaajalle kahteen riviin». Mikä tämä jakautuminen ja vaihe on? Mikä oli solun alkuperäinen määrä?
Vaihe 1. Neljästä kromatidista koostuva rakenne on bivalentti, eli kaksi lähentynyttä homologista kromosomia. Bivalentteja on vain meioosissa: konjugaatio tapahtui profaasissa I.
Vaihe 2. Bivalentit ovat päiväntasaajalla kahdessa rivissä — siis vaihe on metafase I.
Vaihe 3. Yksi bivalentti — tämä on kaksi kromosomia. Bivalentteja on 12, siis kromosomeja on 24, ja solun alkuperäinen määrä on 2n = 24. DNA-molekyylejä tässä vaiheessa on 48 (2n4c).
Vastaus: meioosin metafase I, 2n = 24, solun määrä 2n4c.
Miten olla erehtymättä: jos päiväntasaajalla olisi ollut yksittäisiä kahden kromatidin kromosomeja yhdessä rivissä, se olisi ollut mitoosin metafase (2n-määrällä) tai meioosin metafase II (haploidilla määrällä).
Yleiset virheet
-
Luullaan, että DNA kahdentuu profaasissa, juuri ennen jakautumista.
DNA:n kahdentuminen (replikaatio) tapahtuu interfaasin S-jaksossa, kauan ennen profaasia. Sekä mitoosi että meioosi alkavat jo 2n4c-määrällä.
-
Lasketaan kromosomit kromatidien mukaan: nähdään 46 kahden kromatidin kromosomia ja kirjoitetaan «92 kromosomia».
Kromosomien määrä on sama kuin sentromeerien määrä. Niin kauan kuin kromatidit ovat yhdessä sentromeerillä, se on yksi kromosomi: 46 kromosomia ja 92 DNA-molekyyliä. Kromosomeja on 92 vasta anafaasissa, kun sentromeerit ovat jakautuneet.
-
Kirjoitetaan, että mitoosin anafaasissa erkanevat homologiset kromosomit.
Mitoosin anafaasissa erkanevat saman kromosomin sisarkromatidit. Homologiset kromosomit erkanevat vain kerran koko jakautumisen aikana — meioosin anafaasissa I.
-
Luullaan, että DNA kahdentuu uudelleen ennen meioosin toista jakautumista.
Interkineesissä ei ole synteettistä jaksoa. Yksi DNA:n kahdentuminen — kaksi jakautumista: juuri siksi määrä lopulta pienenee puoleen.
-
Luokitellaan tekijäinvaihdunta mitoosiin tai metafase I:een.
Tekijäinvaihdunta tapahtuu meioosin profaasissa I, kun homologit ovat yhdistyneet bivalentiksi (konjugaatio). Mitoosissa homologit eivät konjugoidu, joten tekijäinvaihduntaa siinä ei tapahdu.
-
Kirjoitetaan, että meioosi tuottaa neljä samanlaista solua ja kromosomien määrä vähenee puoleen kummassakin kahdesta jakautumisesta.
Määrä vähenee puoleen vain ensimmäisessä jakautumisessa — sitä kutsutaan juuri reduktiiviseksi. Toinen jakautuminen ei vähennä solun kromosomien määrää, se jakaa kromatidit. Ja saadut neljä solua ovat geneettisesti erilaisia: tekijäinvaihdunta ja homologien satunnainen erkaneminen antavat niille erilaisia geeniyhdistelmiä.
-
Kutsutaan interfaasia mitoosin ensimmäiseksi vaiheeksi.
Interfaasi on osa solun elinkaarta, ei jakautumisen vaihe. Mitoosissa on neljä vaihetta: profase, metafase, anafase ja telofase. Tehtäviä kromosomien laskemiseksi ei kuitenkaan voi ratkaista ilman interfaasia: juuri sen S-jaksossa määrä muuttuu 2n4c:ksi.
Kysymyksiä ja vastauksia
Miten mitosis eroaa meioosista lyhyesti?
Mitosis on yksi jakautuminen, solusta saadaan kaksi, joissa on sama 2n-määrä ja sama geenistö. Meioosi on kaksi peräkkäistä jakautumista yhden DNA:n kahdentumisen jälkeen, saadaan neljä solua, joissa on haploidinen n-määrä, ja ne kaikki eroavat geeniyhdistelmiltään. Lisäksi vain meioosissa on konjugaatiota ja tekijäinvaihduntaa, ja anafaasissa I erkanevat kokonaiset homologiset kromosomit, eivät kromatidit.
Kuinka monta solua muodostuu mitoosissa ja meioosissa?
Mitoosissa — kaksi solua, joiden määrä on 2n2c. Meioosissa — neljä solua, joiden määrä on nc. Tästä johtuu myös ero käyttötarkoituksessa: mitoosi lisää samanlaisten solujen määrää, meioosi valmistaa sukusoluja.
Missä vaiheessa tapahtuu tekijäinvaihdunta?
Meioosin ensimmäisen jakautumisen profaasissa. Tekijäinvaihdunta on samanlaisten osien vaihtoa homologisten kromosomien ei-sisarkromatidien välillä. Se on mahdollista vain silloin, kun homologit ovat lähentyneet bivalentiksi, eli konjugaation jälkeen.
Mikä on kromosomien konjugaatio ja bivalentti?
Konjugaatio on homologisten kromosomien lähentymistä pareittain koko pituudeltaan meioosin profaasissa I. Muodostunutta paria kutsutaan bivalentiksi: siinä on kaksi kromosomia ja neljä kromatidia (siksi sitä kutsutaan joskus tetradiksi). Metafaasissa I päiväntasaajalle asettuvat juuri bivalentit, eivät yksittäiset kromosomit.
Miksi mitoosin anafaasissa määrä merkitään 4n4c?
Koska sentromeerit ovat jakautuneet, ja jokaisesta entisestä kromatidista on tullut itsenäinen kromosomi. DNA-molekyylejä jäi yhtä monta (4c), mutta kromosomeja tuli hetkellisesti kaksinkertainen määrä — 4n. Heti kun sytoplasma jakautuu, kummassakin kahdesta solusta on tavallinen 2n2c-määrä.
Missä elimistön osissa tapahtuu mitoosia ja missä meioosia?
Mitoosia tapahtuu somaattisissa soluissa: kasvualueilla, ihossa, suoliston limakalvolla, luuytimessä, haavojen parantuessa. Meioosi tapahtuu eläimillä sukusolujen muodostumisessa sukupuolirauhasissa, ja kasveilla — itiöiden muodostumisessa.
Kuuluuko interfaasi mitoosiin?
Ei. Interfaasi on valmistautumista jakautumiseen ja osa solun elinkaarta. Mitoosissa on neljä vaihetta: profase, metafase, anafase ja telofase. Tehtäviä, joissa lasketaan kromosomeja, ei kuitenkaan voi ratkaista ilman interfaasia: juuri sen S-jaksossa määrä muuttuu 2n4c:ksi.
