Что влияет на мейоз

Что влияет на мейоз

Каждая клетка в организме человека имеет двойной набор хромосом — один от отца и один от матери. Его обозначают «2N» и называют диплоидным. В сперматозоиде и яйцеклетке содержится одинарный набор хромосом, обозначаемый «1N» и называемый гаплоидным.

Процесс образования гаплоидного набора из диплоидного, происходящий при формировании половых клеток, называют мейозом. В пересчёте на количество центромер происходит сначала редукционное деление (мейоз I), а затем эквационное деление (мейоз II). У мужчин мейоз проходит так же, как и у большинства диплоидных видов, а у женщин данный процесс имеет некоторые отличия.

Кроссинговер между хромосомами отца и матери обеспечивает перегруппировку генетической информации между поколениями. Во время оплодотворения происходит слияние гаплоидных наборов хромосом сперматозоида и яйцеклетки, таким образом в зиготе восстанавливается диплоидный набор.

Мейоз I

Мейоз I имеет много общего с митозом, однако это более сложный и продолжительный процесс.
Мейоз первичных сперматоцитов и овоцитов начинается после фазы G2 митоза, а потому они имеют диплоидный набор хромосом (2N), содержащих реплицированную ДНК в составе сестринских хроматид (4С). Профаза I включает обоюдный обмен между хроматидами матери и отца при помощи крос-синговера.

Профаза I

• Лептотена. Хромосомы представлены в виде длинных нитей, прикреплённых концами к ядерной оболочке.

• Зиготена. Хромосомы сокращаются, образуют пары и гомологи слипаются друг с другом (синапсис). Данный процесс характеризует точное совмещение хромосом (ген к гену на протяжении всего генома). При этом у первичных сперматоцитов хромосомы X и Y образуют синапсис только концами своих коротких плечей.

• Пахитена. Сестринские хроматиды начинают разделяться. Пары гомологичных хромосом, называемые бивалентами, имеют по четыре двойных спирали ДНК (тетрада). Одна или обе хроматиды каждой из отцовских хромосом скрещиваются с материнскими и образуют синаптонемальный комплекс. Каждая пара хромосом претерпевает хотя бы один кроссинговер.

• Диплотена. Происходит разделение хроматид, за исключением участков кроссинговера, или хиазм. Хромосомы всех первичных овоцитов находятся в таком состоянии вплоть до овуляции.

• Диакинез. Реорганизованные хромосомы начинают расходиться. В этот момент каждый бивалент содержит четыре хроматиды, соединённые обыкновенными центромерами, и несестринские хроматиды, соединённые хиазмами.

Метафаза I, анафаза 1, тепофаза 1, цитокинез I

Данные стадии мейоза подобны фазам митоза. Основное отличие: вместо разъединения несестринских хроматид происходит распределение по дочерним клеткам парных кроссоверных сестринских хроматид, соединённых центромерами.

В конце мейоза I вторичные сперматоциты и овоциты имеют 23 хромосомы (1N), каждая из которых состоит из двух хроматид (2С).

Мейоз II

При мейозе II возникает кратковременная интерфаза, во время которой не происходит репликации хромосом. Затем следуют профаза, метафаза, анафаза, телофаза и цитокинез. Схожесть каждой фазы мейоза II с подобной ей при митозе заключается в том, что пары хроматид (биваленты), соединённые в области центромер, выстраиваются в линию и образуют метафазную пластинку, а затем расходятся по дочерним клеткам, после чего следует репликация ДНК центромер.

В конце мейоза II в клетках содержится 23 хромосомы (IN), каждая из которых состоит из одной хроматиды (1С).

Мейоз у мужчин

Сперматогенезом называют процесс длительностью до 64 дней, включающий все стадии, на протяжении которых сперматогоний превращается в сперматозоид. При этом цитокинез остаётся незавершённым, позволяя каждому поколению клеток быть связанным цитоплазматическими мостиками.

После того как диплоидный первичный сперматоцит проходит стадию мейоза I, возникают два гаплоидных вторичных сперматоцита. Затем следует мейоз II, в результате которого появляются четыре гаплоидные спсрматиды. Во время спермиогенеза сперматиды превращаются в сперматозоиды. Данный процесс включает:
— образование акросомы, содержащей ферменты, которые способствуют проникновению семени;
— конденсацию ядра;
— удаление большей части цитоплазмы;
— формирование шейки, средней части и хвоста.

Мейоз у женщин

Овогенез начинается у плода в возрасте 12 недель и внезапно прекращается к 20-й неделе. Первичные овоциты остаются в форме диплотены профазы I вплоть до овуляции. Данную стадию называют диктиотеной.

Обычно созревает не более одного овоцита в месяц. Под влиянием гормонов первичный овоцит набухает, накапливая цитоплазматический материал. По завершению мейоза I он наследуется одной дочерней клеткой — вторичным овоцитом. Второе ядро переходит в первое направительное тельце, которое обычно не делится и со временем дегенерирует. После окончания мейоза I вторичный овоцит попадает в матку или фаллопиевы трубы.

Мейоз II вторичного овоцита останавливается на стадии метафазы до попадания в него сперматозоида. После этого процесс деления завершается, и образуется большой гаплоидный пронуклеус яйцеклетки, который сливается с пронуклеусом сперматозоида, а также второе направительное тельце, которое дегенерирует.

В зависимости от того, когда произойдёт оплодотворение, продолжительность данного процесса составляет 12—50 лет.

Медицинское значение понимания мейоза

• Диплоидный набор хромосом соматических клеток снижается до гаплоидного в половых клетках.
• Отцовские и материнские хромосомы подвергаются пересортировке, в результате чего количество возможных комбинаций (за исключением рекомбинаций внутри самих хромосом) возрастает до 223 (8 388 608).

• Пересортировка отцовских и материнских аллелей внутри хромосом создаёт между гаметами бесконечное количество генетических вариаций.
• Случайность процесса пересортировки отцовских и материнских аллелей во время мейоза (и оплодотворения) позволяет применять теорию вероятностей к генетическим пропорциям и генетической изменчивости согласно законам Менделя.

• Частота кроссинговера внутри хромосом позволяет предположить относительное расположение того или иного гена.
• Ошибки, возникающие во время конъюгации хромосом и кроссинговера, могут вызвать транслокации, разделение или расхождение хромосом, что часто становится причиной анеуплоидии.

Учебное видео: мейоз и его фазы

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

— Вернуться в содержание раздела «генетика» на нашем сайте

Источник

Деление клетки: мейоз — фазы и биологическое значение

В этой статье мы разберемся, что такое мейоз и через какие фазы он проходит. Поймем какой хромосомный набор на каждом этапе такого деления и что обозначают все эти n и c. А самое главное — какое биологическое значение у мейоза. В конце сравним его с митозом, выявим сходства и различия между ними.

Что же такое мейоз?

Мейоз — это способ деления клетки. Его еще называют редукционным делением, потому что из одной диплоидной клетки получается четыре гаплоидных, то есть происходит уменьшение хромосом в два раза.

Какие клетки могут так делиться? Эукариотические, но не все, а только избранные. Прежде всего, это предшественники половых клеток человека — сперматоциты и овоциты (или ооциты). Ещё таким способом образуются споры у высших растений.

Хромосомный набор

Начнем с хромосомы. Представьте себе мешок с картошкой. Вот хромосома — это такой мешок, только вместо картошки в ней длинная молекула ДНК, которая связана с белками — гистонами и негистонами.

Всего у нас 46 хромосом или 23 пары. Почему пары? Дело в том, что у каждой хромосомы есть своя сестричка — двойняшка (гомолог). Вроде они и очень похожи, но разница есть. Они содержат похожие молекулы ДНК, но не такие же! Гомологичные хромосомы могут содержать немного разные нуклеотидные последовательности, а значит по-разному проявляют признаки.

Когда у каждой хромосомы есть своя пара, то это диплоидный набор — 46 хромосом. Если пары нет, то это гаплоидный набор — 23 хромосомы.

n — это число хромосом. У каждой есть своя пара, значит всего 2n.

c — это число молекул ДНК, в одной хромосоме одна молекула. Всего молекул = 2c

Редукционный этап или первое деление мейоза

Его суть — изменение числа хромосом внутри клетки. То есть из одной диплоидной (2n4c) клетки получаем две гаплоидных (1n2c). Так стоп, откуда 4c? До этого же было 2n2c. Ах да… Сейчас разберемся.

Интерфаза

Перед вступлением в мейоз клетка проходит через интерфазу. Ей нужно подготовиться к делению — запасти энергетических субстратов (АТФ), синтезировать необходимые белки и удвоить количество молекул ДНК. Еще в интерфазу происходит удваивание центромер.

В интерфазу произошла репликация ДНК — образовалась идентичная цепь. Но эти две цепи, или хроматиды, связаны между собой при помощи центромеры, значит количество хромосом такое же. Итого набор — 2n4c

Ну вы ведь понимаете, что таким образом реплицируются все 46 хромосом. Просто удобнее показать на паре. Помните, что все 23 пар вступают в мейоз, а не только одна. После репликации начинается собственно мейоз, а именно его первая фаза:

Профаза мейоза I

Лептотена

Какая основная задача у клетки? Правильно, передать генетический материал своим потомкам. Поэтому она начинает упаковывать молекулы ДНК как можно плотнее, она собирает чемодан, ведь не хочет ничего не потерять в пути. Этот процесс называется спирализация или конденсация хромосомы. Клетка так старается, что невидимые раньше в микроскоп хромосомы становятся видимыми. Они похожи на длинные и тонкие нити.

Зиготена

Здесь происходит конъюгация хромосом — их сближение с образованием бивалентов. Связь обеспечивает синаптонемальный комплекс — он удерживает гомологичные хромосомы рядом это необходимо для запуска кроссинговера на следующем этапе.

Связи между хромосомами могут иметь разный вид, но они должны быть. Если в клетке останутся хромосомы, которые не сблизились, то она запускает апотоз и погибает. Клетка — с заботой о будущих поколениях!

Пахитена

Начинается с еще большей конденсации хромосом, они становятся короче и толще. Но в местах образования синаптонемальных комплексов происходит частичное раскручивание (деконденсация) хромосом.

Все это для начала кроссинговера — обмена участками ДНК у гомологичных хромосом. Обмен обеспечивает перекомбинацию генетического материала. Если бы мы могли рассоединить хромосомы сразу после кроссинговера, то увидели примерно такую картину:

Схема. Кроссинговер.

В конце пахитены мостики между хромосомами разрушаются, они начинают отдаляться друг от друга.

Диплотена

Хромосомы расходятся в области центромер, но остаются связаны между собой в местах кроссинговера — перекрестах или хиазмах. В микроскоп можно увидеть все четыре хроматиды, так сильно они упаковались (спирализовались).

Диакинез

Хромосомный набор в конце профазы I

Метафаза мейоза I

В этой фазе заканчивается образование веретена деления. Нити веретена прикрепляются к центромерам и начинают притягивать хромосомы, из-за этого они располагаются на экваторе клетки.

Набор в метафазе I

Анафаза мейоза I

Нити веретена деления продолжают тянуть хромосомы на себя — они расходятся к полюсам клетки. На полюсах клетки располагается по 23 хромосомы, но они все еще состоят из двух нитей ДНК.

n2c у полюсов, но вся клетка 2n4c

Телофаза мейоза I

Образование двух гаплоидных клеток — n2c

Результат редукционного деления

Второй этап мейоза — эквационный

Начинается сразу же после первого. Эквация — это уравнивание. Так что задача клетки на этом этапе — сделать так, чтобы в одной хромосоме была одна молекула ДНК.

Он похож на митоз, здесь к полюсам клетки отправятся хроматиды, а не целые хромосомы и мы получим из каждой клетки по две — с набором nc.

Протекает он через такие же фазы, но с одним исключением. Здесь не будет интерфазы — клетка уже готова к делению, она запасла энергетические субстраты и белки ещё перед началом первого деления. Поэтому сразу начинается профаза II.

Профаза мейоза II

Клетка уже сделала свою работу — упаковала генетический материал как можно лучше. Ей ничего не нужно делать, ну почти. Разве что растворить ядерные оболочки и достроить веретено деления. Этим она и займется.

Вы конечно понимаете, что вторая клетка идет по такому же пути. Просто мне лень рисовать сразу две.

Набор в профазу II

Метафаза мейоза II

Прикрепление нитей веретена деления к центриолям — хромосомы снова на экваторе клетки.

Анафаза мейоза II

Торжественный момент — сейчас наши хроматиды станут полноценными хромосомами. Каждая разойдется к своему полюсу.

Поздравляем, ох уж эти хроматиды, они так быстро растут…

У полюсов — nc, всего 2n2c, так как каждая хроматида теперь — это полноценная хромосома.

Набор в анафазу II

Телофаза мейоза II

Вокруг хромосом формируются ядерные мембраны, появляется перетяжка и делит клетку на две.

Вторая клетка прошла через такое же деление. Всего из одной диплоидной клетки 2n2c получилось четыре гаплоидных с набором nc.

Четыре клетки с хромосомным набором — nc

Биологическое значение мейоза

1)Передать свой генетический материал будущим поколениям.

2)Поддержать диплоидный набор хромосом у организма. В конце мейоза формируются гаплоидные клетки, которые после оплодотворения образуют диплоидный набор.

3)Мейоз обеспечивает не только передачу генетической информации, но и ее преобразование — основа изменчивости. Кроссинговер обеспечивает взаимный обмен у гомологичных хромосом. В анафазу I к полюсам клетки независимо расходятся гомологичные хромосомы, а в анафазу II — хроматиды. Так формируются уникальные комбинации генов.

Источник

История открытия: В 1883 г. при изучении гаметогенеза и оплодотворения у червей была выявлена закономерность: в яйцеклетках и сперматозоидах содержится в 2 раза меньше хромосом, чем в зиготе. Детальное изучение гаметогенеза привело к открытию нового типа деления клетки, связанного с уменьшением количества хромосом в гаметах по сравнению с материнским организмом. Определение основных закономерностей мейоза в биологии заняло около 50 лет.

Фазы кратко

Деление проходит в 2 последовательных этапа, которые принято называть мейоз I (или первое деление мейоза) и мейоз II (или второе деление мейоза). Между ними есть короткий период интеркинеза (укороченная интерфаза). Каждый этап состоит из 4 фаз, основные процессы которых представлены на следующей схеме мейоза кратко и понятно:

Во время такого деления происходят постоянные перестройки ядерных структур и цитоплазмы, конденсация и деконденсация ДНК, образование и распад белковых комплексов. Схематично представлен мейоз в такой таблице по фазам:

Первый этап

В мейоз вступают определённые соматические клетки после интерфазы. У каждой из них диплоидный набор хромосом. Присутствуют гомологичные пары хромосом, которые несут одинаковые гены, но в разных вариациях, например, кодирующие группы крови А и В. Каждая из гомологичных хромосом состоит из 2 хроматид, в которых гены представлены в одинаковых вариациях.

В результате мейоза образуются клетки с гаплоидным геномом. Каждая из них содержит по одной хроматиде из каждой тетрады и по одной вариации каждого гена. Производство гамет с разными генетическими признаками имеет значение для выживания популяции.

Профаза I

Первый этап самый сложный, поскольку отвечает за перераспределение генетического материала. У человека его продолжительность составляет 22,5 суток. В этой фазе происходит кроссинговер – спаренные хромосомы обмениваются короткими последовательностями ДНК, гомологичными участками. Эта фаза состоит из 5 этапов:

Метафаза I

В профазе к делению готовится генетический материал, в метафазе – другие клеточные структуры. Ядро лишено оболочки, биваленты располагаются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. К каждой хромосоме прикреплено веретено деления.

Анафаза I

При участии веретена деления к полюсам клетки подтягивается по одной хромосоме из каждой тетрады. В клетке сформированы два гаплоидных генома – у каждого из двух полюсов. Но клетку продолжают считать диплоидной до разделения цитоплазмы.

Телофаза I

Второе деление

Второе деление происходит после короткой паузы – интеркинеза. В отличие от интерфазы, характерной для митоза, в интеркинезе не происходит удвоения генетического материала. Во второе деление вступают две клетки с гаплоидными геномами.

Профаза II

В клетках разрушаются ядерные структуры: мембраны и ядрышки. Хромосомы уплотняются, конденсируются. Экватор клетки теперь перпендикулярен экватору в первом делении. Центриоли передвигаются к противоположным полюсам, выстраивается веретено деления.

Метафаза II

Хромосомы упорядоченно размещаются в экваториальной плоскости. Метафазные пластинки на двух этапах мейоза взаимно перпендикулярны. Веретено деления связывает центриоли и хроматиды.

Анафаза II

К противоположным полюсам клетки расходится по одной дочерней хроматиде из каждой хромосомы. В делящейся клетке формируется 2 редуцированных генетических набора, но клетку считают гаплоидной до полного разделения цитоплазмы.

Телофаза II

Заканчивается редукционное деление. Заново формируются ядерные мембраны, разделяется цитоплазма. Из 2 клеток с гаплоидным геномом образуются 4 гаметы, где по-разному скомбинированы генетические признаки. При гаметогенезе у мужчин цитоплазма делится поровну между 4 сперматозоидами.

При гаметогенезе у женщин основная масса цитоплазмы отходит к яйцеклетке, большую часть трех остальных клеток занимает ядро. Эти клетки называют полярными тельцами.

Типы мейоза

В жизненном цикле эукариотических организмов мейоз может занимать разное положение. В зависимости от этого выделяют 3 типа мейоза:

Существуют и модификации мейоза. Например, для лягушки съедобной характерна такая особенность, как полуклональное размножение. Каждая особь имеет диплоидный набор хромосом, получая от каждого из родителей по гаплоидному набору. Перед мейозом один из родительских наборов удаляется, а второй – удваивается. Гаметы получают набор хромосом, полностью идентичный таковому одного из родителей особи. В профазу 1 мейоза рекомбинации не происходит, поскольку перед вступлением в деление клетки несут только по одной вариации каждого гена.

В процессе мейоза происходит образование гамет с редуцированными геномами и разными генетическими наборами. У диплоидных организмов образуются гаметы с гаплоидным набором хромосом.

Это необходимо для того, чтобы после оплодотворения у зиготы снова восстановился диплоидный генетический набор. Кроссинговер обеспечивает формирование гамет с разнообразными генотипами, что способствует выживанию популяции.

Источник

Мейоз кратко и понятно

Мейоз – осуществляется в клетках организмов, размножающихся половым путем.

Биологический смысл явления определяется новым набором признаков у потомков.

В данной работе рассмотрим сущность этого процесса и для наглядности представим его на рисунке, посмотрим последовательность и продолжительность деления половых клеток, а так же узнаем, в чем сходство и отличие митоза и мейоза.

Что такое мейоз

Процесс, сопровождающийся образованием четырех клеток с одинарным хромосомным набором из одной исходной.

Генетическая информация каждой новообразованной соответствует половине набора соматической клетки.

Фазы мейоза

Мейотичекое деление включает два этапа, состоящие из четырех фаз каждое.

Первое деление

Включает профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I.

Профаза I

На данном этапе образуются две клетки с половинным набором генетической информации. Профаза первого деления включает несколько стадий. Ей предшествует предмейотическая интерфаза, во время которой идет репликация ДНК.

Затем происходит конденсация, образование длинных тонких нитей с протеиновой осью во время лептотены. Данная нить прикрепляется к мембране ядра с помощью концевых расширений – прикрепительных дисков. Половинки удвоенных хромосом (хроматиды) еще не различимы. При исследовании имеют вид монолитных структур.

Далее наступает стадия зиготены. Гомологи сливаются с образованием бивалентов, число которых соответствует одинарному числу хромосом. Процесс конъюгации (соединения) осуществляется между парными, сходными в генетическом и морфологическом аспекте. Причем взаимодействие начинается с концов, распространяясь вдоль тел хромосом. Комплекс из гомологов, связанных белковым компонентом – бивалент или тетрада.

Спирализация происходит во время стадии толстых нитей – пахитены. Здесь уже удвоение ДНК выполнено полностью, начинается кроссинговер. Это обмен участками гомологов. В результате формируются сцепленные гены с новой генетической информацией. Параллельно протекает транскрипция. Плотные участки ДНК – хромомеры активируются, что приводит к изменению структуры хромосом по типу «ламповых щеток».

Гомологичные хромосомы конденсируются, укорачиваются, расходятся (исключая точки соединения хиазмы). Это стадия в биологии диплотена или диктиотена. Хромосомы на данном этапе богаты РНК, которая синтезируется на этих же участках. По свойствам последняя близка к информационной.

Наконец, биваленты расходятся к периферии ядра. Последние укорачиваются, теряют ядрышки, становятся компактными, не связанными с ядерной оболочкой. Это процесс носит название диакинеза (перехода к делению клетки).

Метафаза I

Далее биваленты перемещаются к центральной оси клетки. От каждой центромеры отходят веретена деления, каждая центромера равноудалена от обоих полюсов. Небольшие по амплитуде движения нитей удерживают их в данном положении.

Анафаза I

Хромосомы, построенные из двух хроматид, расходятся. Происходит перекомбинация с уменьшением генетического разнообразия (в связи с отсутствием в наборе генов, расположенных в локусах (участках) гомологов).

Телофаза I

Суть фазы состоит в расхождении хроматид с их центромерами к противоположным участкам клетки. В животной клетке происходит цитоплазматическое деление, в растительной – образование клеточной стенки.

Второе деление

После интерфазы первого деления клетка готова ко второму этапу.

Профаза II

Чем длиннее телофаза, тем короче длительность профазы. Хроматиды выстраиваются вдоль клетки, образуя своими осями прямой угол относительно нитей первого мейотического деления. В эту стадию они укорачиваются и утолщаются, ядрышки подвергаются распаду.

Метафаза II

Центромеры вновь расположены в экваториальной плоскости.

Анафаза II

Хроматиды отделяются друг от друга, перемещаясь к полюсам. Теперь они носят название хромосом.

Телофаза II

Деспирализация, растяжение образованных хромосом, исчезновение веретена деления, удвоение центриолей. Гаплоидное ядро окружается ядерной мембраной. Формируются четыре новые клетки.

Таблица сравнения митоза и мейоза

Кратко и понятно особенности и отличия представлены в таблице.

Представленные данные – схема отличий, а сходства сводятся к одинаковым фазам, редупликации ДНК и спирализации перед началом клеточного цикла.

Биологическое значение мейоза

Какова же роль мейоза:

Заключение

Мейоз сложный биологический процесс, в ходе которого образуются четыре клетки, с новыми признаками, полученными в результате кроссинговера.

Источник