Mitoza in mejoza sta dva načina delitve celice. Mitoza ustvari dve celici z enakim številom kromosomov kot matična celica: zaradi nje organizem raste in obnavlja tkiva. Mejoza je zaporedje dveh delitev, po katerih nastanejo štiri celice z dvakrat manjšim številom kromosomov: tako nastanejo spolne celice. Na tej strani so faze mitoze in mejoze po vrsti, število kromosomov in DNK v vsaki fazi, crossing-over in konjugacija, tabela razlik med mitozo in mejozo ter vadbenik za samopreverjanje.
Celični cikel in interfaza
Celica se ne deli nenehno. Njen celični cikel je čas od nastanka celice do njene lastne delitve in je sestavljen iz dveh neenakih delov: dolge interfaze (priprave) in kratke delitve.
Interfazo delimo na tri obdobja:
- G1, presintetično – celica raste, sintetizira beljakovine, povečuje volumen citoplazme in organelov;
- S, sintetično – poteka replikacija DNK: vsak kromosom dopolni drugo kromatido;
- G2, postsinetično – celica shranjuje energijo, podvoji centriole, pripravi beljakovine vretena za delitev.
Pomembno si je zapomniti glavno: podvojitev DNK poteka v interfazi, še pred začetkom delitve. Tako mitoza kot mejoza se začneta že z podvojenim materialom – z garnituro 2n4c. Sama interfaza pri tem ni ne faza mitoze ne faza mejoze.
V interfazi kromosomi niso vidni niti pod mikroskopom: so razpleteni in se nahajajo v jedru v obliki kromatina. Kako sta zgrajena jedro, kromosomi in celični center, iz katerega rastejo niti vretena, je podrobno razloženo v gradivu o zgradbi rastlinske in živalske celice.
Kaj pomeni 2n2c: kako šteti kromosome in DNK
V zapisih oblike 2n4c črka n označuje število kromosomov, črka c pa količino DNK (natančneje, število kromatid). Haplodiploidni garnitura je n, diploidna 2n. Zapis 2n2c se bere: »diploidna garnitura kromosomov, vsak kromosom iz ene kromatide«, zapis 2n4c pa »diploidna garnitura, vsak kromosom iz dveh kromatid«.
Najpogostejša napaka je štetje kromosomov po kromatidah. Po podvojitvi je kromosom videti kot dve paličici, vendar je to en kromosom: obe kromatidi se držita na eni centromeri. Število kromosomov je enako številu centromer.
Človek ima 2n = 46. To pomeni, da je v G1-obdobju v celici 46 kromosomov in 46 molekul DNK (2n2c). Po S-obdobju je kromosomov še vedno 46, molekul DNK pa že 92 (2n4c). Šele v anafazi mitoze, ko se centromere ločijo, bo kromosomov 92 – po 46 na vsakem polu.
Faze mitoze: profaza, metafaza, anafaza, telofaza
Štiri faze mitoze po korakih, s številom kromosomov in DNK v vsaki, so v shemi spodaj. Tukaj pa bomo obravnavali tri vprašanja, pri katerih se najpogosteje zatakne.
Zakaj je v anafazi nenadoma 4n4c. Dokler je celica cela, ima dvakrat več kromosomov, kot jih bo imela vsaka hčerinska celica: centromere so se ločile in vsaka kromatida je postala samostojen kromosom. Vendar pa se garnitura šteje tako za celico kot celoto (4n4c) kot tudi za pol (2n2c) – v nalogah vedno preverite, kaj se sprašuje.
Zakaj kromosome štejemo v metafazi. Prav tukaj so najbolj spiralizirani in razporejeni v vrsto – vidni so in jih je mogoče prešteti. Zato se kariotip preučuje po metafaznih ploščicah.
S čim se konča delitev. Delitev citoplazme imenujemo citokineza, in pri rastlinski celici poteka drugače kot pri živalski: pregrada raste od znotraj, od sredine proti robovom, ker toga celična stena ne dovoli, da bi se celica prečno razpolovila.
Mejoza I: konjugacija, crossing-over in razhajanje homologov
Mejoza je zaporedje dveh delitev po samo enem podvojenju DNK. Prvo delitev imenujemo redukcijska: prav v njej se število kromosomov zmanjša dvakrat. Zaporedje faz in garnitur je v shemi spodaj.
Zakaj se garnitura zmanjša prav tukaj. Kromatidi se v anafazi I ne razhajata – razhajajo se celi kromosomi, zato je na polu haploidna garnitura dvokromatidnih kromosomov: n2c, ne nc. Enokromatidni bodo postali šele po drugem deljenju.
Zakaj sta potrebna konjugacija in crossing-over. Par zbližanih homologov (bivalent) – to sta dva kromosoma in štiri kromatide. Izmenjava odsekov med nesestrskimi kromatidami premeša starševske in očetove gene znotraj enega kromosoma – od tod izhaja dedna variabilnost.
Naključje, ki odloča o marsičem. Vsak par homologov se obrne proti polom neodvisno od ostalih. Pri človeku to daje 2²³ ≈ 8,4 milijona možnosti garniture še pred kakršnim koli crossing-overjem.
Med delitvama poteka kratka interkineza – in v njej ni sintetičnega obdobja: DNK se drugič ne podvoji.
Mejoza II: razhajanje kromosomov
Drugo delitev mejoze imenujemo ekvacijska – poteka po pravilih mitoze, vendar v haploidni celici. Faze z garniturami so v shemi spodaj.
Kaj je tukaj pomembno razumeti. Po ekvatorju se razporedijo posamezni kromosomi, ne bivalenti: homologi nimajo s kom konjugirati, razšli so se v prejšnji delitvi. Centromere se tokrat delijo – razhajajo se sestrski kromatidi.
Zakaj so vse štiri celice različne. Najprej je crossing-over zamenjal odseke nesestrskih kromatid dveh homologov, nato pa so se sami homologi razporedili po celicah v naključnih kombinacijah. Zato mejoza ne daje kopij, temveč vsakič nov nabor genov – na tem temelji raznolikost potomstva.
Število kromosomov in DNK po fazah mitoze in mejoze
Naloge »koliko kromosomov in molekul DNK v določeni fazi« se rešujejo mehansko, če si zapomnimo samo dve pravili: količina DNK se poveča samo v S-obdobju, število kromosomov pa se spremeni samo tam, kjer se razhajajo kromatidi. Spodaj je garnitura za vsako fazo.
| Faza | Kromosomi in DNK |
|---|---|
| Interfaza | |
| Presintetično obdobje (G1) | 2n2ckromosomi enokromatidni |
| Sintetično obdobje (S) | 2n4cDNK se je podvojila |
| Postsinetično obdobje (G2) | 2n4cpriprava na delitev |
| Mitoza | |
| Profaza | 2n4c |
| Metafaza | 2n4ckromosomi na ekvatorju |
| Anafaza | 4n4ckromatidi sta se razšli, na polu 2n2c |
| Telofaza | 2n2cv vsaki od dveh celic |
| Mejoza I | |
| Profaza I | 2n4ckonjugacija in crossing-over |
| Metafaza I | 2n4cna ekvatorju bivalenti |
| Anafaza I | 2n4chomologi so se razšli, na polu n2c |
| Telofaza I | n2cv vsaki od dveh celic |
| Mejoza II | |
| Profaza II | n2c |
| Metafaza II | n2ckromosomi na ekvatorju po en sam |
| Anafaza II | 2n2ckromatidi sta se razšli, na polu nc |
| Telofaza II | ncv vsaki od štirih celic |
Razlike med mitozo in mejozo: primerjalna tabela
Obe delitvi imata veliko skupnega: obe potekata po podvojitvi DNK v interfazi, obe imata enaka imena faz, obe uporabljata delitveno vreteno in se končata z delitvijo citoplazme. Zato je pri odgovoru priročno najprej navesti podobnosti, nato pa razlike po točkah tabele.
| Značilnost | Mitoza | Mejoza |
|---|---|---|
| Število delitev | Mitoza: ena | Mejoza: dve zaporedni – mejoza I in mejoza II |
| Koliko celic nastane | Mitoza: dve | Mejoza: štiri |
| Garnitura hčerinskih celic | Mitoza: 2n – kot pri matični celici | Mejoza: n – dvakrat manj, haploidna |
| Konjugacija in crossing-over | Mitoza: ni | Mejoza: obstaja, v profazi I |
| Kaj stoji na ekvatorju v metafazi | Mitoza: posamezni kromosomi v eni vrsti | Mejoza: v metafazi I – bivalenti v dveh vrstah, v metafazi II – posamezni kromosomi |
| Kaj se razhaja v anafazi | Mitoza: sestrski kromatidi | Mejoza: v anafazi I – celi homologni kromosomi, v anafazi II – kromatidi |
| Profaza | Mitoza: kratka in enostavna | Mejoza: profaza I dolga in zapletena |
| Genetski izid | Mitoza: celice z enakim naborom genov kot matična | Mejoza: celice z novimi kombinacijami genov, vse različne |
| Kje poteka | Mitoza: v somatskih celicah: rast, obnova in regeneracija tkiv, nespolno razmnoževanje | Mejoza: pri nastajanju spolnih celic pri živalih in spor pri rastlinah |
Biološki pomen mitoze in mejoze
Pomen mitoze – v natančnosti. Hčerinske celice dobijo popolnoma enak nabor kromosomov in genov kot matična celica, zato mitoza zagotavlja:
- rast organizma in povečanje števila celic;
- obnovo tkiv in celjenje poškodb (regeneracijo);
- drobljenje zigote po oploditvi;
- nespolno in vegetativno razmnoževanje – od delitve amebe do razmnoževanja rastline s potaknjenci.
Pomen mejoze – v dveh stvareh hkrati.
Prvič: stalnost števila kromosomov vrste. Če bi bile spolne celice diploidne, bi se ob vsaki oploditvi število kromosomov podvojilo. Mejoza zmanjša garnituro dvakrat, in ob združitvi gamet (n + n) zigota ponovno dobi diploidno garnituro 2n.
Drugič: kombinacijska variabilnost. Nove kombinacije genov nastanejo trikrat: pri crossing-overju v profazi I, pri naključnem in neodvisnem razhajanju homologov v anafazi I in pri naključnem srečanju gamet med oploditvijo. Že samo zaradi neodvisnega razhajanja lahko človek proizvede 2 na 23. potenco – več kot osem milijonov – različnih gamet glede na garnituro kromosomov. Prav ta raznolikost daje material za naravni izbor.
Pri živalih mejoza poteka pri nastajanju spolnih celic v spolnih žlezah, pri rastlinah – pri nastajanju spor.
Razlaga nalog
Primer 1. Koliko kromosomov in DNK v različnih fazah mitoze
Naloga: pri vinski mušici je 2n = 8. Določite število kromosomov in molekul DNK v profazi, anafazi in telofazi mitoze.
Korak 1. Začetek štetja. Pred delitvijo, v G1-obdobju, je garnitura 2n2c: 8 kromosomov in 8 molekul DNK. V S-obdobju se je DNK podvojila, postalo je 2n4c – kromosomov je še vedno 8, molekul DNK pa 16.
Korak 2. Profaza. Nič se ne razhaja, garnitura je ista: 8 kromosomov, 16 molekul DNK (2n4c).
Korak 3. Anafaza. Centromere so se razdelile, vsaka kromatida je postala samostojen kromosom: kromosomov je postalo 16, molekul DNK tudi 16 (4n4c). Na vsakem polu je pri tem po 8 kromosomov.
Korak 4. Telofaza. Citoplazma se deli, in v vsaki od dveh mladih celic se znajde 8 kromosomov in 8 molekul DNK (2n2c).
Preverjanje logike: število molekul DNK se med samo mitozo nikoli ni povečalo – le prepolovilo se je med celicami.
Primer 2. Garnitura v fazah mejoze
Naloga: pri koruzi je 2n = 20. Koliko kromosomov in molekul DNK bo v celici ob koncu telofaze I in ob koncu celotne mejoze?
Korak 1. Pred mejozo se je DNK podvojila: 20 kromosomov in 40 molekul DNK (2n4c).
Korak 2. Anafaza I. Proti polom se razhajajo celi homologi, centromere se ne delijo. Na vsakem polu se zbere po 10 kromosomov, in vsak je dvokromatiden.
Korak 3. Konec telofaze I. V vsaki od dveh celic je 10 kromosomov in 20 molekul DNK (n2c).
Korak 4. Mejoza II. Podvojitve DNK ni bilo, zato se v anafazi II le razhajajo kromatidi. Ob koncu mejoze nastanejo štiri celice, v vsaki – 10 kromosomov in 10 molekul DNK (nc).
Odgovor: po prvem deljenju 10 kromosomov in 20 molekul DNK; po drugem – 10 kromosomov in 10 molekul DNK.
Primer 3. Določi delitev po opisu
Naloga: »V celici je vidnih 12 struktur, vsaka sestavljena iz štirih kromatid. Razporejene so ob ekvatorju v dveh vrstah.« Kakšno deljenje in katera faza je to? Kakšna je izhodiščna garnitura celice?
Korak 1. Struktura iz štirih kromatid je bivalent, torej par zbližanih homolognih kromosomov. Bivalenti obstajajo samo pri mejozi: konjugacija je potekala v profazi I.
Korak 2. Bivalenti stojijo na ekvatorju v dveh vrstah – to pomeni, da je faza metafaza I.
Korak 3. En bivalent sta dva kromosoma. Bivalentov je 12, torej je kromosomov 24, izhodiščna garnitura celice pa 2n = 24. Molekul DNK je v tej fazi 48 (2n4c).
Odgovor: metafaza mejoze I, 2n = 24, garnitura celice 2n4c.
Kako se ne zmotiti: če bi na ekvatorju stale posamezne dvokromatidne kromosomi v eni vrsti, bi bila to metafaza mitoze (pri 2n) ali metafaza II (pri haploidni garnituri).
Pogoste napake
-
Štejejo, da se DNK podvoji v profazi, tik pred delitvijo.
Podvojitev (replikacija) DNK poteka v S-obdobju interfaze, precej pred profazo. Tako mitoza kot mejoza se začneta že z garnituro 2n4c.
-
Štejejo kromosome po kromatidah: vidijo 46 dvokromatidnih kromosomov in napišejo »92 kromosomov«.
Število kromosomov je enako številu centromer. Dokler so kromatidi povezani z eno centromero, je to en kromosom: 46 kromosomov in 92 molekul DNK. Kromosomov bo 92 šele v anafazi, ko se centromere ločijo.
-
Pišejo, da se v anafazi mitoze razhajajo homologni kromosomi.
V anafazi mitoze se razhajajo sestrski kromatidi istega kromosoma. Homologni kromosomi se razhajajo samo enkrat med celotno delitvijo – v anafazi I mejoze.
-
Mislijo, da se pred drugim deljenjem mejoze DNK še enkrat podvoji.
V interkinezi ni sintetičnega obdobja. Eno podvojitev DNK – dve delitvi: zato se garnitura na koncu zmanjša dvakrat.
-
Pripisujejo crossing-over mitozi ali metafazi I.
Crossing-over poteka v profazi I mejoze, ko so homologi združeni v bivalent (konjugacija). V mitozi homologi ne konjugirajo, zato crossing-overja v njej ni.
-
Pišejo, da mejoza ustvari štiri enake celice, število kromosomov pa se dvakrat zmanjša v vsakem od dveh deljenj.
Garnitura se dvakrat zmanjša samo v prvem deljenju – to se imenuje redukcijsko. Drugo deljenje števila kromosomov v celici ne zmanjša, ampak le razdeli kromatidi. Štiri nastale celice pa so genetsko različne: crossing-over in naključno razhajanje homologov jim daje različne kombinacije genov.
-
Imenujejo interfazo prvo fazo mitoze.
Interfaza je del življenjskega cikla celice, ne faza delitve. Mitoza ima štiri faze: profaza, metafaza, anafaza in telofaza. Vendar pa nalog za štetje kromosomov brez interfaze ne rešiš: prav v njenem S-obdobju garnitura postane 2n4c.
Vprašanja in odgovori
S čim se mitoza razlikuje od mejoze, na kratko?
Mitoza je eno deljenje, iz celice nastaneta dve z enako garnituro 2n in enakim naborom genov. Mejoza sta dve zaporedni delitvi po enem podvojenju DNK, nastanejo štiri celice s haploidno garnituro n, vse pa se razlikujejo po kombinaciji genov. Poleg tega samo pri mejozi potekata konjugacija in crossing-over, v anafazi I pa se razhajajo celi homologni kromosomi, ne kromatidi.
Koliko celic nastane pri mitozi in pri mejozi?
Pri mitozi – dve celici z garnituro 2n2c. Pri mejozi – štiri celice z garnituro nc. Od tod tudi razlika v namenu: mitoza povečuje število enakih celic, mejoza pripravlja spolne celice.
V kateri fazi poteka crossing-over?
V profazi prvega deljenja mejoze. Crossing-over je izmenjava enakih odsekov med nesestrskimi kromatidami homolognih kromosomov. Možen je le, ko so homologi združeni v bivalent, torej po konjugaciji.
Kaj je konjugacija kromosomov in bivalent?
Konjugacija je tesno združevanje homolognih kromosomov v pare po celotni dolžini v profazi I mejoze. Nastali par imenujemo bivalent: vsebuje dva kromosoma in štiri kromatide (zato ga včasih imenujemo tetrada). V metafazi I se na ekvatorju razporedijo prav bivalenti, ne posamezni kromosomi.
Zakaj se v anafazi mitoze garnitura zapiše kot 4n4c?
Ker so se centromere razdelile, in vsaka nekdanja kromatida je postala samostojen kromosom. Molekul DNK je ostalo enako (4c), kromosomov pa začasno dvakrat več – 4n. Takoj ko se citoplazma razdeli, bo v vsaki od dveh celic običajna garnitura 2n2c.
Kje v organizmu poteka mitoza, kje pa mejoza?
Mitoza poteka v somatskih celicah: v conah rasti, v koži, v sluznici črevesja, v kostnem mozgu, pri celjenju ran. Mejoza pri živalih poteka v spolnih žlezah pri nastajanju spolnih celic, pri rastlinah pa pri nastajanju spor.
Ali interfaza spada v mitozo?
Ne. Interfaza je priprava na delitev in del življenjskega cikla celice. Mitoza ima štiri faze: profaza, metafaza, anafaza in telofaza. Vendar pa nalog za štetje kromosomov brez interfaze ne rešiš: prav v njenem S-obdobju garnitura postane 2n4c.
