Mitoza i mejoza su dva načina diobe stanice. Mitoza stvara dvije stanice s istim brojem kromosoma kao i matična: zahvaljujući njoj organizam raste i obnavlja tkiva. Mejoza se sastoji od dvije uzastopne diobe, nakon kojih nastaju četiri stanice s upola manjim brojem kromosoma: tako nastaju spolne stanice. Na ovoj stranici pronaći ćete faze mitoze i mejoze redom, broj kromosoma i DNA u svakoj fazi, krosingover i konjugaciju, tablicu razlika između mitoze i mejoze te simulator za samoprovjeru.
Životni ciklus stanice i interfaza
Stanica se ne dijeli neprestano. Njezin životni ciklus je vrijeme od nastanka stanice do njezine vlastite diobe, a sastoji se od dva nejednaka dijela: duge interfaze (pripreme) i kratke diobe.
Interfaza se dijeli na tri razdoblja:
- G1, presintetsko — stanica raste, sintetizira proteine, povećava volumen citoplazme i organela;
- S, sintetsko — odvija se replikacija DNA: svaki kromosom izgrađuje drugu kromatidu;
- G2, postsintetsko — stanica pohranjuje energiju, udvostručuje centriole, priprema proteine diobenog vretena.
Važno je zapamtiti: udvostručenje DNA događa se u interfazi, još prije početka diobe. I mitoza i mejoza započinju s već udvostručenim materijalom — s brojem 2n4c. Sama interfaza se pritom ne smatra fazom mitoze niti fazom mejoze.
U interfazi kromosomi nisu vidljivi ni pod mikroskopom: oni su odmotani i nalaze se u jezgri u obliku kromatina. Kako su građene jezgra, kromosomi i stanični centar iz kojeg rastu niti vretena, detaljno je objašnjeno u materijalu o građi biljne i životinjske stanice.
Što znači 2n2c: kako brojati kromosome i DNA
U zapisima poput 2n4c slovo n označava broj kromosoma, a slovo c — količinu DNA (točnije, broj kromatida). Haploidni broj je n, diploidni — 2n. Zapis 2n2c čita se ovako: „diploidni broj kromosoma, svaki kromosom od jedne kromatide“, a 2n4c — „diploidni broj, svaki kromosom od dvije kromatide“.
Najčešća pogreška je brojanje kromosoma prema kromatidama. Nakon udvostručenja kromosom izgleda kao dva štapića, ali to je jedan kromosom: obje kromatide drže se na jednom centromeru. Broj kromosoma jednak je broju centromera.
Čovjek ima 2n = 46. To znači da u G1-razdoblju stanica ima 46 kromosoma i 46 molekula DNA (2n2c). Nakon S-razdoblja kromosoma je i dalje 46, a molekula DNA je već 92 (2n4c). I tek u anafazi mitoze, kada se centromeri podijele, kromosoma će postati 92 — po 46 na svakom polu.
Faze mitoze: profaza, metafaza, anafaza, telofaza
Četiri faze mitoze korak po korak, s brojem kromosoma i DNA u svakoj, prikazane su u shemi ispod. Ovdje ćemo razjasniti tri pitanja na kojima se najčešće griješi.
Zašto je u anafazi odjednom 4n4c. Dok je stanica cjelovita, u njoj je dvostruko više kromosoma nego što će ih biti u svakoj kćeri-stanici: centromeri su se podijelili, a svaka kromatida postala je samostalan kromosom. Ali broj se računa i za cijelu stanicu (4n4c) i po polu (2n2c) — u zadacima uvijek gledajte što se traži.
Zašto se kromosomi broje u metafazi. Upravo su ovdje maksimalno spiralizirani i poredani u jedan red — vidljivi su i mogu se prebrojati. Zato se kariotip proučava na metafaznim pločama.
Čime završava dioba. Razdvajanje citoplazme naziva se citokineza, a kod biljne stanice ona teče drugačije nego kod životinjske: pregrada raste iznutra, od središta prema rubovima, jer kruta stanična stijenka ne dopušta stanici da se stegne na pola.
Mejoza I: konjugacija, krosingover i razdvajanje homologa
Mejoza je dvije uzastopne diobe nakon jednog jedinog udvostručenja DNA. Prva dioba naziva se redukcijska: upravo se u njoj broj kromosoma smanjuje na pola. Redoslijed faza i brojevi prikazani su u shemi ispod.
Zašto se broj smanjuje upravo ovdje. Kromatide se u anafazi I ne razdvajaju — razilaze se cijeli kromosomi, stoga se na polu nalazi haploidni broj dvokromatidnih kromosoma: n2c, a ne nc. Jednokromatidni postaju tek nakon druge diobe.
Čemu služe konjugacija i krosingover. Par približenih homologa (bivalent) — to su dva kromosoma i četiri kromatide. Razmjena dijelova između nekestrinskih kromatida miješa majčinske i očinske gene unutar jednog kromosoma — odatle dolazi nasljedna varijabilnost.
Slučajnost koja odlučuje o mnogočemu. Svaki par homologa okreće se prema polovima neovisno o ostalima. Kod čovjeka to daje 2²³ ≈ 8,4 milijuna varijanti broja još prije ikakvog krosingovera.
Između dioba odvija se kratka interkineza — i u njoj nema sintetskog razdoblja: DNA se drugi put ne udvostručuje.
Mejoza II: razdvajanje kromatida
Druga dioba mejoze naziva se ekvacijska — ona prolazi po pravilima mitoze, ali u haploidnoj stanici. Faze s brojevima prikazane su u shemi ispod.
Što je ovdje važno razumjeti. Po ekvatoru se poredaju pojedinačni kromosomi, a ne bivalenti: homolozi nemaju s kim konjugirati, oni su se razdvojili u prethodnoj diobi. Centromeri se ovaj put dijele — razilaze se sestrinske kromatide.
Zašto su sve četiri stanice različite. Prvo je krosingover razmijenio dijelove nekestrinskih kromatida dvaju homologa, a zatim su se sami homolozi razdvojili u stanice slučajnim kombinacijama. Zato mejoza ne daje kopije, već svaki put novi skup gena — na tome se temelji raznolikost potomstva.
Broj kromosoma i DNA po fazama mitoze i mejoze
Zadaci „koliko kromosoma i molekula DNA ima u toj i toj fazi“ rješavaju se mehanički ako se u glavi drže samo dva pravila: količina DNA povećava se samo u S-razdoblju, a broj kromosoma mijenja se samo tamo gdje se razdvajaju kromatide. Ispod je broj po svakoj fazi.
| Faza | Kromosomi i DNA |
|---|---|
| Interfaza | |
| Presintetsko razdoblje (G1) | 2n2ckromosomi jednokromatidni |
| Sintetsko razdoblje (S) | 2n4cDNA se udvostručila |
| Postsintetsko razdoblje (G2) | 2n4cpriprema za diobu |
| Mitoza | |
| Profaza | 2n4c |
| Metafaza | 2n4ckromosomi na ekvatoru |
| Anafaza | 4n4ckromatide se razdvojile, na polu 2n2c |
| Telofaza | 2n2cu svakoj od dvije stanice |
| Mejoza I | |
| Profaza I | 2n4ckonjugacija i krosingover |
| Metafaza I | 2n4cna ekvatoru bivalenti |
| Anafaza I | 2n4chomolozi se razdvojili, na polu n2c |
| Telofaza I | n2cu svakoj od dvije stanice |
| Mejoza II | |
| Profaza II | n2c |
| Metafaza II | n2ckromosomi na ekvatoru jedan po jedan |
| Anafaza II | 2n2ckromatide se razdvojile, na polu nc |
| Telofaza II | ncu svakoj od četiri stanice |
Razlike između mitoze i mejoze: usporedna tablica
Dvije diobe imaju dosta toga zajedničkog: obje se odvijaju nakon udvostručenja DNA u interfazi, obje imaju iste nazive faza, obje koriste diobeno vreteno i završavaju diobom citoplazme. Zato je u odgovoru zgodno prvo navesti sličnosti, a zatim — razlike prema točkama tablice.
| Značajka | Mitoza | Mejoza |
|---|---|---|
| Broj dioba | Mitoza: jedna | Mejoza: dvije uzastopne — mejoza I i mejoza II |
| Koliko stanica nastaje | Mitoza: dvije | Mejoza: četiri |
| Broj kćeri-stanica | Mitoza: 2n — kao u matičnoj stanici | Mejoza: n — upola manji, haploidni |
| Konjugacija i krosingover | Mitoza: nema | Mejoza: ima, u profazi I |
| Što stoji na ekvatoru u metafazi | Mitoza: pojedinačni kromosomi u jedan red | Mejoza: u metafazi I — bivalenti u dva reda, u metafazi II — pojedinačni kromosomi |
| Što se razdvaja u anafazi | Mitoza: sestrinske kromatide | Mejoza: u anafazi I — cijeli homologni kromosomi, u anafazi II — kromatide |
| Profaza | Mitoza: kratka i jednostavna | Mejoza: profaza I duga i složena |
| Genetski rezultat | Mitoza: stanice s istim skupom gena kao u matičnoj | Mejoza: stanice s novim kombinacijama gena, sve različite |
| Gdje se događa | Mitoza: u somatskim stanicama: rast, obnova i popravak tkiva, nespolno razmnožavanje | Mejoza: pri stvaranju spolnih stanica kod životinja i spora kod biljaka |
Biološko značenje mitoze i mejoze
Značenje mitoze — u točnosti. Kćeri-stanice dobivaju točno isti broj kromosoma i gena kao matična, stoga mitoza osigurava:
- rast organizma i povećanje broja stanica;
- obnavljanje tkiva i zacjeljivanje oštećenja (regeneraciju);
- brazdanje zigote nakon oplodnje;
- nespolno i vegetativno razmnožavanje — od diobe amebe do razmnožavanja biljke reznicom.
Značenje mejoze — u dvije stvari odjednom.
Prvo: postojanost broja kromosoma vrste. Da su spolne stanice diploidne, pri svakoj oplodnji broj kromosoma bi se udvostručio. Mejoza smanjuje broj na pola, i pri spajanju gameta (n + n) zigota ponovno dobiva diploidni broj 2n.
Drugo: kombinacijska varijabilnost. Nove kombinacije gena nastaju tri puta: pri krosingoveru u profazi I, pri slučajnom i neovisnom razdvajanju homologa u anafazi I i pri slučajnom susretu gameta tijekom oplodnje. Samo zahvaljujući neovisnom razdvajanju čovjek može dati 2 na 23. potenciju — više od osam milijuna — različitih gameta po broju kromosoma. Upravo ta raznolikost daje materijal za prirodnu selekciju.
Kod životinja mejoza se odvija pri stvaranju spolnih stanica u spolnim žlijezdama, kod biljaka — pri stvaranju spora.
Analiza zadataka
Primjer 1. Koliko kromosoma i DNA ima u različitim fazama mitoze
Zadatak: kod vinske mušice 2n = 8. Odredite broj kromosoma i molekula DNA u profazi, anafazi i telofazi mitoze.
Korak 1. Početak računanja. Prije diobe, u G1-razdoblju, broj je 2n2c: 8 kromosoma i 8 molekula DNA. U S-razdoblju DNA se udvostručila, postalo je 2n4c — kromosoma je i dalje 8, a molekula DNA 16.
Korak 2. Profaza. Ništa se ne razdvaja, broj je isti: 8 kromosoma, 16 molekula DNA (2n4c).
Korak 3. Anafaza. Centromeri su se podijelili, svaka kromatida postala je zaseban kromosom: kromosoma je postalo 16, molekula DNA također 16 (4n4c). Na svakom polu pritom je po 8 kromosoma.
Korak 4. Telofaza. Citoplazma se dijeli, i u svakoj od dvije mlade stanice nalazi se 8 kromosoma i 8 molekula DNA (2n2c).
Provjera logike: broj molekula DNA niti jednom nije porastao tijekom same mitoze — on se samo podijelio na pola između stanica.
Primjer 2. Broj u fazama mejoze
Zadatak: kod kukuruza 2n = 20. Koliko kromosoma i molekula DNA ima u stanici na kraju telofaze I i na kraju cijele mejoze?
Korak 1. Prije mejoze DNA se udvostručila: 20 kromosoma i 40 molekula DNA (2n4c).
Korak 2. Anafaza I. Prema polovima se razilaze cijeli homolozi, centromeri se ne dijele. Na svakom polu skuplja se po 10 kromosoma, i u svakom su dvije kromatide.
Korak 3. Kraj telofaze I. U svakoj od dvije stanice 10 kromosoma i 20 molekula DNA (n2c).
Korak 4. Mejoza II. Udvostručenja DNA nije bilo, stoga se u anafazi II jednostavno razdvajaju kromatide. Na kraju mejoze nastaju četiri stanice, u svakoj — 10 kromosoma i 10 molekula DNA (nc).
Odgovor: nakon prve diobe 10 kromosoma i 20 molekula DNA; nakon druge — 10 kromosoma i 10 molekula DNA.
Primjer 3. Odrediti diobu prema opisu
Zadatak: „U stanici se vidi 12 struktura, od kojih se svaka sastoji od četiri kromatide. One su se poredale kod ekvatora u dva reda“. Koja je to dioba i koja faza? Kakav je početni broj stanice?
Korak 1. Struktura od četiri kromatide — to je bivalent, odnosno par približenih homolognih kromosoma. Bivalenti postoje samo u mejozi: konjugacija je prošla u profazi I.
Korak 2. Bivalenti stoje na ekvatoru u dva reda — znači, faza je metafaza I.
Korak 3. Jedan bivalent — to su dva kromosoma. Bivalenata je 12, znači kromosoma je 24, a početni broj stanice je 2n = 24. Molekula DNA u ovoj fazi je 48 (2n4c).
Odgovor: metafaza mejoze I, 2n = 24, broj stanice 2n4c.
Kako ne pogriješiti: da su na ekvatoru stajali pojedinačni dvokromatidni kromosomi u jedan red, to bi bila metafaza mitoze (pri 2n) ili metafaza II (pri haploidnom broju).
Česte pogreške
-
Smatraju da se DNA udvostručuje u profazi, prije same diobe.
Udvostručenje (replikacija) DNA odvija se u S-razdoblju interfaze, dugo prije profaze. I mitoza i mejoza počinju već s brojem 2n4c.
-
Broje kromosome prema kromatidama: vide 46 dvokromatidnih kromosoma i pišu „92 kromosoma“.
Broj kromosoma jednak je broju centromera. Dok su kromatide spojene jednim centromerom, to je jedan kromosom: 46 kromosoma i 92 molekule DNA. Kromosoma će postati 92 tek u anafazi, kada se centromeri podijele.
-
Pišu da se u anafazi mitoze razdvajaju homologni kromosomi.
U anafazi mitoze razdvajaju se sestrinske kromatide istog kromosoma. Homologni kromosomi razdvajaju se samo jednom tijekom cijele diobe — u anafazi I mejoze.
-
Misle da se prije druge diobe mejoze DNA udvostručuje još jednom.
U interkinezi sintetskog razdoblja nema. Jedno udvostručenje DNA — dvije diobe: upravo zato se broj na kraju smanjuje na pola.
-
Pripisuju krosingover mitozi ili metafazi I.
Krosingover se odvija u profazi I mejoze, kada su homolozi spojeni u bivalent (konjugacija). U mitozi homolozi ne konjugiraju, stoga krosingovera u njoj nema.
-
Pišu da mejoza daje četiri jednake stanice, a broj kromosoma smanjuje se na pola u svakoj od dvije diobe.
Broj se smanjuje na pola samo u prvoj diobi — ona se i naziva redukcijska. Druga dioba broj kromosoma u stanici ne smanjuje, ona razdvaja kromatide. A nastale četiri stanice genetski su različite: krosingover i slučajno razdvajanje homologa daju im različite kombinacije gena.
-
Nazivaju interfazu prvom fazom mitoze.
Interfaza — dio životnog ciklusa stanice, a ne faza diobe. Faza mitoze ima četiri: profaza, metafaza, anafaza, telofaza. Ali zadaci za brojanje kromosoma bez interfaze se ne mogu riješiti: upravo u njezinom S-razdoblju broj postaje 2n4c.
Pitanja i odgovori
Po čemu se mitoza razlikuje od mejoze, ukratko?
Mitoza — jedna dioba, iz stanice nastaju dvije s prijašnjim brojem 2n i istim skupom gena. Mejoza — dvije uzastopne diobe nakon jednog udvostručenja DNA, nastaju četiri stanice s haploidnim brojem n, i sve se razlikuju po kombinaciji gena. Osim toga, samo u mejozi postoji konjugacija i krosingover, a u anafazi I razdvajaju se cijeli homologni kromosomi, a ne kromatide.
Koliko stanica nastaje pri mitozi i pri mejozi?
Pri mitozi — dvije stanice s brojem 2n2c. Pri mejozi — četiri stanice s brojem nc. Odatle i razlika u namjeni: mitoza povećava broj jednakih stanica, mejoza priprema spolne stanice.
U kojoj fazi se događa krosingover?
U profazi prve diobe mejoze. Krosingover — to je razmjena jednakih dijelova između nekestrinskih kromatida homolognih kromosoma. On je moguć samo tada kada su homolozi približeni u bivalent, odnosno nakon konjugacije.
Što je konjugacija kromosoma i bivalent?
Konjugacija — to je približavanje homolognih kromosoma u parovima po cijeloj duljini u profazi I mejoze. Nastali par naziva se bivalent: u njemu su dva kromosoma i četiri kromatide (zato ga ponekad nazivaju tetradom). U metafazi I na ekvatoru se poredaju upravo bivalenti, a ne pojedinačni kromosomi.
Zašto se u anafazi mitoze broj zapisuje kao 4n4c?
Zato što su se centromeri podijelili, i svaka bivša kromatida postala je samostalan kromosom. Molekula DNA ostalo je isto toliko (4c), a kromosoma je privremeno postalo dvostruko više — 4n. Čim se citoplazma podijeli, u svakoj od dvije stanice naći će se običan broj 2n2c.
Gdje se u organizmu odvija mitoza, a gdje mejoza?
Mitoza se odvija u somatskim stanicama: u zonama rasta, u koži, u sluznici crijeva, u koštanoj srži, pri zacjeljivanju rana. Mejoza se kod životinja odvija u spolnim žlijezdama pri stvaranju spolnih stanica, a kod biljaka — pri stvaranju spora.
Ulazi li interfaza u mitozu?
Ne. Interfaza — to je priprema za diobu i dio životnog ciklusa stanice. U mitozi su četiri faze: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Ali zadaci za brojanje kromosoma bez interfaze se ne mogu riješiti: upravo u njezinom S-razdoblju broj postaje 2n4c.
