Генетическая формула клетки
Существует генетическая формула клетки, в которой:
-
n означает число наборов хромосом (n — одинарный, 2n — двойной);
-
с означает количество нитей ДНК (хроматид) по отношению к количеству наборов.
Гаметы, ответственные за передачу наследственной информации, содержат одиночный набор хромосом (n), в то время как соматические клетки имеют двойной набор (2n).
Процесс оплодотворения приводит к превращению одиночного набора в двойной в результате репликации хромосом.
Каждая хромосома может содержать одну или две молекулы ДНК, что отражается в их составе (nc или n2c).
Важный аспект эволюции, который тесно связан с процессами мейоза, — формы естественного отбора. Понимание этих механизмов помогает глубже разобраться в принципах генетической изменчивости и адаптации организмов в различных средах обитания.
Наборы хромосом могут быть различными:
-
2n4c перед делением,
-
2n2c после митоза,
-
n2c после первого деления мейоза,
-
nc после второго деления мейоза.
Определение мейоза
Мейоз — это процесс деления ядра в клетке, в результате которого количество хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое.
Процесс мейоза происходит в половых клетках растений, животных и грибов. В результате образуются гаплоидные споры и гаметы. Этот тип клеточного деления присутствует в жизненном цикле различных организмов, включая простейших, водоросли, грибы, голосеменные и споровые растения, а также многоклеточных животных, таких как позвоночные и человек.
Мейоз является более продолжительным процессом, чем митоз. Например, у репчатого лука он длится четверо суток, у ржи — двое суток, у пшеницы — одни сутки, а у человека — 24 дня. Этот процесс происходит исключительно в половых железах.
Мейоз состоит из двух последовательных делений. Перед началом мейоза происходят периоды интерфазы, которые предшествуют двум последовательным делениям этого процесса.
-
В начале первого деления, редукционного, происходит уменьшение количества хромосом. На профазе I диплоидный набор хромосом 2n4c превращается в гаплоидный состав n2c на телофазе I.
-
Затем следует второе деление, эквационное, в ходе которого количество хромосом остается неизменным, но количество хроматид уменьшается. В профазе II хромосомы, состоящие из двух хроматид n2c, преобразуются в хромосомы с одной хроматидой nc на телофазе II.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подготовься к ОГЭ на пятёрку.
-
Подготовься к ЕГЭ на высокие баллы.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Решай задания в бесплатном тренажёре ЕГЭ.
Интерфаза
Периоды интерфазы перед началом мейоза:
-
В период G1 (2n2c) клетка начинает расти, образуются органоиды (рибосомы и другие) в результате синтеза белков, АТФ и всех видов РНК, ферментов.
-
Важное событие синтетического периода S (2n4c) — удвоение ДНК, продолжающееся 6–10 часов. К концу этого периода каждая хромосома состоит из двух хроматид, а также начинается репликация центриолей. Активно синтезируются структурные белки ДНК — гистоны.
-
Постсинтетический (премитотический) период G2 (2n4c) наступает после синтетического периода. В течение 2–6 часов клетка активно готовится к этапу, в котором будет происходить деление. За это время происходит синтез белков, включая тубулин для формирования веретена деления, а также происходит разделение митохондрий и хлоропластов.
Мейоз I
Профаза I
2n4c — 2 хромосомы 4 хроматиды. В профазе I происходят следующие процессы:
-
Конденсация (спирализация) хромосом — они становятся более плотными, толстыми, короткими и становятся видны под микроскопом.
-
Растворяется ядерная оболочка и ядрышки.
-
Центриоли расходятся к полюсам, образуются нити веретена деления.
Профаза I мейоза длинная, состоит из 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.
Соединение гомологичных хромосом — конъюгация. Этот этап называется пересечением, и в его результате происходит сближение хромосом с последующим обменом участками между ними. Гомологичные хромосомы соответствуют друг другу по размерам, форме и строению, что позволяет им образовывать комплексы во время конъюгации, образуются тетрады (или биваленты — две соединенные хромосомы).
В местах плотного соединения хромосом (хиазмы) происходит кроссинговер (нужен для рекомбинации или перераспределения ДНК).
Метафаза I
В процессе мейоза I происходит формирование бивалентов, которые выстраиваются в метафазе на экваторе клетки. В это время нити веретена деления крепятся к центромере каждой хромосомы бивалента, обеспечивая его стабильность.
В метафазе I эквивалентные хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, образуя метафазную пластинку, и к ним (к центромерам) присоединяются нити веретена деления.
Анафаза I
Нити веретена деления сокращаются, в результате чего биваленты распадаются на двухроматидные хромосомы и хромосомы расходятся к полюсам n2c.
Эти хромосомы, притянутые к полюсам клетки, образуют гаплоидный набор n2c, что и определяет редукционный характер деления.
Кроссинговер в этом процессе играет важную роль, поскольку способствует генетическому разнообразию потомства, что, в свою очередь, обеспечивает материал для эволюции и естественного отбора.
Телофаза I
В процессе мейоза I наступает телофаза, а затем цитокинез, который приводит к образованию двух клеток с гаплоидным набором хромосом.
-
Хромосомы деспирализуются в процессе раскручивания спирализованных хромосом.
-
Образуется ядерная оболочка.
-
Растворяются нити веретена деления.
-
Образуются две клетки n2c (гаплоидный набор хромосом, где каждая хромосома n состоит из двух хроматид 2с).
После этого следует короткая интерфаза, которая сменяется мейозом II.
Мейоз II
Мейоз II напоминает митоз по всем фазам. Отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).
Профаза II
-
Хромосомы спирализуются.
-
Ядерные оболочки растворяются.
-
Центриоли расходятся к полюсам.
-
Образуются нити веретена деления.
Метафаза II
Хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, образуя метафазную пластину. К ним присоединяются нити веретена деления.
Анафаза II
-
К полюсам расходятся однохроматидные хромосомы (nc).
-
Общее количество генетического материала в клетке — 2n2c.
Телофаза II
-
Хромосомы деспирализуются.
-
Образуются ядерные оболочки.
-
Растворяются нити веретена деления.
-
Получается 4 ядра с количеством генетического материала в клетке nc.
Хромосомы состоят из одной хроматиды в гаплоидном наборе хромосом.
Биологическое значение мейоза
Гаметы, такие как сперматозоиды и яйцеклетки, образуются в результате гаметогенеза в ходе мейоза. Этот биологический процесс обеспечивает постоянство числа хромосом в разных поколениях и препятствует удвоению хромосом. Кроссинговер вносит новые генетические комбинации, способствуя генетическому разнообразию гамет. Важной частью мейоза является бинарное деление на две части, которое играет роль в эволюции через естественный отбор.
Бактерии, амебы, инфузории и зеленые эвглены — все они используют бинарное деление для размножения. Этот процесс уникален и важен для многих организмов. Мейоз и митоз — деления, доступные только эукариотам.
Одинарный набор хромосом, формируемый в результате мейоза, играет важную роль в образовании гамет. В процессе полового размножения генетический материал объединяется, обеспечивая восстановление двойного набора хромосом. Кроссинговер, происходящий между гомологичными хромосомами, способствует созданию новых генетических комбинаций, являясь основой для изменчивости организмов.
В процессе мейоза происходит удивительное явление — генетическая вариация возникает благодаря пересечению хромосом. Когда период профазы заканчивается, хромосомы начинают самостоятельно выстраиваться на метафазе. Этот момент создает новые уникальные хромосомы, которые будут у наследников. Гаметы, сливаясь вместе, порождают зиготы, которые становятся генетически уникальными и несут в себе новые комбинации генов.
Мейоз и митоз: сходства и различия
|
Мейоз |
Митоз |
|---|---|
|
Сходства |
|
|
Имеют одинаковые фазы деления |
|
|
Происходит самоудвоение молекул ДНК в хромосомах (редупликация) и спирализация хромосом |
|
|
Различия |
|
|
Два последовательных деления |
Одно деление |
|
Гомологичные удвоенные хромосомы выстраиваются по экватору парами (бивалентами) |
В метафазе все удвоенные хромосомы выстраиваются по экватору раздельно |
|
Есть конъюгация — перенос генетического материала путём прямого контакта между двумя клетками |
Нет конъюгации |
|
Между первым и вторым делением нет интерфазы и не происходит удвоения молекул ДНК |
Удвоение молекул ДНК происходит в интерфазе, разделяющей два деления |
|
Образуются четыре гаплоидные клетки (половые клетки) |
Образуются две диплоидные клетки (соматические клетки) |
|
Происходит в созревающих половых клетках |
Происходит в соматических клетках |
|
Лежит в основе полового размножения |
Лежит в основе бесполого размножения |
|
|
|
