מיטוזה ומיוזה הם שני סוגים של חלוקת תא. מיטוזה יוצרת שני תאים עם אותו סט כרומוזומים כמו התא האם: בזכותה הגוף גדל ומתקן רקמות. מיוזה היא שתי חלוקות רצופות, שלאחריהן מתקבלים ארבעה תאים עם סט כרומוזומים קטן פי שניים: כך נוצרים תאי מין. בעמוד זה – שלבי המיטוזה והמיוזה לפי הסדר, מספר הכרומוזומים וה-DNA בכל שלב, קרוסינג-אובר וקונגונציה, טבלת הבדלים בין מיטוזה למיוזה ומתרגל לבדיקה עצמית.
מחזור החיים של התא ואינטרפזה
התא אינו מתחלק באופן רציף. מחזור חייו הוא הזמן מרגע הופעת התא ועד לחלוקתו שלו, והוא מורכב משתי חלקים לא שווים: אינטרפזה ארוכה (הכנה) וחלוקה קצרה.
האינטרפזה מחולקת לשלוש תקופות:
- G1, פרה-סינתטית – התא גדל, מסנתז חלבונים, צובר נפח ציטופלזמה ואברונים;
- S, סינתטית – מתרחשת שכפול DNA: כל כרומוזום בונה לעצמו כרומטידה שנייה;
- G2, פוסט-סינתטית – התא אוגר אנרגיה, מכפיל צנטרוזומים, מכין חלבונים לכישור החלוקה.
חשוב לזכור את העיקר: שכפול ה-DNA מתרחש באינטרפזה, עוד לפני תחילת החלוקה. גם מיטוזה וגם מיוזה מתחילות כבר עם חומר מוכפל – עם סט של 2n4c. האינטרפזה עצמה אינה נחשבת לשלב מיטוזה או מיוזה.
באינטרפזה הכרומוזומים אינם נראים אפילו במיקרוסקופ: הם מפותלים ונמצאים בגרעין בצורת כרומטין. כיצד בנויים הגרעין, הכרומוזומים והמרכז התאי, שממנו צומחים חוטי הכישור, מוסבר בפירוט בחומר על מבנה תא צמחי ובעלי חיים.
מה משמעות 2n2c: איך סופרים כרומוזומים ו-DNA
ברישומים מהצורה 2n4c האות n מציינת את מספר הכרומוזומים, והאות c – את כמות ה-DNA (למעשה, מספר הכרומטידות). סט הפלואידי הוא n, דיפלואידי – 2n. הרישום 2n2c נקרא כך: «סט כרומוזומים דיפלואידי, כל כרומוזום מכרומטידה אחת», ו-2n4c – «סט דיפלואידי, כל כרומוזום משתי כרומטידות».
הטעות הנפוצה ביותר היא לספור כרומוזומים לפי כרומטידות. לאחר השכפול, הכרומוזום נראה כמו שתי מקלות, אך זהו כרומוזום אחד: שתי הכרומטידות מחוברות בצנטרומר אחד. מספר הכרומוזומים שווה למספר הצנטרומרים.
לבני אדם 2n = 46. משמע, בתקופת G1, בתא יש 46 כרומוזומים ו-46 מולקולות DNA (2n2c). לאחר תקופת S, עדיין יש 46 כרומוזומים, אך מולקולות ה-DNA הן כבר 92 (2n4c). ורק באנאפאזה של מיטוזה, כאשר הצנטרומרים נפרדים, יהיו 92 כרומוזומים – 46 לכל קוטב.
שלבי המיטוזה: פרופאזה, מטאפאזה, אנאפאזה, טלופאזה
ארבעת שלבי המיטוזה צעד אחר צעד, עם מספר הכרומוזומים וה-DNA בכל שלב – בתרשים למטה. כאן נדון בשלוש שאלות שבהן נופלים לעיתים קרובות.
מדוע באנאפאזה פתאום 4n4c. כל עוד התא שלם, יש בו כרומוזומים כפולים מאשר יהיו בכל תא בת, כי הצנטרומרים נפרדו, וכל כרומטידה הפכה לכרומוזום עצמאי. אך הסט נספר גם לפי התא כולו (4n4c), וגם לפי הקוטב (2n2c) – במשימות תמיד בדקו מה נשאל.
מדוע סופרים כרומוזומים במטאפאזה. דווקא כאן הם מסולסלים במידה המרבית ומסודרים בשורה אחת – הם נראים וניתן לספור אותם. לכן חוקרים קריוטיפ לפי לוחות מטאפאזה.
כיצד מסתיימת החלוקה. חלוקת הציטופלזמה נקראת ציטוקינזיס, ובתא צמחי היא מתרחשת אחרת מאשר בתא בעלי חיים: המחיצה גדלה מבפנים, מהמרכז לקצוות, מכיוון שדופן התא הקשיחה אינה מאפשרת לתא להיחצה לשניים.
מיוזה I: קונגונציה, קרוסינג-אובר והיפרדות הומולוגים
מיוזה היא שתי חלוקות רצופות לאחר שכפול DNA יחיד. החלוקה הראשונה נקראת רדוקציונית: דווקא בה מספר הכרומוזומים קטן פי שניים. סדר השלבים והסטים – בתרשים למטה.
מדוע הסט קטן דווקא כאן. כרומטידות באנאפאזה I אינן נפרדות – נפרדים כרומוזומים שלמים, ולכן לקוטב מגיע סט הפלואידי של כרומוזומים דו-כרומטידיים: n2c, ולא nc. הם יהפכו לכרומוזומים חד-כרומטידיים רק לאחר החלוקה השנייה.
לשם מה נחוצים קונגונציה וקרוסינג-אובר. זוג הומולוגים שהתקרבו (ביוולנט) – זה שני כרומוזומים וארבע כרומטידות. החלפת מקטעים בין כרומטידות לא-אחיות מערבבת גנים מהאם ומהאב בתוך כרומוזום אחד – מכאן נובעת השונות התורשתית.
מקריות שקובעת רבות. כל זוג הומולוגים פונה לקטבים באופן בלתי תלוי בשאר. אצל בני אדם זה נותן 2²³ ≈ 8.4 מיליון אפשרויות סט עוד לפני כל קרוסינג-אובר.
בין החלוקות יש אינטרקינזיס קצר – ובו אין תקופה סינתטית: ה-DNA אינו מוכפל בפעם השנייה.
מיוזה II: היפרדות כרומטידות
החלוקה השנייה של מיוזה נקראת אקוציונית – היא מתרחשת לפי כללי המיטוזה, אך בתא הפלואידי. השלבים עם הסטים – בתרשים למטה.
מה חשוב להבין כאן. בקו המשווה מסתדרים כרומוזומים בודדים, לא ביוולנטים: להומולוגים אין עם מי לעשות קונגונציה, הם נפרדו בחלוקה הקודמת. הפעם הצנטרומרים נפרדים – כרומטידות אחיות מתרחקות.
מדוע כל ארבעת התאים שונים. תחילה הקרוסינג-אובר החליף מקטעים בין כרומטידות לא-אחיות של שני הומולוגים, ואז ההומולוגים עצמם התפזרו לתאים בשילובים אקראיים. לכן מיוזה יוצרת לא עותקים, אלא בכל פעם סט גנים חדש – על זה נשענת השונות של הצאצאים.
מספר כרומוזומים ו-DNA לפי שלבי מיטוזה ומיוזה
משימות «כמה כרומוזומים ומולקולות DNA בשלב כזה וכזה» נפתרות באופן מכני, אם זוכרים שני כללים בלבד: כמות ה-DNA גדלה רק בתקופה S, ומספר הכרומוזומים משתנה רק במקום שבו כרומטידות נפרדות. להלן הסט לכל שלב.
| שלב | כרומוזומים ו-DNA |
|---|---|
| אינטרפזה | |
| תקופה פרה-סינתטית (G1) | 2n2cכרומוזומים חד-כרומטידיים |
| תקופה סינתטית (S) | 2n4cDNA הוכפל |
| תקופה פוסט-סינתטית (G2) | 2n4cהכנה לחלוקה |
| מיטוזה | |
| פרופאזה | 2n4c |
| מטאפאזה | 2n4cכרומוזומים בקו המשווה |
| אנאפאזה | 4n4cכרומטידות נפרדו, בקוטב 2n2c |
| טלופאזה | 2n2cבכל אחד משני התאים |
| מיוזה I | |
| פרופאזה I | 2n4cקונגונציה וקרוסינג-אובר |
| מטאפאזה I | 2n4cבקו המשווה ביוולנטים |
| אנאפאזה I | 2n4cהומולוגים נפרדו, בקוטב n2c |
| טלופאזה I | n2cבכל אחד משני התאים |
| מיוזה II | |
| פרופאזה II | n2c |
| מטאפאזה II | n2cכרומוזומים בודדים בקו המשווה |
| אנאפאזה II | 2n2cכרומטידות נפרדו, בקוטב nc |
| טלופאזה II | ncבכל אחד מארבעת התאים |
הבדלים בין מיטוזה למיוזה: טבלת השוואה
יש הרבה מן המשותף לשתי החלוקות: שתיהן מתרחשות לאחר שכפול DNA באינטרפזה, לשתיהן שמות שלבים זהים, שתיהן משתמשות בכישור חלוקה, ושתיהן מסתיימות בחלוקת ציטופלזמה. לכן, בתשובה נוח לציין תחילה את הדמיון, ואז את ההבדלים לפי סעיפי הטבלה.
| סימן | מיטוזה | מיוזה |
|---|---|---|
| מספר חלוקות | מיטוזה: אחת | מיוזה: שתיים רצופות – מיוזה I ומיוזה II |
| כמה תאים מתקבלים | מיטוזה: שניים | מיוזה: ארבעה |
| סט תאים בת (צאצאים) | מיטוזה: 2n – כמו בתא האם | מיוזה: n – קטן פי שניים, הפלואידי |
| קונגונציה וקרוסינג-אובר | מיטוזה: אין | מיוזה: יש, בפרופאזה I |
| מה עומד בקו המשווה במטאפאזה | מיטוזה: כרומוזומים בודדים בשורה אחת | מיוזה: במטאפאזה I – ביוולנטים בשני טורים, במטאפאזה II – כרומוזומים בודדים |
| מה נפרד באנאפאזה | מיטוזה: כרומטידות אחיות | מיוזה: באנאפאזה I – כרומוזומים הומולוגיים שלמים, באנאפאזה II – כרומטידות |
| פרופאזה | מיטוזה: קצרה ופשוטה | מיוזה: פרופאזה I ארוכה ומורכבת |
| תוצאה גנטית | מיטוזה: תאים עם אותו סט גנים כמו בתא האם | מיוזה: תאים עם צירופי גנים חדשים, כולם שונים |
| היכן מתרחש | מיטוזה: בתאי גוף: גדילה, חידוש ותיקון רקמות, רבייה אל-זוויגית | מיוזה: בעת יצירת תאי מין בבעלי חיים או נבגים בצמחים |
חשיבות ביולוגית של מיטוזה ומיוזה
חשיבות המיטוזה – בדיוק. תאי הבת מקבלים בדיוק את אותו סט כרומוזומים וגנים כמו התא האם, ולכן מיטוזה מבטיחה:
- גדילת האורגניזם והגדלת מספר התאים;
- חידוש רקמות וריפוי פגיעות (רגנרציה);
- חלוקת זיגוטה לאחר הפריה;
- רבייה אל-זוויגית ורבייה וגטטיבית – מחלוקת אמבה ועד רביית צמח באמצעות ייחור.
חשיבות המיוזה – בשני דברים בו זמנית.
הראשון: קביעות מספר הכרומוזומים של המין. לו תאי המין היו דיפלואידיים, בכל הפריה מספר הכרומוזומים היה מוכפל. מיוזה מקטינה את הסט פי שניים, ובהתלכדות גמטות (n + n) הזיגוטה מקבלת שוב סט דיפלואידי 2n.
השני: שונות קומבינטורית. צירופי גנים חדשים נוצרים שלוש פעמים: בקרוסינג-אובר בפרופאזה I, בהיפרדות הומולוגים אקראית ובלתי תלויה באנאפאזה I, ובמפגש אקראי של גמטות בזמן ההפריה. רק בזכות היפרדות בלתי תלויה, אדם יכול ליצור 2 בחזקת 23 – יותר מ-8 מיליון – גמטות שונות בסט הכרומוזומים שלהן. דווקא מגוון זה מספק חומר לברירה טבעית.
אצל בעלי חיים, מיוזה מתרחשת בעת יצירת תאי מין בבלוטות המין, אצל צמחים – בעת יצירת נבגים.
הסבר משימות
דוגמה 1. כמה כרומוזומים ו-DNA בשלבים שונים של מיטוזה
משימה: אצל זבוב הפירות 2n = 8. קבע את מספר הכרומוזומים ומולקולות ה-DNA בפרופאזה, אנאפאזה וטלופאזה של מיטוזה.
שלב 1. נקודת התחלה. לפני החלוקה, בתקופת G1, הסט הוא 2n2c: 8 כרומוזומים ו-8 מולקולות DNA. בתקופת S ה-DNA הוכפל, הפך ל-2n4c – עדיין 8 כרומוזומים, ו-16 מולקולות DNA.
שלב 2. פרופאזה. שום דבר לא נפרד, הסט זהה: 8 כרומוזומים, 16 מולקולות DNA (2n4c).
שלב 3. אנאפאזה. הצנטרומרים נפרדו, כל כרומטידה הפכה לכרומוזום עצמאי: מספר הכרומוזומים הפך ל-16, ומולקולות ה-DNA גם 16 (4n4c). בכל קוטב באותו זמן 8 כרומוזומים.
שלב 4. טלופאזה. הציטופלזמה מתחלקת, ובכל אחד משני התאים הצעירים יש 8 כרומוזומים ו-8 מולקולות DNA (2n2c).
בדיקת היגיון: מספר מולקולות ה-DNA לא גדל אף פעם במהלך המיטוזה עצמה – הוא רק חולק בחצי בין התאים.
דוגמה 2. סט בשלבי מיוזה
משימה: אצל תירס 2n = 20. כמה כרומוזומים ומולקולות DNA יהיו בתא בסוף טלופאזה I ובסוף כל המיוזה?
שלב 1. לפני המיוזה ה-DNA הוכפל: 20 כרומוזומים ו-40 מולקולות DNA (2n4c).
שלב 2. אנאפאזה I. לקטבים נפרדים כרומוזומים הומולוגיים שלמים, הצנטרומרים אינם נפרדים. בכל קוטב נאספים 10 כרומוזומים, ובכל אחד שתי כרומטידות.
שלב 3. סוף טלופאזה I. בכל אחד משני התאים 10 כרומוזומים ו-20 מולקולות DNA (n2c).
שלב 4. מיוזה II. לא היה שכפול DNA, לכן באנאפאזה II פשוט נפרדות כרומטידות. בסוף המיוזה מתקבלים ארבעה תאים, בכל אחד – 10 כרומוזומים ו-10 מולקולות DNA (nc).
תשובה: לאחר החלוקה הראשונה 10 כרומוזומים ו-20 מולקולות DNA; לאחר השנייה – 10 כרומוזומים ו-10 מולקולות DNA.
דוגמה 3. קבע חלוקה לפי תיאור
משימה: «בתא נראים 12 מבנים, כל אחד מורכב מארבע כרומטידות. הם מסודרים בקו המשווה בשני טורים». איזו חלוקה ואיזה שלב זה? מהו הסט ההתחלתי של התא?
שלב 1. מבנה מארבע כרומטידות – זהו ביוולנט, כלומר זוג כרומוזומים הומולוגיים שהתקרבו. ביוולנטים קיימים רק במיוזה: קונגונציה התרחשה בפרופאזה I.
שלב 2. ביוולנטים עומדים בקו המשווה בשני טורים – משמע, השלב הוא מטאפאזה I.
שלב 3. ביוולנט אחד – זה שני כרומוזומים. יש 12 ביוולנטים, משמע, 24 כרומוזומים, והסט ההתחלתי של התא הוא 2n = 24. מולקולות ה-DNA בשלב זה הן 48 (2n4c).
תשובה: מטאפאזה של מיוזה I, 2n = 24, סט התא 2n4c.
איך לא לטעות: לו היו עומדים בקו המשווה כרומוזומים בודדים דו-כרומטידיים בשורה אחת, זה היה מטאפאזה של מיטוזה (בסט 2n) או מטאפאזה II (בסט הפלואידי).
טעויות נפוצות
-
סופרים ש-DNA מוכפל בפרופאזה, ממש לפני החלוקה.
שכפול (רדופליקציה) DNA מתרחש בתקופת S של האינטרפזה, הרבה לפני הפרופאזה. גם מיטוזה וגם מיוזה מתחילות כבר עם סט 2n4c.
-
סופרים כרומוזומים לפי כרומטידות: רואים 46 כרומוזומים דו-כרומטידיים וכותבים «92 כרומוזומים».
מספר הכרומוזומים שווה למספר הצנטרומרים. כל עוד כרומטידות מחוברות בצנטרומר אחד, זהו כרומוזום אחד: 46 כרומוזומים ו-92 מולקולות DNA. כרומוזומים יהיו 92 רק באנאפאזה, כאשר הצנטרומרים ייפרדו.
-
כותבים שבאנאפאזה של מיטוזה נפרדים כרומוזומים הומולוגיים.
באנאפאזה של מיטוזה נפרדות כרומטידות אחיות של אותו כרומוזום. כרומוזומים הומולוגיים נפרדים רק פעם אחת בכל החלוקה – באנאפאזה I של מיוזה.
-
חושבים שבפני החלוקה השנייה של מיוזה ה-DNA מוכפל שוב.
באינטרקינזיס אין תקופה סינתטית. שכפול DNA אחד – שתי חלוקות: זו הסיבה שהסט בסופו של דבר קטן פי שניים.
-
משייכים קרוסינג-אובר למיטוזה או למטאפאזה I.
קרוסינג-אובר מתרחש בפרופאזה I של מיוזה, כאשר הומולוגים מחוברים בביוולנט (קונגונציה). במיטוזה הומולוגים אינם עושים קונגונציה, לכן אין בה קרוסינג-אובר.
-
כותבים שמיוזה יוצרת ארבעה תאים זהים, ומספר הכרומוזומים קטן פי שניים בכל אחת משתי החלוקות.
הסט קטן פי שניים רק בחלוקה הראשונה – היא נקראת רדוקציונית. החלוקה השנייה אינה מקטינה את מספר הכרומוזומים בתא, היא מפרידה כרומטידות. וארבעת התאים המתקבלים שונים גנטית: קרוסינג-אובר והיפרדות הומולוגים אקראית מעניקים להם צירופי גנים שונים.
-
קוראים לאינטרפזה השלב הראשון של מיטוזה.
אינטרפזה היא חלק ממחזור חיי התא, לא שלב חלוקה. למיטוזה יש ארבעה שלבים: פרופאזה, מטאפאזה, אנאפאזה וטלופאזה. אך לא ניתן לפתור משימות ספירה של כרומוזומים ללא אינטרפזה: דווקא בתקופת S שלה הסט הופך ל-2n4c.
שאלות ותשובות
במה מיטוזה שונה ממיוזה, בקצרה?
מיטוזה – חלוקה אחת, מתא אחד מתקבלים שניים עם סט 2n זהה וסט גנים זהה. מיוזה – שתי חלוקות רצופות לאחר שכפול DNA אחד, מתקבלים ארבעה תאים עם סט הפלואידי n, וכולם שונים בצירוף גנים. בנוסף, רק במיוזה יש קונגונציה וקרוסינג-אובר, ובאנאפאזה I נפרדים כרומוזומים הומולוגיים שלמים, לא כרומטידות.
כמה תאים נוצרים במיטוזה ובמיוזה?
במיטוזה – שני תאים עם סט 2n2c. במיוזה – ארבעה תאים עם סט nc. מכאן ההבדל בייעוד: מיטוזה מגדילה את מספר התאים הזהים, מיוזה מכינה תאי מין.
באיזה שלב מתרחש קרוסינג-אובר?
בפרופאזה של החלוקה הראשונה של מיוזה. קרוסינג-אובר הוא החלפת מקטעים זהים בין כרומטידות לא-אחיות של כרומוזומים הומולוגיים. זה אפשרי רק כאשר הומולוגים קרובים בביוולנט, כלומר לאחר קונגונציה.
מהי קונגונציה של כרומוזומים וביוולנט?
קונגונציה – התקרבות כרומוזומים הומולוגיים בזוגות לכל אורכם בפרופאזה I של מיוזה. הזוג שנוצר נקרא ביוולנט: בו שני כרומוזומים וארבע כרומטידות (לכן לפעמים קוראים לו טטראדה). במטאפאזה I בקו המשווה מסתדרים דווקא ביוולנטים, לא כרומוזומים בודדים.
מדוע באנאפאזה של מיטוזה הסט נרשם כ-4n4c?
מכיוון שהצנטרומרים נפרדו, וכל כרומטידה לשעבר הפכה לכרומוזום עצמאי. מולקולות ה-DNA נשארו באותו מספר (4c), ומספר הכרומוזומים גדל זמנית פי שניים – 4n. ברגע שהציטופלזמה תיפרד, בכל אחד משני התאים יהיה סט רגיל של 2n2c.
היכן באורגניזם מתרחשת מיטוזה, והיכן מיוזה?
מיטוזה מתרחשת בתאי גוף: באזורי גדילה, בעור, ברירית המעי, במח העצם, בריפוי פצעים. מיוזה אצל בעלי חיים מתרחשת בבלוטות המין בעת יצירת תאי מין, ואצל צמחים – בעת יצירת נבגים.
האם אינטרפזה נכללת במיטוזה?
לא. אינטרפזה היא הכנה לחלוקה וחלק ממחזור חיי התא. למיטוזה יש ארבעה שלבים: פרופאזה, מטאפאזה, אנאפאזה וטלופאזה. אך לא ניתן לפתור משימות ספירה של כרומוזומים ללא אינטרפזה: דווקא בתקופת S שלה הסט הופך ל-2n4c.
