Митоз және мейоз — жасушаның екі түрлі бөліну тәсілі. Митоз нәтижесінде аналық жасушамен бірдей хромосома жиынтығы бар екі жасуша түзіледі: оның есебінен ағза өседі және тіндерді қалпына келтіреді. Мейоз — бұл қатарынан екі рет бөліну, содан кейін жиынтығы екі есе аз төрт жасуша түзіледі: осылай жыныс жасушалары түзіледі. Бұл бетте — митоз және мейоз фазалары ретімен, әр фазадағы хромосомалар мен ДНҚ жиынтығы, кроссинговер және конъюгация, митоз бен мейоздың айырмашылықтары кестесі және өзіңізді тексеруге арналған тренажер.
Жасушаның тіршілік циклі және интерфаза
Жасуша үздіксіз бөлінбейді. Оның тіршілік циклі — жасуша пайда болғаннан бастап оның өзі бөлінгенге дейінгі уақыт, және ол екі тең емес бөліктен тұрады: ұзын интерфазадан (даярлық) және қысқа бөлінуден.
Интерфаза үш кезеңге бөлінеді:
- G1, пресинтетикалық — жасуша өседі, ақуыздарды синтездейді, цитоплазма мен органоидтардың көлемін жинайды;
- S, синтетикалық — ДНҚ редупликациясы жүреді: әр хромосома өзіне екінші хроматиданы құрастырады;
- G2, постсинтетикалық — жасуша энергияны жинайды, центриольдерді екі еселейді, бөліну жіпшелерінің ақуыздарын дайындайды.
Бастысын есте сақтау керек: ДНҚ-ның екі еселенуі интерфазада, бөліну басталғанға дейін жүреді. Митоз да, мейоз да екі еселенген материалмен — 2n4c жиынтығымен басталады. Интерфазаның өзі митоз фазасы да, мейоз фазасы да болып саналмайды.
Интерфазада хромосомалар тіпті микроскоппен де көрінбейді: олар ширатылмаған және ядрода хроматин түрінде болады. Ядро, хромосомалар және жіпшелердің түзілуінен бастау алатын жасуша орталығы қалай құрылғаны өсімдік және жануар жасушасының құрылысы туралы материалда егжей-тегжейлі қарастырылған.
2n2c деген не: хромосомалар мен ДНҚ-ны қалай санау керек
2n4c сияқты жазбаларда n әрпі хромосома санын, ал c әрпі ДНҚ мөлшерін (дәлірек айтқанда, хроматидалар санын) білдіреді. Гаплоидты жиынтық — n, диплоидты — 2n. 2n2c жазбасы былай оқылады: «диплоидты хромосома жиынтығы, әр хромосома бір хроматидтен тұрады», ал 2n4c — «диплоидты жиынтық, әр хромосома екі хроматидтен тұрады».
Ең жиі кездесетін қателік — хромосомаларды хроматидтер бойынша санау. Екі еселенгеннен кейін хромосома екі таяқша сияқты көрінеді, бірақ бұл бір хромосома: екі хроматида да бір центромерамен байланысқан. Хромосома саны центромер санына тең.
Адамда 2n = 46. Демек, G1-кезеңінде жасушада 46 хромосома және 46 ДНҚ молекуласы (2n2c) болады. S-кезеңінен кейін хромосома әлі де 46, ал ДНҚ молекулалары 92 болады (2n4c). Тек митоздың анафазасында, центромерлер бөлінгенде, хромосомалар 92 болады — әр полюсте 46-дан.
Митоз фазалары: профаза, метафаза, анафаза, телофаза
Митоздың төрт фазасы қадамдармен, әр фазадағы хромосомалар мен ДНҚ жиынтығымен — төмендегі сызбада. Ал мұнда жиі шатастыратын үш сұраққа жауап берейік.
Неліктен анафазада кенет 4n4c болады. Жасуша бүтін болғанша, онда әр еншілес жасушада болатындан екі есе артық хромосома болады: центромерлер бөлінді, және әр хроматида дербес хромосомаға айналды. Бірақ жиынтықты жасушаның өзі бойынша (4n4c) және полюс бойынша (2n2c) санайды — тапсырмаларда әрдайым не сұралып тұрғанына қара.
Неліктен метафазада хромосомаларды санайды. Дәл осында олар барынша спиральданып, бір қатарға тізіледі — оларды көруге және санауға болады. Сондықтан кариотипті метафазалық пластинкалар бойынша зерттейді.
Бөліну қалай аяқталады. Цитоплазманың бөлінуі цитокинез деп аталады, және өсімдік жасушасында ол жануар жасушасынан өзгеше жүреді: қабырға ішінен, ортадан шеттеріне қарай өседі, себебі қатты жасуша қабырғасы жасушаның екіге бөлінуіне жол бермейді.
Мейоз I: конъюгация, кроссинговер және гомологтардың ажырауы
Мейоз — бұл бір рет ДНҚ екі еселенгеннен кейінгі қатарынан екі рет бөліну. Бірінші бөліну редукциялық деп аталады: дәл осы кезде хромосомалар саны екі есе азаяды. Фазалар реті мен жиынтықтар — төмендегі сызбада.
Неліктен жиынтық дәл осында азаяды. Анафаза I кезінде хроматидалар ажырамайды — тұтас хромосомалар ажырайды, сондықтан полюсте екі хроматидті гаплоидты жиынтық болады: nc емес, n2c. Олар тек екінші бөлінуден кейін бір хроматидті болады.
Конъюгация мен кроссинговер не үшін қажет. Жақындасқан гомологтар жұбы (бивалент) — бұл екі хромосома және төрт хроматида. Сестриндық емес хроматидалар арасындағы учаскелермен алмасу бір хромосома ішінде ата-аналық және аталық гендерді араластырады — осыдан тұқым қуалаушылық өзгергіштік пайда болады.
Көп нәрсені шешетін кездейсоқтық. Гомологтардың әр жұбы басқаларына тәуелсіз полюстерге бағыттайды. Адамда бұл 2²³ ≈ 8,4 миллион нұсқаны береді, тіпті кроссинговерсіз де.
Бөлінулер арасында қысқа интеркинез өтеді — және оның құрамында синтетикалық кезең жоқ: ДНҚ екінші рет екі еселенбейді.
Мейоз II: хроматидтердің ажырауы
Мейоздың екінші бөлінуі эквационды деп аталады — ол митоз ережелері бойынша өтеді, бірақ гаплоидты жасушада. Фазалар жиынтықтармен — төмендегі сызбада.
Мұнда не түсіну маңызды. Экватор бойынша жеке хромосомалар емес, биваленттер тізіледі: гомологтардың ешкіммен конъюгациясы жоқ, олар алдыңғы бөлінуде ажырап кеткен. Бұл жолы центромерлер бөлінеді — сестриндық хроматидалар ажырайды.
Неліктен барлық төрт жасуша әртүрлі. Алдымен кроссинговер екі гомологтың сестриндық емес хроматидаларының учаскелерін алмастырды, содан кейін гомологтардың өздері кездейсоқ тіркесімдер бойынша жасушаларға ажырады. Сондықтан мейоз көшірмелер емес, әр жолы жаңа гендер жиынтығын береді — міне, ұрпақтардың әртүрлілігі осыған негізделген.
Митоз және мейоз фазалары бойынша хромосомалар мен ДНҚ жиынтығы
«Қандай да бір фазада қанша хромосома және ДНҚ молекуласы бар» деген тапсырмалар тек екі ережені есте ұстасаң болды, механикалық түрде шешіледі: ДНҚ мөлшері тек S-кезеңінде артады, ал хромосомалар саны тек хроматидалар ажыраған жерде өзгереді. Төменде әр фаза бойынша жиынтық берілген.
| Фаза | Хромосомалар мен ДНҚ |
|---|---|
| Интерфаза | |
| Пресинтетикалық кезең (G1) | 2n2cхромосомалар бір хроматидті |
| Синтетикалық кезең (S) | 2n4cДНҚ екі еселенді |
| Постсинтетикалық кезең (G2) | 2n4cбөлінуге дайындық |
| Митоз | |
| Профаза | 2n4c |
| Метафаза | 2n4cхромосомалар экваторда |
| Анафаза | 4n4cхроматидалар ажырады, полюсте 2n2c |
| Телофаза | 2n2cекі жасушаның әрқайсысында |
| Мейоз I | |
| Профаза I | 2n4cконъюгация және кроссинговер |
| Метафаза I | 2n4cэкваторда биваленттер |
| Анафаза I | 2n4cгомологтар ажырады, полюсте n2c |
| Телофаза I | n2cекі жасушаның әрқайсысында |
| Мейоз II | |
| Профаза II | n2c |
| Метафаза II | n2cхромосомалар экваторда бір-бірден |
| Анафаза II | 2n2cхроматидалар ажырады, полюсте nc |
| Телофаза II | ncтөрт жасушаның әрқайсысында |
Митоз бен мейоздың айырмашылықтары: салыстырмалы кесте
Екі бөліністің ортақ жақтары көп: екеуі де интерфазадағы ДНҚ-ның екі еселенуінен кейін өтеді, екеуінің де фазаларының атаулары бірдей, екеуі де бөліну жіпшесін қолданады және цитоплазманың бөлінуімен аяқталады. Сондықтан жауапта алдымен ұқсастықтарын, содан кейін кесте бойынша пункттер бойынша айырмашылықтарын атау ыңғайлы.
| Белгісі | Митоз | Мейоз |
|---|---|---|
| Бөліну саны | Митоз: бір рет | Мейоз: қатарынан екі рет — мейоз I және мейоз II |
| Түзілетін жасушалар саны | Митоз: екі | Мейоз: төрт |
| Еншілес жасушалар жиынтығы | Митоз: 2n — аналық жасуша сияқты | Мейоз: n — екі есе аз, гаплоидты |
| Конъюгация және кроссинговер | Митоз: жоқ | Мейоз: бар, I профазада |
| Метафазада экваторда не тұрады | Митоз: жеке хромосомалар бір қатарда | Мейоз: I метафазада — биваленттер екі қатарда, II метафазада — жеке хромосомалар |
| Анафазада не ажырайды | Митоз: сестриндық хроматидалар | Мейоз: I анафазада — тұтас гомологты хромосомалар, II анафазада — хроматидалар |
| Профаза | Митоз: қысқа және қарапайым | Мейоз: I профаза ұзақ және күрделі |
| Генетикалық нәтижесі | Митоз: аналық жасушамен бірдей гендер жиынтығы бар жасушалар | Мейоз: жаңа гендер тіркесімдері бар жасушалар, барлығы әртүрлі |
| Қайда өтеді | Митоз: соматикалық жасушаларда: өсу, тіндерді жаңарту және қалпына келтіру, жыныссыз көбею | Мейоз: жануарларда жыныс жасушалары түзілгенде және өсімдіктерде споралар түзілгенде |
Митоз және мейоздың биологиялық маңызы
Митоздың маңызы — дәлдігінде. Еншілес жасушалар аналық жасушамен дәл сондай хромосомалар мен гендер жиынтығын алады, сондықтан митоз қамтамасыз етеді:
- ағзаның өсуі және жасушалар санының артуы;
- тіндердің жаңартылуы және зақымдалған жерлердің жазылуы (регенерация);
- ұрықтанған жұмыртқаның (зиготаның) бөлінуі;
- жыныссыз және вегетативті көбею — амебаның бөлінуінен өсімдіктің қалемшемен көбеюіне дейін.
Мейоздың маңызы — екі нәрседе бірден.
Біріншісі: түрдің хромосома санының тұрақтылығы. Егер жыныс жасушалары диплоидты болса, әр ұрықтану кезінде хромосома саны екі есе артар еді. Мейоз жиынтықты екі есе азайтады, және гаметалардың (n + n) қосылуы кезінде зигота қайтадан диплоидты 2n жиынтығын алады.
Екіншісі: комбинативті өзгергіштік. Жаңа гендер тіркесімдері үш рет пайда болады: I профазадағы кроссинговер кезінде, I анафазадағы гомологтардың кездейсоқ және тәуелсіз ажырауы кезінде және ұрықтану кезінде гаметалардың кездейсоқ кездесуі кезінде. Тек тәуелсіз ажырау есебінен адам 23 дәрежесіндегі 2 — сегіз миллионнан астам — әртүрлі хромосома жиынтығы бар гаметаларды бере алады. Міне, осы әртүрлілік табиғи сұрыпталуға материал береді.
Жануарларда мейоз жыныс бездерінде жыныс жасушалары түзілгенде, өсімдіктерде — споралар түзілгенде өтеді.
Тапсырмаларды талдау
1-мысал. Митоздың әртүрлі фазаларында қанша хромосома және ДНҚ бар
Тапсырма: дрозофилада 2n = 8. Митоздың профазасында, анафазасында және телофазасында хромосомалар мен ДНҚ молекулаларының санын анықтаңыз.
1-қадам. Есептеуді бастау. Бөлінуге дейін, G1-кезеңінде, жиынтық 2n2c: 8 хромосома және 8 ДНҚ молекуласы. S-кезеңінде ДНҚ екі еселенді, 2n4c болды — хромосомалар әлі де 8, ал ДНҚ молекулалары 16.
2-қадам. Профаза. Ештеңе ажырамайды, жиынтық сол: 8 хромосома, 16 ДНҚ молекуласы (2n4c).
3-қадам. Анафаза. Центромерлер бөлінді, әр хроматида дербес хромосомаға айналды: хромосомалар 16, ДНҚ молекулалары да 16 болды (4n4c). Әр полюсте бұл кезде 8 хромосомадан болады.
4-қадам. Телофаза. Цитоплазма бөлінеді, және екі жас жасушаның әрқайсысында 8 хромосома және 8 ДНҚ молекуласы (2n2c) болады.
Логиканы тексеру: митоз кезінде ДНҚ молекулаларының саны ешқашан өскен жоқ — ол тек жасушалар арасында тең жартылай бөлінді.
2-мысал. Мейоз фазаларындағы жиынтық
Тапсырма: жүгеріде 2n = 20. Мейоздың бірінші және жалпы мейоздың соңында жасушада қанша хромосома және ДНҚ молекуласы болады?
1-қадам. Мейоз алдында ДНҚ екі еселенді: 20 хромосома және 40 ДНҚ молекуласы (2n4c).
2-қадам. Анафаза I. Полюстерге тұтас гомологтар ажырайды, центромерлер бөлінбейді. Әр полюсте 10 хромосомадан жиналады, және әрқайсысында екі хроматида болады.
3-қадам. Телофаза I соңы. Екі жасушаның әрқайсысында 10 хромосома және 20 ДНҚ молекуласы (n2c).
4-қадам. Мейоз II. ДНҚ екі еселенген жоқ, сондықтан II анафазада хроматидалар бөлінеді. Мейоздың соңында төрт жасуша түзіледі, әрқайсысында — 10 хромосома және 10 ДНҚ молекуласы (nc).
Жауап: бірінші бөлінуден кейін 10 хромосома және 20 ДНҚ молекуласы; екіншісінен кейін — 10 хромосома және 10 ДНҚ молекуласы.
3-мысал. Сипаттама бойынша бөлінуді анықтау
Тапсырма: «Жасушада әрқайсысы төрт хроматидтен тұратын 12 құрылым көрінеді. Олар экватор бойынша екі қатарға тізілген». Бұл қандай бөліну және қандай фаза? Жасушаның бастапқы жиынтығы қандай?
1-қадам. Төрт хроматидтен тұратын құрылым — бұл бивалент, яғни жақындасқан гомологты хромосомалар жұбы. Биваленттер тек мейозда болады: конъюгация I профазада өтті.
2-қадам. Биваленттер экватор бойынша екі қатарға тізілген — демек, фаза I метафазасы.
3-қадам. Бір бивалент — бұл екі хромосома. Биваленттер 12, демек, хромосомалар 24, ал жасушаның бастапқы жиынтығы 2n = 24. Бұл фазада ДНҚ молекулалары 48 (2n4c) болады.
Жауап: мейоз I метафазасы, 2n = 24, жасуша жиынтығы 2n4c.
Қателік жібермеу үшін: егер экваторда бір қатарда жеке екі хроматидті хромосомалар тұрса, бұл митоз метафазасы (2n кезінде) немесе II метафаза (гаплоидты жиынтық кезінде) болар еді.
Жиі кездесетін қателіктер
-
ДНҚ профазада, бөліну алдында екі еселенеді деп санайды.
ДНҚ-ның екі еселенуі (редупликация) интерфазаның S-кезеңінде, профазадан әлдеқайда бұрын жүреді. Митоз да, мейоз да 2n4c жиынтығымен басталады.
-
Хромосомаларды хроматидтер бойынша санайды: 46 екі хроматидті хромосоманы көріп, «92 хромосома» деп жазады.
Хромосома саны центромер санына тең. Хроматидалар бір центромермен байланысқанша, бұл бір хромосома: 46 хромосома және 92 ДНҚ молекуласы. Хромосомалар 92-ге тек анафазада, центромерлер бөлінгенде ғана жетеді.
-
Митоз анафазасында гомологты хромосомалар ажырайды деп жазады.
Митоз анафазасында бір хромосоманың сестриндық хроматидалары ажырайды. Гомологты хромосомалар тек бір рет — мейоздың I анафазасында ажырайды.
-
Екінші мейоз бөлінуі алдында ДНҚ тағы бір рет екі еселенеді деп ойлайды.
Интеркинезде синтетикалық кезең жоқ. Бір рет ДНҚ екі еселенеді — екі бөліну: міне, сондықтан жиынтық ақыр соңында екі есе азаяды.
-
Кроссинговерді митозға немесе I метафазаға жатқызады.
Кроссинговер мейоздың I профазасында, гомологтар бивалентте (конъюгация) біріккен кезде жүреді. Митозда гомологтар конъюгацияға түспейді, сондықтан кроссинговер оған тән емес.
-
Мейоз төрт бірдей жасушаны береді, ал хромосома саны әр екі бөлінуде екі есе азаяды деп жазады.
Жиынтық тек бірінші бөлінуде екі есе азаяды — ол редукциялық деп аталады. Екінші бөліну жасушадағы хромосомалар санын азайтпайды, ол хроматидаларды бөледі. Ал түзілген төрт жасуша генетикалық жағынан әртүрлі: кроссинговер мен гомологтардың кездейсоқ ажырауы оларға әртүрлі гендер тіркесімін береді.
-
Интерфазаны митоздың бірінші фазасы деп атайды.
Интерфаза — жасушаның тіршілік циклінің бөлігі, ал бөліну фазасы емес. Митоздың төрт фазасы бар: профаза, метафаза, анафаза және телофаза. Бірақ интерфазасыз хромосомаларды есептеу тапсырмаларын шешу мүмкін емес: дәл оның S-кезеңінде жиынтық 2n4c болады.
Сұрақтар мен жауаптар
Митоз мейоздан қысқаша қалай ерекшеленеді?
Митоз — бір бөліну, жасушадан екі жасуша бұрынғы 2n жиынтығымен және бірдей гендер жиынтығымен түзіледі. Мейоз — қатарынан екі рет бөліну, ДНҚ бір рет екі еселенгеннен кейін, төрт жасуша гаплоидты n жиынтығымен түзіледі, және олардың барлығы гендер тіркесімі бойынша ажыратылады. Сонымен қатар, тек мейозда конъюгация мен кроссинговер болады, ал I анафазада хроматидалар емес, тұтас гомологты хромосомалар ажырайды.
Митоз кезінде және мейоз кезінде қанша жасуша түзіледі?
Митоз кезінде — 2n2c жиынтығы бар екі жасуша. Мейоз кезінде — nc жиынтығы бар төрт жасуша. Осыдан олардың қызметтерінің айырмашылығы: митоз бірдей жасушалар санын көбейтеді, мейоз жыныс жасушаларын дайындайды.
Қандай фазада кроссинговер жүреді?
Мейоздың бірінші бөлінуінің профазасында. Кроссинговер — бұл гомологты хромосомалардың сестриндық емес хроматидалары арасындағы бірдей учаскелермен алмасу. Ол тек гомологтар бивалентте жақындасқан кезде мүмкін, яғни конъюгациядан кейін.
Хромосомалардың конъюгациясы және бивалент деген не?
Конъюгация — бұл мейоздың I профазасында гомологты хромосомалардың бүкіл ұзындығы бойынша жұппен жақындасуы. Түзілген жұп бивалент деп аталады: оның ішінде екі хромосома және төрт хроматида болады (сондықтан оны кейде тетрада деп те атайды). I метафазада экваторда дәл биваленттер, жеке хромосомалар емес, тізіледі.
Неліктен митоз анафазасында жиынтық 4n4c деп жазылады?
Себебі центромерлер бөлінді, және әр бұрынғы хроматида дербес хромосомаға айналды. ДНҚ молекулалары сол мөлшерде қалды (4c), ал хромосомалар уақытша екі есе көбейді — 4n. Цитоплазма бөлінген бойда, екі жасушаның әрқайсысында әдеттегі 2n2c жиынтығы болады.
Ағзада митоз қайда, ал мейоз қайда өтеді?
Митоз соматикалық жасушаларда өтеді: өсу аймақтарында, теріде, ішек шырышты қабатында, сүйек кемігінде, жаралардың жазылуы кезінде. Жануарларда мейоз жыныс бездерінде жыныс жасушалары түзілгенде, ал өсімдіктерде — споралар түзілгенде өтеді.
Интерфаза митозға кіре ме?
Жоқ. Интерфаза — бұл бөлінуге дайындық және жасушаның тіршілік циклінің бөлігі. Митоздың төрт фазасы бар: профаза, метафаза, анафаза және телофаза. Бірақ интерфазасыз хромосомаларды есептеу тапсырмаларын шешу мүмкін емес: дәл оның S-кезеңінде жиынтық 2n4c болады.
