Mitōzė ir mejozė – du ląstelės dalijimosi būdai. Mitōzė duoda dvi ląsteles su tokiu pat chromosomų rinkiniu kaip motininėje: dėl jos organizmas auga ir atstato audinius. Mejozė – tai du dalijimaisi iš eilės, po kurių lieka keturios ląstelės su dvigubai mažesniu rinkiniu: taip susidaro lytinės ląstelės. Šiame puslapyje – mitozės ir mejozės fazės eilės tvarka, chromosomų ir DNR rinkinys kiekvienoje fazėje, krosingoveris ir konjugacija, mitozės ir mejozės skirtumų lentelė bei treniruoklis savitikrai.
Ląstelės gyvavimo ciklas ir interfazė
Ląstelė nesidalija nuolat. Jos gyvavimo ciklas – tai laikas nuo ląstelės atsiradimo iki jos paties dalijimosi, ir jis susideda iš dviejų nelygių dalių: ilgos interfazės (pasirengimo) ir trumpo dalijimosi.
Interfazė dalijama į tris periodus:
- G1, presintetinis – ląstelė auga, sintetina baltymus, kaupia citoplazmos ir organoidų tūrį;
- S, sintetinis – vyksta DNR replikacija: kiekviena chromosoma pasidaro antrą chromatidę;
- G2, postsintetinis – ląstelė kaupia energiją, dvigubina centrioles, paruošia dalijimosi verpstės baltymus.
Svarbiausia įsiminti: DNR dvigubinimas vyksta interfazėje, dar prieš dalijimąsi. Ir mitozė, ir mejozė prasideda jau su dviguba medžiaga – su 2n4c rinkiniu. Pati interfazė nėra nei mitozės, nei mejozės fazė.
Interfazėje chromosomos net nesimato mikroskopu: jos yra susuktos ir branduolyje yra chromatinu. Kaip veikia branduolys, chromosomos ir ląstelės centras, iš kurio auga verpstės siūlai, detaliai aprašyta medžiagoje apie augalinės ir gyvūninės ląstelės sandarą.
Ką reiškia 2n2c: kaip skaičiuoti chromosomas ir DNR
Įrašuose 2n2c raidė n reiškia chromosomų skaičių, o raidė c – DNR kiekį (tiksliau, chromatidžių skaičių). Haploidinis rinkinys yra n, diploidinis – 2n. Įrašas 2n2c skaitomas taip: „diploidinis chromosomų rinkinys, kiekviena chromosoma iš vienos chromatidės“, o 2n4c – „diploidinis rinkinys, kiekviena chromosoma iš dviejų chromatidžių“.
Dažniausia klaida – skaičiuoti chromosomas pagal chromatides. Po dvigubinimo chromosoma atrodo kaip dvi lazdelės, bet tai yra viena chromosoma: abi chromatidės laikosi ant vienos centromeros. Chromosomų skaičius lygus centromerų skaičiui.
Žmogus turi 2n = 46. Vadinasi, G1 periode ląstelėje yra 46 chromosomos ir 46 DNR molekulės (2n2c). Po S periodo chromosomų vis dar 46, o DNR molekulių jau 92 (2n4c). Ir tik mitozės anafazėje, kai centromeros pasidalija, chromosomų bus 92 – po 46 prie kiekvieno poliaus.
Mitozės fazės: profazė, metafazė, anafazė, telofazė
Keturių mitozės fazių žingsniai, su chromosomų ir DNR rinkiniu kiekvienoje, – žemiau pateiktoje schemoje. O čia aptarsime tris klausimus, kuriuose dažniausiai kyla sunkumų.
Kodėl anafazėje staiga 4n4c. Kol ląstelė sveika, joje dvigubai daugiau chromosomų nei bus kiekvienoje dukterinėje: centromeros pasidalijo, ir kiekviena chromatidė tapo savarankiška chromosoma. Bet rinkinys skaičiuojamas ir pagal visą ląstelę (4n4c), ir pagal polius (2n2c) – užduotyse visada žiūrėkite, ko klausiama.
Kodėl chromosomos skaičiuojamos metafazėje. Būtent čia jos maksimaliai suspiralizuoja ir išsirikiuoja į vieną eilę – jas galima matyti ir suskaičiuoti. Todėl kariotipas tiriamas pagal metafazines plokšteles.
Kuo baigiasi dalijimasis. Citoplazmos dalijimasis vadinamas citokineze, ir augalinėje ląstelėje jis vyksta kitaip nei gyvūninėje: pertvara auga iš vidaus, nuo centro link kraštų, nes tvirta ląstelės sienelė neleidžia ląstelei persiskelti pusiau.
Mejozė I: konjugacija, krosingoveris ir homologų išsiskyrimas
Mejozė – tai du dalijimaisi iš eilės po vieno vienintelio DNR dvigubinimo. Pirmasis dalijimasis vadinamas redukciniu: būtent jame chromosomų skaičius sumažėja dvigubai. Fazės ir rinkiniai – žemiau pateiktoje schemoje.
Kodėl rinkinys sumažėja būtent čia. Chromatidės I anafazėje neišsiskiria – skiriasi visos chromosomos, todėl prie poliaus patenka dvigubų chromatidžių turinčių chromosomų haploidinis rinkinys: n2c, o ne nc. Vienochromatinėmis jos taps tik po antrojo dalijimosi.
Kam reikalingi konjugacija ir krosingoveris. Susibūrusios homologų poros (bivalentas) – tai dvi chromosomos ir keturios chromatidės. Dalies mainai tarp ne seserinių chromatidžių permaišo motinines ir tėvines genus vienos chromosomos viduje – iš čia ir atsiranda paveldima kintamumas.
Atsitiktinumas, kuris daug ką lemia. Kiekviena homologų pora pasiskirsto link polių nepriklausomai nuo kitų. Žmogui tai duoda 2²³ ≈ 8,4 milijono rinkinių variantų dar prieš bet kokį krosingoverį.
Tarp dalijimųsi vyksta trumpas interkinezė – ir joje nėra sintetinio periodo: DNR antrą kartą nedvigubinama.
Mejozė II: chromatidžių išsiskyrimas
Antrasis mejozės dalijimasis vadinamas ekvaciniu – jis vyksta pagal mitozės taisykles, bet haploidinėje ląstelėje. Fazės su rinkiniais – žemiau pateiktoje schemoje.
Ką čia svarbu suprasti. Ekvatoriaus plokštumoje išsirikiuoja pavienės chromosomos, o ne bivalentai: homologams nėra su kuo konjuguoti, jie išsiskyrė ankstesniame dalijimesi. Centromeros šį kartą dalijasi – skiriasi seserinės chromatidės.
Kodėl visos keturios ląstelės skirtingos. Iš pradžių krosingoveris apsikeitė dalimis ne seserinės dviejų homologų chromatidės, o vėliau patys homologai pasiskirstė į ląsteles atsitiktiniais deriniais. Todėl mejozė duoda ne kopijas, o kiekvieną kartą naują genų rinkinį – tuo ir remiasi palikuonių įvairovė.
Chromosomų ir DNR rinkinys mitozės ir mejozės fazėse
Užduotys „kiek chromosomų ir DNR molekulių tokioje ir tokioje fazėje“ sprendžiamos mechaniškai, jei galvoje laikote tik du taisykles: DNR kiekis didėja tik S periode, o chromosomų skaičius keičiasi tik ten, kur skiriasi chromatidės. Žemiau – rinkinys kiekvienai fazei.
| Fazė | Chromosomos ir DNR |
|---|---|
| Interfazė | |
| Presintetinis periodas (G1) | 2n2cchromosomos vienochromatinės |
| Sintetinis periodas (S) | 2n4cDNR padvigubėjo |
| Postsintetinis periodas (G2) | 2n4cpasirengimas dalijimuisi |
| Mitozė | |
| Profazė | 2n4c |
| Metafazė | 2n4cchromosomos ekvatoriuje |
| Anafazė | 4n4cchromatidės išsiskyrė, prie poliaus 2n2c |
| Telofazė | 2n2ckiekvienoje iš dviejų ląstelių |
| Mejozė I | |
| Profazė I | 2n4ckonjugacija ir krosingoveris |
| Metafazė I | 2n4cekvatoriuje bivalentai |
| Anafazė I | 2n4chomologai išsiskyrė, prie poliaus n2c |
| Telofazė I | n2ckiekvienoje iš dviejų ląstelių |
| Mejozė II | |
| Profazė II | n2c |
| Metafazė II | n2cchromosomos ekvatoriuje po vieną |
| Anafazė II | 2n2cchromatidės išsiskyrė, prie poliaus nc |
| Telofazė II | nckiekvienoje iš keturių ląstelių |
Mitozės ir mejozės skirtumai: lyginamoji lentelė
Bendra abiejų dalijimųsi daug: abu vyksta po DNR dvigubinimo interfazėje, abu turi vienodus fazių pavadinimus, abu naudoja dalijimosi verpstę ir baigiasi citoplazmos dalijimusi. Todėl atsakyme patogu iš pradžių įvardyti panašumus, o paskui – skirtumus pagal lentelės punktus.
| Požymis | Mitozė | Mejozė |
|---|---|---|
| Dalijimųsi skaičius | Mitozė: vienas | Mejozė: du iš eilės – mejozė I ir mejozė II |
| Kiek ląstelių susidaro | Mitozė: dvi | Mejozė: keturios |
| Dukterinių ląstelių rinkinys | Mitozė: 2n – kaip motininės ląstelės | Mejozė: n – dvigubai mažesnis, haploidinis |
| Konjugacija ir krosingoveris | Mitozė: nėra | Mejozė: yra, I profazėje |
| Kas stovi ekvatoriuje metafazėje | Mitozė: atskiros chromosomos vienoje eilėje | Mejozė: I metafazėje – bivalentai dviejose eilėse, II metafazėje – atskiros chromosomos |
| Kas skiriasi anafazėje | Mitozė: seserinės chromatidės | Mejozė: I anafazėje – visos homologinės chromosomos, II anafazėje – chromatidės |
| Profazė | Mitozė: trumpa ir paprasta | Mejozė: I profazė ilga ir sudėtinga |
| Genetinis rezultatas | Mitozė: ląstelės su tokiu pat genų rinkiniu kaip motininės | Mejozė: ląstelės su naujais genų deriniais, visos skirtingos |
| Kur vyksta | Mitozė: somatinėse ląstelėse: augimas, audinių atnaujinimas ir atstatymas, nelytinis dauginimasis | Mejozė: lytinių ląstelių susidarymo metu gyvūnams ir sporų augalams |
Mitozės ir mejozės biologinė reikšmė
Mitozės reikšmė – tikslume. Dukterinės ląstelės gauna lygiai tokį patį chromosomų ir genų rinkinį kaip motininė, todėl mitozė užtikrina:
- organizmo augimą ir ląstelių skaičiaus didėjimą;
- audinių atnaujinimą ir pažeidimų gijimą (regeneraciją);
- zigotos dalijimąsi po apvaisinimo;
- nelytinį ir vegetatyvinį dauginimąsi – nuo amebos dalijimosi iki augalo dauginimo atžalomis.
Mejozės reikšmė – dviejuose dalykuose iš karto.
Pirma: rūšies chromosomų skaičiaus pastovumas. Jei lytinės ląstelės būtų diploidinės, per kiekvieną apvaisinimą chromosomų skaičius dvigubėtų. Mejozė sumažina rinkinį dvigubai, ir susiliejus gametoms (n + n) zigota vėl gauna diploidinį 2n rinkinį.
Antra: kombinacinis kintamumas. Nauji genų deriniai atsiranda tris kartus: per krosingoverį profazėje I, per atsitiktinį ir nepriklausomą homologų išsiskyrimą anafazėje I ir per atsitiktinį gametų susitikimą apvaisinimo metu. Vien tik dėl nepriklausomo išsiskyrimo žmogus gali duoti 2 laipsniu 23 – daugiau nei aštuonis milijonus – skirtingų chromosomų rinkinių gametų. Būtent ši įvairovė suteikia medžiagos natūraliajai atrankai.
Gyvūnams mejozė vyksta lytinių ląstelių susidarymo metu lytinėse liaukose, augalams – sporų susidarymo metu.
Užduočių paaiškinimai
1 pavyzdys. Kiek chromosomų ir DNR skirtingose mitozės fazėse
Užduotis: musėms 2n = 8. Nustatykite chromosomų ir DNR molekulių skaičių mitozės profazėje, anafazėje ir telofazėje.
1 žingsnis. Pradinis skaičiavimas. Prieš dalijimąsi, G1 periode, rinkinys 2n2c: 8 chromosomos ir 8 DNR molekulės. S periode DNR padvigubėjo, tapo 2n4c – chromosomų vis tiek 8, o DNR molekulių 16.
2 žingsnis. Profazė. Nieko nesiskiria, rinkinys tas pats: 8 chromosomos, 16 DNR molekulių (2n4c).
3 žingsnis. Anafazė. Centromeros pasidalijo, kiekviena chromatidė tapo atskira chromosoma: chromosomų tapo 16, DNR molekulių taip pat 16 (4n4c). Prie kiekvieno poliaus tuo tarpu po 8 chromosomas.
4 žingsnis. Telofazė. Citoplazma dalijasi, ir kiekvienoje iš dviejų jaunų ląstelių atsiduria 8 chromosomos ir 8 DNR molekulės (2n2c).
Logikos patikrinimas: DNR molekulių skaičius nė karto nepadidėjo per patį mitozę – jis tik pasidalijo pusiau tarp ląstelių.
2 pavyzdys. Rinkinys mejozės fazėse
Užduotis: kukurūzui 2n = 20. Kiek chromosomų ir DNR molekulių ląstelėje bus I telofazės pabaigoje ir visos mejozės pabaigoje?
1 žingsnis. Prieš mejozę DNR padvigubėjo: 20 chromosomų ir 40 DNR molekulių (2n4c).
2 žingsnis. I anafazė. Link polių skiriasi visos homologinės chromosomos, centromeros nesidalija. Prie kiekvieno poliaus susirenka po 10 chromosomų, ir kiekvienoje yra po dvi chromatides.
3 žingsnis. I telofazės pabaiga. Kiekvienoje iš dviejų ląstelių 10 chromosomų ir 20 DNR molekulių (n2c).
4 žingsnis. Mejozė II. DNR dvigubinimo nebuvo, todėl II anafazėje tiesiog skiriasi chromatidės. Mejozės pabaigoje gaunamos keturios ląstelės, kiekvienoje – 10 chromosomų ir 10 DNR molekulių (nc).
Atsakymas: po pirmojo dalijimosi 10 chromosomų ir 20 DNR molekulių; po antrojo – 10 chromosomų ir 10 DNR molekulių.
3 pavyzdys. Nustatyti dalijimąsi pagal aprašymą
Užduotis: „Ląstelėje matomos 12 struktūrų, kiekviena susideda iš keturių chromatidžių. Jos išsirikiavo ekvatoriuje dviem eilėmis“. Koks tai dalijimasis ir kokia fazė? Koks buvo pradinis ląstelės rinkinys?
1 žingsnis. Struktūra iš keturių chromatidžių – tai bivalentas, t. y. susibūrusių homologinių chromosomų pora. Bivalentai būna tik mejozėje: konjugacija įvyko I profazėje.
2 žingsnis. Bivalentai stovi ekvatoriuje dviem eilėmis – vadinasi, fazė yra I metafazė.
3 žingsnis. Vienas bivalentas – tai dvi chromosomos. Bivalentų 12, vadinasi, chromosomų 24, o pradinė ląstelės rinkinys 2n = 24. DNR molekulių šioje fazėje 48 (2n4c).
Atsakymas: mejozės I metafazė, 2n = 24, ląstelės rinkinys 2n4c.
Kaip nesuklysti: jei ekvatoriuje būtų stovėjusios pavienės dvigubų chromatidžių chromosomos vienoje eilėje, tai būtų mitozės metafazė (esant 2n) arba mejozės II metafazė (esant haploidiniam rinkiniui).
Dažnos klaidos
-
Laiko, kad DNR dvigubėja profazėje, prieš pat dalijimąsi.
DNR dvigubinimas (replikacija) vyksta interfazės S periode, daug anksčiau nei profazė. Ir mitozė, ir mejozė prasideda jau su 2n4c rinkiniu.
-
Skaičiuoja chromosomas pagal chromatides: mato 46 dvigubų chromatidžių chromosomas ir rašo „92 chromosomos“.
Chromosomų skaičius lygus centromerų skaičiui. Kol chromatidės sujungtos viena centromera, tai yra viena chromosoma: 46 chromosomos ir 92 DNR molekulės. Chromosomų bus 92 tik anafazėje, kai centromeros pasidalys.
-
Rašo, kad mitozės anafazėje skiriasi homologinės chromosomos.
Mitozės anafazėje skiriasi tos pačios chromosomos seserinės chromatidės. Homologinės chromosomos skiriasi tik vieną kartą per visą dalijimąsi – mejozės I anafazėje.
-
Galvoja, kad prieš antrąjį mejozės dalijimąsi DNR vėl dvigubėja.
Interfazėje sintetinio periodo nėra. Vienas DNR dvigubinimas – du dalijimaisi: būtent todėl rinkinys galiausiai sumažėja dvigubai.
-
Priskiria krosingoverį mitozei arba I metafazei.
Krosingoveris vyksta I profazėje, kai homologai sujungti į bivalenta (konjugacija). Mitozėje homologai nekonguoja, todėl krosingoverio jame nėra.
-
Rašo, kad mejozė duoda keturias vienodas ląsteles, o chromosomų skaičius sumažėja dvigubai kiekviename iš dviejų dalijimųsi.
Rinkinys sumažėja dvigubai tik pirmajame dalijimesi – jis ir vadinamas redukciniu. Antrasis dalijimasis chromosomų skaičiaus ląstelėje nemažina, jis skiria chromatides. O gautos keturios ląstelės genetiškai skirtingos: krosingoveris ir atsitiktinis homologų išsiskyrimas suteikia joms skirtingus genų derinius.
-
Laiko interfazę pirmąja mitozės faze.
Interfazė – tai ląstelės gyvavimo ciklo dalis, o ne dalijimosi fazė. Mitozės fazės keturios: profazė, metafazė, anafazė, telofazė. Bet užduočių skaičiuoti chromosomas be interfazės neišspręsi: būtent jos S periode rinkinys tampa 2n4c.
Klausimai ir atsakymai
Kuo mitozė skiriasi nuo mejozės, jei trumpai?
Mitozė – vienas dalijimasis, iš ląstelės gaunamos dvi su ankstesniu 2n rinkiniu ir tokiu pat genų rinkiniu. Mejozė – du dalijimaisi iš eilės po vieno DNR dvigubinimo, gaunamos keturios ląstelės su haploidiniu n rinkiniu, ir visos jos skiriasi genų deriniu. Be to, tik mejozėje yra konjugacija ir krosingoveris, o anafazėje I skiriasi visos homologinės chromosomos, o ne chromatidės.
Kiek ląstelių susidaro mitozės ir mejozės metu?
Mitozės metu – dvi ląstelės su 2n2c rinkiniu. Mejozės metu – keturios ląstelės su nc rinkiniu. Iš čia ir paskirties skirtumas: mitozė didina vienodų ląstelių skaičių, mejozė ruošia lytines ląsteles.
Kuriame fazėje vyksta krosingoveris?
Pirmojo mejozės dalijimosi profazėje. Krosingoveris – tai vienodų dalių apsikeitimas tarp ne seserinių homologinių chromosomų chromatidžių. Tai įmanoma tik tada, kai homologai susibūrę į bivalenta, t. y. po konjugacijos.
Kas yra chromosomų konjugacija ir bivalentas?
Konjugacija – tai homologinių chromosomų susibūrimas poromis per visą ilgį I mejozės profazėje. Susidariusi pora vadinama bivalentu: jame yra dvi chromosomos ir keturios chromatidės (todėl kartais vadinama tetrada). I metafazėje ekvatoriuje išsirikiuoja būtent bivalentai, o ne atskiros chromosomos.
Kodėl mitozės anafazėje rinkinys užrašomas kaip 4n4c?
Nes centromeros pasidalijo, ir kiekviena buvusi chromatidė tapo savarankiška chromosoma. DNR molekulių liko tiek pat (4c), o chromosomų laikinai tapo dvigubai daugiau – 4n. Kai tik citoplazma pasidalys, kiekvienoje iš dviejų ląstelių bus įprastas 2n2c rinkinys.
Kur organizme vyksta mitozė, o kur mejozė?
Mitozė vyksta somatinėse ląstelėse: augimo zonose, odoje, žarnyno gleivinėje, kaulų čiulpuose, gyjant žaizdoms. Mejozė pas gyvūnus vyksta lytinėse liaukose lytinių ląstelių susidarymo metu, o pas augalus – sporų susidarymo metu.
Ar interfazė įeina į mitozę?
Ne. Interfazė – tai pasirengimas dalijimuisi ir ląstelės gyvavimo ciklo dalis. Mitozės fazės keturios: profazė, metafazė, anafazė ir telofazė. Bet užduočių skaičiuoti chromosomas be interfazės neišspręsi: būtent jos S periode rinkinys tampa 2n4c.
