Mitosis un mejoze ir divi šūnu dalīšanās veidi. Mitosis rada divas šūnas ar tādu pašu hromosomu komplektu kā mātes šūnai: ar tā palīdzību organisms aug un atjauno audus. Mejoze ir divas secīgas dalīšanās, pēc kurām rodas četras šūnas ar divreiz mazāku komplektu: tā veidojas dzimumšūnas. Šajā lapā — mitozes un mejozes fāzes secībā, hromosomu un DNS komplekts katrā fāzē, krustojums un konjugācija, tabula ar atšķirībām starp mitozi un mejozi un simulators pašpārbaudei.
Šūnas dzīves cikls un interfāze
Šūna nedalās nepārtraukti. Tās dzīves cikls ir laiks no šūnas parādīšanās līdz tās pašas dalīšanai, un tas sastāv no divām nevienādām daļām: garās interfāzes (sagatavošanās) un īsās dalīšanās.
Interfāze tiek iedalīta trīs periodos:
- G1, presintētiskais — šūna aug, sintezē olbaltumvielas, uzkrāj citoplazmas un organoīdu apjomu;
- S, sintētiskais — notiek DNS reduplikācija: katra hromosoma uzbūvē sev otro hromatīdu;
- G2, postsintētiskais — šūna uzkrāj enerģiju, dubulto centrosomas, sagatavo dalīšanās vārpstas olbaltumvielas.
Galvenais, kas jāatceras: DNS dubultošanās notiek interfāzē, vēl pirms dalīšanās sākuma. Gan mitoze, gan mejoze sākas jau ar dubultotu materiālu — ar 2n4c komplektu. Pati interfāze netiek uzskatīta par mitozes vai mejozes fāzi.
Interfāzē hromosomas nav redzamas pat mikroskopā: tās ir atspirinātas un atrodas kodolā hromatīna veidā. Kā ir iekārtoti kodols, hromosomas un centrosoma, no kuras aug vārpstas pavedieni, ir detalizēti izskaidrots materiālā par augu un dzīvnieku šūnas uzbūvi.
Ko nozīmē 2n2c: kā skaitīt hromosomas un DNS
Ierakstos veidā 2n4c burts n apzīmē hromosomu skaitu, bet burts c — DNS daudzumu (precīzāk, hromatīdu skaitu). Haploīdais komplekts ir n, diploīdais — 2n. Pieraksts 2n2c tiek lasīts kā: "diploīdais hromosomu komplekts, katra hromosoma sastāv no vienas hromatīdas", bet 2n4c — "diploīdais komplekts, katra hromosoma sastāv no divām hromatīdām".
Visbiežākā kļūda ir hromosomu skaitīšana pēc hromatīdām. Pēc dubultošanās hromosoma izskatās kā divas nūjiņas, bet tā ir viena hromosoma: abas hromatīdas turas pie vienas centromēras. Hromosomu skaits ir vienāds ar centromēru skaitu.
Cilvēkam 2n = 46. Tātad G1 periodā šūnā ir 46 hromosomas un 46 DNS molekulas (2n2c). Pēc S perioda hromosomu skaits joprojām ir 46, bet DNS molekulu skaits ir 92 (2n4c). Un tikai mitozes anafāzē, kad centromēras sadalās, hromosomu skaits kļūst 92 — pa 46 pie katra pola.
Mitozes fāzes: profāze, metafāze, anafāze, telofāze
Četras mitozes fāzes pa soļiem, ar hromosomu un DNS komplektu katrā, — zemāk esošajā shēmā. Bet šeit izskatīsim trīs jautājumus, pie kuriem visbiežāk rodas grūtības.
Kāpēc anafāzē pēkšņi ir 4n4c. Kamēr šūna ir vesela, tajā ir divreiz vairāk hromosomu nekā būs katrā meitasšūnā: centromēras ir sadalījušās, un katra hromatīda ir kļuvusi par patstāvīgu hromosomu. Bet komplektu skaita gan pēc visas šūnas (4n4c), gan pēc pola (2n2c) — uzdevumos vienmēr skatieties, ko prasa.
Kāpēc hromosomas skaita metafāzē. Tieši šeit tās ir maksimāli spirālizētas un izvietotas vienā rindā — tās ir redzamas un tās var saskaitīt. Tāpēc kariotipu pēta pēc metafāzes plāksnītēm.
Kā beidzas dalīšanās. Citoplazmas dalīšanos sauc par citokinēzi, un augu šūnā tā notiek citādi nekā dzīvnieku šūnā: sieniņa aug no iekšpuses, no centra uz malām, jo stingrā šūnas sieniņa neļauj šūnai pārdalīties uz pusēm.
Mejoze I: konjugācija, krustojums un homologu atdalīšanās
Mejoze ir divas secīgas dalīšanās pēc vienas vienīgas DNS dubultošanās. Pirmā dalīšanās tiek saukta par redukcionālo: tieši tajā hromosomu skaits samazinās uz pusi. Fāžu secība un komplekti — zemāk esošajā shēmā.
Kāpēc komplekts samazinās tieši šeit. Hromatīdas I anafāzē neatdalās — atdalās veselas hromosomas, tāpēc pie pola nonāk divhromatīdu hromosomu haploīdais komplekts: n2c, nevis nc. Vienhromatīdīgas tās kļūs tikai pēc otrās dalīšanās.
Kam vajadzīga konjugācija un krustojums. Divu savienojušos homologu pāris (bivalents) — tās ir divas hromosomas un četras hromatīdas. Daļu apmaiņa starp nesaistītajām hromatīdām sajauc mātes un tēva gēnus vienas hromosomas iekšienē — no turienes arī rodas mantojamā mainība.
Nejaušība, kas izšķir daudz ko. Katrs homologu pāris pagriežas uz poliem neatkarīgi no citiem. Cilvēkam tas dod 2²³ ≈ 8,4 miljonus komplektu variantu vēl pirms jebkāda krustojuma.
Starp dalīšanām notiek īsa interkinēze — un tajā nav sintētiskā perioda: DNS netiek dubultota otro reizi.
Mejoze II: hromatīdu atdalīšanās
Otrā mejozes dalīšanās tiek saukta par ekvacionālo — tā notiek pēc mitozes likumiem, bet haploidālā šūnā. Fāzes ar komplektiem — zemāk esošajā shēmā.
Kas šeit svarīgi saprast. Pa ekvatoru izkārtojas atsevišķas hromosomas, nevis bivalenti: homologiem nav ar ko konjugēties, tie atdalījās iepriekšējā dalīšanās. Centromēras šoreiz sadalās — atdalās māsas hromatīdas.
Kāpēc visas četras šūnas ir dažādas. Sākumā krustojums apmainījās ar fragmentiem divu homologu nesaistītās hromatīdas, bet pēc tam paši homologi atdalījās pa šūnām nejaušos kombinācijās. Tāpēc mejoze dod nevis kopijas, bet katru reizi jaunu gēnu komplektu — uz tā arī balstās pēcnācēju daudzveidība.
Hromosomu un DNS komplekts mitozes un mejozes fāzēs
Uzdevumi "cik ir hromosomu un DNS molekulu šādā fāzē" tiek risināti mehāniski, ja prātā paturat tikai divus likumus: DNS daudzums palielinās tikai S periodā, bet hromosomu skaits mainās tikai tur, kur atdalās hromatīdas. Zemāk ir komplekts katrai fāzei.
| Fāze | Hromosomas un DNS |
|---|---|
| Interfāze | |
| Presintētiskais periods (G1) | 2n2chromosomas vienhromatīdīgas |
| Sintētiskais periods (S) | 2n4cDNS dubultojusies |
| Postsintētiskais periods (G2) | 2n4csagatavošanās dalīšanai |
| Mitoze | |
| Profāze | 2n4c |
| Metafāze | 2n4chromosomas ekvatorā |
| Anafāze | 4n4chromatīdas atdalījušās, pie pola 2n2c |
| Telofāze | 2n2ckatrā no divām šūnām |
| Mejoze I | |
| Profāze I | 2n4ckonjugācija un krustojums |
| Metafāze I | 2n4cekvatorā bivalenti |
| Anafāze I | 2n4chomologi atdalījušies, pie pola n2c |
| Telofāze I | n2ckatrā no divām šūnām |
| Mejoze II | |
| Profāze II | n2c |
| Metafāze II | n2chromosomas ekvatorā pa vienai |
| Anafāze II | 2n2chromatīdas atdalījušās, pie pola nc |
| Telofāze II | nckatrā no četrām šūnām |
Mitozes un mejozes atšķirības: salīdzinošā tabula
Abām dalīšanām ir daudz kopīga: abas notiek pēc DNS dubultošanās interfāzē, abām ir vienādi fāžu nosaukumi, abas izmanto dalīšanās vārpstu un beidzas ar citoplazmas dalīšanos. Tāpēc atbildē ir ērti vispirms nosaukt līdzības, bet pēc tam — atšķirības pa tabulas punktiem.
| Iezīme | Mitoze | Mejoze |
|---|---|---|
| Dalīšanās skaits | Mitoze: viena | Mejoze: divas secīgi — mejoze I un mejoze II |
| Cik šūnu rodas | Mitoze: divas | Mejoze: četras |
| Meitasšūnu komplekts | Mitoze: 2n — kā mātes šūnai | Mejoze: n — divreiz mazāks, haploīdais |
| Konjugācija un krustojums | Mitoze: nav | Mejoze: ir, I profāzē |
| Kas atrodas ekvatorā metafāzē | Mitoze: atsevišķas hromosomas vienā rindā | Mejoze: I metafāzē — bivalenti divās rindās, II metafāzē — atsevišķas hromosomas |
| Kas atdalās anafāzē | Mitoze: māsas hromatīdas | Mejoze: I anafāzē — veselas homologās hromosomas, II anafāzē — hromatīdas |
| Profāze | Mitoze: īsa un vienkārša | Mejoze: I profāze gara un sarežģīta |
| Ģenētiskais rezultāts | Mitoze: šūnas ar tādu pašu gēnu komplektu kā mātes šūnai | Mejoze: šūnas ar jauniem gēnu salikumiem, visas atšķirīgas |
| Kur notiek | Mitoze: somatiskajās šūnās: augšana, audu atjaunošana un atjaunošanās, bezdzimuma vairošanās | Mejoze: dzimumšūnu veidošanās laikā dzīvniekiem un sporu veidošanās laikā augiem |
Mitožu un mejožu bioloģiskā nozīme
Mitozes nozīme — precizitātē. Meitasšūnas saņem tieši tādu pašu hromosomu un gēnu komplektu kā mātes šūna, tāpēc mitoze nodrošina:
- organisma augšanu un šūnu skaita palielināšanu;
- audu atjaunošanu un bojājumu dzīšanu (reģenerāciju);
- zigotas dalīšanos pēc apaugļošanās;
- bezdzimuma un veģetatīvo vairošanos — no amēbas dalīšanās līdz auga vairošanai ar spraudeņiem.
Mejozes nozīme — divās lietās vienlaicīgi.
Pirmkārt: sugas hromosomu skaita pastāvība. Ja dzimumšūnas būtu diploīdas, katrā apaugļošanās reizē hromosomu skaits dubultotos. Mejoze samazina komplektu uz pusi, un, saplūstot gametām (n + n), zigota atkal iegūst diploīdo komplektu 2n.
Otrkārt: kombinatīvā mainība. Jauni gēnu salikumi rodas trīs reizes: krustojuma laikā I profāzē, homologu nejaušās un neatkarīgās atdalīšanās laikā I anafāzē un gametu nejaušās sastapšanās laikā apaugļošanās procesā. Tikai neatkarīgās atdalīšanās dēļ cilvēks var radīt 2 pakāpē 23 — vairāk nekā astoņus miljonus — dažādu hromosomu komplektu gametu. Tieši šī daudzveidība dod materiālu dabiskajai atlasei.
Dzīvniekiem mejoze notiek dzimumšūnu veidošanās laikā dzimumdziedzeros, augiem — sporu veidošanās laikā.
Uzdevumu skaidrojumi
Piemērs 1. Cik ir hromosomu un DNS dažādās mitozes fāzēs
Uzdevums: drāzofilai 2n = 8. Nosakiet hromosomu un DNS molekulu skaitu mitozes profāzē, anafāzē un telofāzē.
1. solis. Sākuma atskaite. Pirms dalīšanās, G1 periodā, komplekts ir 2n2c: 8 hromosomas un 8 DNS molekulas. S periodā DNS dubultojās, kļuva 2n4c — hromosomu joprojām ir 8, bet DNS molekulu 16.
2. solis. Profāze. Nekas neatdalās, komplekts ir tāds pats: 8 hromosomas, 16 DNS molekulas (2n4c).
3. solis. Anafāze. Centromēras sadalījās, katra hromatīda kļuva par atsevišķu hromosomu: hromosomu skaits kļuva 16, DNS molekulu arī 16 (4n4c). Katrā polā pie tam ir pa 8 hromosomām.
4. solis. Telofāze. Citoplazma dalās, un katrā no divām jaunajām šūnām nonāk 8 hromosomas un 8 DNS molekulas (2n2c).
Loģikas pārbaude: DNS molekulu skaits ne reizi nav pieaudzis mitozes laikā — tas tikai sadalījies uz pusēm starp šūnām.
Piemērs 2. Komplekts mejozes fāzēs
Uzdevums: kukurūzai 2n = 20. Cik ir hromosomu un DNS molekulu šūnā I telofāzes beigās un visas mejozes beigās?
1. solis. Pirms mejozes DNS dubultojās: 20 hromosomas un 40 DNS molekulas (2n4c).
2. solis. I anafāze. Uz poliem atiet veseli homologi, centromēras nedalās. Katrā polā savācas pa 10 hromosomām, un katrā ir pa divām hromatīdām.
3. solis. I telofāzes beigas. Katrā no divām šūnām ir 10 hromosomas un 20 DNS molekulas (n2c).
4. solis. Mejoze II. DNS dubultošanās nav bijusi, tāpēc II anafāzē vienkārši atdalās hromatīdas. Mejozes beigās rodas četras šūnas, katrā — 10 hromosomas un 10 DNS molekulas (nc).
Atbilde: pēc pirmās dalīšanās 10 hromosomas un 20 DNS molekulas; pēc otrās — 10 hromosomas un 10 DNS molekulas.
Piemērs 3. Noteikt dalīšanos pēc apraksta
Uzdevums: "Šūnā ir redzamas 12 struktūras, katra sastāv no četrām hromatīdām. Tās izkārtojušās ekvatorā divās rindās". Kura tā ir dalīšanās un kura fāze? Kāds ir šūnas sākotnējais komplekts?
1. solis. Struktūra no četrām hromatīdām — tas ir bivalents, tas ir, divu savienojušos homologu pāris. Bivalenti ir tikai mejozē: konjugācija notika I profāzē.
2. solis. Bivalenti atrodas ekvatorā divās rindās — tātad fāze ir I metafāze.
3. solis. Viens bivalents — tas ir divas hromosomas. Bivalentu ir 12, tātad hromosomu ir 24, un šūnas sākotnējais komplekts ir 2n = 24. DNS molekulu šajā fāzē ir 48 (2n4c).
Atbilde: mejozes I metafāze, 2n = 24, šūnas komplekts 2n4c.
Kā nekļūdīties: ja ekvatorā būtu izkārtojušās atsevišķas divhromatīdīgas hromosomas vienā rindā, tā būtu mitozes metafāze (pie 2n) vai II metafāze (pie haploidālā komplekta).
Biežas kļūdas
-
Tiek uzskatīts, ka DNS dubultojas profāzē, tieši pirms dalīšanās.
DNS dubultošanās (reduplikācija) notiek S periodā interfāzē, ilgu laiku pirms profāzes. Gan mitoze, gan mejoze sākas jau ar 2n4c komplektu.
-
Hromosomas tiek skaitītas pēc hromatīdām: redz 46 divhromatīdīgas hromosomas un raksta "92 hromosomas".
Hromosomu skaits ir vienāds ar centromēru skaitu. Kamēr hromatīdas ir savienotas ar vienu centromēru, tā ir viena hromosoma: 46 hromosomas un 92 DNS molekulas. Hromosomu skaits kļūs 92 tikai anafāzē, kad centromēras sadalīsies.
-
Tiek rakstīts, ka mitozes anafāzē atdalās homologās hromosomas.
Mitozes anafāzē atdalās tās pašas hromosomas māsas hromatīdas. Homologās hromosomas atdalās tikai vienu reizi visā dalīšanās procesā — mejozes I anafāzē.
-
Tiek domāts, ka pirms otrās mejozes dalīšanās DNS dubultojas vēlreiz.
Interkinēzē nav sintētiskā perioda. Viena DNS dubultošanās — divas dalīšanās: tieši tāpēc komplekts beigās samazinās uz pusi.
-
Krustojums tiek attiecināts uz mitozi vai I metafāzi.
Krustojums notiek mejozes I profāzē, kad homologi ir savienoti bivalentā (konjugācija). Mitozē homologi nekonjugējas, tāpēc krustojuma tajā nav.
-
Tiek rakstīts, ka mejoze dod četras vienādas šūnas, bet hromosomu skaits samazinās uz pusi katrā no divām dalīšanām.
Komplekts samazinās uz pusi tikai pirmajā dalīšanās — tā arī tiek saukta par redukcionālo. Otrā dalīšanās šūnas hromosomu skaitu nemazina, tā sadala hromatīdas. Bet iegūtās četras šūnas ir ģenētiski atšķirīgas: krustojums un homologu nejaušā atdalīšanās dod tām dažādus gēnu salikumus.
-
Interfāze tiek saukta par pirmo mitozes fāzi.
Interfāze ir šūnas dzīves cikla daļa, nevis dalīšanās fāze. Mitozei ir četras fāzes: profāze, metafāze, anafāze un telofāze. Bet uzdevumus ar hromosomu skaitīšanu bez interfāzes nevar atrisināt: tieši tās S periodā komplekts kļūst 2n4c.
Jautājumi un atbildes
Kā mitoze atšķiras no mejozes, īsumā?
Mitoze — viena dalīšanās, no šūnas rodas divas ar iepriekšējo 2n komplektu un tādu pašu gēnu komplektu. Mejoze — divas secīgas dalīšanās pēc vienas DNS dubultošanās, rodas četras šūnas ar haploīdo n komplektu, un visas tās atšķiras pēc gēnu salikuma. Turklāt tikai mejozē ir konjugācija un krustojums, bet anafāzē I atdalās veselas homologās hromosomas, nevis hromatīdas.
Cik šūnu veidojas mitozē un mejozē?
Mitozē — divas šūnas ar 2n2c komplektu. Mejozē — četras šūnas ar nc komplektu. No turienes arī atšķirība mērķī: mitoze palielina vienādu šūnu skaitu, mejoze sagatavo dzimumšūnas.
Kuras fāzes laikā notiek krustojums?
Mejozes pirmās dalīšanās profāzē. Krustojums — tas ir vienādu fragmentu apmaiņa starp homologo hromosomu nesaistītajām hromatīdām. Tas ir iespējams tikai tad, kad homologi ir savienoti bivalentā, tas ir, pēc konjugācijas.
Kas ir hromosomu konjugācija un bivalents?
Konjugācija — tas ir homologo hromosomu savienošanās pa pāriem visā garumā mejozes I profāzē. Iegūtais pāris tiek saukts par bivalentu: tajā ir divas hromosomas un četras hromatīdas (tāpēc to dažreiz sauc par tetradu). I metafāzē ekvatorā izkārtojas tieši bivalenti, nevis atsevišķas hromosomas.
Kāpēc mitozes anafāzē komplektu pieraksta kā 4n4c?
Tāpēc, ka centromēras sadalījās, un katra bijusī hromatīda kļuva par patstāvīgu hromosomu. DNS molekulu palika tikpat (4c), bet hromosomu uz laiku kļuva divreiz vairāk — 4n. Tiklīdz citoplazma sadalīsies, katrā no divām šūnām būs parastais 2n2c komplekts.
Kur organismā notiek mitoze, un kur mejoze?
Mitoze notiek somatiskajās šūnās: augšanas zonās, ādā, zarnu gļotādā, kaulu smadzenēs, dziedējot brūces. Mejoze dzīvniekiem notiek dzimumdziedzeros dzimumšūnu veidošanās laikā, bet augiem — sporu veidošanās laikā.
Vai interfāze ietilpst mitozē?
Nē. Interfāze ir sagatavošanās dalīšanai un šūnas dzīves cikla daļa. Mitozei ir četras fāzes: profāze, metafāze, anafāze un telofāze. Bet uzdevumus ar hromosomu skaitīšanu bez interfāzes nevar atrisināt: tieši tās S periodā komplekts kļūst 2n4c.
