Тест ЕГЭ Биология 11 класс Получить доступ за 90 баллов Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Мейоз. Фазы митоза и мейоза

Когда вы только родились, ваш вес составлял в среднем от 3 до 4кг, а рост всего около 50-60 см, но с каждым днем вы становились больше и выше..

А какой рост и вес у вас сегодня и почему произошло увеличение этих показателей по сравнению с прошлыми годами?

Всё это благодаря способности клеток к размножению, в основе которого лежит процесс деления.

Рост и развитие всех многоклеточных организмов всегда связаны с делением клеток.

У человека и животных во взрослом состоянии в некоторых тканях клетки постоянно отмирают и заменяются новыми, которые образуются как раз путем деления.

Следовательно, деление клеток является тем процессом, благодаря которому поддерживается жизнь всего организма и обеспечивается непрерывность жизни клетки.

Наряду с непрерывностью жизни клетки происходит и преемственность наследственных свойств от родительской клетки к дочерней.

То есть в процессе деления каждая вновь образующаяся клетка должна получить точную копию генетического материала, чтобы обладать общей наследственной программой, специализироваться и выполнять функции, какие и выполняла материнская клетка.

Существуют два различных типа деления клетки: вегетативное деление, при котором каждая дочерняя клетка генетически идентична родительской клетке -митоз, и репродуктивное клеточное деление, при котором количество хромосом в дочерней клетке снижается вдвое для производства гамет - мейоз.

То есть клетки тела или соматические клетки образуются путем непрямого деления -митозом, а половые клетки (гаметы) образуются благодаря редукционному делению клетки или мейозу.

Сегодня наука может заглянуть в этот клеточный мир и проследить за процессами митоза и мейоза в клетках, приближая нас к раскрытию и пониманию еще одной тайны живой природы - самовоспроизведению.

Для начала рассмотрим жизнь одной клетки нашего организма.

Весь период существования клетки от момента её образования до собственного деления или гибели называется клеточным циклом или жизненным циклом клетки.

Длительность жизненного цикла у разных клеток разная, но у большинства активно делящихся клеток, она составляет примерно от 10 до 24 часов.

Ученые выделяют следующие периоды в этом жизненном цикле клетки у эукариот:

·       интерфаза- период клеточного роста, во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.

Интерфаза подразделяется на период G1-фазы, период S-фазы, период G2-фазы, период G0-фазы

·       период клеточного деления, обозначается как М- фаза

Посмотрите на схему жизненного цикла клетки:

Периоды интерфазы:

Период деления клетки.

Деление клетки- процесс образования из родительской клетки двух и более дочерних клеток.

Обычно деление клетки - это малая часть большого клеточного цикла.

У эукариот есть два различных типа деления клетки:

1)    непрямое деление:

·       митоз- вегетативное деление, при котором каждая дочерняя клетка генетически идентична родительской клетке

·       мейоз- репродуктивное клеточное деление, при котором количество хромосом в дочерней клетке снижается вдвое для производства половых клеток

2)    прямое деление- амитоз, встречается относительно редко и проявляется в отмирающих тканях, а также в клетках опухолей

Для того чтобы понять, как происходят процессы деления клеток, необходимо знать строение хромосом, ведь именно они играют важнейшую роль в передаче наследственной информации от клетки к клетке.

Хромосомы- это структуры, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации.

Они располагаются в ядре эукариотической клетки, состоят из молекулы ДНК, которая связана с белками-гистонами.

Хромосомы состоят из 2 сестринских хроматид (удвоенных молекул ДНК), соединенных друг с другом в области первичной перетяжки- центромеров.

Центромера- специализированный участок ДНК, в районе которого в стадии профазы и метафазы деления клетки соединяются две сестринские хроматиды в митозе, а в мейозе гомологичные хромосомы в профазе и метафазе первого деления.

Значение центромеры:

•          центромера играет важную роль при расположении хромосом в виде метафазной пластинки в процессе расхождения дочерних хромосом к полюсам клетки, так как при помощи центромеры каждая хроматида соединяется с нитями веретена деления

•          каждая центромера разделяет хромосому на два плеча

Строение хромосомы:

В жизненном цикле клетки, а конкретно в синтетический период происходит репликация ДНК (удвоение), именно с этого момента каждая хромосома состоит уже не из одной хроматиды, а из двух хроматид.

Хроматида (от греч. chroma - цвет, краска + eidos - вид)- это нить молекулы ДНК, соединенная с белками. Является частью хромосомы от момента ее дупликации до разделения на две дочерние хроматиды в анафазе митоза или анафазе второго деления мейоза.

Типы хромосом (морфологические типы):

•          акроцентрические (центромера расположена близко к концу хромосомы, и одно плечо значительно короче другого)

•          субметацентрические (центромера смещена от середины хромосом, и одно плечо короче другого)

•          метацентрические (центромера расположена в середине хромосомы, и плечи ее равны)

·       телоцентрическая хромосома- хромосома, состоящая только из одного плеча и имеющая центромеру на самом краю; считается, что истинных телоцентрических хромосом не существует, т.к. даже маленькое второе плечо (визуально на хромосомных препаратах не выявляемое), по-видимому, всегда присутствует; часто такой вид хромосом используется в качестве синонима термина "акроцентрическая хромосома"

Гомологичные хромосомы (от греч. «гомос»- одинаковый).

Гомологичные хромосомы- парные хромосомы, одинаковые по форме, размерам и набору генов.

Их гены в соответствующих (идентичных) участках представляют собой аллельные гены.

Аллельные гены- различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных хромосом.

Но следует отметить, что гомологичные хромосомы не идентичны друг другу по следующим причинам:

•          хотя гомологичные хромосомы имеют один и тот же набор генов, но этот набор может быть представлен различными формами одного и того же гена.

К примеру, у вас в гомологичных хромосомах есть участок с аллельными генами, которые определяют цвет ваших глаз. От матери в вашу гомологичную хромосому попал ген, отвечающий за карий цвет глаз- доминантный (сильный) признак, а от отца в хромосому попал ген, отвечающий за серый цвет глаз- это рецессивный (слабый) признак. Таким образом, аллельные гены отвечают за один признак- цвет глаз, но этот ген представлен в данном случае различными формами (доминантный и рецессивный, серый и карий).

То есть ген один, а проявление его разное, поэтому мы говорим о гомологии, а не о идентичности.

•          также в результате некоторых мутаций (удвоение хромосом, утраты ее частей и других причин) могут возникать гомологичные хромосомы, различающиеся наборами или расположением генов

Для каждого эукариотического организма характерен свой набор хромосом.

Количество, формы размеры хромосом у каждого организма различны.

К примеру, у человека всего 46 хромосом с 20-25 тыс. активных генов, а у коровы 60 хромосом с 22 тыс. активных генов.

А для проведения анализа и исследования всех хромосом клетки, ученые выделили такое понятие как кариотип.

Такой анализ имеет большое значение в медицинской практике, позволяя диагностировать ряд хромосомных заболеваний, вызванных как грубыми нарушениями кариотипов (нарушение числа хромосом), так и нарушением хромосомной структуры.

Кариотип- совокупность признаков полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида данного организма (индивидуальный кариотип).

В комплекс характеристик кариотипа входят:

•          число хромосом, характерное для данного вида

•          размеры хромосом

•          положение центромеры каждой хромосомы

•          рисунок дифференциального окрашивания хромосом (специальный метод окрашивания, который позволяет по рисунку чередующихся поперечных темных и светлых полос на хромосоме идентифицировать конкретную хромосому или ее участок)

Рассмотрим кариотип человека:

По рисунку мы видим кариотип здорового человека, который включает 22 пары неполовых хромосом (аутосом) и пару половых хромосом (ХХ (женский пол) или ХY (мужской пол).

Хромосомы в кариотипе различаются размерами, формой, положением центромеры, рисунком окрашивания.

Каждая хромосома содержит определенный набор генов (например, в первой хромосоме хранятся гены A, B, C, D, во второй хромосоме - гены K, L, M, N). Каждый ген отвечает за свой признак (один ген отвечает за цвет глаз, другой за структуру волос, третий отвечает за проявление праворукости или леворукости и так далее.

Хромосомы также нумеруют: самая большая хромосома- первая, и далее, чем меньше хромосома, тем больший номер она получает.

На рисунке вы видите, что каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид (не забывайте, что каждая хроматида содержит 1 молекулу ДНК).

Поэтому получается, что хромосома одна, но она содержит 2 молекулы ДНК.

Помимо этого у диплоидного организма имеется двойной набор хромосом.

То есть у каждой хромосомы есть гомологичная ей хромосома, это тоже вы можете разглядеть на рисунке.

У человека имеются 22 пары гомологичных хромосом (плюс пара половых хромосом, которые негомологичны друг другу).

Один набор хромосом человек получает от матери, другой от отца.

Объединение этих наборов происходит при оплодотворении.

Половые клетки, образовавшиеся в результате мейоза, содержат только одну из двух гомологичных хромосом. Такой набор хромосом называется гаплоидный или одинарный (от греч. haploos- одиночный, простой и eidos- вид).

У человека путем мейоза образуются половые клетки (гаметы), каждая из них несет 23 хромосомы, а не 46, как в обычной соматической клетке.

В биологии обычно количество хромосом в клетке обозначается буквой n:

1n или просто одной буквой n- гаплоидный (одинарный) набор хромосом

2 n- диплоидный (двойной) набор хромосом

с- количество ДНК в хромосоме.

Количество хромосом в жизненном цикле разных организмов может быть разным.

У животных хромосомный набор диплоидный, а гаплоидны только гаметы.

Например, у хламидомонады, наоборот, гаплоидный набор хромосом на протяжении всего жизненного цикла, а диплоидна лишь зигота, которая сразу вступает в мейоз.

У некоторых растений наблюдаются сразу две фазы:

•          у мхов преобладает гаметофит - он обладает гаплоидным набором хромосом

•          у папоротников взрослого растения спорофита, наоборот, основная жизненная стадия представлена диплоидным набором хромосом

На спорофите путем митоза образуются клетки спорангия- органы, производящие споры, клетки которого имеют также диплоидный набор хромосом.

Сами споры имеют гаплоидный набор хромосом, благодаря мейозу.

Также у папоротников есть стадия заростка, который прорастает из споры, - значит, и у него гаплоидный набор хромосом.

Жизненные циклы растений вы можете посмотреть в темах "Водоросли. Мхи. Лишайники" и "Плауны. Хвощи. Папоротники".

У семенных растений самостоятельной гаплоидной стадии не существует.

Хромосомный набор у различных типов клеток растений на разных стадиях жизненного цикла

Жизненный цикл покрытосеменных растений (кратко)

Покрытосеменные растения являются спорофитами (2n).

Органом их полового размножения является цветок.

Процесс формирования половых клеток у растений подразделяется на два этапа:

• 1-й этап- спорогенез- завершается образованием гаплоидных клеток- спор (микроспоры и макроспоры)
• 2-й этап- гаметогенеза- происходит ряд делений гаплоидных клеток, прежде чем образуются зрелые гаметы (яйцеклетки и спермии)

Процесс созревания мужских клеток- микроспорогенез

Этапы:

• в результате двух мейотических делений материнской клетки пыльцы (микроспороцита) возникают четыре гаплоидные микроспоры, то есть набор хромосом-n.

• далее в микроспорах идет митоз, который приводит к образованию вегетативной и генеративной клеток- набор хромосом-n
• вегетативная клетка не делится, а накапливает питательные вещества
• генеративная клетка делится путем митоза, в результате деления также митозом образуются две мужские половые клетки, которые в отличие от сперматозоидов животных называются спермиями.

Процесс созревания женских клеток (макроспорогенез)

У покрытосеменных растений женский гаметофит- это зародышевый мешок, который закладывается и развивается внутри семяпочки.

Этапы:

• для того чтобы женский гаметофит сформировался необходим мегаспорогенез, во время которого образуется материнская клетка мегаспора (2n)
• далее материнская клетка мегаспора делится мейозом и образуется четыре гаплоидных мегаспоры (n)
• одна из мегаспор растет и делится митозом трехкратно, в результате чего образуется зародышевый мешок с 8 наследственно одинаковыми гаплоидными ядрами, из которых только одно дает яйцеклетку

После опыления из генеративной клетки (n) образуются 2 спермия (n), а из вегетативной (n)– пыльцевая трубка (n), врастающая внутрь семязачатка и доставляющая спермии (n) к яйцеклетке (n) и центральной клетке (2n).

Один спермий (n) сливается с яйцеклеткой (n) и образуется зигота (2n), из которой митозом формируется зародыш растения (2n).

Второй спермий (n) сливается центральной клеткой (2n) с образованием триплоидного эндосперма (3n).

Такое оплодотворение у покрытосеменных растений называется двойным.

В результате из семязачатка формируется семя, покрытое кожурой и содержащее внутри зародыш (2n) и эндосперм (3n).

Жизненный цикл голосеменных растений (сосна)

Листостебельное растение голосеменных растений– спорофит (2n), на котором развиваются женские и мужские шишки (2n).

На чешуйках женских шишек расположены семязачатки– мегаспорангии (2n), в которых путём мейоза образуются 4 мегаспоры (n), 3 из них погибают, а из оставшейся– развивается женский гаметофит– эндосперм (n) с двумя архегониями (n).

В архегониях образуются 2 яйцеклетки (n), одна погибает.

На чешуйках мужских шишек располагаются пыльцевые мешки– микроспорангии (2n), в которых путём мейоза образуются микроспоры (n), из них развиваются мужские гаметофиты– пыльцевые зёрна (n), состоящие из двух гаплоидных клеток (вегетативной и генеративной) и двух воздушных камер.

Пыльцевые зёрна (n) (пыльца) ветром переносятся на женские шишки, где митозом из генеративной клетки (n) образуются 2 спермия (n), а из вегетативной (n)– пыльцевая трубка (n), врастающая внутрь семязачатка и доставляющая спермии (n) к яйцеклетке (n). Один спермий погибает, а второй участвует в оплодотворении, образуется зигота (2n), из которой митозом формируется зародыш растения (2n).

В результате из семязачатка формируется семя, покрытое кожурой и содержащее внутри зародыш (2n) и эндосперм (n).

Хромосомный набор у различных типов клеток

Споры у растений образуются путем мейоза, а гаметы- митозом.

У животных гаметы образуются путем мейоза.

Нарушение структуры хромосом.

Нарушение структуры хромосом происходит в результате спонтанных или спровоцированных изменений:

•          генные мутации (изменения на молекулярном уровне)

•          делеции- хромосомная перестройка, при которой происходит потеря участка хромосомы

•          дупликации или удвоение- структурная хромосомная мутация, заключающаяся в удвоении участка хромосомы

•          транслокации- тип хромосомных мутаций, при которых происходит перенос участка хромосомы на негомологичную хромосому, приводят к развитию лимфом, сарком, лейкемии, шизофрении

•          инверсии- это поворот определенного участка хромосомы на 180°, является следствием двух одновременных разрывов в одной хромосоме

Наиболее широко распространенная форма воспроизведения клеток у живых организмов- непрямое деление или митоз.

Длительность митоза составляет от нескольких минут до 2- 3 часов.

Митоз состоит из четырех последовательных фаз:

·       профазы

·       метафазы

·       анафазы

·       телофазы

1. Профаза является фазой подготовки к разделению хромосом

Количество хромосом и ДНК в хромосомах: 2n4c

Процессы:

·       разборка ядрышка, оно исчезает

·       образуются хромосомы, каждая из которых состоит из двух сестринских хроматид

·       образуются нити веретена деления (два клеточных центра расходятся к противоположным концам клетки, образуя полюса веретена деления, от каждого из них начинают расти микротрубочки)

·       микротрубочки (нити веретена деления) прикрепляются к центромерам хромосом, причем к каждой хромосоме прикрепляется две микротрубочки: одна от одного полюса, а вторая от другого

·       ядерная оболочка растворяется на фрагменты (пузырьки)

2.Метафаза

Количество хромосом и ДНК: 2n4c

Процессы:

·       за счет изменения длины нитей веретена хромосомы перемещаются к экватору клетки, образуя метафазную пластинку (экваториальная пластинка)

·       хромосомы находятся в одной плоскости довольно длительное время

·       происходит смена белков в центромерах хромосом, что позволяет в дальнейшем разделить их (белковая структура на хромосоме, к которой крепятся волокна веретена деления во время деления клетки называется кинетохор, который как по канату ползет вверх по нити веретена деления, что помогает разделению хромосомы на отдельные хроматиды)

3.Анафаза

Количество хромосом и ДНК: 4n4c

Процессы:

·       центромеры сестринских хроматид разделяются

·       нити веретена деления укорачиваются благодаря белку кинетохору - в результате дочерние хроматиды расходятся к противоположным полюсам

·       движение продолжается до тех пор, пока хроматиды, ставшие самостоятельными хромосомами, не достигнут полюсов

·       у каждого полюса деления образуется полный набор хромосом, характерный для данного вида

4.Телофаза

Количество хромосом и ДНК: 2n2c в конце телофазы (в начале телофазы 4n4c)

Процессы:

·       растворяются нити веретена деления

·       формируется ядрышко

·       восстанавливается ядерная оболочка вокруг каждого набора хромосом

·       на экваторе клетки закладывается перегородка между клетками или образуется перетяжка

·       после этого начинается удлинение и уменьшение толщины хромосом, называемое деконденсацией хроматина.

·       хромосомы превращаются в хроматиновые нити

·       на этом завершается митоз и начинается деление цитоплазмы и органоидов клетки- цитокинез

Во время митоза компоненты цитоскелета и одномембранные органеллы могут разбираться на фрагменты и собираться заново, поэтому в дочерних клетках во время цитокинеза из этих фрагментов могут образовываться новые компоненты клеток.

К примеру, двумембранные органеллы, такие как митохондрии и пластиды, содержат собственную ДНК. Количество этих органелл в клетке достаточно велико, поэтому при случайном распределении они попадают в обе дочерние клетки.

Механизм митоза клеток растений практически не отличается от митоза животных, кроме некоторых особенностей:

·       у растений полюса веретена деления не содержат центриолей и отличаются более диффузным характером, чем полюса веретена в клетках животных

·       у растений жесткая клеточная стенка не позволяет образовать перетяжку

После расхождения хромосом и образования ядер к нитям веретена прикрепляются мембранные пузырьки, находящиеся в цитоплазме.

Они перемещаются по нитям веретена на экватор клетки.

Там происходит вскрытие пузырьков - их содержимое застывает, образуя срединную пластинку- фрагмопласт, а мембраны пузырьков формируют с двух сторон от нее две новые клеточные мембраны.

Эти мембраны затем синтезируют целлюлозные волокна, формирующие две новые клеточные стенки.

Значение митоза:

·       равномерное распределение генетической информации родительской клетки между дочерними (то есть благодаря митозу наследственный материал сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками)

·       результат митоза- образование двух новых генетически идентичных клеток

·       у одноклеточных эукариот митоз является способом бесполого размножения

·       у многоклеточных митоз, приводящий к увеличению числа клеток, является основой роста

Все организмы способны к росту и развитию. Например, семя дуба, прорастет со временем в огромное дерево, а детеныш кита вырастет в огромный организм массой 140 000 кг.

Процессы роста и развития необратимы: дерево не превратится в семя, а взрослый кит не станет вновь детенышем. Рост и развитие неразрывно связаны друг с другом, и в их основе лежит способность клетки к делению и специализации.

Деление прокариотической клетки.

У бактерий в клетках отсутствует ядро, поэтому их относят к прокариотическим организмам.

У бактерий деление идет достаточно просто.

Для начала клетка растет за счет поглощения веществ окружающей среды (при наличии достаточного количества веществ начинается удвоение молекулы ДНК).

Молекула ДНК и вновь образовавшаяся дочерняя ДНК в бактерии прикрепляются к мембране клетки, но в разных точках.

Далее происходит рост бактериальной клетки и мембраны.

Две ДНК расходятся в разные стороны за счет растяжения мембраны, после чего клетка делится пополам.

То есть, в отличие от эукариотической клетки, у прокариот во время деления веретено деления не образуется.

Многие организмы передают свои гены потомкам.

Это происходит, когда две гаметы (мужская и женская) сливаются и образует зародыш, генетически отличный от родительских особей.

Зародыш, в свою очередь, становится взрослым организмом, который также передает свои гены потомкам.

При половом размножении организмов постоянно создаются новые комбинации генов.

Благодаря этому увеличивается генетическое разнообразие потомства и, соответственно, шансы приспособиться к меняющимся условиям среды.

Генетическое разнообразие обусловлено тем, что хромосомы, доставшиеся организму от матери и отца, перестают существовать как целое: в результате обмена участков хромосом образуются новые варианты хромосом, скомбинированные из отцовских и материнских.

Таким образом, хромосомы детей, как правило, не идентичны хромосомам родителей- они содержат другие комбинации аллелей (вариантов генов).

Создание новых комбинаций генов и формирование гамет или спор происходит в процессе мейоза.

В ходе мейоза происходит редукция хромосомного набора- образование из диплоидной клетки 4 гаплоидных клеток (n), у которых каждая хромосома представлена уже не парой гомологов, а 1 хромосомой.

У человека путем мейоза образуются половые клетки (гаметы), каждая из которых несет 23 хромосомы.

Мейоз-это всего лишь одна из стадий жизненного цикла клеток.

Прежде чем вступить в мейоз, клетка так же, как и в случае с митозом, проходит через интерфазу, где ДНК клетки удваивается.

Мейоз- непрямое деление клеток, в процессе которого из одной диплоидной (2n) клетки получаются 4 гаплоидные (n) клетки.

Так как у дочерних клеток происходит уменьшение (редукция) числа хромосом с 2n до n, такое деление названо редукционным.

Он состоит из 2-х следующих друг за другом делений: мейоз I и мейоз II.

Первое деление мейоза является собственно редукционным, то есть именно в ходе него происходит переход от диплоидности к гаплоидности за счет расхождения хромосом к разным полюсам клетки.

Это значит, что из одной диплоидной клетки образуется две уникальные дочерние клетки, каждая из которых содержит половину генетического материала родительской клетки.

Второе деление мейоза аналогично митозу и называется эквационным (то есть «равным»).

В ходе этого деления, как и при митозе, расходятся сестринские хроматиды (копии ДНК), а не сами хромосомы, поэтому количество хромосом, по сравнению с первым делением мейоза, остается прежним.

Результат второго деления мейоза-  образование четырех уникальных гаплоидных клеток, которые имеют только одну копию каждой хромосомы.

Между двумя делениями мейоза либо нет интерфазы, либо в ней отсутствует синтетический период - соответственно, и не происходит удвоения ДНК, поскольку хромосомы уже имеют по две хроматиды.

Мейоз у животных наблюдается при формировании половых клеток - гамет (гаметогенезе).

Мейоз у растений и грибов происходит при образовании гаплоидных спор.

Мейоз также может наблюдаться и у одноклеточных организмов: к примеру, у хламидомонады, которой при наступлении периода полового размножения необходимо уменьшить вдвое количество хромосом в клетке.

Для восстановления диплоидности клетки происходит слияние гаплоидных клеток или оплодотворение.

Мейозу предшествует интерфаза, поэтому вступают в мейоз хромосомы уже двухроматидные (2n4с)

Интерфаза сопровождается ростом, синтезом и накоплением веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличением числа органоидов, удвоением центриолей, репликацией ДНК.

Каждая хромосома после этого уже состоит из двух идентичных хроматид, соединенных одной центромерой.

Приступим к изучению процессов, происходящих в клетках, на различных этапах мейоза:

Первое деление мейоза.

Профаза I- 2n4c

Процессы:

·       демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к разным полюсам клетки

·       формирование нитей веретена деления, "исчезновение” ядрышек

·       сверхспирализация хромосом; они становятся видны в микроскоп

·       конъюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием бивалентов

·       кроссинговер- обмен участками между гомологичными хромосомами

Очень длительная фаза, которая подразделяется на пять промежуточных стадий:

1.     Лептотена (тонкие нити).

Хромосомы слабо спирализованы, поэтому они тонкие и плохо заметны под микроскопом.

И хотя хромосомы после интерфазы уже удвоены, эти сестринские хроматиды настолько сближены, что хромосомы имеют вид одиночных тонких нитей.

2.     Зиготена (попарно слипшиеся нити).

Эта стадия сближения удвоенных хромосом,  в ходе которой образуются биваленты– спаренные гомологичные хромосомы ("би-" означает "двойной").

Каждый бивалент состоит из четырех хроматид.

Процесс точного и тесного сближения гомологичных хромосом называется конъюгация.

Гомологичные хромосомы- это пара хромосом (одна отцовская, другая материнская), которые имеют один и тот же набор генов, то есть их гены кодируют одинаковые белки или РНК.

Далее начинается распад ядерной оболочки на фрагменты: центриоли расходятся к разным полюсам клетки, образуется веретено деления, исчезают ядрышки.

Продолжается уплотнение двухроматидных хромосом, которые находятся в виде бивалентов.

3.     Пахитена (толстые пухлые нити).

Продолжается процесс спирализации хромосом, которые становятся очень хорошо заметны в световой микроскоп.

Важнейшим событием этой стадии является кроссинговер- процесс обмена участками гомологичных хромосом.

Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов.

Чем ближе друг к другу находятся гены, тем реже между ними происходит кроссинговер, поэтому на основе частотности кроссинговера можно судить о взаимном расположении генов и расстоянии между ними.

После кроссинговера сестринские хроматиды в каждой хромосоме больше не идентичны друг другу.

Это одна из причин, почему братья и сестры, кроме близнецов, генетически не идентичны.

Кроссинговер хромосом:

4.    Диплотена (двойные нити).

Хромосомы в бивалентах в области центромеры начинают отталкиваться друг от друга.

Однако они все еще остаются связанными друг с другом в некоторых точках, которые называют- хиазмы.

5.     Диакинез (раздвижение).

Хромосомы максимально укорачиваются, утолщаются и отделяются от ядерной мембраны, так как ядерная оболочка почти полностью разрушена, центриоли расходятся к полюсам, происходит образование веретена деления.

Метафаза I- 2n4c

Процессы:

·      биваленты выстраиваются вдоль экватора клетки

·      к центромере каждой двухроматидной хромосомы прикрепляется одна нить веретена деления- это важно!

Анафаза I- 2n4c

Процессы:

·      микротрубочки веретена деления сокращаются, биваленты делятся

·      центромеры не делятся - к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая- к другому)

·      каждая хромосома по-прежнему состоит из двух хроматид

Телофаза I- n2c (в каждой дочерней клетке по такому хромосомному набору n2c)

Процессы:

·      хромосомы удлиняются и раскручиваются, вокруг них формируется ядерная оболочка

·       нити веретена деления исчезают

·       формируется ядерная оболочка

·       образуются две дочерние клетки

Второе деление мейоза

Значение мейоза

Половые клетки родителей, образовавшиеся путем мейоза, обладают гаплоидным набором (n) хромосом.

В зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n).

Формирование нового организма происходит путем митотических делений зиготы, когда каждая его клетка содержит диплоидный (2n) набор хромосом.

Каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому.

Исходя из этого:

1.         мейоз является основой комбинативной изменчивости благодаря кроссинговеру (профаза I) и независимому расхождению гомологичных хромосом (анафаза I и II)

2.         благодаря уменьшению количества хромосом в гаметах новых организмов поддерживается постоянный диплоидный (2n) набор хромосом.

Процесс формирования половых клеток или гамет называется гаметогенез.

Вы уже знаете, что в гаметах гаплоидный набор хромосом, а благодаря какому процессу?

Да, именно мейоз обеспечивает уменьшение числа хромосом в диплоидной клетке.

А для чего происходит уменьшение количества хромосом в два раза?

Оказывается, это необходимо для поддерживания постоянного диплоидного (2n) набора хромосом у организмов.

Ведь при слиянии двух половых клеток с одинарным набором хромосом образуется диплоидный набор, который характерен для любой соматической клетки здорового организма.

Если бы процесса мейоза не было, то происходило бы постоянное увеличение количества хромосом, что приводило бы к серьёзным болезненным изменениям, чаще всего несовместимых с жизнью.

Хотя среди растений встречаются виды, у которых кратно увеличено число наборов хромосом: например, пшеница, картофель, овес.

Стандартный хромосомный набор соматических клеток пшеницы мягкой равен 14 или 7 хромосом в гаплоидной клетке, а у гексаплоидных разновидностей наблюдается сразу 6 гаплоидных наборов, то есть число хромосом у такой пшеницы будет равно 6n = 42.

Гаметогенез протекает в половых железах- гонадах.

Гонады:

·       семенники- мужские гонады

·       яичники- женские гонады

Гаметогенез делится на два вида:

·       сперматогенез- образование и созревание мужских половых клеток- сперматозоидов

·       овогенез (оогенез)- образование и созревание женских половых клеток- яйцеклеток

Гоноцит или первичная половая клетка- эмбриональная клетка, из которой впоследствии могут образоваться сперматозоиды или яйцеклетки.

Периоды гаметогенеза

Дополнительно о гаметогенезе вы можете узнать в нашем Уроке «Половая система человека».

Кроссинговер или брачный танец хромосом.

При мейозе клеток гомологичные хромосомы совершают различные «брачные танцы».

Во время этих танцев хромосомы могут обмениваться гомологичными участками, то есть теми участками, в которых расположены одинаковые гены.

Одинаковость их в том, что они кодируют какой-то один признак- например, наличие веснушек.

Только в материнской хромосоме последовательность нуклеотидов отвечает за наличие веснушек, а в отцовской хромосоме в этом месте находится последовательность нуклеотидов, которая не передает "веснушчатость" и отвечает за их отсутствие.

То есть ген один, а проявление его разное.

Такой гомологии, однако, вполне достаточно для сближения участков материнской и отцовской хромосомы, и даже для переноса такого участка с материнской хромосомы на отцовскую и наоборот.

В результате переносов участка хромосомы из одной в другую возникает множество вариаций.

Предположим, на папиной хромосоме друг за дружкой располагались гены, определяющие:

·       рыжие волосы- зеленые глаза- кучерявые волосы- римский нос - густые брови.

А на маминой хромосоме:

·       темные волосы- карие глаза - прямые волосы - нос пуговкой- тонкие брови.

В ходе брачных танцев в процессе образования половых клеток (мейозе) мы можем получить химерную хромосому, такую:

·       темные волосы- карие глаза - прямые волосы - римский нос- густые брови

или такую (дело случая):

·       рыжие волосы- зеленые глаза - курчавые волосы - римский нос- тонкие брови

Такая же химерная хромосома, в которой уже смешались папины и мамины гены досталась вам, поэтому вы чем-то похожи на свою маму, чем-то на папу.

И не забывайте, что в отцовских и материнских хромосомах были гены ваших бабушек и дедушек, прабабушек и прадедушек и так далее, и все это также перешло к вам в наследство- весь этот коктейль генов, а, вы в свою очередь, передадите это своим детям.

Вот почему так важно продолжение рода, потому что потомство является хранителем генов предков.

В голове не укладывается масштаб всей собранной генетической информации одной клетки- сколько эпох, тысячелетий, генов других людей хранится именно в вас, в ваших «танцующих» во время мейоза и в процессе кроссинговера хромосомах.