Мейоз

Мейоз – это процесс деления клеточных ядер, приводящий к уменьшению числа хромосом вдвое и образованию гамет.

В результате мейоза из одной диплоидной клетки (2n) образуется четыре дочерние гаплоидные клетки (n), отличные друг от друга и материнской клетки.

Мейозу предшествует интерфаза, в которой происходит репликация молекул ДНК, а также все процессы синтеза и накопления энергии, характерные для интерфазы перед митозом.

Мейоз, так же как и митоз, состоит из ряда фаз.

Фазы мейоза

Фазы мейоза схожи с фазами митоза по основным процессам и носят те же названия, но есть и принципиальные отличия.

Мейоз 1

1. Профаза I

Во время профазы I мейоза двойные хромосомы хорошо заметны в световой микроскоп.

Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных между собой в области центромеры.

Первое ключевое отличие мейоза от митоза состоит в том, что в профазе I гомологичные хромосомы сближаются и конъюгируют, т. е, продольно тесно соединяются друг с другом (хроматида к хроматиде) в продольном направлении.

При этом хроматиды часто перекрещиваются. В местах перекреста хроматид происходят разрывы и обмены их гомологичными участками. Это явление называется кроссинговером – перекрест хромосом и обмен генами. Это ведёт к формированию естественной комбинативной изменчивости.

Конъюгация – процесс сближения гомологичных хромосом

Кроссинговер – процесс обмена участками гомологичных хромосом.

Гомологичные хромосомы – пары хромосом, схожих по строению, содержащие одинаковый набор генов в кариотипе диплоидного организма.

Пары гомологичных хромосом формируют биваленты, или тетрады. Затем, как и в профазе митоза, растворяется ядерная оболочка, исчезает ядрышко, образуются нити веретена деления.

Кроссинговер

К концу профазы гомологичные хромосомы отталкиваются друг от друга. Затем, как и в профазе митоза, растворяется ядерная оболочка, исчезает ядрышко, образуются нити веретена деления.

Хромосомный набор 2n4c

2. Метафаза I

В метафазе 1 биваленты (пары гомологичных хромосом) выстраиваются по экватору, к ним прикрепляются нити веретена деления.

Хромосомный набор 2n4c.

3. Анафаза I

В анафазе 1 в отличие от митоза, здесь к полюсам клетки будут расходиться не сестринские хроматиды, а гомологичные хромосомы.

Хромосомный набор: n2c – у полюсов клетки, 2n4c – в целой клетке.

4. Телофаза I

В телофазе 1 также, как и в митозе, происходит разделение клеток, цитокинез – деление цитоплазмы. У дочерних клеток в данном случае уже не диплоидный, а гаплоидный набор хромосом, так как гомологичные хромосомы расходятся по разным клеткам. Дочерние клетки отличаются от материнской.

Хромосомный набор: n2c.

Первое деление мейоза называется редукционным («редуцио» = уменьшать), так как из исходной клетки с диплоидным набором хромосом образовалось две клетки с гаплоидным.

Гаплоидные клетки с двухроматидными хромосомами вступают во второе деление мейоза. Перед вторым делением есть интерфаза, но она короткая и репликации ДНК в ней не происходит.

Важно! Во время интерфазы между первым и вторым делениями мейоза удвоения (редупликации) ДНК не происходит.

Мейоз 2 (идет по типу митоза)

1. Профаза II

В профазе II хромосомы двухроматидные –состоят их двух нитей ДНК.

Происходят характерные для профазы процессы: спирализация хромосом, разрушение ядерной оболочки, нити веретена деления прикрепляются к центромерам.

Хромосомный набор: n2c.

2. Метафаза II

Далее следует метафаза II. Она отличается тем, что на экваторе выстраиваются уже двухроматидные хромосомы, образуется метафазная пластинка.

Хромосомный набор: n2c.

3. Анафаза II

В анафазе II к полюсам расходятся сестринские хроматиды – второе деление мейоза схоже с митозом. На полюсах теперь однохроматидные хромосомы.

Хромосомный набор: nc – у полюсов клетки, 2n2c – в целой клетке.

4. Телофаза II

В телофазе II происходит расхождение однохроматидных хромосом по дочерним клеткам, каждая из которых отлична от материнской, так как произошла перекомбинация генетического материала в результате кроссинговера в профазе I и случайного расхождения гомологичных хромосом в анафазе I.

Каждая из четырёх дочерних клеток имеет гаплоидный набор хромосом.

То есть хромосомный набор: nc.

Второе деление мейоза называют эквационным, то есть уравнивающим, так как набор хромосом делится надвое и распределяются по клеткам равномерно.

Биологическое значение мейоза

Путём мейоза у животных образуются половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды, которые затем участвуют в процессе оплодотворения. Сущность процесса оплодотворения состоит в слиянии сперматозоида с яйцеклеткой с образованием диплоидной клетки – зиготы.

Если бы в процессе мейоза не происходило уменьшение числа хромосом, то в каждом следующем поколении в результате оплодотворения число хромосом увеличивалось бы вдвое. Благодаря мейозу зрелые половые клетки получают гаплоидное число хромосом, а при оплодотворении восстанавливается характерное для данного вида диплоидное (2n) число хромосом.

В ходе мейоза происходит перекрёст и обмен участками гомологичных хромосом. Кроме того, материнские и отцовские хромосомы случайно распределяются между гаметами (гомологичные хромосомы каждой пары расходятся в стороны случайным образом независимо от других пар). Все эти процессы обеспечивают большое разнообразие гамет и увеличивают наследственную изменчивость организмов, что имеет большое значение для эволюции.

Если обобщить, то биологическое значение мейоза выразить так:

Образование клеток, обладающих рекомбинированным набором генетического материала (большая способность к приспособленности).

2. Образование половых клеток у животных (яйцеклеток и сперматозоидов), сохранение постоянства кариотипа при оплодотворении.

3. Образование спор у растений.

4. Лежит в основе комбинативной изменчивости (случайное расхождение хромосом и кроссинговер).

Регуляция деления клеток

Процесс деления клеток (митоза и мейоза) всегда регулируется.

Регуляция клеточного деления складывается из регуляции каждой из фаз деления клетки и организации их взаимодействия, при котором в клеточном делении устанавливается последовательность процессов и вырабатываются сигналы для инициации следующего по порядку процесса.

Причем регуляция осуществляется как самой клеткой, так и ее окружением.

Факторы, регулирующие деление клетки:

1. Экзогенные факторы находятся в окружении клетки и взаимодействуют с поверхностью клетки. Например,

деление клетки зависит от внешних факторов: ритма активности, света, температуры

полноценное питание стимулирует деление клеток

факторы роста, которые вырабатываются другими клетками

большинство клеток перестают делиться при недостатке места для новых клеток. Это можно наблюдать в клеточных культурах, в которых клетки делятся, пока не начнут контактировать друг с другом, затем они прекращают деление

тканевые культуры перестают расти, если в их среду попадают вырабатываемые ими вещества

2. Эндогенные факторы синтезируются самой клеткой и действуют внутри нее. К ним относятся:

гормоны, например, соматотропин и тиреотропные гормоны

продукты распада стимулируют деление

митогены являются акселераторами (ускорителями) деления

цитостатики являются супрессорами (подавителями) деления

Для того чтобы клетка начала процесс деления, она должна получить на мембрану сигнал, который должен дойти до ядра. Клетка, получившая сигнал, запускает процесс деления.

Нарушения регуляции деления клеток как причина заболеваний

Нарушения в регуляции клеточного цикла приводят к появлению большинства опухолей. Это приводит к дисфункции опухолевых “подавителей”.

Если в нужный момент не происходит блокировки клеточного цикла, то клетки продолжают процесс деления и появляются мутантные клетки, часть которых может дать начало злокачественным клеткам.