Mitosis dan meiosis adalah dua cara pembelahan sel. Mitosis menghasilkan dua sel dengan set kromosom yang sama dengan sel induk: melalui proses ini organisme tumbuh dan memperbaiki jaringan. Meiosis adalah dua pembelahan berturut-turut yang menghasilkan empat sel dengan set kromosom setengahnya: begitulah cara sel kelamin terbentuk. Di halaman ini, Anda akan menemukan fase mitosis dan meiosis secara berurutan, set kromosom dan DNA di setiap fase, pindah silang dan konjugasi, tabel perbedaan mitosis dan meiosis, serta simulator untuk menguji diri sendiri.
Siklus hidup sel dan interfase
Sel tidak membelah secara terus-menerus. Siklus hidupnya adalah waktu dari kemunculan sel hingga pembelahannya sendiri, dan terdiri dari dua bagian yang tidak sama: interfase yang panjang (persiapan) dan pembelahan yang singkat.
Interfase dibagi menjadi tiga periode:
- G1, presintetik — sel tumbuh, mensintesis protein, menambah volume sitoplasma dan organel;
- S, sintetik — terjadi replikasi DNA: setiap kromosom membangun kromatid kedua;
- G2, pascasintetik — sel menyimpan energi, menggandakan sentriol, menyiapkan protein gelendong pembelahan.
Hal utama yang perlu diingat: penggandaan DNA terjadi pada interfase, bahkan sebelum pembelahan dimulai. Baik mitosis maupun meiosis dimulai dengan materi yang sudah digandakan — dengan set 2n4c. Interfase itu sendiri tidak dianggap sebagai fase mitosis maupun fase meiosis.
Pada interfase, kromosom tidak terlihat bahkan di bawah mikroskop: kromosom terurai dan berada di dalam inti dalam bentuk kromatin. Bagaimana inti, kromosom, dan pusat sel, tempat benang gelendong tumbuh, disusun secara rinci dalam materi tentang struktur sel tumbuhan dan hewan.
Apa arti 2n2c: cara menghitung kromosom dan DNA
Dalam notasi seperti 2n4c, huruf n menunjukkan jumlah kromosom, dan huruf c — jumlah DNA (lebih tepatnya, jumlah kromatid). Set haploid adalah n, diploid adalah 2n. Notasi 2n2c dibaca sebagai: «set kromosom diploid, setiap kromosom terdiri dari satu kromatid», dan 2n4c — «set diploid, setiap kromosom terdiri dari dua kromatid».
Kesalahan yang paling sering terjadi adalah menghitung kromosom berdasarkan kromatid. Setelah penggandaan, kromosom terlihat seperti dua batang, tetapi ini adalah satu kromosom: kedua kromatid dipegang oleh satu sentromer. Jumlah kromosom sama dengan jumlah sentromer.
Pada manusia 2n = 46. Artinya, pada periode G1 sel memiliki 46 kromosom dan 46 molekul DNA (2n2c). Setelah periode S, kromosom masih 46, tetapi molekul DNA sudah 92 (2n4c). Dan hanya pada anafase mitosis, ketika sentromer membelah, kromosom akan menjadi 92 — masing-masing 46 di setiap kutub.
Fase mitosis: profase, metafase, anafase, telofase
Empat fase mitosis langkah demi langkah, dengan set kromosom dan DNA di setiap fase, ada dalam diagram di bawah. Di sini kita akan membahas tiga pertanyaan yang paling sering membuat bingung.
Mengapa pada anafase tiba-tiba 4n4c. Selama sel masih utuh, di dalamnya terdapat dua kali lebih banyak kromosom daripada yang akan ada di setiap sel anak: sentromer telah membelah, dan setiap kromatid menjadi kromosom mandiri. Namun, set dihitung baik untuk seluruh sel (4n4c) maupun per kutub (2n2c) — dalam tugas, selalu perhatikan apa yang ditanyakan.
Mengapa kromosom dihitung pada metafase. Di sinilah kromosom paling spiral dan tersusun dalam satu baris — kromosom terlihat dan dapat dihitung. Oleh karena itu, kariotipe dipelajari menggunakan lempeng metafase.
Bagaimana pembelahan berakhir. Pembelahan sitoplasma disebut sitokinesis, dan pada sel tumbuhan prosesnya berbeda dengan sel hewan: sekat tumbuh dari dalam, dari pusat ke tepi, karena dinding sel yang kaku tidak memungkinkan sel untuk menyempit menjadi dua.
Meiosis I: konjugasi, pindah silang, dan pemisahan homolog
Meiosis adalah dua pembelahan berturut-turut setelah satu kali penggandaan DNA. Pembelahan pertama disebut reduksi: di sinilah jumlah kromosom berkurang setengahnya. Urutan fase dan set ada dalam diagram di bawah.
Mengapa set berkurang di sini. Kromatid pada anafase I tidak terpisah — kromosom utuh yang bergerak, sehingga di kutub terdapat set haploid kromosom dua kromatid: n2c, bukan nc. Mereka baru akan menjadi satu kromatid setelah pembelahan kedua.
Mengapa konjugasi dan pindah silang diperlukan. Sepasang homolog yang mendekat (bivalen) — adalah dua kromosom dan empat kromatid. Pertukaran segmen antara kromatid non-saudara dari homolog mencampur gen ibu dan ayah di dalam satu kromosom — dari sinilah variabilitas genetik berasal.
Kebetulan yang menentukan banyak hal. Setiap pasangan homolog berorientasi ke kutub secara independen dari yang lain. Pada manusia, ini memberikan 2²³ ≈ 8,4 juta varian set bahkan sebelum pindah silang terjadi.
Di antara pembelahan terdapat interkinesis yang singkat — dan di dalamnya tidak ada periode sintetik: DNA tidak digandakan untuk kedua kalinya.
Meiosis II: pemisahan kromatid
Pembelahan kedua meiosis disebut ekuasional — prosesnya mengikuti aturan mitosis, tetapi dalam sel haploid. Fase dengan set ada dalam diagram di bawah.
Apa yang penting untuk dipahami di sini. Di ekuator, kromosom tunggal yang berbaris, bukan bivalen: homolog tidak memiliki pasangan untuk berkonjugasi, mereka telah terpisah pada pembelahan sebelumnya. Sentromer kali ini membelah — kromatid saudara terpisah.
Mengapa keempat sel berbeda. Pertama, pindah silang menukar segmen kromatid non-saudara dari dua homolog, dan kemudian homolog itu sendiri terpisah ke sel-sel dalam kombinasi acak. Oleh karena itu, meiosis tidak menghasilkan salinan, melainkan set gen baru setiap saat — di sinilah letak keragaman keturunan.
Set kromosom dan DNA berdasarkan fase mitosis dan meiosis
Tugas «berapa jumlah kromosom dan molekul DNA pada fase tertentu» diselesaikan secara mekanis jika Anda mengingat dua aturan: jumlah DNA hanya meningkat pada periode S, dan jumlah kromosom hanya berubah di tempat kromatid terpisah. Di bawah ini — set untuk setiap fase.
| Fase | Kromosom dan DNA |
|---|---|
| Interfase | |
| Periode presintetik (G1) | 2n2ckromosom satu kromatid |
| Periode sintetik (S) | 2n4cDNA telah digandakan |
| Periode pascasintetik (G2) | 2n4cpersiapan pembelahan |
| Mitosis | |
| Profase | 2n4c |
| Metafase | 2n4ckromosom di ekuator |
| Anafase | 4n4ckromatid terpisah, di kutub 2n2c |
| Telofase | 2n2cdi setiap dari dua sel |
| Meiosis I | |
| Profase I | 2n4ckonjugasi dan pindah silang |
| Metafase I | 2n4cbivalen di ekuator |
| Anafase I | 2n4chomolog terpisah, di kutub n2c |
| Telofase I | n2cdi setiap dari dua sel |
| Meiosis II | |
| Profase II | n2c |
| Metafase II | n2ckromosom di ekuator satu per satu |
| Anafase II | 2n2ckromatid terpisah, di kutub nc |
| Telofase II | ncdi setiap dari empat sel |
Perbedaan mitosis dan meiosis: tabel perbandingan
Ada banyak kesamaan antara kedua pembelahan: keduanya terjadi setelah penggandaan DNA pada interfase, keduanya memiliki nama fase yang sama, keduanya menggunakan gelendong pembelahan dan berakhir dengan pembelahan sitoplasma. Oleh karena itu, dalam jawaban, lebih mudah untuk menyebutkan kesamaan terlebih dahulu, kemudian perbedaan berdasarkan poin-poin tabel.
| Ciri | Mitosis | Meiosis |
|---|---|---|
| Jumlah pembelahan | Mitosis: satu | Meiosis: dua berturut-turut — meiosis I dan meiosis II |
| Berapa sel yang dihasilkan | Mitosis: dua | Meiosis: empat |
| Set sel anak | Mitosis: 2n — seperti sel induk | Meiosis: n — setengahnya, haploid |
| Konjugasi dan pindah silang | Mitosis: tidak ada | Meiosis: ada, pada profase I |
| Apa yang ada di ekuator pada metafase | Mitosis: kromosom tunggal dalam satu baris | Meiosis: pada metafase I — bivalen dalam dua baris, pada metafase II — kromosom tunggal |
| Apa yang terpisah pada anafase | Mitosis: kromatid saudara | Meiosis: pada anafase I — kromosom homolog utuh, pada anafase II — kromatid |
| Profase | Mitosis: singkat dan sederhana | Meiosis: profase I panjang dan kompleks |
| Hasil genetik | Mitosis: sel dengan set gen yang sama dengan induk | Meiosis: sel dengan kombinasi gen baru, semuanya berbeda |
| Di mana terjadi | Mitosis: pada sel somatik: pertumbuhan, pembaruan dan perbaikan jaringan, reproduksi aseksual | Meiosis: pada pembentukan sel kelamin pada hewan dan spora pada tumbuhan |
Makna biologis mitosis dan meiosis
Makna mitosis — terletak pada ketepatan. Sel anak menerima set kromosom dan gen yang persis sama dengan sel induk, sehingga mitosis memastikan:
- pertumbuhan organisme dan peningkatan jumlah sel;
- pembaruan jaringan dan penyembuhan kerusakan (regenerasi);
- pembelahan zigot setelah pembuahan;
- reproduksi aseksual dan vegetatif — dari pembelahan amuba hingga perbanyakan tanaman dengan stek.
Makna meiosis — terletak pada dua hal sekaligus.
Pertama: konstansi jumlah kromosom spesies. Jika sel kelamin diploid, setiap pembuahan akan menggandakan jumlah kromosom. Meiosis mengurangi set menjadi setengahnya, dan saat gamet menyatu (n + n), zigot kembali menerima set diploid 2n.
Kedua: variabilitas kombinatif. Kombinasi gen baru muncul tiga kali: saat pindah silang pada profase I, saat pemisahan homolog secara acak dan independen pada anafase I, dan saat pertemuan gamet secara acak selama pembuahan. Hanya karena pemisahan independen, manusia dapat menghasilkan 2 pangkat 23 — lebih dari delapan juta — gamet dengan set kromosom yang berbeda. Keragaman inilah yang menjadi bahan bagi seleksi alam.
Pada hewan, meiosis terjadi saat pembentukan sel kelamin di organ reproduksi, pada tumbuhan — saat pembentukan spora.
Pembahasan tugas
Contoh 1. Berapa jumlah kromosom dan DNA pada fase mitosis yang berbeda
Tugas: pada lalat buah 2n = 8. Tentukan jumlah kromosom dan molekul DNA pada profase, anafase, dan telofase mitosis.
Langkah 1. Titik awal. Sebelum pembelahan, pada periode G1, set 2n2c: 8 kromosom dan 8 molekul DNA. Pada periode S, DNA digandakan, menjadi 2n4c — kromosom tetap 8, dan molekul DNA 16.
Langkah 2. Profase. Tidak ada yang terpisah, set tetap sama: 8 kromosom, 16 molekul DNA (2n4c).
Langkah 3. Anafase. Sentromer membelah, setiap kromatid menjadi kromosom mandiri: kromosom menjadi 16, molekul DNA juga 16 (4n4c). Di setiap kutub terdapat 8 kromosom.
Langkah 4. Telofase. Sitoplasma membelah, dan di setiap dari dua sel muda terdapat 8 kromosom dan 8 molekul DNA (2n2c).
Pemeriksaan logika: jumlah molekul DNA tidak pernah bertambah selama mitosis itu sendiri — DNA hanya terbagi dua di antara sel-sel.
Contoh 2. Set pada fase meiosis
Tugas: pada jagung 2n = 20. Berapa jumlah kromosom dan molekul DNA dalam sel pada akhir telofase I dan pada akhir seluruh meiosis?
Langkah 1. Sebelum meiosis, DNA digandakan: 20 kromosom dan 40 molekul DNA (2n4c).
Langkah 2. Anafase I. Homolog utuh bergerak ke kutub, sentromer tidak membelah. Di setiap kutub terkumpul 10 kromosom, dan masing-masing terdiri dari dua kromatid.
Langkah 3. Akhir telofase I. Di setiap dari dua sel terdapat 10 kromosom dan 20 molekul DNA (n2c).
Langkah 4. Meiosis II. Tidak ada penggandaan DNA, jadi pada anafase II kromatid hanya terpisah. Pada akhir meiosis dihasilkan empat sel, masing-masing — 10 kromosom dan 10 molekul DNA (nc).
Jawaban: setelah pembelahan pertama 10 kromosom dan 20 molekul DNA; setelah kedua — 10 kromosom dan 10 molekul DNA.
Contoh 3. Menentukan pembelahan berdasarkan deskripsi
Tugas: «Dalam sel terlihat 12 struktur, masing-masing terdiri dari empat kromatid. Mereka berbaris di ekuator dalam dua baris». Pembelahan dan fase apa ini? Berapa set awal sel tersebut?
Langkah 1. Struktur dari empat kromatid — adalah bivalen, yaitu pasangan kromosom homolog yang mendekat. Bivalen hanya ada pada meiosis: konjugasi terjadi pada profase I.
Langkah 2. Bivalen berdiri di ekuator dalam dua baris — berarti fase metafase I.
Langkah 3. Satu bivalen — adalah dua kromosom. Ada 12 bivalen, berarti 24 kromosom, dan set awal sel 2n = 24. Molekul DNA pada fase ini 48 (2n4c).
Jawaban: metafase meiosis I, 2n = 24, set sel 2n4c.
Cara agar tidak salah: jika di ekuator berdiri kromosom dua kromatid tunggal dalam satu baris, itu adalah metafase mitosis (pada 2n) atau metafase II (pada set haploid).
Kesalahan umum
-
Menganggap bahwa DNA digandakan pada profase, tepat sebelum pembelahan.
Penggandaan (replikasi) DNA terjadi pada periode S interfase, jauh sebelum profase. Baik mitosis maupun meiosis dimulai dengan set 2n4c.
-
Menghitung kromosom berdasarkan kromatid: melihat 46 kromosom dua kromatid dan menulis «92 kromosom».
Jumlah kromosom sama dengan jumlah sentromer. Selama kromatid dihubungkan oleh satu sentromer, itu adalah satu kromosom: 46 kromosom dan 92 molekul DNA. Kromosom akan menjadi 92 hanya pada anafase, ketika sentromer membelah.
-
Menulis bahwa pada anafase mitosis kromosom homolog terpisah.
Pada anafase mitosis, kromatid saudara dari kromosom yang sama yang terpisah. Kromosom homolog hanya terpisah satu kali selama pembelahan — pada anafase I meiosis.
-
Berpikir bahwa sebelum pembelahan kedua meiosis, DNA digandakan lagi.
Pada interkinesis tidak ada periode sintetik. Satu penggandaan DNA — dua pembelahan: itulah sebabnya set akhirnya berkurang setengahnya.
-
Mengaitkan pindah silang dengan mitosis atau metafase I.
Pindah silang terjadi pada profase I meiosis, saat homolog dihubungkan dalam bivalen (konjugasi). Pada mitosis, homolog tidak berkonjugasi, sehingga tidak ada pindah silang di dalamnya.
-
Menulis bahwa meiosis menghasilkan empat sel yang identik, dan jumlah kromosom berkurang setengahnya pada setiap dari dua pembelahan.
Set berkurang setengahnya hanya pada pembelahan pertama — yang disebut reduksi. Pembelahan kedua tidak mengurangi jumlah kromosom dalam sel, pembelahan kedua memisahkan kromatid. Dan empat sel yang dihasilkan secara genetik berbeda: pindah silang dan pemisahan homolog secara acak memberikan kombinasi gen yang berbeda.
-
Menyebut interfase sebagai fase pertama mitosis.
Interfase — bagian dari siklus hidup sel, bukan fase pembelahan. Mitosis memiliki empat fase: profase, metafase, anafase, telofase.
Tanya jawab
Apa perbedaan mitosis dan meiosis secara singkat?
Mitosis — satu pembelahan, dari satu sel dihasilkan dua sel dengan set 2n yang sama dan set gen yang sama. Meiosis — dua pembelahan berturut-turut setelah satu penggandaan DNA, dihasilkan empat sel dengan set haploid n, dan semuanya berbeda dalam kombinasi gen. Selain itu, hanya pada meiosis terdapat konjugasi dan pindah silang, dan pada anafase I kromosom homolog utuh yang terpisah, bukan kromatid.
Berapa sel yang dihasilkan pada mitosis dan meiosis?
Pada mitosis — dua sel dengan set 2n2c. Pada meiosis — empat sel dengan set nc. Dari sinilah perbedaan tujuannya: mitosis meningkatkan jumlah sel yang identik, meiosis menyiapkan sel kelamin.
Pada fase mana pindah silang terjadi?
Pada profase pembelahan pertama meiosis. Pindah silang — adalah pertukaran segmen yang sama antara kromatid non-saudara dari kromosom homolog. Hal ini hanya mungkin terjadi saat homolog mendekat dalam bivalen, yaitu setelah konjugasi.
Apa itu konjugasi kromosom dan bivalen?
Konjugasi — adalah pendekatan kromosom homolog secara berpasangan di sepanjang panjangnya pada profase I meiosis. Pasangan yang dihasilkan disebut bivalen: di dalamnya terdapat dua kromosom dan empat kromatid (sehingga terkadang disebut tetrad). Pada metafase I, bivalen yang berbaris di ekuator, bukan kromosom tunggal.
Mengapa pada anafase mitosis set ditulis sebagai 4n4c?
Karena sentromer telah membelah, dan setiap mantan kromatid menjadi kromosom mandiri. Molekul DNA tetap sama (4c), dan jumlah kromosom untuk sementara menjadi dua kali lipat — 4n. Begitu sitoplasma membelah, di setiap dari dua sel akan terdapat set 2n2c yang normal.
Di mana dalam tubuh mitosis terjadi, dan di mana meiosis?
Mitosis terjadi pada sel somatik: di zona pertumbuhan, di kulit, di lapisan usus, di sumsum tulang, saat penyembuhan luka. Meiosis pada hewan terjadi di organ reproduksi saat pembentukan sel kelamin, dan pada tumbuhan — saat pembentukan spora.
Apakah interfase termasuk dalam mitosis?
Tidak. Interfase — adalah persiapan untuk pembelahan dan bagian dari siklus hidup sel. Mitosis memiliki empat fase: profase, metafase, anafase, dan telofase. Namun, tugas menghitung kromosom tidak dapat diselesaikan tanpa interfase: pada periode S-nya set menjadi 2n4c.
