Митоз и мейоз — два способа деления клетки. Митоз даёт две клетки с таким же набором хромосом, как у материнской: за счёт него организм растёт и восстанавливает ткани. Мейоз — это два деления подряд, после которых получаются четыре клетки с вдвое меньшим набором: так образуются половые клетки. На этой странице — фазы митоза и мейоза по порядку, набор хромосом и ДНК в каждой фазе, кроссинговер и конъюгация, таблица отличий митоза от мейоза и тренажёр для самопроверки.
Жизненный цикл клетки и интерфаза
Клетка не делится непрерывно. Её жизненный цикл — это время от появления клетки до её собственного деления, и состоит он из двух неравных частей: длинной интерфазы (подготовки) и короткого деления.
Интерфазу делят на три периода:
- G1, пресинтетический — клетка растёт, синтезирует белки, набирает объём цитоплазмы и органоидов;
- S, синтетический — идёт редупликация ДНК: каждая хромосома достраивает себе вторую хроматиду;
- G2, постсинтетический — клетка запасает энергию, удваивает центриоли, готовит белки веретена деления.
Запомнить нужно главное: удвоение ДНК происходит в интерфазе, ещё до начала деления. И митоз, и мейоз стартуют уже с удвоенным материалом — с набором 2n4c. Сама интерфаза при этом ни фазой митоза, ни фазой мейоза не считается.
В интерфазе хромосомы не видны даже в микроскоп: они раскручены и находятся в ядре в виде хроматина. Как устроены ядро, хромосомы и клеточный центр, из которого растут нити веретена, подробно разобрано в материале о строении растительной и животной клетки.
Что значит 2n2c: как считать хромосомы и ДНК
В записях вида 2n4c буква n обозначает число хромосом, а буква c — количество ДНК (точнее, число хроматид). Гаплоидный набор — это n, диплоидный — 2n. Запись 2n2c читается так: «диплоидный набор хромосом, каждая хромосома из одной хроматиды», а 2n4c — «диплоидный набор, каждая хромосома из двух хроматид».
Самая частая ошибка — считать хромосомы по хроматидам. После удвоения хромосома выглядит как две палочки, но это одна хромосома: обе хроматиды держатся на одной центромере. Число хромосом равно числу центромер.
У человека 2n = 46. Значит, в G1-периоде в клетке 46 хромосом и 46 молекул ДНК (2n2c). После S-периода хромосом всё ещё 46, а молекул ДНК уже 92 (2n4c). И только в анафазе митоза, когда центромеры разделятся, хромосом станет 92 — по 46 у каждого полюса.
Фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза
Четыре фазы митоза по шагам, с набором хромосом и ДНК в каждой, — в схеме ниже. А здесь разберём три вопроса, на которых чаще всего спотыкаются.
Почему в анафазе вдруг 4n4c. Пока клетка цела, в ней вдвое больше хромосом, чем будет в каждой дочерней: центромеры разделились, и каждая хроматида стала самостоятельной хромосомой. Но набор считают и по клетке целиком (4n4c), и по полюсу (2n2c) — в заданиях всегда смотри, о чём спрашивают.
Почему хромосомы считают в метафазе. Именно здесь они максимально спирализованы и выстроены в один ряд — их видно и можно пересчитать. Поэтому кариотип изучают по метафазным пластинкам.
Чем заканчивается деление. Разделение цитоплазмы называют цитокинезом, и у растительной клетки он идёт иначе, чем у животной: перегородка растёт изнутри, от центра к краям, потому что жёсткая клеточная стенка не даёт клетке перетянуться пополам.
Мейоз I: конъюгация, кроссинговер и расхождение гомологов
Мейоз — это два деления подряд после одного-единственного удвоения ДНК. Первое деление называют редукционным: именно в нём число хромосом уменьшается вдвое. Порядок фаз и наборы — в схеме ниже.
Почему набор уменьшается именно здесь. Хроматиды в анафазе I не разъезжаются — расходятся целые хромосомы, поэтому у полюса оказывается гаплоидный набор двухроматидных хромосом: n2c, а не nc. Однохроматидными они станут только после второго деления.
Зачем нужны конъюгация и кроссинговер. Пара сблизившихся гомологов (бивалент) — это две хромосомы и четыре хроматиды. Обмен участками между несестринскими хроматидами перемешивает материнские и отцовские гены внутри одной хромосомы — отсюда и берётся наследственная изменчивость.
Случайность, которая решает многое. Каждая пара гомологов разворачивается к полюсам независимо от остальных. У человека это даёт 2²³ ≈ 8,4 миллиона вариантов набора ещё до всякого кроссинговера.
Между делениями идёт короткий интеркинез — и в нём нет синтетического периода: ДНК второй раз не удваивается.
Мейоз II: расхождение хроматид
Второе деление мейоза называют эквационным — оно проходит по правилам митоза, но в гаплоидной клетке. Фазы с наборами — в схеме ниже.
Что здесь важно понять. По экватору выстраиваются одиночные хромосомы, а не биваленты: гомологам не с кем конъюгировать, они разошлись в предыдущем делении. Центромеры на этот раз делятся — расходятся сестринские хроматиды.
Почему все четыре клетки разные. Сначала кроссинговер обменял участками несестринские хроматиды двух гомологов, а потом сами гомологи разошлись по клеткам случайными сочетаниями. Поэтому мейоз даёт не копии, а каждый раз новый набор генов — на этом и держится разнообразие потомства.
Набор хромосом и ДНК по фазам митоза и мейоза
Задания «сколько хромосом и молекул ДНК в такой-то фазе» решаются механически, если держать в голове всего два правила: количество ДНК увеличивается только в S-периоде, а число хромосом меняется только там, где расходятся хроматиды. Ниже — набор по каждой фазе.
| Фаза | Хромосомы и ДНК |
|---|---|
| Интерфаза | |
| Пресинтетический период (G1) | 2n2cхромосомы однохроматидные |
| Синтетический период (S) | 2n4cДНК удвоилась |
| Постсинтетический период (G2) | 2n4cподготовка к делению |
| Митоз | |
| Профаза | 2n4c |
| Метафаза | 2n4cхромосомы на экваторе |
| Анафаза | 4n4cхроматиды разошлись, у полюса 2n2c |
| Телофаза | 2n2cв каждой из двух клеток |
| Мейоз I | |
| Профаза I | 2n4cконъюгация и кроссинговер |
| Метафаза I | 2n4cна экваторе биваленты |
| Анафаза I | 2n4cгомологи разошлись, у полюса n2c |
| Телофаза I | n2cв каждой из двух клеток |
| Мейоз II | |
| Профаза II | n2c |
| Метафаза II | n2cхромосомы на экваторе по одной |
| Анафаза II | 2n2cхроматиды разошлись, у полюса nc |
| Телофаза II | ncв каждой из четырёх клеток |
Отличия митоза от мейоза: сравнительная таблица
Общего у двух делений немало: оба идут после удвоения ДНК в интерфазе, у обоих одинаковые названия фаз, оба используют веретено деления и заканчиваются делением цитоплазмы. Поэтому в ответе удобно сначала назвать сходства, а потом — различия по пунктам таблицы.
| Признак | Митоз | Мейоз |
|---|---|---|
| Число делений | Митоз: одно | Мейоз: два подряд — мейоз I и мейоз II |
| Сколько клеток получается | Митоз: две | Мейоз: четыре |
| Набор дочерних клеток | Митоз: 2n — как у материнской клетки | Мейоз: n — вдвое меньше, гаплоидный |
| Конъюгация и кроссинговер | Митоз: нет | Мейоз: есть, в профазе I |
| Что стоит на экваторе в метафазе | Митоз: отдельные хромосомы в один ряд | Мейоз: в метафазе I — биваленты в два ряда, в метафазе II — отдельные хромосомы |
| Что расходится в анафазе | Митоз: сестринские хроматиды | Мейоз: в анафазе I — целые гомологичные хромосомы, в анафазе II — хроматиды |
| Профаза | Митоз: короткая и простая | Мейоз: профаза I длинная и сложная |
| Генетический результат | Митоз: клетки с тем же набором генов, что у материнской | Мейоз: клетки с новыми сочетаниями генов, все разные |
| Где происходит | Митоз: в соматических клетках: рост, обновление и восстановление тканей, бесполое размножение | Мейоз: при образовании половых клеток у животных и спор у растений |
Биологическое значение митоза и мейоза
Значение митоза — в точности. Дочерние клетки получают ровно такой же набор хромосом и генов, как материнская, поэтому митоз обеспечивает:
- рост организма и увеличение числа клеток;
- обновление тканей и заживление повреждений (регенерацию);
- дробление зиготы после оплодотворения;
- бесполое и вегетативное размножение — от деления амёбы до размножения растения черенком.
Значение мейоза — в двух вещах сразу.
Первое: постоянство числа хромосом вида. Если бы половые клетки были диплоидными, при каждом оплодотворении число хромосом удваивалось бы. Мейоз уменьшает набор вдвое, и при слиянии гамет (n + n) зигота снова получает диплоидный набор 2n.
Второе: комбинативная изменчивость. Новые сочетания генов возникают трижды: при кроссинговере в профазе I, при случайном и независимом расхождении гомологов в анафазе I и при случайной встрече гамет во время оплодотворения. Только за счёт независимого расхождения человек может дать 2 в степени 23 — больше восьми миллионов — разных по набору хромосом гамет. Именно это разнообразие даёт материал для естественного отбора.
У животных мейоз идёт при образовании половых клеток в половых железах, у растений — при образовании спор.
Разбор заданий
Пример 1. Сколько хромосом и ДНК в разных фазах митоза
Задание: у дрозофилы 2n = 8. Определите число хромосом и молекул ДНК в профазе, анафазе и телофазе митоза.
Шаг 1. Начало отсчёта. До деления, в G1-периоде, набор 2n2c: 8 хромосом и 8 молекул ДНК. В S-периоде ДНК удвоилась, стало 2n4c — хромосом по-прежнему 8, а молекул ДНК 16.
Шаг 2. Профаза. Ничего не расходится, набор тот же: 8 хромосом, 16 молекул ДНК (2n4c).
Шаг 3. Анафаза. Центромеры разделились, каждая хроматида стала отдельной хромосомой: хромосом стало 16, молекул ДНК тоже 16 (4n4c). У каждого полюса при этом по 8 хромосом.
Шаг 4. Телофаза. Цитоплазма делится, и в каждой из двух молодых клеток оказывается 8 хромосом и 8 молекул ДНК (2n2c).
Проверка логики: число молекул ДНК ни разу не выросло во время самого митоза — оно только поделилось пополам между клетками.
Пример 2. Набор в фазах мейоза
Задание: у кукурузы 2n = 20. Сколько хромосом и молекул ДНК в клетке в конце телофазы I и в конце всего мейоза?
Шаг 1. Перед мейозом ДНК удвоилась: 20 хромосом и 40 молекул ДНК (2n4c).
Шаг 2. Анафаза I. К полюсам расходятся целые гомологи, центромеры не делятся. У каждого полюса собирается по 10 хромосом, и в каждой по две хроматиды.
Шаг 3. Конец телофазы I. В каждой из двух клеток 10 хромосом и 20 молекул ДНК (n2c).
Шаг 4. Мейоз II. Удвоения ДНК не было, поэтому в анафазе II просто расходятся хроматиды. В конце мейоза получаются четыре клетки, в каждой — 10 хромосом и 10 молекул ДНК (nc).
Ответ: после первого деления 10 хромосом и 20 молекул ДНК; после второго — 10 хромосом и 10 молекул ДНК.
Пример 3. Определить деление по описанию
Задание: «В клетке видны 12 структур, каждая из которых состоит из четырёх хроматид. Они выстроились у экватора в два ряда». Какое это деление и какая фаза? Каков исходный набор клетки?
Шаг 1. Структура из четырёх хроматид — это бивалент, то есть пара сблизившихся гомологичных хромосом. Биваленты бывают только в мейозе: конъюгация прошла в профазе I.
Шаг 2. Биваленты стоят на экваторе в два ряда — значит, фаза метафаза I.
Шаг 3. Один бивалент — это две хромосомы. Бивалентов 12, значит, хромосом 24, а исходный набор клетки 2n = 24. Молекул ДНК в этой фазе 48 (2n4c).
Ответ: метафаза мейоза I, 2n = 24, набор клетки 2n4c.
Как не ошибиться: если бы на экваторе стояли одиночные двухроматидные хромосомы в один ряд, это была бы метафаза митоза (при 2n) или метафаза II (при гаплоидном наборе).
Частые ошибки
-
Считают, что ДНК удваивается в профазе, перед самым делением.
Удвоение (редупликация) ДНК идёт в S-периоде интерфазы, задолго до профазы. И митоз, и мейоз начинаются уже с набором 2n4c.
-
Считают хромосомы по хроматидам: видят 46 двухроматидных хромосом и пишут «92 хромосомы».
Число хромосом равно числу центромер. Пока хроматиды соединены одной центромерой, это одна хромосома: 46 хромосом и 92 молекулы ДНК. Хромосом станет 92 только в анафазе, когда центромеры разделятся.
-
Пишут, что в анафазе митоза расходятся гомологичные хромосомы.
В анафазе митоза расходятся сестринские хроматиды одной и той же хромосомы. Гомологичные хромосомы расходятся только один раз за всё деление — в анафазе I мейоза.
-
Думают, что перед вторым делением мейоза ДНК удваивается ещё раз.
В интеркинезе синтетического периода нет. Одно удвоение ДНК — два деления: именно поэтому набор в итоге уменьшается вдвое.
-
Относят кроссинговер к митозу или к метафазе I.
Кроссинговер идёт в профазе I мейоза, когда гомологи соединены в бивалент (конъюгация). В митозе гомологи не конъюгируют, поэтому кроссинговера в нём нет.
-
Пишут, что мейоз даёт четыре одинаковые клетки, а число хромосом уменьшается вдвое в каждом из двух делений.
Набор уменьшается вдвое только в первом делении — оно и называется редукционным. Второе деление число хромосом в клетке не уменьшает, оно разделяет хроматиды. А получившиеся четыре клетки генетически разные: кроссинговер и случайное расхождение гомологов дают им разные сочетания генов.
-
Называют интерфазу первой фазой митоза.
Интерфаза — часть жизненного цикла клетки, а не фаза деления. Фаз у митоза четыре: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
Вопросы и ответы
Чем митоз отличается от мейоза, если кратко?
Митоз — одно деление, из клетки получаются две с прежним набором 2n и тем же набором генов. Мейоз — два деления подряд после одного удвоения ДНК, получаются четыре клетки с гаплоидным набором n, и все они различаются по сочетанию генов. Кроме того, только в мейозе есть конъюгация и кроссинговер, а в анафазе I расходятся целые гомологичные хромосомы, а не хроматиды.
Сколько клеток образуется при митозе и при мейозе?
При митозе — две клетки с набором 2n2c. При мейозе — четыре клетки с набором nc. Отсюда и разница в назначении: митоз увеличивает число одинаковых клеток, мейоз готовит половые клетки.
В какой фазе происходит кроссинговер?
В профазе первого деления мейоза. Кроссинговер — это обмен одинаковыми участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Он возможен только тогда, когда гомологи сближены в бивалент, то есть после конъюгации.
Что такое конъюгация хромосом и бивалент?
Конъюгация — это сближение гомологичных хромосом попарно по всей длине в профазе I мейоза. Получившаяся пара называется бивалентом: в нём две хромосомы и четыре хроматиды (поэтому его иногда называют тетрадой). В метафазе I на экваторе выстраиваются именно биваленты, а не отдельные хромосомы.
Почему в анафазе митоза набор записывают как 4n4c?
Потому что центромеры разделились, и каждая бывшая хроматида стала самостоятельной хромосомой. Молекул ДНК осталось столько же (4c), а хромосом временно стало вдвое больше — 4n. Как только цитоплазма разделится, в каждой из двух клеток окажется обычный набор 2n2c.
Где в организме идёт митоз, а где мейоз?
Митоз идёт в соматических клетках: в зонах роста, в коже, в слизистой кишечника, в костном мозге, при заживлении ран. Мейоз у животных проходит в половых железах при образовании половых клеток, а у растений — при образовании спор.
Входит ли интерфаза в митоз?
Нет. Интерфаза — это подготовка к делению и часть жизненного цикла клетки. В митозе четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Но задачи на подсчёт хромосом без интерфазы не решить: именно в её S-периоде набор становится 2n4c.
