Сущность мейоза: описание процесса, биологический смысл

Биологическое значение процесса

Сохранение количества хромосом при половом размножении. Человеку свойственен определенный диплоидный набор генов: 23 со стороны матери и столько же от отца. Всего получается 46 хромосом.

Каждый раз в момент образования первой клетки организма — зиготы при оплодотворении этот набор восстанавливается благодаря мейозу. Если бы мейоза не происходило, при каждом следующем размножении гаметы бы удваивались. Будущий организм получал бы каждый раз удвоенный по сравнению с предыдущим хромосомный набор, что вело бы к различным нарушениям в организме: чем дальше это продолжалось, тем их степень была бы серьезнее.

На сегодняшний день выявлено, что естественный процент таких нарушений — 1%. Примером могут служить известные миру хромосомные болезни. Возникают они как раз из-за нарушения количества и состава хромосом.

Пример

Болезнь Шерешевского-Тернера.

Причина возникновения — нарушение половых хромосом.

Основной признак: у таких людей вместо обычных сорока шести — сорок пять хромосом. И женский фенотип. Болезнь характеризуется множеством нарушений: физических (внешних), внутренних органов и скелета. Иногда и ментальных (около 15% случаев).

Фазы мейоза

Профаза 1

Все начинается с обычных, сходных с митозом процессов:

• спирализуется ДНК;
• образуются хромосомы;
• разрушается оболочка ядра;
• центриоли смещаются к полюсам клетки.

Но протекание этой стадии мейоза обусловлено двумя дополнительными характеристиками: конъюгацией и кроссинговером.

Определение

Конъюгация — процесс переноса части генетического материала (плазмид, бактериальной хромосомы) при непосредственном контакте двух бактериальных клеток.

Конъюгация в переводе означает «сближение»: хромосомы тесно сближаются друг с другом попарно. Чтобы это получилось, хромосомы должны быть гомологичными, то есть совпадать по форме, размеру и строению. Результат таких сближений — образование бивалентов — комплексов, в каждом из которых по две хромосомы.

Определение

Кроссинговер — процесс обмена участками гомологичных хромосом во время конъюгации в профазе первого деления мейоза, которое происходит, например, при образовании гамет или спор.

Кроссинговером (или «пересечением») называют следующий механизм: участники бивалентов обмениваются сходными участками хромосом. Это основная функция процесса, приводящая к рекомбинации генов

Это естественный способ продолжения эволюции видов: на выходе мы имеем генетическое разнообразие потомства, что придает огромную важность этому свойству мейоза

Профаза мейоза состоит из 5 этапов.

Лептотена

Происходит уплотнение (конденсация) хромосом, их становится видно в световой микроскоп. Эту стадию также называют этапом тонких нитей.

Этап, когда нити сливаются. Хромосомы еще больше уплотняются.

Этап толстых нитей. Спирализация (уплотнение) хромосом. Завершение кроссинговера.

Диплотена

Образуются двойные нити: хромосомы продолжают утолщаться, гомологичные начинают расходиться. Удерживают их на месте хиазмы — соединения, образованные в результате механизма пересечения.

Диакинез

Бивалентные соединения хромосом расходятся. Образуется веретено деления. Ядро полностью разрушается.

 
Примечание

Эта фаза является самой продолжительной в цикле.

Метафаза 1

Бивалентные хромосомы занимают положение, распределяясь по экватору клетки. Образуется метафазная пластинка. Происходит прикрепление нитей веретена деления к центромерам каждой хромосомы бивалента.

Анафаза 1

Биваленты расходятся. Оттягиваются нитями веретена к полюсам. Из каждой пары туда доходит только одна гаплоидная хромосома, в каждой из которых по две хроматиды. Так происходит на этом этапе редукция, то есть сокращение вдвое числа хромосом.

Телофаза 1

Формируются ядра. Происходит деление цитоплазмы. Получаются две клетки с гаплоидными хромосомами. В каждой в наличии две хроматиды.

Почти сразу же после этого стартует второе деление мейоза, сходное с митозом. Краткое описание:

• клетки ДНК удваиваются;
• образованные в первом делении две гаплоидные клетки делятся.

Профаза 2

1. Оболочки ядер разрушаются.
2. Хромосомы распределяются в цитоплазме хаотично.
3. Начало формирование веретена деления.

Метафаза 2

1. Распределение хромосом по экватору клетки.
2. Прикрепление нитей веретена деления к каждой из двух хроматид каждой хромосомы.

Анафаза 2

1. Оттягивание нитями веретена присоединенных к ним хроматид к клеточным полюсам.
2. Трансформация хроматид в хромосомы.
3. Отхождение вновь образованных хромосом к полюсам.

Телофаза 2

1. Формирование ядер.
2. Деление цитоплазмы.
3. Образование двух пар гаплоидных клеток (четыре штуки) с разными наборами хромосом.

Особенности митоза

Митоз позволяет сохранять наследственные признаки, поддерживать жизнеспособность тканей и органов. Основные его задачи:

• бесполое размножение одноклеточных;
• обеспечение роста организма;
• регенерация тканей, крови и частей тела (например, хвоста у ящериц).

В ходе митоза происходит удвоение набора хромосом.

В процессе митоза принято выделять несколько фаз:

• профазу, на которой происходит распределение центриолей к полюсам, растворение оболочки ядра, формирование веретена деления;
• метафазу, характеризуемую перемещением хромосом к клеточному экватору;
• анафазу, при которой происходит разделение центромер и их расхождение к полюсам;
• телофазу, где осуществляется деспирализация хромосом, распределение цитоплазмы (цитокинез) и формирование клеточных стенок.

Специфика митоза у растений и животных отражена в таблице.

Растения	Животные
деление происходит в меристемах	делению подвергаются все ткани и клетки
образуется клеточная пластинка	клеточная пластинка не образуется
отсутствие центриолей	наличие центриолей
цитокинез без образования борозд	цитокинез с образованием борозд

При правильном делении соматических клеток происходит равномерное распределение генетического материала. Иногда случаются ошибки – мутации. Такие нарушения выражаются в образовании дочерних клеток с различным набором хромосом. При дальнейшем делении в организме возникают хромосомные расстройства или мозаики.

Если мутации ДНК произошли в период формирования эмбриона, то ребенок рождается с генетическими заболеваниями. Следствием ошибок при митозе в постнатальном периоде становится возникновение раковых клеток и опухолей.

Жизненный цикл клетки

В основе передачи наследственной информации, размножения, а также роста, развития и регенерации лежит важнейший процесс – деление клеток, которому мы посвятим два занятия.

Жизненный цикл клетки — период существования клетки от момента её образования в результате деления материнской клетки до её собственного деления или гибели.

Митотический цикл состоит из двух последовательных стадий.

Непосредственно перед делением клетка проходит интерфазу, или стадию покоя, функциональное значение которой в том, что во время неё синтезируется ДНК. Длительность стадии покоя составляет 90% и более в течение всего цикла клеточного деления. 

Интерфаза — это период активной жизнедеятельности клетки, который условно можно разделить на три периода.

Период	Характеристика
Пресинтетический, или постмитотический	Обозначается G1 или q1. Продолжительность этого периода 10 часов и более. Осуществляется сразу после деления клетки. Содержание генетического набора в клетке – 2n2c, диплоидный набор хромосом, каждая из которых имеет одну хроматиду. Здесь происходит восстановление структуры интерфазной клетки: окончательно формируется ядрышко; масса клетки увеличивается за счёт синтеза белка; происходит образование ферментов, участвующих в катализе реакции репликации; синтезируется белок; увеличивается количество различных видов рибонуклеиновой кислоты (РНК). Хромосомы представлены тонкими хроматиновыми нитями, каждая нить состоит из одной хромосомы.
Синтетический	Обозначается как S.  Продолжительность 6 – 10 часов. В данном периоде происходит удвоение (репликация, дупликация) ДНК, хромосомы становятся двухроматидными. Это необходимо для последующего митотического деления клетки. Также, на этом этапе продолжается рост клетки, начавшийся в пресинтетичском периоде, синтезируется РНК, белки – гистоны, в последующем соединяющиеся с ДНК. Генетический материал – 2n4c.
Пост синтетический   или премитотический	Обозначение: G2 (q2).Содержание генетической информации – 2n4c. В этом периоде осуществляется подготовка к митозу, продолжается он 2 – 5 часов. Происходит усиленное образование энергии АТФ; синтезируются белки, которые необходимы для обеспечения процесса деления и образования веретена деления; начинается спирализация хромосом; значительно увеличивается объём ядра, а, следовательно, и масса цитоплазмы. Далее клетка непосредственно переходит к стадии митоза.

Репликация — это процесс удвоения молекул ДНК.

Репликация ДНК

Для бактерий и простейших деление клетки является основным способом размножения, поэтому практически все клетки не погибают после интерфазы, а делятся на две дочерние клетки, давая, таким образом, жизнь новым организмам.

Клетки многоклеточных организмов не обладают способностью к бесконечному делению.

ДНК клеток содержат специальные «гены гибели», которые в определённый момент активируются, вырабатывая в клетке особые белки, приводящие к её физиологической смерти.

Апоптоз — это генетически обусловленная гибель клеток.

Как происходит мейоз клетки, этапы

Мейоз представляет собой последовательность из двух этапов деления:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут

1. Редукционный — это непосредственный этап уменьшения. Именно так переводится с греческого языка его название. Когда этот период заканчивается, в клетке остается ровно в два раза меньше наследственных хромосом.
2. Эквационный («уравнивающий»). Протекает сходно с митозом.

Оба происходят в половых клетках и связаны с образованием гамет (у животных) или спор (у растений).

Профаза I

Также как и в митозе в профазе первого деления происходит спирализация хромосом (наследственный материал плотно упаковывается). В то же время происходит сближение парных или гомологичных хромосом. Они притягиваются друг к другу одинаковыми участками, происходит конъюгация (соединение хромосом). В результате получаются пары хромосом, называемые бивалентами, которые состоят из четырех нитей. Когда хромосомы пребывают в таком состоянии, они продолжают скручиваться (продолжают спирализацию), при этом хроматиды перепутываются. Когда гомологичные хромосомы начинают разделяться, они как бы отталкиваются друг от друга. В результате получаются разрывы, которые затем вновь закрываются. Таким образом, хромосомы совершают обмен участками и заодно и наследственной информацией. Перекрест, который сопровождается обменом участками ДНК и получил название кроссинговера.

Это то, в чем заключается сущность мейоза в отношении генов. Значение кроссинговера велико, так как именно благодаря этому процессу происходит возникновение новых хромосом с неповторимым сочетанием генов.

Причем обмен происходит каждый раз по-разному, участки обмена разные по величине

Биологическая роль мейоза

По сути мейоз – способ деления клетки, благодаря которому, из одной клетки с двойным набором хромосом образуют целых четыре клетки с гаплоидным набором. Еще в чем заключена сущность мейоза, так это в том, что этот механизм препятствуют непременному увеличению хромосом в клетке при слиянии гамет. Если бы мейотического деления не существовало и половые клетки имели как и все прочие клетки тела двойной хромосомный набор, и при половом размножении количество хромосом удваивалось в каждом поколении.

В чем заключается сущность мейоза, так это в том, что благодаря ему у гамет появляется большое разнообразие генетического состава. Достигается оно в процессе кроссинговера (обмена участками хромосом), так и в результате случайного сочетания хромосом матери и отца при их разном независимом расхождении к полюсам в анафазе I. Можно подвести итог и сказать, что значение мейоза сводится к появлению разного потомства с разнообразными качествами и признаками при половом размножении. Существование этого процесса обуславливает существование полового размножения, которое в эволюционном плане является более перспективным, чем бесполое. Благодаря половому размножению могут появляться новые признаки у видов, новые виды растений и животных.

Митоз и мейоз в жизни клетки

Период существования всего живого на Земле, в том числе и клеток, ограничен. Однако стремление к сохранению рода заложено в организмах от природы, что выражается в процессе размножения. В жизненном цикле клетки это явление проявляется в виде деления: митоза или мейоза.

Для понимания сущности указанных процессов необходимо выявить различия между двумя видами клеток – соматическими и половыми. Первые образуют ткани и органы, вторые необходимы для размножения. Неполовые клетки содержат диплоидный набор хромосом, половые, или гаметы, – гаплоидный.

Жизненный цикл клетки складывается из двух составляющих: интерфазы и деления. Первый этап характеризуется активным ростом, синтезом белка, увеличением числа органелл и цитоплазмы. В его составе выделяют три периода:

• пресинтетический;
• синтетический, на котором осуществляется репликация (удвоение) ДНК;
• постсинтетический.

С наступлением второго периода существование соматической клетки завершается с образованием двух новых с идентичным генетическим материалом. Процесс непрямого деления получил название митоза. Его продолжительность составляет около 1 часа.

Результат митоза — две абсолютно одинаковые клетки.

Мейоз – это способ двойного деления половых клеток с непродолжительной интерфазой. В результате образуется две пары гаплоидных клеток (гамет), содержащих одинарный набор хромосом. Мужские – это сперматозоиды, женские – яйцеклетки, у растений – споры. Их основное предназначение – передача наследственных характеристик родительских особей, поддержание биологического разнообразия и сохранение кариотипа и вида.

Такие процессы позволяют организму жить и развиваться, а тканям и органам – обновляться. Основные отличия заключаются в том, что митоз происходит на протяжении жизни организма во всех тканях и органах, в то время как мейоз характерен лишь для половых клеток.

Митоз	Мейоз
непрямое деление	репродуктивное деление
создаются две диплоидные клетки	создаются четыре гаплоидные клетки
составляет основу бесплодного размножения организмов	составляет основу полового размножения организмов
одно деление	два деления
обеспечивается сохранение генетического кода	реализуется принцип изменчивости

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.

В чем заключается сущность мейоза

Впервые мейоз был описан биологами в 19 веке. В. Флемминг описал мейоз у животных в 1882 году, а Э. Сграсбургер – у растений в 1888 году. Характеристику мейоза можно начать с того, что с помощью этого способа деления появляются половые клетки, или гаметы, и споры у растений.

Суть мейоза состоит именно в создании половых клеток. Так, в каждой споре или гамете содержится только одна хромосома из пары гомологичных. Когда гаметы сливаются в ходе оплодотворения, образуется одна зигота с двойным или диплоидным набором хромосом, наследственная информация вида передается из поколения в поколение, и кариотип организмов остается неизменным. Мейоз – это деление клетки, при котором число хромосом убывает в два раза. Называется оно еще редукционным делением, то есть делением с уменьшением количества хромосом. В этом и есть значение мейоза – не допустить избыточного количества хромосом после слияния двух гамет. Кроме того, благодаря мейозу обеспечивается генетическое разнообразие.

Отличительные черты мейоза

Отличительной чертой мейоза является наличие двух процессов деления: редукционного и эквационного. Первое завершается образованием двух дочерних гаплоидных клеток с удвоенным набором хромосом. Равномерное распределение хроматид между четырьмя образующимися гаметами проходит в ходе второго деления. При этом не происходит репликации ДНК и удвоения хромосом.

При мейотическом делении формируются сперматозоиды или яйцеклетки.

Важнейшим процессом при мейотическом делении является кроссинговер – произвольный обмен участками гомологичных хромосом. Его основная задача – обеспечение наследственной изменчивости организмов и увеличение их адаптации в условиях окружающей среды. Благодаря рекомбинации генов появляется уникальное потомство, обладающее при этом чертами материнской и отцовской особей.

Нарушения в процессе мейоза возникают при получении гибридов. Причина этого в различиях между отцовскими и материнскими генами. Рожденное в данном случае потомство оказывается бесплодным.

Другой тип нарушений при мейозе – нерасхождение хромосом. В результате дочерние клетки становятся диплоидными. Следовательно, при их слиянии образуется тетраплоид – полиплоидная зигота.

Процесс мейоза имеет серьезное эволюционное значение:

• редукция хромосом позволяет сохранять видовые характеристики и передавать их следующим поколениям;
• рекомбинация генетического материала поддерживает разнообразие организмов и обеспечивает процесс естественного отбора.

Зная особенности рассмотренных механизмов, нетрудно определить их роль в биологии: сохранение видового разнообразия, продолжение рода, передачу наследственных признаков потомству и др.

Что такой мейоз

А что же мейоз? И в чем различия митоза и мейоза? Итак, мейозом принято называть тип репродуктивного деления клетки, приводящий к образованию из одной клетки аж целых четырех. Но новообразованные клетки обладают лишь половинным гаплоидным набором хромосом. Что же это значит? А то, что, по мнению некоторых биологов, мейоз даже не является, строго говоря, размножением клетки, так как это способ образования гаплоидных клеток, то бишь спор (у растений) и гамет (у животных). Сами гаметы только после оплодотворения, которое и будет в нашем случае половым размножение, послужат образованию нового организма.

Суть мейоза на картинке.