A mitózis és a meiózis kétféle sejtosztódási mód. Mitózis esetén két, az anyasejttel azonos kromoszómakészletű sejt keletkezik: ennek köszönhetően nő a szervezet és regenerálódnak a szövetei. A meiózis két egymást követő osztódás, amelyek után négy, feleannyi kromoszómakészletű sejt jön létre: így keletkeznek a nemi sejtek. Ezen az oldalon a mitózis és meiózis fázisait sorrendben, a kromoszómák és DNS-állomány mennyiségét minden fázisban, a crossing-overt és a konjugációt, valamint a mitózis és meiózis különbségeit összefoglaló táblázatot és egy önellenőrző gyakorlót találsz.
A sejt életciklusa és az interfázis
A sejt nem osztódik folyamatosan. Az ő életciklusa a sejt keletkezésétől a saját osztódásáig tartó időszak, és két egyenlőtlen részből áll: a hosszú interfázisból (előkészítés) és a rövid osztódásból.
Az interfázist három szakaszra osztják:
- G1, preszintetikus — a sejt növekszik, fehérjéket szintetizál, növeli a citoplazma és a sejtalkotók mennyiségét;
- S, szintetikus — DNS-replikáció zajlik: minden kromoszóma elkészíti saját második kromatidját;
- G2, posztszintetikus — a sejt energiát raktároz, megduplázza a centroszómákat, előkészíti az osztódási orsófehérjéket.
A legfontosabb, amit meg kell jegyezni: a DNS megkettőződése az interfázisban történik, még az osztódás megkezdése előtt. Mind a mitózis, mind a meiózis már megkettőződött anyaggal – 2n4c állománnyal – indul. Magát az interfázist sem a mitózis, sem a meiózis fázisának nem tekintik.
Az interfázisban a kromoszómák még mikroszkóp alatt sem láthatók: kicsavarodottak és a sejtmagban kromatinként vannak jelen. A sejtmag, a kromoszómák és a sejt-központ, ahonnan az orsófonalak növekednek, felépítését a növényi és állati sejt szerkezete című anyagban részletesen tárgyaljuk.
Mitózis és meiózis: hogyan számoljuk a kromoszómákat és a DNS-t
A 2n4c típusú jelölésekben az n betű a kromoszómák számát, a c pedig a DNS mennyiségét (pontosabban a kromatidok számát) jelöli. A haploid készlet n, a diploid 2n. A 2n2c jelölést így olvassuk: „diploid kromoszómakészlet, minden kromoszóma egy kromatidból áll”, a 2n4c pedig „diploid készlet, minden kromoszóma két kromatidból áll”.
A leggyakoribb hiba a kromoszómák kromatidok szerinti számolása. A megkettőződés után a kromoszóma két szálból áll, de ez egy kromoszóma: mindkét kromatida egy centroméron tartja egymást. A kromoszómák száma megegyezik a centromérák számával.
Az embernél 2n = 46. Ez azt jelenti, hogy a G1-szakaszban a sejtben 46 kromoszóma és 46 DNS-molekula van (2n2c). Az S-szakasz után továbbra is 46 kromoszóma van, de a DNS-molekulák száma már 92 (2n4c). És csak a mitózis anafázisában, amikor a centromérák kettéválnak, lesz 92 kromoszóma – 46 a pólusok mindegyikénél.
Mitózis fázisai: profázis, metafázis, anafázis, telofázis
A mitózis négy fázisát lépésről lépésre, a kromoszóma- és DNS-állománnyal minden fázisban – az alábbi ábrában tekintheted meg. Itt pedig három olyan kérdést válaszolunk meg, amelyek a leggyakrabban okoznak vitát.
Miért 4n4c az anafázisban. Amíg a sejt egyben van, kétszer annyi kromoszómája van, mint amennyi minden utódsejtben lesz: a centromérák kettéváltak, és minden kromatida önálló kromoszómává vált. Az állományt a teljes sejtre (4n4c) és a pólusra (2n2c) is számolják – a feladatokban mindig nézd meg, mire kérdeznek.
Miért a metafázisban számolják a kromoszómákat. Pontosan itt spirálozódtak a legjobban és sorakoztak fel egy sorba – láthatók és megszámolhatók. Ezért a kariotípust a metafázislemezek alapján vizsgálják.
Mivel fejeződik be az osztódás. A citoplazma kettéválását citokinezisnek nevezik, és ez a növényi sejteknél másképp zajlik, mint az állati sejteknél: a válaszfal belülről, középről a szélek felé növekszik, mert a merev sejtfal nem engedi, hogy a sejt kettécsípődjön.
Meiózis I: konjugáció, crossing-over és a homológok szétválása
A meiózis két egymást követő osztódás, egyetlen DNS-megkettőződés után. Az első osztódást redukciósnak nevezik: éppen ebben csökken a kromoszómák száma felére. A fázisok sorrendje és az állományok – az alábbi ábrában.
Miért pont itt csökken az állomány. Az anafázis I-ben a kromatidok nem válnak szét – egész kromoszómák távolodnak el, ezért a pólusnál a kétkromatidás kromoszómákból álló haploid készlet lesz: n2c, nem pedig nc. Csak a második osztódás után lesznek egykromatidásak.
Mire valók a konjugáció és a crossing-over. A két összetalálkozó homológ (bivalens) – két kromoszóma és négy kromatida. A nem testvérkromatidok közötti szakaszcserék összekeverik az apai és anyai géneket egy kromoszómán belül – innen származik az öröklődő változékonyság.
Véletlenszerűség, ami sokat dönt. Minden homológ pár függetlenül rendeződik a pólusok felé. Embernél ez 2²³ ≈ 8,4 millió variációt ad még a crossing-over előtt.
Az osztódások között rövid interkinézis zajlik – és ebben nincs szintetikus szakasz: a DNS nem kettőződik meg másodszor.
Meiózis II: a kromatidok szétválása
A meiózis második osztódását ekvációnak nevezik – ez a mitózis szabályai szerint zajlik, de egy haploid sejtben. A fázisok az állományokkal – az alábbi ábrában.
Mit kell itt megérteni. Az egyenlítő mentén különálló kromoszómák rendeződnek, nem bivalensek: a homológoknak nincs kivel konjugálniuk, az előző osztódásban már szétváltak. A centromérák ezúttal kettéválnak – a testvérkromatidok távolodnak el.
Miért mind a négy sejt különböző. Először a crossing-over két homológ nem testvérkromatidái között cserélt szakaszokat, majd maguk a homológok véletlenszerű kombinációkban váltak szét a sejtek között. Ezért a meiózis nem másolatokat ad, hanem minden alkalommal új génkészletet – erre épül az utódok sokfélesége.
Kromoszóma- és DNS-állomány a mitózis és meiózis fázisaiban
A „hány kromoszóma és DNS-molekula van ebben vagy abban a fázisban” típusú feladatokat mechanikusan lehet megoldani, ha csak két szabályt tartunk szem előtt: a DNS mennyisége csak az S-szakaszban növekszik, a kromoszómák száma pedig csak ott változik, ahol a kromatidok szétválnak. Az alábbiakban minden fázis állománya látható.
| Fázis | Kromoszómák és DNS |
|---|---|
| Interfázis | |
| Preszintetikus szakasz (G1) | 2n2cegykromatidás kromoszómák |
| Szintetikus szakasz (S) | 2n4cDNS megkettőződött |
| Posztszintetikus szakasz (G2) | 2n4cfelkészülés az osztódásra |
| Mitózis | |
| Profázis | 2n4c |
| Metafázis | 2n4ckromoszómák az egyenlítőn |
| Anafázis | 4n4ckromatidok szétváltak, a pólusnál 2n2c |
| Telofázis | 2n2cmindkét utódsejtben |
| Meiózis I | |
| Profázis I | 2n4ckonjugáció és crossing-over |
| Metafázis I | 2n4caz egyenlítőn bivalensek |
| Anafázis I | 2n4chomológok szétváltak, a pólusnál n2c |
| Telofázis I | n2cmindkét utódsejtben |
| Meiózis II | |
| Profázis II | n2c |
| Metafázis II | n2cegykromoszómás kromoszómák az egyenlítőn |
| Anafázis II | 2n2ckromatidok szétváltak, a pólusnál nc |
| Telofázis II | ncmind a négy utódsejtben |
Mitózis és meiózis különbségei: összehasonlító táblázat
A két osztódásnak sok közös vonása van: mindkettő az interfázis DNS-megkettőződése után történik, mindkettőnek azonosak a fázisnevei, mindkettő használja az osztódási orsót és citoplazma osztódással végződik. Ezért a válaszban célszerű először a hasonlóságokat, majd a különbségeket pontokba szedve megnevezni.
| Jellemző | Mitózis | Meiózis |
|---|---|---|
| Osztódások száma | Mitózis: egy | Meiózis: kettő egymás után – meiózis I és meiózis II |
| Keletkező sejtek száma | Mitózis: kettő | Meiózis: négy |
| Utódsejtek állománya | Mitózis: 2n – mint az anyasejté | Meiózis: n – feleannyi, haploid |
| Konjugáció és crossing-over | Mitózis: nincs | Meiózis: van, az I. profázisban |
| Mi áll az egyenlítőn a metafázisban | Mitózis: egymás melletti kromoszómák egy sorban | Meiózis: a metafázis I-ben – bivalensek két sorban, a metafázis II-ben – egymás melletti kromoszómák |
| Mi válik szét az anafázisban | Mitózis: testvérkromatidok | Meiózis: az anafázis I-ben – egész homológ kromoszómák, az anafázis II-ben – kromatidok |
| Profázis | Mitózis: rövid és egyszerű | Meiózis: az I. profázis hosszú és bonyolult |
| Genetikai eredmény | Mitózis: azonos génkészletű sejtek, mint az anyasejt | Meiózis: új génkombinációjú sejtek, mind különböző |
| Hol történik | Mitózis: szomatikus sejtekben: növekedés, szövetek megújulása és regenerációja, ivartalan szaporodás | Meiózis: a nemi sejtek képződésekor állatoknál és a spórák képződésekor növényeknél |
Mitózis és meiózis biológiai jelentősége
A mitózis jelentősége – a pontosság. Az utódsejtek pontosan ugyanolyan kromoszóma- és génkészletet kapnak, mint az anyasejt, ezért a mitózis biztosítja:
- a szervezet növekedését és a sejtek számának növekedését;
- a szövetek megújulását és a sérülések gyógyulását (regeneráció);
- a zigóta osztódását megtermékenyítés után;
- az ivartalan és vegetatív szaporodást – az amőba osztódásától a növény dugványozásos szaporításáig.
A meiózis jelentősége – két dolog egyszerre.
Először: a faj kromoszómaszámának állandósága. Ha a nemi sejtek diploidek lennének, minden megtermékenyítéskor megduplázódna a kromoszómák száma. A meiózis felére csökkenti a készletet, és a gaméták egyesülésekor (n + n) a zigóta ismét diploíd készletet kap 2n.
Másodszor: kombinatív változékonyság. Új génkombinációk háromszor keletkeznek: a crossing-over során az I. profázisban, a homológok véletlenszerű és független szétválásakor az I. anafázisban, és a gaméták véletlenszerű találkozásakor a megtermékenyítés során. Csak a független szétválás révén az ember 2 a 23.-ik hatványon – több mint nyolcmillió – különböző kromoszómakészletű gamétát tud létrehozni. Pontosan ez a sokféleség adja az anyagot a természetes szelekcióhoz.
Az állatoknál a meiózis a nemi sejtek képződésekor zajlik a nemi mirigyekben, a növényeknél – a spórák képződésekor.
Feladatok magyarázata
1. példa. Hány kromoszóma és DNS a mitózis különböző fázisaiban
Feladat: a muslicánál 2n = 8. Határozd meg a kromoszómák és DNS-molekulák számát a mitózis profázisában, anafázisában és telofázisában.
1. lépés. Kezdőérték. Az osztódás előtt, a G1-szakaszban, az állomány 2n2c: 8 kromoszóma és 8 DNS-molekula. Az S-szakaszban a DNS megkettőződött, 2n4c lett – a kromoszómák száma továbbra is 8, a DNS-molekuláké pedig 16.
2. lépés. Profázis. Nem történik szétválás, az állomány ugyanaz: 8 kromoszóma, 16 DNS-molekula (2n4c).
3. lépés. Anafázis. A centromérák kettéváltak, minden volt kromatida önálló kromoszómává vált: a kromoszómák száma 16 lett, a DNS-molekuláké szintén 16 (4n4c). Mindkét pólusnál ekkor 8 kromoszóma van.
4. lépés. Telofázis. A citoplazma osztódik, és mindkét fiatal sejtben 8 kromoszóma és 8 DNS-molekula (2n2c) lesz.
Logika ellenőrzése: a DNS-molekulák száma a mitózis során egyszer sem nőtt – csak a sejtek között feleződött meg.
2. példa. Állomány a meiózis fázisaiban
Feladat: a kukoricánál 2n = 20. Hány kromoszóma és DNS-molekula van a sejtben az I. telofázis végén és a teljes meiózis végén?
1. lépés. A meiózis előtt a DNS megkettőződött: 20 kromoszóma és 40 DNS-molekula (2n4c).
2. lépés. Anafázis I. Egész homológok válnak szét a pólusok felé, a centromérák nem válnak ketté. Minden pólusnál 10 kromoszóma gyűlik össze, mindegyik két kromatidból áll.
3. lépés. Az I. telofázis vége. Mindkét sejtben 10 kromoszóma és 20 DNS-molekula (n2c).
4. lépés. Meiózis II. Nem volt DNS-megkettőződés, ezért az anafázis II-ben egyszerűen a kromatidok válnak szét. A meiózis végén négy sejt keletkezik, mindegyikben – 10 kromoszóma és 10 DNS-molekula (nc).
Válasz: az első osztódás után 10 kromoszóma és 20 DNS-molekula; a második után – 10 kromoszóma és 10 DNS-molekula.
3. példa. Osztódás meghatározása leírás alapján
Feladat: „A sejtben 12 struktúra látható, mindegyik négy kromatidból áll. Az egyenlítő mentén két sorban rendeződtek el.” Melyik ez az osztódás és melyik fázis? Mi a sejt eredeti állománya?
1. lépés. A négy kromatidból álló struktúra bivalens, vagyis két összetalálkozó homológ kromoszóma párja. Bivalensek csak a meiózisban fordulnak elő: a konjugáció az I. profázisban zajlott le.
2. lépés. A bivalensek két sorban állnak az egyenlítőn – ez azt jelenti, hogy a fázis az I. metafázis.
3. lépés. Egy bivalens két kromoszómát jelent. 12 bivalens van, tehát 24 kromoszóma, és a sejt eredeti állománya 2n = 24. A DNS-molekulák száma ebben a fázisban 48 (2n4c).
Válasz: meiózis I metafázisa, 2n = 24, a sejt állománya 2n4c.
Hogyan ne tévedjünk el: ha az egyenlítőn egymás melletti, kétkromatidás kromoszómák állnának egy sorban, az a mitózis metafázisa (2n esetén) vagy a meiózis II metafázisa (haploid állománynál) lenne.
Gyakori hibák
-
Azt hiszik, hogy a DNS a profázisban, közvetlenül az osztódás előtt kettőződik meg.
A DNS-megkettőződés (replikáció) az interfázis S-szakaszában történik, jóval a profázis előtt. Mind a mitózis, mind a meiózis már 2n4c állománnyal indul.
-
A kromoszómákat kromatidok szerint számolják: 46 kétkromatidás kromoszómát látnak, és azt írják, hogy „92 kromoszóma”.
A kromoszómák száma megegyezik a centromérák számával. Amíg a kromatidokat egy centroméra köti össze, az egy kromoszóma: 46 kromoszóma és 92 DNS-molekula. Csak az anafázisban lesz 92 kromoszóma, amikor a centromérák kettéválnak.
-
Azt írják, hogy a mitózis anafázisában homológ kromoszómák válnak szét.
A mitózis anafázisában ugyanannak a kromoszómának a testvérkromatidjai válnak szét. A homológ kromoszómák csak egyszer válnak szét az egész osztódás során – a meiózis I anafázisában.
-
Azt hiszik, hogy a második meiózis osztódás előtt a DNS ismét megkettőződik.
Az interkinézisben nincs szintetikus szakasz. Egy DNS-megkettőződés – két osztódás: éppen ezért lesz az állomány végül a felére csökkentve.
-
A crossing-overt a mitózishoz vagy az I. metafázishoz sorolják.
A crossing-over a meiózis I. profázisában zajlik, amikor a homológok bivalensben kapcsolódnak (konjugáció). A mitózisban a homológok nem konjugálnak, ezért nincs benne crossing-over.
-
Azt írják, hogy a meiózis négy egyforma sejtet ad, és a kromoszómák száma minden két osztódásban felére csökken.
Az állomány csak az első osztódásban csökken felére – ezt nevezik redukciósnak. A második osztódás nem csökkenti a sejt kromoszómáinak számát, csak a kromatidokat osztja szét. A keletkező négy sejt pedig genetikailag különböző: a crossing-over és a homológok véletlenszerű szétválása eltérő génkombinációkat ad nekik.
-
Az interfázist a mitózis első fázisának nevezik.
Az interfázis a sejt életciklusának része, nem pedig az osztódás fázisa. A mitózisnak négy fázisa van: profázis, metafázis, anafázis és telofázis. De a kromoszómák számolásával kapcsolatos feladatokat az interfázis nélkül nem lehet megoldani: éppen az S-szakaszában lesz az állomány 2n4c.
Kérdések és válaszok
Miben különbözik a mitózis a meiózistól, röviden?
A mitózis egy osztódás, a sejtből kettő keletkezik azonos 2n állománnyal és ugyanazzal a génkészlettel. A meiózis két egymást követő osztódás egy DNS-megkettőződés után, négy haploid n állományú sejt keletkezik, és mindegyik eltérő génkombinációjú. Ezenkívül csak a meiózisban van konjugáció és crossing-over, és az anafázis I-ben nem kromatidok, hanem egész homológ kromoszómák válnak szét.
Hány sejt keletkezik mitózissal és meiózissal?
Mitózissal – két 2n2c állományú sejt. Meiózissal – négy nc állományú sejt. Innen ered a funkcióbeli különbség: a mitózis azonos számú sejtet növel, a meiózis előkészíti a nemi sejteket.
Melyik fázisban zajlik a crossing-over?
A meiózis első osztódásának profázisában. A crossing-over a homológ kromoszómák nem testvérkromatidjai közötti azonos szakaszok cseréje. Ez csak akkor lehetséges, ha a homológok bivalensben összezáródnak, vagyis a konjugáció után.
Mi a kromoszóma konjugáció és a bivalens?
A konjugáció a homológ kromoszómák párban, teljes hosszban történő összetalálkozása a meiózis I. profázisában. Az így létrejött pár neve bivalens: ebben két kromoszóma és négy kromatida van (ezért néha tetrádnak is nevezik). A metafázis I-ben nem különálló kromoszómák, hanem éppen bivalensek rendeződnek az egyenlítőre.
Miért írják a mitózis anafázisát 4n4c-ként?
Mert a centromérák kettéváltak, és minden volt kromatida önálló kromoszómává vált. A DNS-molekulák száma ugyanannyi maradt (4c), a kromoszómák száma pedig ideiglenesen a duplájára nőtt – 4n. Amint a citoplazma kettéválik, mindkét sejtben a szokásos 2n2c állomány lesz.
Hol zajlik mitózis, és hol meiózis a szervezetben?
Mitózis a szomatikus sejtekben zajlik: a növekedési zónákban, a bőrben, a bél nyálkahártyájában, a csontvelőben, sebgyógyuláskor. Meiózis az állatoknál a nemi mirigyekben zajlik a nemi sejtek képződésekor, a növényeknél pedig a spórák képződésekor.
Beletartozik az interfázis a mitózisba?
Nem. Az interfázis az osztódásra való felkészülés és a sejt életciklusának része. A mitózisnak négy fázisa van: profázis, metafázis, anafázis és telofázis. De a kromoszómák számolásával kapcsolatos feladatokat interfázis nélkül nem lehet megoldani: éppen az S-szakaszában lesz az állomány 2n4c.
