Mitóza a meióza sú dva spôsoby delenia bunky. Mitóza vytvára dve bunky s rovnakou sadou chromozómov, akú mala materská bunka: vďaka nej organizmus rastie a obnovuje tkanivá. Meióza zahŕňa dve delenia po sebe, po ktorých vznikajú štyri bunky s polovičnou sadou: takto vznikajú pohlavné bunky. Na tejto stránke nájdete fázy mitózy a meiózy v poradí, sadu chromozómov a DNA v každej fáze, crossing-over a konjugáciu, tabuľku rozdielov medzi mitózou a meiózou a trenažér na precvičenie.
Životný cyklus bunky a interfáza
Bunka sa nedelí nepretržite. Jej životný cyklus je čas od vzniku bunky až po jej vlastné delenie a skladá sa z dvoch nerovnakých častí: dlhej interfázy (prípravy) a krátkeho delenia.
Interfázu delíme na tri obdobia:
- G1, presyntetické — bunka rastie, syntetizuje bielkoviny, zväčšuje objem cytoplazmy a organel;
- S, syntetické — prebieha reduplikácia DNA: každý chromozóm si vytvorí druhú chromatídu;
- G2, postsyntetické — bunka si ukladá energiu, zdvojuje centrioly, pripravuje bielkoviny deliaceho vretienka.
Zapamätajte si to hlavné: zdvojenie DNA prebieha v interfáze, ešte pred začiatkom delenia. Mitóza aj meióza štartujú už so zdvojeným materiálom — so sadou 2n4c. Samotná interfáza sa pritom nepovažuje za fázu mitózy ani meiózy.
V interfáze chromozómy nie sú viditeľné ani pod mikroskopom: sú rozvinuté a nachádzajú sa v jadre vo forme chromatínu. Ako sú usporiadané jadro, chromozómy a bunkové centrum, z ktorého vyrastajú vlákna vretienka, je podrobne rozobrané v materiáli o stavbe rastlinnej a živočíšnej bunky.
Čo znamená 2n2c: ako počítať chromozómy a DNA
V zápisoch typu 2n4c písmeno n označuje počet chromozómov a písmeno c množstvo DNA (presnejšie počet chromatíd). Haploidná sada je n, diploidná je 2n. Zápis 2n2c čítame takto: „diploidná sada chromozómov, každý chromozóm z jednej chromatídy“, a 2n4c — „diploidná sada, každý chromozóm z dvoch chromatíd“.
Najčastejšia chyba je počítať chromozómy podľa chromatíd. Po zdvojení vyzerá chromozóm ako dve paličky, ale je to jeden chromozóm: obe chromatídy držia na jednej centromére. Počet chromozómov sa rovná počtu centromér.
Človek má 2n = 46. To znamená, že v G1-období má bunka 46 chromozómov a 46 molekúl DNA (2n2c). Po S-období je chromozómov stále 46, ale molekúl DNA je už 92 (2n4c). Až v anafáze mitózy, keď sa centroméry rozdelia, bude chromozómov 92 — po 46 pri každom póle.
Fázy mitózy: profáza, metafáza, anafáza, telofáza
Štyri fázy mitózy po krokoch, so sadou chromozómov a DNA v každej, nájdete v schéme nižšie. A tu rozoberieme tri otázky, na ktorých sa najčastejšie zakopáva.
Prečo je v anafáze zrazu 4n4c. Kým je bunka celá, je v nej dvakrát viac chromozómov, než bude v každej dcérskej: centroméry sa rozdelili a každá chromatída sa stala samostatným chromozómom. Ale sada sa počíta aj pre bunku ako celok (4n4c), aj pre pól (2n2c) — v úlohách sa vždy pozerajte, na čo sa pýtajú.
Prečo sa chromozómy počítajú v metafáze. Práve tu sú maximálne špiralizované a zoradené do jedného radu — sú viditeľné a dajú sa spočítať. Preto sa karyotyp študuje podľa metafázových platničiek.
Čím sa končí delenie. Rozdelenie cytoplazmy nazývame cytokinéza, a u rastlinnej bunky prebieha inak ako u živočíšnej: priehradka rastie zvnútra, od stredu k okrajom, pretože tuhá bunková stena nedovolí bunke prepásť sa na polovicu.
Meióza I: konjugácia, crossing-over a rozchod homológov
Meióza je dve delenia po sebe po jednom jedinom zdvojení DNA. Prvé delenie nazývame redukčné: práve v ňom sa počet chromozómov zmenšuje na polovicu. Poradie fáz a sady sú v schéme nižšie.
Prečo sa sada zmenšuje práve tu. Chromatídy v anafáze I sa nerozchádzajú — rozchádzajú sa celé chromozómy, preto je pri póle haploidná sada dvojchromatídových chromozómov: n2c, a nie nc. Jednochromatídovými sa stanú až po druhom delení.
Načo sú konjugácia a crossing-over. Pár priblížených homológov (bivalent) — to sú dva chromozómy a štyri chromatídy. Výmena úsekov medzi nesesterskými chromatídami premiešava materské a otcovské gény v rámci jedného chromozómu — odtiaľ pochádza dedičná premenlivosť.
Náhodnosť, ktorá rozhoduje o mnohom. Každý pár homológov sa orientuje k pólom nezávisle od ostatných. U človeka to dáva 2²³ ≈ 8,4 milióna variantov sady ešte pred akýmkoľvek crossing-overom.
Medzi deleniami prebieha krátky interkineza — a v ňom nie je syntetické obdobie: DNA sa druhýkrát nezdvojuje.
Meióza II: rozchod chromatíd
Druhé delenie meiózy nazývame ekvačné — prebieha podľa pravidiel mitózy, ale v haploidnej bunke. Fázy so sadami sú v schéme nižšie.
Čo je tu dôležité pochopiť. Na rovníku sa zoradia osamelé chromozómy, nie bivalenty: homológovia nemajú s kým konjugovať, rozišli sa v predchádzajúcom delení. Centroméry sa tentoraz delia — rozchádzajú sa sesterské chromatídy.
Prečo sú všetky štyri bunky rôzne. Najprv crossing-over vymenil úseky nesesterských chromatíd dvoch homológov, a potom sa samotní homológovia rozišli do buniek v náhodných kombináciách. Preto meióza nevytvára kópie, ale zakaždým novú sadu génov — na tom stojí rozmanitosť potomstva.
Sada chromozómov a DNA podľa fáz mitózy a meiózy
Úlohy „koľko chromozómov a molekúl DNA je v tej-ktorej fáze“ sa riešia mechanicky, ak máte v hlave len dve pravidlá: množstvo DNA sa zvyšuje iba v S-období a počet chromozómov sa mení iba tam, kde sa rozchádzajú chromatídy. Nižšie je sada pre každú fázu.
| Fáza | Chromozómy a DNA |
|---|---|
| Interfáza | |
| Presyntetické obdobie (G1) | 2n2cchromozómy jednochromatídové |
| Syntetické obdobie (S) | 2n4cDNA sa zdvojila |
| Postsyntetické obdobie (G2) | 2n4cpríprava na delenie |
| Mitóza | |
| Profáza | 2n4c |
| Metafáza | 2n4cchromozómy na rovníku |
| Anafáza | 4n4cchromatídy sa rozišli, pri póle 2n2c |
| Telofáza | 2n2cv každej z dvoch buniek |
| Meióza I | |
| Profáza I | 2n4ckonjugácia a crossing-over |
| Metafáza I | 2n4cna rovníku bivalenty |
| Anafáza I | 2n4chomológovia sa rozišli, pri póle n2c |
| Telofáza I | n2cv každej z dvoch buniek |
| Meióza II | |
| Profáza II | n2c |
| Metafáza II | n2cchromozómy na rovníku po jednom |
| Anafáza II | 2n2cchromatídy sa rozišli, pri póle nc |
| Telofáza II | ncv každej zo štyroch buniek |
Rozdiely medzi mitózou a meiózou: porovnávacia tabuľka
Spoločného majú tieto dve delenia dosť: obe prebiehajú po zdvojení DNA v interfáze, obe majú rovnaké názvy fáz, obe využívajú deliace vretienko a končia sa delením cytoplazmy. Preto je v odpovedi vhodné najprv vymenovať zhody a potom rozdiely podľa bodov tabuľky.
| Znak | Mitóza | Meióza |
|---|---|---|
| Počet delení | Mitóza: jedno | Meióza: dve po sebe — meióza I a meióza II |
| Koľko buniek vzniká | Mitóza: dve | Meióza: štyri |
| Sada dcérskych buniek | Mitóza: 2n — ako u materskej bunky | Meióza: n — polovičná, haploidná |
| Konjugácia a crossing-over | Mitóza: nie | Meióza: áno, v profáze I |
| Čo stojí na rovníku v metafáze | Mitóza: samostatné chromozómy v jednom rade | Meióza: v metafáze I — bivalenty v dvoch radoch, v metafáze II — samostatné chromozómy |
| Čo sa rozchádza v anafáze | Mitóza: sesterské chromatídy | Meióza: v anafáze I — celé homologické chromozómy, v anafáze II — chromatídy |
| Profáza | Mitóza: krátka a jednoduchá | Meióza: profáza I dlhá a zložitá |
| Genetický výsledok | Mitóza: bunky s rovnakou sadou génov ako materská | Meióza: bunky s novými kombináciami génov, všetky rôzne |
| Kde prebieha | Mitóza: v somatických bunkách: rast, obnova a regenerácia tkanív, nepohlavné rozmnožovanie | Meióza: pri tvorbe pohlavných buniek u živočíchov a výtrusov u rastlín |
Biologický význam mitózy a meiózy
Význam mitózy — v presnosti. Dcérske bunky dostávajú presne takú istú sadu chromozómov a génov ako materská, preto mitóza zabezpečuje:
- rast organizmu a zväčšovanie počtu buniek;
- obnovu tkanív a hojenie poškodení (regeneráciu);
- ryhovanie zygoty po oplodnení;
- nepohlavné a vegetatívne rozmnožovanie — od delenia améby až po rozmnožovanie rastliny odrezkom.
Význam meiózy — v dvoch veciach naraz.
Prvá: stálosť počtu chromozómov druhu. Keby boli pohlavné bunky diploidné, pri každom oplodnení by sa počet chromozómov zdvojnásobil. Meióza zmenšuje sadu na polovicu, a pri splynutí gamét (n + n) zygota opäť získava diploidnú sadu 2n.
Druhá: kombinačná premenlivosť. Nové kombinácie génov vznikajú trikrát: pri crossing-overi v profáze I, pri náhodnom a nezávislom rozchode homológov v anafáze I a pri náhodnom stretnutí gamét počas oplodnenia. Len vďaka nezávislému rozchodu môže človek vytvoriť 2 na 23. — viac ako osem miliónov — rôznych gamét podľa sady chromozómov. Práve táto rozmanitosť poskytuje materiál pre prirodzený výber.
U živočíchov meióza prebieha pri tvorbe pohlavných buniek v pohlavných žľazách, u rastlín — pri tvorbe výtrusov.
Rozbor úloh
Príklad 1. Koľko chromozómov a DNA je v rôznych fázach mitózy
Úloha: u drozofily 2n = 8. Určte počet chromozómov a molekúl DNA v profáze, anafáze a telofáze mitózy.
Krok 1. Začiatok odpočtu. Pred delením, v G1-období, je sada 2n2c: 8 chromozómov a 8 molekúl DNA. V S-období sa DNA zdvojila, stala sa 2n4c — chromozómov je stále 8, a molekúl DNA 16.
Krok 2. Profáza. Nič sa nerozchádza, sada je tá istá: 8 chromozómov, 16 molekúl DNA (2n4c).
Krok 3. Anafáza. Centroméry sa rozdelili, každá chromatída sa stala samostatným chromozómom: chromozómov je 16, molekúl DNA tiež 16 (4n4c). Pri každom póle je pritom 8 chromozómov.
Krok 4. Telofáza. Cytoplazma sa delí, a v každej z dvoch mladých buniek je 8 chromozómov a 8 molekúl DNA (2n2c).
Kontrola logiky: počet molekúl DNA ani raz nevzrástol počas samotnej mitózy — len sa rozdelil na polovicu medzi bunky.
Príklad 2. Sada vo fázach meiózy
Úloha: u kukurice 2n = 20. Koľko chromozómov a molekúl DNA je v bunke na konci telofázy I a na konci celej meiózy?
Krok 1. Pred meiózou sa DNA zdvojila: 20 chromozómov a 40 molekúl DNA (2n4c).
Krok 2. Anafáza I. K pólom sa rozchádzajú celé homológovia, centroméry sa nedelia. Pri každom póle sa zhromaždí 10 chromozómov, a v každom sú dve chromatídy.
Krok 3. Koniec telofázy I. V každej z dvoch buniek je 10 chromozómov a 20 molekúl DNA (n2c).
Krok 4. Meióza II. Zdvojenie DNA nebolo, preto v anafáze II sa jednoducho rozchádzajú chromatídy. Na konci meiózy vznikajú štyri bunky, v každej je 10 chromozómov a 10 molekúl DNA (nc).
Odpoveď: po prvom delení 10 chromozómov a 20 molekúl DNA; po druhom — 10 chromozómov a 10 molekúl DNA.
Príklad 3. Určiť delenie podľa popisu
Úloha: „V bunke vidno 12 štruktúr, každá z nich pozostáva zo štyroch chromatíd. Zoradili sa pri rovníku do dvoch radov.“ Aké je to delenie a aká fáza? Aká je východisková sada bunky?
Krok 1. Štruktúra zo štyroch chromatíd — to je bivalent, teda pár priblížených homologických chromozómov. Bivalenty bývajú iba v meióze: konjugácia prebehla v profáze I.
Krok 2. Bivalenty stoja na rovníku v dvoch radoch — znamená to, že fáza je metafáza I.
Krok 3. Jeden bivalent — to sú dva chromozómy. Bivalentov je 12, znamená to, že chromozómov je 24, a východisková sada bunky je 2n = 24. Molekúl DNA v tejto fáze je 48 (2n4c).
Odpoveď: metafáza meiózy I, 2n = 24, sada bunky 2n4c.
Ako sa nepomýliť: keby na rovníku stáli osamelé dvojchromatídové chromozómy v jednom rade, bola by to metafáza mitózy (pri 2n) alebo metafáza II (pri haploidnej sade).
Časté chyby
-
Myslia si, že DNA sa zdvojuje v profáze, tesne pred delením.
Zdvojenie (reduplikácia) DNA prebieha v S-období interfázy, dávno pred profázou. Mitóza aj meióza začínajú už so sadou 2n4c.
-
Počítajú chromozómy podľa chromatíd: vidia 46 dvojchromatídových chromozómov a píšu „92 chromozómov“.
Počet chromozómov sa rovná počtu centromér. Kým sú chromatídy spojené jednou centromérou, je to jeden chromozóm: 46 chromozómov a 92 molekúl DNA. Chromozómov bude 92 až v anafáze, keď sa centroméry rozdelia.
-
Píšu, že v anafáze mitózy sa rozchádzajú homologické chromozómy.
V anafáze mitózy sa rozchádzajú sesterské chromatídy toho istého chromozómu. Homologické chromozómy sa rozchádzajú iba raz za celé delenie — v anafáze I meiózy.
-
Myslia si, že pred druhým delením meiózy sa DNA zdvojuje ešte raz.
V interkineze syntetické obdobie nie je. Jedno zdvojenie DNA — dve delenia: práve preto sa sada nakoniec zmenší na polovicu.
-
Zaraďujú crossing-over k mitóze alebo k metafáze I.
Crossing-over prebieha v profáze I meiózy, keď sú homológovia spojení v bivalente (konjugácia). V mitóze homológovia nekonjugujú, preto crossing-over v ňom nie je.
-
Píšu, že meióza dáva štyri rovnaké bunky, a počet chromozómov sa zmenšuje na polovicu v každom z dvoch delení.
Sada sa zmenšuje na polovicu iba v prvom delení — to sa nazýva redukčné. Druhé delenie počet chromozómov v bunke nezmenšuje, rozdeľuje chromatídy. A vzniknuté štyri bunky sú geneticky rôzne: crossing-over a náhodný rozchod homológov im dávajú rôzne kombinácie génov.
-
Nazývajú interfázu prvou fázou mitózy.
Interfáza — súčasť životného cyklu bunky, a nie fáza delenia. Fázy mitózy sú štyri: profáza, metafáza, anafáza, telofáza. Ale úlohy na počítanie chromozómov bez interfázy nevyriešite: práve v jej S-období sa sada stáva 2n4c.
Otázky a odpovede
Čím sa mitóza líši od meiózy, ak stručne?
Mitóza — jedno delenie, z bunky vzniknú dve s pôvodnou sadou 2n a tou istou sadou génov. Meióza — dve delenia po sebe po jednom zdvojení DNA, vzniknú štyri bunky s haploidnou sadou n, a všetky sa líšia kombináciou génov. Okrem toho, iba v meióze je konjugácia a crossing-over, a v anafáze I sa rozchádzajú celé homologické chromozómy, a nie chromatídy.
Koľko buniek vzniká pri mitóze a pri meióze?
Pri mitóze — dve bunky so sadou 2n2c. Pri meióze — štyri bunky so sadou nc. Odtiaľ aj rozdiel v určení: mitóza zväčšuje počet rovnakých buniek, meióza pripravuje pohlavné bunky.
V ktorej fáze prebieha crossing-over?
V profáze prvého delenia meiózy. Crossing-over — to je výmena rovnakých úsekov medzi nesesterskými chromatídami homologických chromozómov. Je možný iba vtedy, keď sú homológovia priblížení v bivalente, teda po konjugácii.
Čo je konjugácia chromozómov a bivalent?
Konjugácia — to je priblíženie homologických chromozómov v pároch po celej dĺžke v profáze I meiózy. Vzniknutý pár sa nazýva bivalent: v ňom sú dva chromozómy a štyri chromatídy (preto ho niekedy nazývajú tetrádou). V metafáze I na rovníku sa zoradia práve bivalenty, a nie samostatné chromozómy.
Prečo v anafáze mitózy zapisujú sadu ako 4n4c?
Pretože centroméry sa rozdelili, a každá bývalá chromatída sa stala samostatným chromozómom. Molekúl DNA zostalo toľko isto (4c), a chromozómov dočasne pribudlo dvakrát toľko — 4n. Akonáhle sa cytoplazma rozdelí, v každej z dvoch buniek bude bežná sada 2n2c.
Kde v organizme prebieha mitóza a kde meióza?
Mitóza prebieha v somatických bunkách: v zónach rastu, v koži, v sliznici čreva, v kostnej dreni, pri hojení rán. Meióza u živočíchov prebieha v pohlavných žľazách pri tvorbe pohlavných buniek, a u rastlín — pri tvorbe výtrusov.
Patrí interfáza do mitózy?
Nie. Interfáza — to je príprava na delenie a súčasť životného cyklu bunky. V mitóze sú štyri fázy: profáza, metafáza, anafáza a telofáza. Ale úlohy na počítanie chromozómov bez interfázy nevyriešite: práve v jej S-období sa sada stáva 2n4c.
