Mitoza și meioza sunt două moduri de diviziune celulară. Mitoza produce două celule cu același set de cromozomi ca celula mamă: datorită ei organismul crește și își reface țesuturile. Meioza constă în două diviziuni succesive, în urma cărora rezultă patru celule cu un set de cromozomi redus la jumătate: astfel se formează celulele sexuale. Pe această pagină găsești fazele mitozei și meiozei în ordine, setul de cromozomi și ADN în fiecare fază, crossing-over-ul și conjugarea, tabelul diferențelor dintre mitoză și meioză, plus un simulator pentru autoevaluare.
Ciclul vital al celulei și interfaza
Celulele nu se divid continuu. Ciclul vital al unei celule reprezintă timpul de la apariția celulei până la propria sa diviziune și constă din două părți inegale: o interfază lungă (pregătirea) și o diviziune scurtă.
Interfaza este împărțită în trei perioade:
- G1, presintetică — celula crește, sintetizează proteine, acumulează citoplasmă și organite;
- S, sintetică — are loc reduplicarea ADN-ului: fiecare cromozom își sintetizează a doua cromatidă;
- G2, postsintetică — celula stochează energie, dublează centriolii, pregătește proteinele fusului de diviziune.
Trebuie să reții lucrul principal: dublarea ADN-ului are loc în interfază, încă înainte de începerea diviziunii. Atât mitoza, cât și meioza încep deja cu materialul dublat — cu setul 2n4c. Interfaza în sine nu este considerată nici fază a mitozei, nici a meiozei.
În interfază, cromozomii nu sunt vizibili nici la microscop: ei sunt despiralizați și se află în nucleu sub formă de cromatină. Structura nucleului, a cromozomilor și a centrului celular, din care cresc firele fusului de diviziune, este analizată în detaliu în materialul despre structura celulei vegetale și animale.
Ce înseamnă 2n2c: cum numărăm cromozomii și ADN-ul
În notațiile de tipul 2n4c, litera n reprezintă numărul de cromozomi, iar litera c — cantitatea de ADN (mai exact, numărul de cromatide). Setul haploid este n, cel diploid este 2n. Notația 2n2c se citește: „set diploid de cromozomi, fiecare cromozom format dintr-o singură cromatidă”, iar 2n4c — „set diploid, fiecare cromozom format din două cromatide”.
Cea mai frecventă greșeală este numărarea cromozomilor după cromatide. După dublare, cromozomul arată ca două bastonașe, dar este un singur cromozom: ambele cromatide sunt unite de același centromer. Numărul de cromozomi este egal cu numărul de centromeri.
La om 2n = 46. Înseamnă că în perioada G1 celula are 46 de cromozomi și 46 de molecule de ADN (2n2c). După perioada S, cromozomii sunt tot 46, dar moleculele de ADN sunt deja 92 (2n4c). Și abia în anafaza mitozei, când centromerii se divid, numărul cromozomilor devine 92 — câte 46 la fiecare pol.
Fazele mitozei: profază, metafază, anafază, telofază
Cele patru faze ale mitozei pas cu pas, cu setul de cromozomi și ADN în fiecare, sunt prezentate în schema de mai jos. Aici vom analiza trei întrebări care pun cele mai multe probleme.
De ce în anafază avem brusc 4n4c? Cât timp celula este întreagă, ea are de două ori mai mulți cromozomi decât va avea fiecare celulă fiică: centromerii s-au divizat, iar fiecare cromatidă a devenit un cromozom independent. Totuși, setul se calculează atât pentru întreaga celulă (4n4c), cât și pentru un pol (2n2c) — în exerciții, verifică întotdeauna ce se cere.
De ce cromozomii se numără în metafază? Tocmai aici ei sunt maxim spiralizați și aliniați într-un singur rând — sunt vizibili și pot fi numărați. De aceea, cariotipul se studiază pe plăcile metafazice.
Cu ce se termină diviziunea? Separarea citoplasmei se numește citokineză, iar la celula vegetală aceasta are loc altfel decât la cea animală: peretele se formează din interior, de la centru spre margini, deoarece peretele celular rigid nu permite celulei să se stranguleze la mijloc.
Meioza I: conjugare, crossing-over și separarea omologilor
Meioza constă în două diviziuni succesive după o singură dublare a ADN-ului. Prima diviziune se numește reducțională: tocmai în ea numărul de cromozomi se reduce la jumătate. Ordinea fazelor și seturile sunt în schema de mai jos.
De ce setul se reduce tocmai aici? Cromatidele în anafaza I nu se separă — se separă cromozomi întregi, de aceea la pol ajunge un set haploid de cromozomi bicromatidici: n2c, nu nc. Ei vor deveni monocromatidici abia după a doua diviziune.
La ce servesc conjugarea și crossing-over-ul? O pereche de omologi apropiați (bivalent) — înseamnă doi cromozomi și patru cromatide. Schimbul de segmente între cromatidele nesurori ale omologilor amestecă genele materne și paterne în interiorul aceluiași cromozom — de aici provine variabilitatea ereditară.
Întâmplarea care decide multe. Fiecare pereche de omologi se orientează spre poli independent de ceilalți. La om, acest lucru oferă 2²³ ≈ 8,4 milioane de variante de seturi, chiar înainte de orice crossing-over.
Între diviziuni are loc o interkineză scurtă — și în ea nu există perioadă sintetică: ADN-ul nu se dublează a doua oară.
Meioza II: separarea cromatidelor
A doua diviziune a meiozei se numește ecuațională — ea urmează regulile mitozei, dar într-o celulă haploidă. Fazele cu seturile sunt în schema de mai jos.
Ce este important de înțeles aici. La ecuator se aliniază cromozomi singulari, nu bivalenți: omologii nu au cu cine să conjugheze, ei s-au separat în diviziunea anterioară. Centromerii de data aceasta se divid — se separă cromatidele surori.
De ce toate cele patru celule sunt diferite? Mai întâi, crossing-over-ul a schimbat segmente între cromatidele nesurori a doi omologi, iar apoi omologii înșiși s-au separat în celule prin combinații aleatorii. De aceea, meioza nu produce copii, ci de fiecare dată un set nou de gene — pe acest lucru se bazează diversitatea descendenților.
Setul de cromozomi și ADN pe fazele mitozei și meiozei
Exercițiile de tipul „câți cromozomi și molecule de ADN sunt în cutare fază” se rezolvă mecanic dacă reții doar două reguli: cantitatea de ADN crește doar în perioada S, iar numărul de cromozomi se schimbă doar acolo unde se separă cromatidele. Mai jos — setul pentru fiecare fază.
| Fază | Cromozomi și ADN |
|---|---|
| Interfază | |
| Perioada presintetică (G1) | 2n2ccromozomi monocromatidici |
| Perioada sintetică (S) | 2n4cADN-ul s-a dublat |
| Perioada postsintetică (G2) | 2n4cpregătire pentru diviziune |
| Mitoză | |
| Profază | 2n4c |
| Metafază | 2n4ccromozomi la ecuator |
| Anafază | 4n4ccromatidele s-au separat, la pol 2n2c |
| Telofază | 2n2cîn fiecare din cele două celule |
| Meioza I | |
| Profaza I | 2n4cconjugare și crossing-over |
| Metafaza I | 2n4cla ecuator bivalenți |
| Anafaza I | 2n4comologii s-au separat, la pol n2c |
| Telofaza I | n2cîn fiecare din cele două celule |
| Meioza II | |
| Profaza II | n2c |
| Metafaza II | n2ccromozomi la ecuator unul câte unul |
| Anafaza II | 2n2ccromatidele s-au separat, la pol nc |
| Telofaza II | ncîn fiecare din cele patru celule |
Diferențele dintre mitoză și meioză: tabel comparativ
Cele două diviziuni au multe în comun: ambele au loc după dublarea ADN-ului în interfază, ambele au aceleași denumiri ale fazelor, ambele folosesc fusul de diviziune și se termină cu diviziunea citoplasmei. De aceea, în răspuns este util să enumeri mai întâi asemănările, apoi diferențele punct cu punct conform tabelului.
| Caracteristică | Mitoză | Meioză |
|---|---|---|
| Număr de diviziuni | Mitoză: una | Meioză: două succesive — meioza I și meioza II |
| Câte celule rezultă | Mitoză: două | Meioză: patru |
| Setul celulelor fiice | Mitoză: 2n — ca la celula mamă | Meioză: n — de două ori mai mic, haploid |
| Conjugare și crossing-over | Mitoză: nu | Meioză: da, în profaza I |
| Ce stă la ecuator în metafază | Mitoză: cromozomi individuali într-un singur rând | Meioză: în metafaza I — bivalenți în două rânduri, în metafaza II — cromozomi individuali |
| Ce se separă în anafază | Mitoză: cromatidele surori | Meioză: în anafaza I — cromozomi omologi întregi, în anafaza II — cromatide |
| Profază | Mitoză: scurtă și simplă | Meioză: profaza I lungă și complexă |
| Rezultat genetic | Mitoză: celule cu același set de gene ca celula mamă | Meioză: celule cu combinații noi de gene, toate diferite |
| Unde are loc | Mitoză: în celulele somatice: creștere, reînnoire și refacere a țesuturilor, reproducere asexuată | Meioză: la formarea celulelor sexuale la animale și a sporilor la plante |
Importanța biologică a mitozei și meiozei
Importanța mitozei — constă în precizie. Celulele fiice primesc exact același set de cromozomi și gene ca celula mamă, de aceea mitoza asigură:
- creșterea organismului și creșterea numărului de celule;
- reînnoirea țesuturilor și vindecarea leziunilor (regenerarea);
- segmentarea zigotului după fertilizare;
- reproducerea asexuată și vegetativă — de la diviziunea amoebei până la înmulțirea plantelor prin butași.
Importanța meiozei — constă în două lucruri simultan.
Primul: constanța numărului de cromozomi ai speciei. Dacă celulele sexuale ar fi diploide, la fiecare fertilizare numărul de cromozomi s-ar dubla. Meioza reduce setul la jumătate, iar la fuziunea gameților (n + n) zigotul primește din nou setul diploid 2n.
Al doilea: variabilitatea combinativă. Combinații noi de gene apar de trei ori: prin crossing-over în profaza I, prin separarea aleatorie și independentă a omologilor în anafaza I și prin întâlnirea aleatorie a gameților în timpul fertilizării. Doar prin separarea independentă, omul poate produce 2 la puterea 23 — peste opt milioane — de gameți diferiți prin setul de cromozomi. Tocmai această diversitate oferă material pentru selecția naturală.
La animale, meioza are loc la formarea celulelor sexuale în glandele sexuale, la plante — la formarea sporilor.
Analiza exercițiilor
Exemplul 1. Câți cromozomi și ADN în diferite faze ale mitozei
Exercițiu: la Drosophila 2n = 8. Determinați numărul de cromozomi și molecule de ADN în profaza, anafaza și telofaza mitozei.
Pasul 1. Punctul de plecare. Înainte de diviziune, în perioada G1, setul este 2n2c: 8 cromozomi și 8 molecule de ADN. În perioada S, ADN-ul s-a dublat, a devenit 2n4c — cromozomii sunt în continuare 8, iar moleculele de ADN 16.
Pasul 2. Profaza. Nimic nu se separă, setul este același: 8 cromozomi, 16 molecule de ADN (2n4c).
Pasul 3. Anafaza. Centromerii s-au divizat, fiecare cromatidă a devenit un cromozom separat: cromozomii au devenit 16, moleculele de ADN tot 16 (4n4c). La fiecare pol sunt totuși câte 8 cromozomi.
Pasul 4. Telofaza. Citoplasma se divide, și în fiecare din cele două celule tinere se află 8 cromozomi și 8 molecule de ADN (2n2c).
Verificarea logicii: numărul moleculelor de ADN nu a crescut niciodată în timpul mitozei propriu-zise — el doar s-a împărțit la jumătate între celule.
Exemplul 2. Setul în fazele meiozei
Exercițiu: la porumb 2n = 20. Câți cromozomi și molecule de ADN sunt în celulă la sfârșitul telofazei I și la sfârșitul întregii meioze?
Pasul 1. Înainte de meioză, ADN-ul s-a dublat: 20 cromozomi și 40 molecule de ADN (2n4c).
Pasul 2. Anafaza I. Spre poli se separă omologi întregi, centromerii nu se divid. La fiecare pol se adună câte 10 cromozomi, și în fiecare sunt câte două cromatide.
Pasul 3. Sfârșitul telofazei I. În fiecare din cele două celule sunt 10 cromozomi și 20 molecule de ADN (n2c).
Pasul 4. Meioza II. Dublarea ADN-ului nu a avut loc, de aceea în anafaza II pur și simplu se separă cromatidele. La sfârșitul meiozei rezultă patru celule, în fiecare — 10 cromozomi și 10 molecule de ADN (nc).
Răspuns: după prima diviziune 10 cromozomi și 20 molecule de ADN; după a doua — 10 cromozomi și 10 molecule de ADN.
Exemplul 3. Identificarea diviziunii după descriere
Exercițiu: „În celulă se văd 12 structuri, fiecare fiind formată din patru cromatide. Ele s-au aliniat la ecuator în două rânduri”. Ce diviziune este aceasta și ce fază? Care este setul inițial al celulei?
Pasul 1. Structura din patru cromatide — este un bivalent, adică o pereche de cromozomi omologi apropiați. Bivalenții există doar în meioză: conjugarea a avut loc în profaza I.
Pasul 2. Bivalenții stau la ecuator în două rânduri — înseamnă că faza este metafaza I.
Pasul 3. Un bivalent — înseamnă doi cromozomi. Sunt 12 bivalenți, înseamnă 24 de cromozomi, iar setul inițial al celulei este 2n = 24. Moleculele de ADN în această fază sunt 48 (2n4c).
Răspuns: metafaza meiozei I, 2n = 24, setul celulei 2n4c.
Cum să nu greșești: dacă la ecuator ar fi stat cromozomi bicromatidici singulari într-un singur rând, ar fi fost metafaza mitozei (la 2n) sau metafaza II (la set haploid).
Greșeli frecvente
-
Se consideră că ADN-ul se dublează în profază, chiar înainte de diviziune.
Dublarea (reduplicarea) ADN-ului are loc în perioada S a interfazei, cu mult înainte de profază. Atât mitoza, cât și meioza încep deja cu setul 2n4c.
-
Se numără cromozomii după cromatide: văd 46 de cromozomi bicromatidici și scriu „92 de cromozomi”.
Numărul de cromozomi este egal cu numărul de centromeri. Cât timp cromatidele sunt unite de un singur centromer, acesta este un singur cromozom: 46 de cromozomi și 92 de molecule de ADN. Cromozomii vor deveni 92 doar în anafază, când centromerii se vor diviza.
-
Se scrie că în anafaza mitozei se separă cromozomii omologi.
În anafaza mitozei se separă cromatidele surori ale aceluiași cromozom. Cromozomii omologi se separă o singură dată în toată diviziunea — în anafaza I a meiozei.
-
Se crede că înainte de a doua diviziune a meiozei ADN-ul se dublează încă o dată.
În interkineză nu există perioadă sintetică. O singură dublare a ADN-ului — două diviziuni: tocmai de aceea setul la final se reduce la jumătate.
-
Se atribuie crossing-over-ul mitozei sau metafazei I.
Crossing-over-ul are loc în profaza I a meiozei, când omologii sunt uniți în bivalent (conjugare). În mitoză omologii nu conjughează, de aceea crossing-over-ul nu există în ea.
-
Se scrie că meioza produce patru celule identice, iar numărul de cromozomi se reduce la jumătate în fiecare din cele două diviziuni.
Setul se reduce la jumătate doar în prima diviziune — ea se și numește reducțională. A doua diviziune nu reduce numărul de cromozomi din celulă, ea separă cromatidele. Iar cele patru celule rezultate sunt genetic diferite: crossing-over-ul și separarea aleatorie a omologilor le oferă combinații diferite de gene.
-
Se numește interfaza prima fază a mitozei.
Interfaza — este parte a ciclului vital al celulei, nu fază a diviziunii. Mitoza are patru faze: profază, metafază, anafază, telofază. Dar exercițiile de numărare a cromozomilor nu se pot rezolva fără interfază: tocmai în perioada S a acesteia setul devine 2n4c.
Întrebări și răspunsuri
Prin ce diferă mitoza de meioză, pe scurt?
Mitoza — o singură diviziune, din celulă rezultă două cu setul anterior 2n și același set de gene. Meioza — două diviziuni succesive după o singură dublare a ADN-ului, rezultă patru celule cu set haploid n, și toate diferă prin combinația de gene. În plus, doar în meioză există conjugare și crossing-over, iar în anafaza I se separă cromozomi omologi întregi, nu cromatide.
Câte celule se formează prin mitoză și prin meioză?
Prin mitoză — două celule cu set 2n2c. Prin meioză — patru celule cu set nc. De aici și diferența în scop: mitoza crește numărul de celule identice, meioza pregătește celulele sexuale.
În ce fază are loc crossing-over-ul?
În profaza primei diviziuni a meiozei. Crossing-over-ul — este schimbul de segmente identice între cromatidele nesurori ale cromozomilor omologi. El este posibil doar atunci când omologii sunt apropiați în bivalent, adică după conjugare.
Ce este conjugarea cromozomilor și bivalentul?
Conjugarea — este apropierea cromozomilor omologi perechi-perechi pe toată lungimea în profaza I a meiozei. Perechea rezultată se numește bivalent: în el sunt doi cromozomi și patru cromatide (de aceea uneori este numit tetradă). În metafaza I la ecuator se aliniază bivalenții, nu cromozomii individuali.
De ce în anafaza mitozei setul se notează ca 4n4c?
Pentru că centromerii s-au divizat, și fiecare fostă cromatidă a devenit un cromozom independent. Moleculele de ADN au rămas la fel (4c), iar cromozomii au devenit temporar de două ori mai mulți — 4n. Imediat ce citoplasma se va divide, în fiecare din cele două celule va fi setul obișnuit 2n2c.
Unde în organism are loc mitoza și unde meioza?
Mitoza are loc în celulele somatice: în zonele de creștere, în piele, în mucoasa intestinală, în măduva osoasă, la vindecarea rănilor. Meioza la animale are loc în glandele sexuale la formarea celulelor sexuale, iar la plante — la formarea sporilor.
Face parte interfaza din mitoză?
Nu. Interfaza — este pregătirea pentru diviziune și parte a ciclului vital al celulei. Mitoza are patru faze: profază, metafază, anafază și telofază. Dar exercițiile de numărare a cromozomilor nu se pot rezolva fără interfază: tocmai în perioada S a acesteia setul devine 2n4c.
