Мейозом (редукционным делением) называют такое непрямое деление клеток, при котором дочерние клетки получают гаплоидный (одинарный) набор хромосом.
Процесс уменьшения диплоидного (двойного) набора хромосом до одинарного (гаплоидного) называется редукцией числа хромосом, поэтому процесс непрямого деления клеток, сопровождающийся появлением гаплоидного набора хромосом у дочерних клеток, называется редукционным.
Мейоз состоит из двух последовательно протекающих мейотических делений, между которыми интерфаза практически отсутствует.
Первое мейотическое деление, как и при митозе, начинается с профазы (следует помнить, что исходные (родительские) клетки имеют диплоидный набор хромосом, но тетраплоидное количество ядерного вещества). Профаза длится от нескольких часов до нескольких недель. За это время двухроматидные хромосомы (каждая) спирализуются и выявляются в своей структуре. Гомологичные (парные) хромосомы сближаются и конъюгируют (переплетаются). При конъюгации двух гомологичных хромосом образуется единая структура, состоящая из четырех хроматид, называемая бивалентом.
Конъюгация гомологичных хромосом приводит к тому, что возникающие биваленты способствуют обновлению ядерного вещества у хромосом за счет кроссинговера.
Кроссинговер - обмен ядерным веществом у конъюгировавших гомологичных хромосом.
В ряде случаев кроссинговера при конъюгации не происходит и вновь возникшие хромосомы после конъюгации остаются неизменными. Кроссинговер имеет большое значение в передаче признаков родителей потомкам, так как в результате его протекания происходит перекомбинация генов, что может способствовать либо гибели организмов, либо лучшей их выживаемости в условиях среды обитания.
В остальном профаза-I не отличается от таковой для обычного митоза, и ее результат тот же. После профазы-I клетка вступает в метафазу-I.
Метафаза-I аналогична таковой для метафазы обычного митоза, но имеет и свои особенности. В ней каждая бивалента прикрепляется к тянущим нитям веретена, разделяется на хромосомы и набор к концу метафазы остается диплоидным (в митозе он становился тетраплоидным). После завершения метафазы-I клетка вступает в анафазу-I.
Анафаза-I протекает аналогично анафазе в митозе, при этом к полюсам клетки, случайно распределяясь, расходятся гомологичные хромосомы. В конце анафазы-I около полюсов клетки возникает гаплоидный набор хромосом (с диплоидным количеством ядерного вещества, так как каждая хромосома содержит две хроматидные нити). По числу хромосом это деление будет редукционным, так как число хромосом по сравнению с родительской клеткой уменьшилось вдвое, т. е. произошла редукция числа хромосом, но не ядерного вещества. Наличие в клетке двойного количества ядерного вещества является побудительной причиной для второго мейотического деления.
Телофаза-I следует за анафазой-I и существенно не отличается от телофазы митоза, но имеет свои специфические особенности. После возникновения первичной мембраны между клетками происходит восстановление клеточного центра, перетяжка отделяет одну клетку от другой. Но в отличие от митоза, деспирализации хромосом не происходит, ядра не образуется. Длительность телофазы-I невелика. Интерфаза между первым и вторым делением отсутствует. Сразу после телофазы-I клетка вступает во второе мейотическое деление (в него вступают одновременно обе клетки, возникшие в результате первого деления).
Второе мейотическое деление начинается с профазы-II. Профаза-II сильно отличается от профазы-I, так как у родительских клеток нет ядра, хромосомы четко выражены и спирализированы. Процессы этой фазы сводятся к тому, что центриоли клеточного центра расходятся к разным полюсам клеток и возникает веретено деления. Хромосомы концентрируются на экваторе клеток, и далее наступает метафаза-II.
Метафаза-II напоминает метафазу-I, т. е. хромосомы прикрепляются к тянущим нитям веретена, между хроматидными нитями возникает пространство, центриоли делятся и в клетках возникает диплоидный набор хромосом (а был гаплоидный). Далее клетки вступают в анафазу-II.
Анафаза-II протекает так же, как и при митозе. В результате анафазы-II около каждого полюса двух родительских клеток возникает гаплоидное число хромосом и гаплоидное количество ядерного вещества, далее клетки вступают в телофазу-II.
Телофаза-II протекает так же, как и при митозе.
В результате мейоза в целом возникает четыре дочерние клетки, обладающие гаплоидным набором хромосом (n) и гаплоидным количеством ядерного вещества (с). Эти клетки в зависимости от процесса могут быть все равноценные (например, сперматозоиды при сперматогенезе) либо различные (одна яйцеклетка и три сопутствующие клетки, которые затем редуцируются при овогенезе). При мейозе образуются и споры растений (при спорогенезе).
Биологическая роль мейоза состоит в том, что он создает предпосылки для реализации полового процесса. В конечном счете мейоз непосредственно (гаметогенез у животных) или опосредованно (спорогенез у растений) создает предпосылки к осуществлению полового процесса (слияния гамет), который приводит к обновлению наследственного (ядерного) вещества у потомства, что позволяет последнему легче приспособиться к условиям существования в среде обитания.
Общая характеристика гаметогенеза
Гаметогенез - процесс образования половых клеток (гамет). Гаметами называют половые клетки, с помощью которых реализуется половой процесс. По характеру гамет различают два типа половых клеток: мужские половые клетки (сперматозоиды или спермии) и женские половые клетки (яйцеклетки).
Сперматозоиды являются мужскими половыми клетками, имеющими органоиды - жгутики (как правило, один). Спермии жгутиков не имеют и состоят только из головки. Сперматозоид образован жгутиком и головкой, которая состоит из ядра и слоя цитоплазмы. Главная биологическая функция сперматозоида и спермия - достичь яйцеклетки и слиться с ней. Поэтому мужские гаметы имеют короткий срок жизни и небольшой запас питательных веществ. Спермии характерны для растений и приспособлены к пассивному перемещению в процессе оплодотворения.
Женские половые гаметы являются яйцеклетками. Это крупные неподвижные клетки, богатые запасом питательных веществ. Их главная биологическая функция - обеспечить развитие зародыша после слияния с мужской гаметой. Аналогично протекает и спорогенез у растений.
По характеру формирования гамет различают сперматогенез и овогенез (оогенез).
Общая характеристика сперматогенеза
Сперматогенез - процесс формирования мужских половых клеток (мужских гамет, сперматозоидов).
У животных сперматогенез осуществляется в мужских половых железах - семенниках (яичках). Мужская половая железа имеет три зоны: I - зона размножения клеток; II - зона роста клеток; III - зона созревания клеток.
В зоне размножения клетки митотически делятся и в конечном итоге образуют сперматогонии. Сперматогонии переходят в зону роста, растут до определенного размера и переходят в зону созревания.
В зоне созревания сперматогонии превращаются в сперматоциты 1-го порядка, которые способны к мейозу, что делает возможным образование (в будущем) мужских гамет. При образовании сперматозоидов, сперматоциты 1-го порядка подвергаются собственно сперматогенезу, т. е. вступают в мейотическое деление. Они имеют диплоидный набор хромосом и тетраплоидное количество ядерного вещества. В результате первого мейотического деления из сперматоцитов 1-го порядка образуются сперматоциты 2-го порядка. Они имеют гаплоидный набор хромосом, но диплоидное количество ядерного вещества.
Сперматоциты 2-го порядка вступают во второе мейотическое деление и из них образуются по два сперматозоида (из двух сперматоцитов 1-го порядка образуется четыре сперматозоида). На этом сперматогенез завершается.
Итак, при сперматогенезе из одной исходной клетки (сперматоцита 1-го порядка) образуется четыре равноценных гаметы - сперматозоида, обладающих гаплоидным набором хромосом и гаплоидным количеством ядерного вещества.
Общая характеристика овогенеза (оогенеза)
Овогенез (оогенез) - образование женских гамет (яйцеклеток).
Яйцеклетка - женская половая клетка, обладающая достаточно крупными размерами, содержащая большое количество питательных веществ, не способная к передвижению.
Овогенез реализуется в женских половых железах - в яичниках. В результате овогенеза из одной исходной клетки образуется одна женская гамета, обладающая гаплоидным набором хромосом и гаплоидным количеством ядерного вещества.
Основными клетками яичников, участвующими в овогенезе, являются оогонии - клетки с диплоидным набором хромосом, которые в дальнейшем способны образовывать ооциты. Из оогониев образуются ооциты 1-го порядка. Эти ооциты имеют диплоидный набор хромосом и тетраплоидное количество ядерного вещества и способны к мейозу. Ооциты 1-го порядка представляют собой особое состояние клеток и отличаются от оогониев, так как последние способны к митозу, а первые - к мейозу.
Ооциты 1-го порядка вступают в первое мейотическое деление, в результате которого образуются две неравноценные клетки - ооцит 2-го порядка (крупная клетка с гаплоидным набором хромосом, но диплоидным количеством ядерного вещества; в этой клетке сосредоточена практически вся масса исходной клетки - ооцита 1-го порядка) и вторая клетка - первое полярное тельце (подобна ооциту 2-го порядка, за исключением массы тела, которая очень мала по сравнению с массой ооцита 2-го порядка).
Следовательно, при овогенезе из одной исходной клетки образуется только одна яйцеклетка.
Особенности сперматогенеза и овогенеза у растений
У растений при гаметогенезе мейотического деления не происходит, так как гаметы образуются в организмах полового поколения (в гаметофитах), клетки которого являются гаплоидными из-за того, что гаметофит развивается из спор. Споры образуются при спорогенезе, при котором осуществляется мейоз, поэтому споры обладают гаплоидным набором хромосом и гаплоидным количеством ядерного вещества. Схема спорогенеза в целом напоминает сперматогенез, отличаясь от такового лишь тем, что в результате спорогенеза образуются гаплоидные споры, а при сперматогенезе - гаплоидные сперматозоиды.
Сперматогенез у растений происходит в антеридиях и не сопровождается мейозом. Овогенез у высших растений происходит в архегониях (кроме покрытосеменных растений). Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в подразделе, посвященном развитию растений.
Профаза первого деления мейоза является чрезвычайно длительным процессом. Ее длительность у разных живых организмов составляет от нескольких дней до нескольких десятков лет. В связи с этим принято условно делить ее на несколько фаз (лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез), во время которых происходят различные события. Важно помнить, что эти фазы четко не разграничены и события одной фазы плавно перетекают в другую.
Во время Профазы1 происходят, среди прочих, события, имеющие огромное биологическое значение. Например, это конъюгация, взаимное соединение гомологичных, удвоенных в результате репликации хромосом, при этом образуются хромосомные комплексы, состоящие из четырех хроматид. Хроматиды соединены вместе с помощью специальной структуры — синаптонемного комплекса. Во время профазы 1 осуществляется и обмен участками между хроматидами гомологичных хромосом (но не между сестринскими хроматидами одного гомолога) — кроссинговер. В процессе профазы 1 происходит синтез примерно 1,5% хромосомной ДНК. Кроме того, хромосомы, в которых в течение этой фазы сохраняются не полностью упакованные, а значит, функциональные участки, продолжают активно синтезировать РНК и регулировать биосинтез белка.
Лептотена
Аудиофрагмент
Лептотена — стадия тонких нитей (хромосом). В начале лептотены происходит компактизация хроматиновых нитей и их превращение в хромосомы. Однако этот процесс не заканчивается. Длина каждой хроматиновой нити в конце этой стадии на 1-2 порядка длиннее, чем у гиперспирализованных хромосом в метафазе1. Это имеет большое биологическое значение, поскольку, не полностью упакованные участки ДНК сохраняют функциональную активность в течение всей профазы1.
Это позволяет, во-первых, обеспечивать белковым синтезом сложнейшие события во время коньюгации гомологичных хромосом, формирования и разрушения хиазм и кроссинговера. Во-вторых, при овогенезе - создать запас питательных веществ для будущей зиготы.
Специфическое для каждого вида расположение гиперспирализованных участков - хромомер - на тонких хромосомах, позволяет составлять морфологические карты хромосом, которые используются в цитологическом анализе.
Уже во время лептотены появляются признаки важнейшего процесса профазы1 - коньюгации гомологичных хромосом, основные события которого происходят во время зиготены.
Зиготена
Аудиофрагмент
Зиготена — стадия конъюгации гомологичных хромосом (синапсис). При этом гомологичные хромосомы (уже двойные после S-периода интерфазы) сближаются и образуют новый хромосомный ансамбль, никогда до этого не встречающийся при клеточном делении, — бивалент. Биваленты — это парные соединения удвоенных гомологичных хромосом, т.е. каждый бивалент состоит из четырех хроматид. Конечная цель формирования бивалентов - это совместное прохождение парой гомологичных хромосом метафазы1 для последующего точного попадания гомологичных хромосом в разные дочерние клетки.
Главный вопрос до конца до сих пор не понятого процесса коньюгации - как в пространстве ядра хромосомы находят своего специфического гомолога?
По-видимому, для этого узнавания особое значение имеют участки zДНК, равномерно распределенные по всей длине хромосомы. Расположение этих участков специфично для каждой пары гомологичных хромосом. Репликация zДНК происходит во время зиготены, ингибирование этой репликации (а это всего 0,3% от всей ДНК клетки) останавливает коньюгацию и мейоз. Эти факты свидетельствуют об особой роли zДНК в профазе1.
Сближение гомологичных хромосом заканчивается формированием синаптонемного комплекса.
Синаптонемный комплекс
Аудиофрагмент
Синаптонемный комплекс встречается практически у всех представителей эукариот, которые обладают половым процессом. Он обнаружен у простейших, водорослей, низших и высших грибов, у высших растений и у животных. Объединение гомологов чаще всего начинается в теломерах и центромерах. В этих местах, а позднее и в других по всей длине соединяющихся хромосом происходит сближение осевых тяжей на расстояние около 100 нм. По своей морфологии синаптонемный комплекс имеет вид трехслойной ленты, состоящей из двух боковых компонентов - тяжей (толщиной 30-60 нм), и центрального осевого элемента (толщиной 10-40 нм); боковые компоненты отстоят друг от друга на 60-120 нм, общая ширина комплекса 160-240 нм. Материал хромосом располагается снаружи от боковых элементов. Каждый боковой элемент связан с петлями двух сестринских хроматид одного гомолога. Большая часть ДНК этих хроматид находится вне синаптонемного комплекса, и лишь менее 5% геномной ДНК входит в его состав, прочно ассоциируясь с белками. В состав этой ДНК входят уникальные и умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Белковый состав синаптонемного комплекса сложен, он состоит более чем из десяти мажорных белков с молекулярными массами от 26 до 190 кДа.
Пахитена
Аудиофрагмент
Пахитена — стадия толстых нитей. Благодаря полной конъюгации гомологов профазные хромосомы как бы увеличились в толщине. Число таких толстых пахитенных хромосом гаплоидно (n), но они состоят из двух объединившихся гомологов, каждый из которых имеет по две сестринские хроматиды. Следовательно, и здесь количество ДНК равно 4с, а число хроматид — 4n.
Между гомологичными хроматидами (хроматидами разных хромосом) начинают образовываться временные связи, которые многократно перекрещивают бивалент в разных точках - образуются хиазмы.
На этой стадии происходит второе, чрезвычайно важное событие, характерное для мейоза, — кроссинговер, взаимный обмен идентичными участками по длине гомологических хромосом. Генетическим следствием кроссинговера является рекомбинация сцепленных генов. Здесь возникают отличные от исходных хромосомы, содержащие отдельные участки, пришедшие от их гомологов. Морфологически этот процесс в пахитене уловить нельзя.
В пахитене также происходит синтез небольшого количества ДНК (всего около 1% от всей ДНК клетки), отличающейся тем, что она содержит повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Но этот синтез репаративен, в результате его не образуются дополнительные или недостающие количества ДНК, а происходит восстановление утраченных.
Весь процесс объединения и обмена между ДНК несестринских хроматид гомологов можно представить следующим образом. По длине хромосомы разбросаны участки повторяющихся последовательностей ДНК, которые при разрывах с помощью специальных ферментов легко могут образовать гибридные молекулы. Сшивание и восстановление целостности молекул с помощью специальных репаративных ферментов приводят к включению предшественников в ДНК на стадии пахитены. По всей вероятности, в этом процессе принимает участие так называемый рекомбинационный узелок — большой белковый ансамбль величиной около 90 нм. Он располагается в синаптонемном комплексе между гомологичными хромосомами, его расположение совпадает с местами хиазм.
Развитие и рост живых организмов невозможен без процесса деления клеток. В природе существует несколько видов и способов деления. В данной статье мы кратко и понятно расскажем о митозе и мейозе, разъясним основное значение этих процессов, познакомим с тем, чем отличаются они, а чем схожи.
Митоз
Процесс непрямого деления, или митоз, чаще всего встречается в природе. На нём основывается деление всех существующих неполовых клеток, а именно мышечных, нервных, эпителиальных и прочих.
Состоит митоз из четырёх фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Основная роль данного процесса - равномерное распределение генетического кода от родительской клетки к двум дочерним. При этом клетки нового поколения один к одному схожи с материнскими.
Рис. 1. Схема митоза
Время между процессами деления называются интерфазой . Чаще всего интерфаза гораздо длиннее митоза. Для этого периода характерны:
- синтез белка и молекулы АТФ в клетке;
- удваивание хромосом и образование двух сестринских хроматид;
- увеличение числа органоидов в цитоплазме.
Мейоз
Деление половых клеток называется мейозом, оно сопровождается уменьшением числа хромосом вдвое. Особенность данного процесса состоит в том, что проходит он в два этапа, которые непрерывно следуют друг за другом.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Интерфаза между двумя этапами деления мейоза настолько кратковременна, что практически незаметна.
Рис. 2. Схема мейоза
Биологическим значением мейоза является образование чистых гамет, которые содержат гаплоидный, другими словами одинарный, набор хромосом. Диплоидность восстанавливается после оплодотворения, то есть слияния материнской и отцовской клетки. В результате слияния двух гамет образуется зигота с полным набором хромосом.
Уменьшение числа хромосом при мейозе очень важно, так как в противном случае при каждом делении число хромосом увеличивалось бы. Благодаря редукционному делению поддерживается постоянное число хромосом.
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. Подробнее узнать о сходствах и различиях двух процессов вы сможете в сравнительной характеристике.
|
Фазы |
Митоз |
Мейоз |
|
|
Первое деление |
Второе деление |
||
|
Интерфаза |
Набор хромосом материнской клетки диплоидный. Синтезируется белок, АТФ и органические вещества. Хромосомы удваиваются, образуются две хроматиды, соединённые центромерой. |
Диплоидный набор хромосом. Происходят те же действия, что и при митозе. Отличием является продолжительность, особенно при образовании яйцеклеток. |
Гаплоидный набор хромосом. Синтез отсутствует. |
|
Непродолжительная фаза. Растворяются ядерные мембраны и ядрышко, формируется веретено деления. |
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 происходит кроссинговер - обмен генетической информации на некоторых участках. После хромосомы расходятся. |
По продолжительности - короткая фаза. Процессы такие же, как и при митозе, только с гаплоидными хромосомами. |
|
|
Метафаза |
Наблюдается спирализация и расположение хромосом в экваториальной части веретена. |
Аналогично митозу |
Тоже, что и при митозе, только с гаплоидным набором. |
|
Центромеры делятся на две самостоятельные хромосомы, которые расходятся к разным полюсам. |
Деление центромер не происходит. К полюсам отходит одна хромосома, состоящая из двух хроматид. |
Аналогично митозу, только с гаплоидным набором. |
|
|
Телофаза |
Цитоплазма делится на две одинаковые дочерние клетки с диплоидным набором, образуются ядерные мембраны с ядрышками. Веретено деления исчезает. |
По длительности непродолжительная фаза. Гомологичные хромосомы располагаются в разных клетках с гаплоидным набором. Цитоплазма делится не во всех случаях. |
Цитоплазма делится. 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 делятся путём митоза, а половые - мейоза. Эти процессы имеют схожие схемы деления на некоторых этапах. Главным отличием является наличие числа хромосом у образованного нового поколения клеток. Так при митозе у новообразованного поколения диплоидный набор, а при мейозе гаплоидный набор хромосом. Время протекания фаз деления также отличаются. Огромную роль в жизнедеятельности организмов играют оба способа деления. Без митоза не проходит ни одно обновление старых клеток, репродукция тканей и органов. Мейоз помогает поддерживать постоянное количество хромосом в новообразованном организме при размножении.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 4199.
В последние два года в вариантах тестовых заданий ЕГЭ по биологии стало появляться все больше вопросов по способам размножения организмов, способам деления клеток, отличиям разных стадий митоза и мейоза, наборам хромосом (n) и содержанию ДНК (с) в различных стадиях жизни клеток.
Я согласен с авторами заданий. Чтобы хорошо вникнуть в суть процессов митоза и мейоза надо не только понимать, чем они отличаются друг от друга, но и знать как меняется набор хромосом (n ), а, главное, их качество (с ), на различных стадиях этих процессов.
Помним, конечно, что митоз и мейоз — это различные способы деления ядра клеток, а не деление самих клеток (цитокинез).
Помним и то, что благодаря митозу происходит размножение диплоидных (2n) соматических клеток и обеспечивается бесполое размножение, а мейоз обеспечивает образование гаплоидных (n) половых клеток (гамет) у животных или гаплоидных (n) спор у растений.
Для удобства восприятия информации
на рисунке ниже митоз и мейоз изображены вместе. Как мы видим, эта схема не включает , в ней нет и полного описания того, что происходит в клетках при митозе или мейозе. Цель данной статьи и этого рисунка обратить ваше внимание только на те изменения, которые происходят с самими хромосомами на разных стадиях митоза и мейоза. Именно на это делается упор в новых тестовых заданиях ЕГЭ.
Чтобы не перегружать рисунки, диплоидный кариотип в ядрах клеток представлен всего двумя парами гомологичных хромосом (то есть n = 2). Первая пара — более крупные хромосомы (красная и оранжевая ). Вторая пара — более мелкие (синяя и зеленая ). Если бы мы изображали конкретно, например, кариотип человека (n = 23), пришлось бы рисовать 46 хромосом.
Так каков был набор хромосом и их качество до начала деления в интерфазной клетке в период G1 ? Конечно он был 2n2c . Клеток с таким набором хромосом мы на этом рисунке не видим. Так как после S периода интерфазы (после репликации ДНК) количество хромосом, хотя и остается прежним (2n), но, так как каждая из хромосом теперь состоит из двух сестринских хроматид, то формула кариотипа клетки будет записываться уже так: 2n4c . И вот клетки с такими двойными хромосомами, готовые уже приступить к митозу или мейозу, и изображены на рисунке.
Данный рисунок позволяет нам ответить на следующие вопросы тестовых заданий
— Чем отличается профаза митоза от профазы I мейоза? В профазе I мейоза хромосомы не свободно распределены по всему объему бывшего клеточного ядра (ядерная оболочка в профазе растворяется), как в профазе митоза, а гомологи объединяются и коньюгируют (переплетаются) друг с другом. Это может привести к кроссинговеру: обмену некоторыми идентичными участками сестринских хроматид у гомологов.
— Чем отличается метафаза митоза от метафазы I мейоза? В метафазу I мейоза по экватору клетки выстраиваются не отдельные двухроматидные хромосомы как в метафазе митоза, в биваленты (по два гомолога вместе) или тетрады (тетра — четыре, по числу задействованных в коньюгации сестринских хроматид).
— Чем отличается анафаза митоза от анафазы I мейоза? В анафазу митоза нитями веретена деления к полюсам клетки растаскиваются сестринские хроматиды (которые в это время уже следует называть однохроматидными хромосомами ). Обратите внимание, что в это время, поскольку из каждой двухроматидной хромосомы образовалось две однохроматидные хромосомы, а два новых ядра еще не образовались, то хромосомная формула таких клеток будет иметь вид 4n4c. В анафазу I мейоза нитями веретена деления к полюсам клетки растаскиваются двухроматидные гомологи. Кстати, на рисунке в анафазу I мы видим, что одна из сестринских хроматид оранжевой хромосомы имеет участки из красной хроматиды (и, соответственно, наоборот), а одна из сестринских хроматид зеленой хромосомы имеет участки из синей хроматиды (и, соответственно, наоборот). Поэтому мы можем утверждать, что в профазу I мейоза между гомологичными хромосомами происходила не только коньюгация, но и кроссинговер.
— Чем отличается телофаза митоза от телофазы I мейоза? В телофазу митоза в двух новых образовавшихся ядрах (двух клеток еще нет, они образуются в результате цитокинеза) будет содержаться диплоидный набор однохроматидных хромосом — 2n2c. В телофазу I мейоза в двух образующихся ядрах будет находиться гаплоидный набор двухроматидных хромосом — 1n2c. Таким образом, мы видим, что мейоз I уже обеспечил редукционное деление (количество хромосом снизилось вдвое).
— Что обеспечивает мейоз II ? Мейозом II называется эквационное (уравнительное) деление, в результате которого в четырех образовавшихся клетках будет находиться гаплоидный набор нормальных однохроматидных хромосом — 1n1c.
— Чем отличается профаза I от профазы II ? В профазу II ядра клеток не содержат гомологичных хромосом, как в профазу I, поэтому не происходит объединения гомологов.
— Чем отличается метафаза митоза от метафазы II мейоза? Очень «коварный» вопрос, так как из любого учебника вы запомните, что мейоз II в целом протекает как митоз. Но, обратите внимание, в метафазу митоза по экватору клетки выстраиваются двухроматидные хромосомы и у каждой хромосомы есть её гомолог. В метафазе II мейоза по экватору тоже выстраиваются двухроматидные хромосомы, но нет гомологичных. На цветном рисунке, как в этой статье выше, это хорошо видно, но на экзамене рисунки черно-белые. На этом черно-белом рисунке одного из тестовых заданий изображена метафаза митоза, так как здесь есть гомологичные хромосомы (большая черная и большая белая — одна пара; маленькая черная и маленькая белая — другая пара).
— Может быть и аналогичный вопрос по анафазе митоза и анафазе II мейоза .
— Чем отличается телофаза I мейоза от телофазы II ? Хотя набор хромосом в обоих случаях гаплоидный, но во время телофазы I хромосомы двухроматидные, а во время телофазы II они однохроматидные.
Когда писал на этом блоге подобную статью никак не думал, что за три года содержание тестов так сильно изменится. Очевидно, из-за сложностей создавать все новые и новые тесты, опираясь на школьную программу по биологии, авторы-составители уже не имеют возможности «копать вширь» (всё уже давно «вскопано») и они вынуждены «копать вглубь».
*******************************************
У кого будут вопросы по статье к репетитору биологии по Скайпу
, прошу обращаться в комментариях.
Образовательные задачи:
- продолжить формирование знаний о размножении, охарактеризовать мейоз,
- сформировать знания об изменении молекул ДНК и хромосом на протяжении мейоза, раскрыть биологическое значение мейоза.
Воспитательные задачи:
- продолжить нравственное, гигиеническое воспитание, доказывая опасность наркотиков, алкоголя и курения на формирование веретена деления.
Развивающие задачи:
- обсуждая проблемные вопросы, применяя сравнение,
- анализ, синтез при самостоятельной работе с учебником и заполнении таблицы, развивать у учащихся логическое мышление и интеллектуальные, творческие способности.
Оборудование урока:
- динамическое пособие “Перекрест хромосом”, “Деление клетки”,
- таблицы, иллюстрирующие стадии мейоза,
- презентация, посвященная стадиям мейоза.
Этапы урока
I. Актуализация знаний учащихся (стадия вызова).
Проверка знаний о непрямом делении клетки в процессе беседы на следующие вопросы:
1.Что такое диплоидный набор хромосом? (Двойной набор хромосом, характерен для соматических клеток).
2. Что такое гаплоидный набор хромосом? (Одинарный набор хромосом, характерен для половых клеток).
3. Какой набор хромосом и ДНК в пресинтетический период интерфазы? (2п2с).
4. Какой набор хромосом и ДНК в постсинтетический период интерфазы? (2п4с).
5. Какой набор хромосом и ДНК в профазе и метафазе митоза? (2п4с).
6. Какой набор хромосом и ДНК в анафазе митоза? (4п4с).
7. Какой набор хромосом и ДНК в телофазе митоза? (2п2с).
8. Сколько молекул ДНК в ядре соматической клетки человека перед митозом? (92 молекулы).
9. Сколько молекул ДНК в ядре соматической клетки после митоза? (46).
10. Как называются хромосомы в интерфазный период? (Хроматин).
II. Изучение нового материала. Стадия осмысления.
1. Рассказ учителя о мейозе – особом виде деления клеток, результатом которого является уменьшение в два раза числа хромосом в новых образующихся специальных клетках.
2.Беседа о сложном механизме мейоза и особенностях двух его этапов, о превращении хромосом в хроматиды, о конъюгации и кроссинговере.
Особенности первого мейотического деления
Интерфаза 1.
Предсинтетический период (G1-период).
Особенности:
а) дочерние клетки, начинающие жизненный цикл, по объему и общему содержанию белков и РНК вдвое меньше, чем исходная родительская клетка;
б) в начале периода возобновляется синтез РНК;
в) наступает активный синтез белка, ферментов метаболизма РНК и ферментов, необходимых для образования предшественников ДНК;
г) синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов и четырех нуклеозидтрифосфатов, входящих в состав молекулы ДНК;
д) идет рост клетки, необходимый для достижения определенной “критической массы” цитоплазмы, определяющий начало синтеза ДНК;
е) накопление АТФ в виде резервуара энергии, обеспечивающей механическую и химическую работу митотического аппарата;
ж) в этом периоде клетки имеют диплоидное содержание ДНК (2п2с)
Синтетический период (S-период). Это отрезок времени, в течение которого происходит редупликация ДНК (2п4с).
Особенности:
а) продолжает возрастать уровень синтеза РНК в соответствии с увеличением количества ДНК;
б) параллельно синтезу ДНК в клетке идет интенсивный синтез гистонов в цитоплазме и происходит их миграция в ядро, где они связываются с ДНК.
Постсинтетический период (G-период,2п4с). Это отрезок времени, характеризующийся процессами, направленными на подготовку клетки к делению.
Особенности:
а) интенсивный синтез белка, который идет на цитоплазматический белки дочерних клеток;
б) образование митотического аппарата;
в) усиленный синтез общего белка,РНК, синтез белков, которые определяют деление клетки;
г) масса цитоплазмы удваивается;
д) резко возрастает объем ядра.
Профаза 1. Самаяпродолжительная фаза, поэтому ее делят на пятьстадий.
1 .Лептотена.
Происходит спирализация хромосом, они укорачиваются и становятся видимыми как обособленные структуры.
2. Зиготена .
Гомологичные хромосомы сближаются по длине и образуют пары. Эти хромосомы имеют одинаковую длину, их центромеры занимают одинаковое положение, и они обычно содержат одинаковое число генов, расположенных в одной и той же линейной последовательности. Начинается синапс (конъюгация) хромосом.
Конъюгация начинается в нескольких точках хромосом, а затем хромосомы соединяются по всей длине. Пару конъюгировавших гомологичных хромосом называют бивалентами. При этом происходит как более плотная упаковка на молекулярном уровне, так и внешне заметное скручивание (спирализация). Так как каждая из гомологичных хромосом обладает своей центромерой, то в биваленте имеются две центромеры.
3 . Пахитена.
Каждая гомологичная хромосома на стадии пахитены продольно расщепляется в плоскости, перпендикулярной плоскости конъюгации. Таким образом, каждый элемент теперь уже состоит из четырех хроматид. Эти точки называются хиазмами (перекрест). В результате гены из одной хромосомы оказываются связанными с генами из другой хромосомы, что приводит к новым генным комбинациям в образующихся хроматидах. Этот процесс называют кроссинговером.
4. Диплотена.
Гомологичные хромосомычастично деспирализуются и несколько отходят друг от друга. Вместе с тем они сохраняют взаимосвязь с помощью мостиков – хиазм, которые служат структурным выражением кроссинговера, имеющего место в предыдущую стадию.
5. Диакинез.
На этой стадии хромосомы полностью уплотнены и интенсивно окрашиваются. Ядерная оболочка и ядрышко исчезают. Центриоли, если они есть, мигрируют к полюсам и затем образуют нити веретена.
Метафаза1.
Гомологичные хромосомы (биваленты) выстраиваются в экваториальной плоскости. Их центромеры выглядят двойными, но ведут себя как единые структуры.
Анафаза 1 .
По нитям веретена расходятся к полюсам центромеры, каждая из которых связана с двумя хроматидами. Таким образом, в анафазе первого деления расходятся не дочерние хроматиды гомологичных хромосом , как при митозе, а непосредственно гомологичные хромосомы и на каждом полюсе имеется гаплоидный набор п2с, а во всей клетке 2п4с.
Телофаза 1.
Расхождение гомологичных хромосом к противоположным полюсам означает завершение первого мейотического деления. Число хромосом в наборе стало вдвое меньше, но каждая хромосома состоит из двух хроматид. У животных и у некоторых растений хроматиды деспирализуются.
Особенности второго мейотического деления.
Интерфаза 2.
Эта стадия наблюдается только в животных клетках. Синтетический период отсутствует и дальнейшей репликации ДНК не происходит. После короткой интерфазы 2 наступает профаза 2.
Профаза 2.
В клетках, где выпадает интерфаза 2, эта стадия тоже отсутствует, В профазе 2 ядрышки и ядерные мембраны разрушаются, а хроматиды укорачиваются и утолщаются, Происходит образование веретена, которое знаменует начало метафазы 2.
Метафаза 2.
На этой стадии число хромосом меньше, чем в соматических клетках. Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, а центромеры ведут себя как двойные структуры.
Анафаза 2.
Центромеры делятся, и две сестринские хроматиды направляются к противоположным полюсам. Отделившиеся друг о друга хроматиды называются хромосомами и на каждом полюсе клетки формируется гаплоидный набор (пс).
Телофаза 2.
Эта стадия схожа с телофазой митоза. Хромосомы деспирализуются. Нити веретена исчезают, а центриоли реплицируются, Вокруг каждого ядра, которое содержит теперь гаплоидное число хромосом исходной родительской клетки, вновь образуется ядерная мембрана. Таким образом, из исходной родительской клетки получается четыре дочерние клетки.
III. Стадия рефлексии.
Подведение итогов урока с обсуждением результата мейоза, образования особых гаплоидных клеток с уменьшенным вдвое набором хромосом и стихийно обмененными участками гомологичных хромосом, просмотр презентации, посвященной стадиям мейоза, заполнение таблицы. Сообщение ученика об отклонениях, обусловленных не расхождением хромосом у человека.
Сравнительная диаграмма.
| МИТОЗ | СХОДСТВО | МЕЙОЗ |
| 1.Одно деление. | 1. Энергия и вещества, необходимые для деления накапливаются во время интерфазы. | 1. Два деления. |
| 2.При делении материнской клетки получается две дочерние клетки с таким же набором хромосом. | 2. Стадии деления: 1. кариокинез: Профаза Метафаза Анафаза Телофаза; 2. цитокинез. |
2.При делении диплоидном материнской клетки получается четыре гаплоидные клетки. |
| 3. Митоз необходим для нормального роста и развития многоклеточного организма. Митоз лежит в основе процессов заживления повреждений и бесполого размножения. | 3. Интерфаза 2 практически отсутствует. В профазе 1 деления происходит конъюгация и кроссинговер. |
|
| 4. Мейоз увеличивает генетическое
разнообразие половых клеток, так как в
результате этого процесса образуются хромосомы,
несущие гены и отца и матери. 5. У организмов, размножающихся половым путем, предотвращается удвоение числа хромосом в каждом новом поколении. |
Отклонения, обусловленные не расхождением хромосом у человека.
| СИНДРОМ | ГЕНОТИП | СИМПТОМЫ |
| Клайнефельтера | 44+хху=47 | Мужчина, женоподобный, умственная отсталость,бесплоден. |
| Шерешевского-Тернера | 44+хо=45 | Женщина, низкий рост, незначительная умственная отсталость, вторичные половые признаки слабо выражены, бесплодна. |
| Трисомия по половым признакам | 44+ххх=47 | Женщина, норма, плодовита, умственно
слаборазвита. Мужчина, высокий рост, повышена агрессивность. |
| Синдром Дауна | 47 (в 21 паре трисомия) | Умственная отсталость, пониженная жизнеспособность, монголовидные глаза, опущенные уголки губ. |
| “Волчья пасть” | 47 (в 15 паре трисомия) | Незарастание твердого неба, уродства на
лице. Пониженная жизнеспособность |
| Трисомия в других парах | 47 | Летальность гамет или эмбриона. |
Заключительная беседа по теме “Мейоз”.
1. Какой набор хромосом и ДНК перед первым делением мейоза? (2п4с).
2. Какой набор хромосом и ДНК перед вторым делением мейоза? (п2с).
3. Какие хромосомы называют гомологичными? (Парные одинаковые хромосомы, несущие одинаковые гены.)
4. Какие важнейшие процессы происходят в профазу I мейоза? (Конъюгация и кроссинговер.)
5. Что характерно для интерфазы между первым и вторым делениями мейоза? (Отсутствует S – период.)
6. Какой набор хромосом и ДНК в профазу II и метафазу II? (п2с.)
7. Какой набор хромосом и ДНК в конце второго мейотического деления? (пс.)
Тест “Митотический цикл”. “Мейоз”
1. В интерфазе митотического цикла ДНК удваивается:
б) в синтетический период;
в) в постсинтетический период;
г) в метафазе.
2. Активный рост клетки происходит:
а) в предсинтетический период;
б) в синтетический период;
в) в постсинтетический период
г) в метафазе.
3. Клетка имеет набор хромосом и ДНК 2п4с и готовится к делению:
а) в предсинтетический период;
б) в синтетический период;
в) в постсинтетический период
г) в метафазе.
4. Начинается спирализация хромосом, растворяется ядерная оболочка:
а) в профазе;
б) в анафазе;
в) в телофазе;
г) в метафазе.
5. Хромосомы выстраиваются по экватору клетки:
а) в профазе;
б) в анафазе;
в) в телофазе;
г) в метафазе.
6. Хроматиды отходят друг от друга и становятся самостоятельными хромосомами:
а) в профазе;
б) в анафазе;
в) в телофазе;
г) в метафазе.
7. Конъюгация гомологичных хромосом происходит в период:
а) профазы 1;
б) метафазы 1;
в) анафазы 1;
г) телофазы 1;
д) профазы 2;
е) метафазы 2;
ж) анафазы 2;
з) телофазы 2.
8. Кроссинговер в мейозе происходит во время периода:
а) профазы 1;
б) метафазы 1;
в) анафазы 1;
г) телофазы 1;
д) профазы 2;
е) метафазы 2;
ж) анафазы 2;
з) телофазы 2.
9. Какой набор хромосом получается при митотическом делении диплоидного ядра?
а) гаплоидный;
б) диплоидный.
10. Какой набор хромосом будет в клетках после деления митозом, если в материнской было 6 хромосом?
11. Какой набор хромосом будет в клетках после деления мейозом, если в материнской было 6 хромосом?
1V. Домашнее задание: изучить параграф 30.