Мейоз. стадии мейоза

Значение мейоза

В многоклеточном организме мейозом делятся только половые клетки. Поэтому главное значение мейоза – это обеспечение механизма полового размножения, при котором сохраняется постоянство числа хромосом у вида.

Другое значение мейоза – это протекающая в профазе I перекомбинация генетической информации, т. е. комбинативная изменчивость. Новые комбинации аллелей создаются в двух случаях. 1. Когда происходит кроссинговер, т. е. несестринские хроматиды гомологичных хромосом обмениваются участками. 2. При независимом расхождении хромосом к полюсам в обоих мейотических делениях. Другими словами, каждая хромосома может оказаться в одной клетке в любой комбинации с другими негомологичными ей хромосомами.

Уже после мейоза I клетки содержат разную генетическую информацию. После второго деления все четыре клетки отличаются между собой

Это важное отличие мейоза от митоза, при котором образуются генетически идентичные клетки

Кроссинговер и случайное расхождение хромосом и хроматид в анафазах I и II создают новые комбинации генов и являются одной из причин наследственной изменчивости организмов, благодаря которой возможна эволюция живых организмов.

Что происходит в результате мейоза

С помощью этого процесса происходит:

Появление гамет ( или половых клеток), или гаметогенез.
Образование спор у растения.
Конъюгация (половой процесс) у инфузории. Две инфузории сближаются и осуществляют обмен генетической информации. Между ними в ходе этого процесса образуется небольшой мостик из цитоплазмы, соединяющий двух одноклеточных. Из диплоидного ядра инфузории путем мейоза возникают четыре гаплоидных ядра, одно из них остается и делится митозом, а затем инфузории обмениваются получившимися ядрами.
Происходит изменение наследуемой генетической информации (наследственная изменчивость)

Что происходит в результате мейоза

С помощью этого процесса происходит:

Появление гамет ( или половых клеток), или гаметогенез.
Образование спор у растения.
Конъюгация (половой процесс) у инфузории. Две инфузории сближаются и осуществляют обмен генетической информации. Между ними в ходе этого процесса образуется небольшой мостик из цитоплазмы, соединяющий двух одноклеточных. Из диплоидного ядра инфузории путем мейоза возникают четыре гаплоидных ядра, одно из них остается и делится митозом, а затем инфузории обмениваются получившимися ядрами.
Происходит изменение наследуемой генетической информации (наследственная изменчивость)

Деление клетки — амитоз и митоз

Деление клеток — это обязательно предотвращение старения и, во-вторых, разделение индивидуума на полунезависимые единицы, что приводит к эффективности. Таким образом, мы видим, что деление клеток является широко распространенным явлением, которое необходимо не только для поддержания жизни, но и для развития самого организма.

Деление клеток удобно описать как:

Амитоз: Где ядро и тело клетки подвергаются простому делению массы на две части.
Митоз: Здесь ядро претерпевает сложные изменения, прежде чем оно разделяется на два дочерних ядра.

Амитоз или прямое деление клеток является средством бесполого размножения в бесклеточных организмах, таких как бактерии и простейшие, а также методом размножения или роста в плодных оболочках некоторых позвоночных.

При амитозном типе клеточного деления расщепление ядра сопровождается цитоплазматическим сужением. Во время амитоза ядро сначала удлиняется, а затем приобретает вид гантели. Углубление или сужение увеличивается в размерах и в конечном итоге делит ядро на два ядра; за делением ядра следует сжатие цитоплазмы, которая делит клетку на две равные или примерно одинаковые половины. Следовательно, без возникновения какого-либо ядерного события образуются две дочерние клетки.

При митозе одна клетка делится на две, которые генетически идентичны друг другу и родительской клетке. Другими словами, и хромосомы, и гены одинаковы во всех клетках. Этот тип клеточного деления необходим, если организм и/или клетка должны сохраняться и выживать.

Существует много фактов о необходимости деления клеток, и они варьируются в зависимости от конкретной биологической функции. Например, в ткани печени, когда некоторые клетки умирают или повреждены, другие делятся и дают новые клетки, чтобы пополнить те, которые потеряны.

Другие клетки в организме действительно растут (увеличиваются в размерах), и, возможно, что когда они достигают точки, где слишком много цитоплазмы далеко от заданного количества ядерного материала, они делятся, и весь процесс начинается снова. Явления роста также связаны с увеличением числа клеток. Увеличение размера ткани или органа часто обусловлено численным увеличением клеток, а не увеличением размера клеток.

При воздействии соответствующих экологических и биохимических сигналов эти клетки могут стимулироваться дифференцироваться до определенного типа клеток. Общая сумма состоит в том, что в результате любого деления организму предоставляется определенная степень пластичности и бессмертия.

Когда пластичность теряется, организм подвергается процессу старения, а когда процесс деления выходит из-под контроля, организм буквально «вырастает» до смерти!

Клеточная теория

Внутренняя среда организма человека

Строение клетки

Химический состав клетки

Генетический код клетки

Сравнение растительной и животной клетки

Молекулярная регуляция

Как клетка переходит к мейотическому делению при мейотическом делении клеток, хорошо не известно. Фактор, способствующий созреванию (MPF), по- видимому, играет роль в мейозе ооцитов лягушки. У гриба S. pombe . есть роль связывающего белка MeiRNA для входа в мейотическое деление клеток

Было высказано предположение, что продукт гена CEP1 дрожжей, который связывает центромерную область CDE1, может играть роль в спаривании хромосом во время мейоза-I.

Мейотическая рекомбинация опосредуется двухцепочечным разрывом, который катализируется белком spo11. Также Mre11, sae2 и exo1 играют роль в разрыве и рекомбинации. После разрыва происходит рекомбинация, обычно гомологичная. Рекомбинация может происходить либо по пути двойного соединения Холлидея (dHJ), либо по пути зависимого от синтеза отжига цепи (SDSA). (Второй — непересекающийся продукт)

Похоже, есть контрольные точки и для деления мейотических клеток. Считается, что в S. pombe белки Rad, S. pombe Mek1 (с доменом киназы FHA), Cdc25, Cdc2 и неизвестный фактор образуют контрольную точку.

В оогенезе позвоночных, поддерживаемый цитостатическим фактором (CSF), играет роль в переключении на мейоз-II.

Основные понятия

Для того чтобы понять, что такое мейоз, необходимо вспомнить определения некоторых понятий, чтобы не возвращаться к ним впоследствии.

Хромосома – структура в ядре клетки, имеющая нуклеопротеидную природу и сосредоточившая большую часть наследственной информации.
Соматические и половые клетки – клетки организма, имеющие разный набор хромосом. В норме (исключая полиплоиды) соматические клетки диплоидны (2n), а половые гаплоидны (n). При слиянии двух половых клеток образуется полноценная соматическая клетка.
Центромера – участок хромосомы, отвечающий за экспрессию генов и связывающий хроматиды между собой.
Теломера – концевые участки хромосом, выполняют защитную функцию.
Митоз – способ деления соматических клеток, создающий в процессе идентичные им копии.
Эухроматин и гетерохроматин – участки хроматина в ядре. Первый сохраняет деспирализованное состояние, второй спирализован.

Сравнительная характеристика

Отличие митоза и мейоза состоит в продолжительности фаз и происходящих в них процессах. Ниже предлагаем вам таблицу «Митоз и мейоз», где указаны основные различия двух способов деления. Фазы мейоза такие же, как и у митоза.

Фазы	Митоз	Мейоз
Первое деление	Второе деление
Интерфаза	Набор хромосом материнской клетки диплоидный. Синтезируется белок, АТФ и органические вещества. Редупликация (самоудвоение ДНК), увеличение числа хромосом.	Диплоидный набор хромосом. Происходят те же действия, что и при митозе.	Гаплоидный набор хромосом. Самоудвоение ДНК не происходит.
Профаза	Непродолжительная фаза. Растворяются ядерные мембраны и ядрышко, начинает формироваться веретено деления, происходит спирализация хромосом.	Занимает больше времени, чем при митозе. Также исчезают ядерная оболочка и ядрышко, формируется веретено деления. Помимо этого наблюдается процесс конъюгации (сближение и слияние гомологичных хромосом). При этом может происходить кроссинговер – обмен генетической информации на некоторых участках.	По продолжительности – короткая фаза. Процессы такие же, как и при митозе, только с гаплоидными хромосомами.
Метафаза	Хромосомы располагаются в экваториальной плоскости.	В экваториальной плоскости располагаются биваленты – пары гомологичных хромосом, образовавшиеся в профазу	Тоже, что и при митозе, только с гаплоидным набором.
Анафаза	Центромеры делятся и из одной двухроматидной хромосомы образуется две сестринские, которые расходятся к разным полюсам клетки за счет сокращения нитей веретена деления.	Деление центромер не происходит. К полюсам отходят гомологичные двухроматидные хромосомы каждой пары.	Аналогично митозу, только с гаплоидным набором.
Телофаза	На полюсах клетки образуются ядерные мембраны вокруг хромосом. Веретено деления исчезает. Хромосомы деспирализуюся (раскручиваются), происходит разделение цитоплазмы между двумя клетками.	По длительности непродолжительная фаза. В конце деления гомологичные хромосомы располагаются в разных клетках с гаплоидным набором. Цитоплазма делится не во всех случаях.	В результате образования ядер и разделения цитоплазмы образуется четыре гаплоидные клетки.

Рис. 3. Сравнительная схема митоза и мейоза

Что мы узнали?

В природе деление клеток отличается в зависимости от их назначения. Так, например, неполовые клетки образуются путём митоза, половые клетки у животных – путем мейоза. Эти процессы имеют схожие схемы деления на некоторых этапах. Главным отличием является число хромосом у образованного нового поколения клеток. Так при митозе у нового поколения клеток число хромосом не изменяется, а при мейозе происходит уменьшение числа хромосом в 2 раза (редукционное деление). Время протекания фаз деления также отличаются. Огромную роль в жизнедеятельности организмов играют оба способа деления. Без митоза не проходит ни одно обновление старых клеток, регенерация тканей и органов. Мейоз помогает поддерживать постоянное количество хромосом из поколения в поколение при размножении.

Тест по теме

Вопрос 1 из 10

Начать тест(новая вкладка)

Хромосомы: индивидуальность, парность, число

Во время деления клетки хорошо заметны хромосомы. При изучении хромосом разных видов живых организмов было обнаружено, что их набор строго индивидуален. Это касается числа, формы, черт строения и величины хромосом. Набор хромосом в клетках тела, характерный для данного вида растений, животных, называется кариотипом (Рис. 1).

Рис 1. Диплоидный набор хромосом

В любом многоклеточном организме существует два вида клеток — соматические (клетки тела) и половые клетки, или гаметы. В половых клетках число хромосом в 2 раза меньше, чем в соматических. В соматических клетках все хромосомы представлены парами — такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. Парные хромосомы (одинаковые по величине, форме, строению) называются гомологичными.

В половых клетках каждая из хромосом находится в одинарном числе. Такой набор называется гаплоидным и обозначается п.

Рис. 2. Строение хромосомы

Мейоз как цитологическая основа образования гамет. Стадии мейоза. Значение мейоза.

Мейоз лежит в
основе комбинированной изменчивости
организма. В результате мейоза из 1
исходной диплоидной (2п)
клетки возникает 4 гаплоидных неидентичных
материнской клетки.

ЗНАЧЕНИЕ МЕЙОЗА.

Происходит редукция
числа хромосом до гаплоидного.
Происходит
кроссинговер (обмен идентичными
участками гомологичных хромосом).
Происходит
перекомбинация негомологичных хромосом
при расхождении их в гаметы (число
вариантов 2п—
п-гаплоидный
набор хромосом)

Т.е. мейоз – одна
из главных причин комбинативной
изменчивости организма.

Мейоз включает 2
последовательных деления:

Первое деление
(редукционное или уменьшительное);
Второе (эквационное
или уравнительное)

Период между этими
делениями называется ИНТЕРКИНЕЗ

От интерфазы он
отличается кратковременностью и тем,
что не происходит удвоения ДНК.

ПРОФАЗА I

Хроматин спирализуется
– возникают хромосомы, которые коньюгируют
(биваленты) и происходит КРОССИНГОВЕР.
Затем хромосома далее спирализуется,
разрушается ядерная мембрана ядрышка
и образуются нити веретена деления.

МЕТАФАЗА
I

Биваленты
выстраиваются в экваториальной плоскости,
образуя метафазную пластину. Их центромеры
ведут себя как единые структуры (хотя
часто выглядят двойными) и организуют
прикрепленные к ним нити веретена,
каждая из которых направлена только к
одному из полюсов. В результате слабо
тянущего усилия этих нитей каждый
бивалент располагается в области
экватора, причем обе его центромеры
оказываются на одинаковом расстоянии
от него — одна снизу, а другая сверху.

АНАФАЗА
I

Имеющиеся
у каждого бивалента две центромеры еще
не делятся, но сестринские хроматиды
уже не примыкают одна к другой. Нити
веретена тянут центромеры, каждая из
которых связана с двумя хроматидами, к
противоположным полюсам веретена. В
результате хромосомы разделяются на
два гаплоидных набора, попадающих в
дочерние клетки.

ТЕЛОФАЗА
I

Расхождение
гомологичных центромер и связанных с
ними хроматид к противоположным полюсам
означает завершение первого деления
мейоза. Число хромосом в одном наборе
стало вдвое меньше, но находящиеся на
каждом полюсе хромосомы состоят из двух
хроматид. Вследствие кроссинговера при
образовании хиазм эти хроматиды
генетически неидентичны, и при втором
делении мейоза им предстоит разойтись.

У животных и у
некоторых растений хроматиды
деспирализуются, вокруг них на каждом
полюсе формируется ядерная мембрана и
образовавшееся ядро вступает в интерфазу.
Затем начинается деление цитоплазмы
(у животных) или формирование разделяющей
клеточной стенки (у растений), как при
митозе. У многих растений не наблюдается
ни телофазы, ни образования клеточной
стенки, ни интерфаза, и клетка прямо
переходит из анафазы 1 в профaзу
2.

ИНТЕРФАЗА
II

Эта стадия обычно
наблюдается только в животных клетках;
продолжительность ее варьирует. Фаза
S
отсутствует, и дальнейшей репликации
ДНК не происходит. Процессы, участвующие
во втором делении мейоза, по своему
механизму сходны с происходящими в
митозе. Они включают разделение хроматид
в обеих дочерних клетках, получившихся
в результате первого деления мейоза.

Второе
деление мейоза отличается от митоза
главным образом двумя особенностями:

1) в метафазе 2
мейоза сестринские хроматиды часто
сильно обособляются друг от друга;

2) число хромосом
гаплоидно.

ПРОФАЗА
II

В клетках, у которых
выпадает интерфаза 2, это стадия тоже
отсутствует. Продолжительность профазы
2 обратно пропорциональна продолжительности
телофазы 1. Ядрышки и яд ерные мембраны
разрушаются, а хроматиды укорачиваются
и утолщаются. Центриоли, если они есть,
перемещаются к противоположным полюсам
клеток; появляются нити веретена.
Хроматиды располагаются таким образом,
что их длинные оси перпендикулярны оси
веретена первого деления мейоза.

МЕТАФАЗА
II

При втором делении
центромеры ведут себя как двойные
структуры. Они организуют нити веретена,
направленные к обоим полюсам, и таким
образом выстраиваются по экватору
веретена.

АНАФАЗА II

Центромеры делятся,
и нити веретена растаскивают их к
противоположным полюсам. Центромеры
тянут за собой отделившиеся друг от
друга хроматиды, которые теперь называ
ются хромосомами.

ТЕЛОФАЗА
II

Эта стадия очень
сходна с телофазой митоза. Хромосомы
деспирализуются, растягиваются и после
этого плохо различимы. Нити веретена
исчезают, а центриоли реплицируются.
Вокруг каждого ядра, которое содержит
теперь половинное (гаплоидное) число
хромосом исходной родительской клетки,
вновь образуется ядерная мембрана. В
результате последующего деления
цитоплазмы (у животных) или образование
клеточной стенки (у растений) из одной
исходной родительской клетки получается
четыре дочерних клетки.

Фазы мейоза

И, разумеется, фазы мейоза отличаются от аналогичных, у митоза. Профаза в мейозе в разы длиннее, так как в ней происходит коньюгация – соединение гомологичных хромосом и обмен генетической информацией. В анафазе центромеры не делятся. Интерфаза очень короткая и ДНК в ней не синтезируется. Клетки, образованные в результате двух мейотических делений содержат одинарный набор хромосом. И только при слиянии двух клеток: материнской и отцовской, восстанавливается диплоидность. Также помимо всего прочего мейоз протекает в два этапа, известные как мейоз І и мейоз ІІ.

Опять-таки наглядное сравнение митоза и мейоза и их фаз вы можете увидеть на картинке.

Вариации

Нерасхождение

Нормальное разделение хромосом в мейозе I или сестринских хроматид в мейозе II называется дизъюнкцией . Когда сегрегация не является нормальной, это называется нерасхождением . Это приводит к образованию гамет, которые имеют либо слишком много, либо слишком мало определенной хромосомы, и является обычным механизмом для трисомии или моносомии . Нерасхождение может происходить в мейозе I или мейозе II, фазах клеточного воспроизводства или во время митоза .

Большинство моносомных и трисомных человеческих эмбрионов нежизнеспособны, но некоторые анеуплоидии могут переноситься, например трисомия по наименьшей хромосоме, хромосоме 21. Фенотипы этих анеуплоидий варьируются от тяжелых нарушений развития до бессимптомных. Медицинские условия включают, но не ограничиваются:

Синдром Дауна — трисомия хромосомы 21
Синдром Патау — трисомия хромосомы 13
Синдром Эдвардса — трисомия 18 хромосомы
Синдром Клайнфельтера — дополнительные Х-хромосомы у мужчин, то есть XXY, XXXY, XXXXY и т. Д.
Синдром Тернера — отсутствие одной Х-хромосомы у женщин — т.е. X0
Синдром тройного Х — лишняя Х-хромосома у женщин
Синдром Якобса — лишняя Y-хромосома у мужчин.

Вероятность нерасхождения в ооцитах человека увеличивается с увеличением возраста матери, предположительно из-за потери когезина с течением времени.

Другой

Наряду с вариациями мейоза, связанными с моментом возникновения мейоза в жизненных циклах, что приводит к постзиготическому, прегаметическому и промежуточному мейозу (см. Выше), количество ядерных делений в мейозе также варьируется. Большинство эукариот имеют мейоз с двумя делениями (хотя иногда и ахиазматический ), но очень редкая форма мейоза с одним делением встречается у некоторых жгутиконосцев ( парабазалид и оксимонад ) из кишечника питающегося деревом таракана Cryptocercus .

Мейоз I:

Профаза I

В профазе I мейоза происходят следующие изменения:

Хромосомы конденсируются и присоединяются к ядерной оболочке.
Возникает синапсис (попарное сближение гомологичных хромосом) и образуется тетрада. Каждая тетрада состоит из четырех хроматид.
Может произойти генетическая рекомбинация.
Хромосомы сгущаются и отсоединяются от ядерной оболочки.
Подобно митозу, центриоли мигрируют друг от друга, а ядерная оболочка и ядрышки разрушаются.
Хромосомы начинают миграцию к метафазной (экваториальной) пластине.

В конце профазы I клетка входит в метафазу I.

Метафаза I

В метафазе I мейоза происходят следующие изменения:

Тетрады выравниваются на метафазной пластине.
Центромеры гомологичных хромосом ориентированы на противоположные полюса клетки.

В конце метафазы I клетка входит в анафазу I.

Анафаза I

В анафазе I мейоза происходят происходят следующие изменения:

Хромосомы перемещаются в противоположные концы клетки. Подобно митозу, кинетохоры взаимодействуют с микротрубочками, чтобы переместить хромосомы к полюсам клетки.
В отличие от митоза, сестринские хроматиды остаются вместе после того, как гомологичные хромосомы перемещаются в противоположные полюса.

В конце анафазы I клетка входит в телофазу I.

Телофаза I

В телофазе I мейоза происходят следующие изменения:

Волокна веретена продолжают перемещать гомологичные хромосомы на полюса.
Как только движение завершено, каждый полюс клетки имеет гаплоидное количество хромосом.
В большинстве случаев цитокинез (деление цитоплазмы) происходит одновременно с телофазой I.
В конце телофазы I и цитокинеза образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет половину числа хромосом исходной родительской клетки.
В зависимости от типа клетки могут возникать различные процессы при подготовке к мейозу II. Однако генетический материал не реплицируется снова.

В конце телофазы I клетка входит в профазу II.