Dezvoltarea și creșterea organismelor vii este imposibilă fără procesul de diviziune celulară. În natură, există mai multe tipuri și metode de împărțire. În acest articol, vom vorbi pe scurt și clar despre mitoză și meioză, vom explica semnificația principală a acestor procese și vom prezenta modul în care diferă și cum sunt similare.

Mitoză

Procesul de diviziune indirectă, sau mitoză, se găsește cel mai adesea în natură. Este baza pentru divizarea tuturor celulelor nereproductive existente, și anume musculare, nervoase, epiteliale și altele.

Mitoza constă din patru faze: profază, metafază, anafază și telofază. Rolul principal al acestui proces este distribuția uniformă cod genetic de la o celulă părinte la două celule fiice. În același timp, celulele noii generații sunt unul la unul asemănătoare cu cele materne.

Orez. 1. Schema mitozei

Timpul dintre procesele de divizare se numește interfaza . Cel mai adesea, interfaza este mult mai lungă decât mitoza. Această perioadă se caracterizează prin:

• sinteza proteinelor si molecule de ATP intr-o cusca;
• duplicarea cromozomilor și formarea a două cromatide surori;
• creșterea numărului de organele din citoplasmă.

Meioză

Diviziunea celulelor germinale se numește meioză, este însoțită de o reducere la jumătate a numărului de cromozomi. Particularitatea acestui proces este că are loc în două etape, care se succed continuu.

TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta

Interfaza dintre cele două etape ale diviziunii meiotice este atât de scurtă încât este practic inobservabilă.

Orez. 2. Schema meiozei

Semnificația biologică a meiozei este formarea gameților puri care conțin un haploid, cu alte cuvinte un singur set de cromozomi. Diploidia este restabilită după fertilizare, adică fuziunea celulelor materne și paterne. Ca rezultat al fuziunii a doi gameți, se formează un zigot cu un set complet de cromozomi.

Scăderea numărului de cromozomi în timpul meiozei este foarte importantă, deoarece în caz contrar numărul de cromozomi ar crește cu fiecare diviziune. Datorită diviziunii de reducere, se menține un număr constant de cromozomi.

Caracteristici comparative

Diferența dintre mitoză și meioză este durata fazelor și procesele care au loc în ele. Mai jos vă oferim un tabel „Mitoză și meioză”, care arată principalele diferențe dintre cele două metode de divizare. Fazele meiozei sunt aceleași cu cele ale mitozei. Puteți afla mai multe despre asemănările și diferențele dintre cele două procese în descrierea comparativă.

faze	Mitoză	Meioză
		Prima divizie	Divizia a doua
Interfaza	Setul de cromozomi ai celulei mamă este diploid. Proteine, ATP și materie organică. Se formează cromozomi duble și două cromatide, conectate printr-un centromer.	Set diploid de cromozomi. Aceleași acțiuni apar ca și în timpul mitozei. Diferența este durata, mai ales în timpul formării ouălor.	Set haploid de cromozomi. Nu există sinteză.
	Faza scurta. Membranele nucleare și nucleolul se dizolvă și se formează fusul.	Durează mai mult decât mitoza. Învelișul nuclear și nucleolul dispar, de asemenea, și se formează un fus de fisiune. În plus, se observă procesul de conjugare (adunarea și contopirea cromozomilor omologi). În acest caz, are loc încrucișarea - schimbul de informații genetice în unele zone. Apoi cromozomii se separă.	Durata este o fază scurtă. Procesele sunt aceleași ca în mitoză, doar cu cromozomi haploizi.
Metafaza	Se observă spiralizarea și aranjarea cromozomilor în partea ecuatorială a fusului.	Similar cu mitoza	La fel ca în mitoză, doar cu un set haploid.
	Centromerii sunt împărțiți în doi cromozomi independenți, care diverg către poli diferiți.	Diviziunea centromerului nu are loc. Un cromozom, format din două cromatide, se extinde până la poli.	Similar cu mitoza, doar cu un set haploid.
Telofază	Citoplasma este împărțită în două celule fiice identice cu un set diploid și se formează membrane nucleare cu nucleoli. Axul dispare.	Durata fazei este scurtă. Cromozomii omologi sunt localizați în diferite celule cu un set haploid. Citoplasma nu se divide în toate cazurile.	Citoplasma se divide. Se formează patru celule haploide.

Orez. 3. Diagrama comparativă a mitozei și meiozei

Ce am învățat?

În natură, diviziunea celulară diferă în funcție de scopul lor. De exemplu, celulele nereproductive se divid prin mitoză, iar celulele sexuale - prin meioză. Aceste procese au modele de diviziune similare în unele etape. Principala diferență este prezența numărului de cromozomi în noua generație de celule formată. Deci, în timpul mitozei, generația nou formată are un set diploid, iar în timpul meiozei, un set haploid de cromozomi. Momentul fazelor de fisiune diferă de asemenea. Ambele metode de divizare joacă un rol imens în viața organismelor. Fără mitoză, nu are loc o singură reînnoire a celulelor vechi, reproducerea țesuturilor și organelor. Meioza ajută la menținerea unui număr constant de cromozomi în organismul nou format în timpul reproducerii.

Test pe tema

Evaluarea raportului

Rata medie: 4.3. Evaluări totale primite: 3469.

Ţintă: elevii își aprofundează cunoștințele despre formele de reproducere a organismelor; se formează noi concepte despre mitoză și meioză și semnificația lor biologică.

Echipament:

1. Ajutoare vizuale educative: tabele, postere
2. ajutoare tehnice de instruire: tabla interactiva, prezentări multimedia, programe informatice educaționale.

Planul lecției:

1. Organizarea timpului
2. Repetiţie.
   1. Ce este reproducerea?
   2. Ce tipuri de reproducere cunoașteți? Să le dai definiții?
   3. Enumerați exemple de reproducere asexuată? Dă exemple.
   4. Semnificația biologică a reproducerii asexuate?
   5. Ce fel de reproducere se numește sexuală?
   6. Ce celule sexuale cunoști?
   7. Prin ce diferă gameții de celulele somatice?
   8. Ce este fertilizarea?
   9. Care sunt avantajele reproducerii sexuale față de reproducerea asexuată?
3. Învățarea de materiale noi

În timpul orelor

În centrul transmisiei informații ereditare, reproducerea, precum și creșterea, dezvoltarea și regenerarea, se află cel mai important proces - diviziunea celulară. Esența moleculară a diviziunii constă în capacitatea ADN-ului de a se auto-duplica moleculele.

Anunțarea subiectului lecției.Întrucât fazele mitozei și meiozei sunt schiță generală am studiat deja în clasa a IX-a, sarcina biologiei generale este să luăm în considerare acest proces la nivel molecular și biochimic. Din cauza asta Atentie speciala ne vom concentra asupra modificărilor structurilor cromozomiale.

Celula nu este doar o unitate de structură și funcție în organismele vii, ci și o unitate genetică. Aceasta este o unitate de ereditate și variabilitate manifestată în procesul de diviziune celulară. Purtător elementar proprietăți ereditare celulele sunt o genă. O genă este un segment al unei molecule de ADN de câteva sute de nucleotide, care codifică structura unei molecule de proteine ​​și manifestarea unor trăsătură ereditară celule. O moleculă de ADN combinată cu o proteină formează un cromozom. Cromozomii nucleului și genele localizate în ei sunt principalii purtători ai proprietăților ereditare ale celulei. La începutul diviziunii celulare, cromozomii sunt scurtați și colorați mai intens, astfel încât să devină vizibili individual.

Într-o celulă în diviziune, cromozomul are forma unei tije duble și este format din două jumătăți sau cromatide separate printr-un gol de-a lungul axei cromozomului. Fiecare cromatidă conține o moleculă de ADN.

Structura internă a cromozomilor și numărul de catene de ADN din acestea se modifică în funcție de ciclu de viață celule.

Să ne amintim: ce este ciclul celular? Care sunt etapele ciclului celular? Ce se întâmplă în fiecare etapă?

Interfaza include trei perioade.

Perioada presintetică G 1 apare imediat după diviziunea celulară. În acest moment, celula sintetizează proteine, ATP, tipuri diferite ARN și nucleotide ADN individuale. Celula crește și diverse substanțe se acumulează intens în ea. Fiecare cromozom în această perioadă este monocromatidă, materialul genetic al celulei este desemnat 2n 1xp 2c (n este setul de cromozomi, chp este numărul de cromatide, c este cantitatea de ADN).

În perioada sintetică S, moleculele de ADN ale celulei sunt reduplicate. Ca urmare a dublării ADN-ului, fiecare cromozom conține de două ori mai mult ADN decât avea înainte de începerea fazei S, dar numărul de cromozomi nu se modifică. Acum setul genetic al celulei este 2n 2xp 4c (mult diploid, cromozomii sunt biromatid, cantitatea de ADN este 4).

În a treia perioadă a interfazei - G2 postsintetic - continuă sinteza ARN-ului, proteinelor și acumularea de energie de către celulă. La sfârșitul interfazei, celula crește în dimensiune și începe să se dividă.

Diviziune celulara.

În natură, există 3 metode de diviziune celulară - amitoză, mitoză, meioză.

Organismele procariote și unele celule eucariote se divid prin amitoză, de exemplu, Vezica urinara, ficatul uman, precum și celulele vechi sau deteriorate. Mai întâi, nucleolul este împărțit în ele, apoi nucleul este împărțit în două sau mai multe părți prin constricții, iar la sfârșitul diviziunii citoplasma este împletită în două sau mai multe celule fiice. Distribuția materialului ereditar și a citoplasmei nu este uniformă.

Mitoză- o metodă universală de împărțire a celulelor eucariote, în care două celule fiice similare se formează dintr-o celulă mamă diploidă.

Durata mitozei este de 1-3 ore și există 4 faze în procesul ei: profază, metafază, anafază și telofază.

Profaza. De obicei, cea mai lungă fază a diviziunii celulare.

Volumul nucleului crește, cromozomii spiralează. În acest moment, cromozomul este format din două cromatide conectate între ele în regiunea constricției primare sau centromerului. Apoi nucleolii și membrana nucleară se dizolvă - cromozomii se află în citoplasma celulei. Centriolii diverg către polii celulei și formează între ei filamente ale fusului, iar la sfârșitul profazei filamentele sunt atașate de centromerii cromozomilor. Informația genetică a celulei este în continuare aceeași ca în interfaza (2n 2хр 4с).

Metafaza. Cromozomii sunt localizați strict în zona ecuatorului celulei, formând o placă de metafază. În stadiul de metafază, cromozomii sunt la cea mai scurtă lungime, deoarece în acest moment sunt foarte spiralați și condensați. Deoarece cromozomii sunt clar vizibili, numărarea și studiul cromozomilor au loc de obicei în această perioadă de diviziune. În ceea ce privește durata, aceasta este cea mai scurtă fază a mitozei, deoarece durează momentul în care centromerii cromozomilor dublați sunt localizați strict de-a lungul ecuatorului. Și chiar în clipa următoare începe următoarea fază.

Anafaza. Fiecare centromer se împarte în două, iar filamentele fusului trag centromerii fiice la poli opuși. Centromerii trag de-a lungul cromatidelor care se separă unele de altele. O cromatidă dintr-o pereche ajunge la poli - aceștia sunt cromozomi fiice. Cantitatea de informații genetice la fiecare pol este acum egală cu (2n 1хр 2с).

Mitoza se termină telofaza. Procesele care au loc în această fază sunt opusul proceselor observate în profază. La poli, cromozomii fiice se despiralizează, devin mai subțiri și devin imposibil de distins. În jurul lor se formează membrane nucleare, apoi apar nucleoli. În același timp, citoplasma este împărțită: în celulele animale - printr-o constricție, iar în plante - de la mijlocul celulei până la periferie. După formarea membranei citoplasmatice în celulele vegetale, se formează membrana celulozică. Două celule fiice sunt formate cu un set diploid de cromozomi monocromatizi (2n 1хр 2с).

Trebuie remarcat faptul că toate procesele care au loc în celulă, inclusiv mitoza, sunt sub control genetic. Genele controlează etapele succesive ale replicării ADN-ului, mișcării, spiralizării cromozomilor etc.

Semnificația biologică a mitozei:

1. Distribuția precisă a cromozomilor și informațiile lor genetice între celulele fiice.
2. Asigură constanța cariotipului și continuitatea genetică în toate manifestările celulare; deoarece în caz contrar, constanța structurii și funcționarea corectă a organelor și țesuturilor unui organism multicelular nu ar fi posibilă.
3. Oferă cele mai importante procese de viață - dezvoltarea embrionară, creșterea, restaurarea țesuturilor și organelor, precum și reproducere asexuată organisme.

Meioză

Formarea celulelor germinale (gameților) are loc diferit față de procesul de reproducere a celulelor somatice. Dacă formarea gameților a procedat în același mod, atunci după fertilizare (fuziunea gameților masculin și feminin), numărul de cromozomi s-ar dubla de fiecare dată. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă. Fiecare specie are propriile sale un anumit numărși setul său specific de cromozomi (cariotip).

Meioza este un fel deosebit diviziunea, când celulele somatice diploide (2p) ale organelor genitale formează celule sexuale (gameți) la animale și plante sau spori în plante cu spori cu un set haploid (n) de cromozomi în aceste celule. Apoi, în timpul procesului de fertilizare, nucleii celulelor germinale fuzionează, iar setul diploid de cromozomi este restabilit (n+n=2n).

În procesul continuu al meiozei, există două diviziuni succesive: meioza I și meioza II. Fiecare diviziune are aceleași faze ca și mitoza, dar diferă ca durată și modificări ale materialului genetic. Ca urmare a meiozei I, numărul de cromozomi din celulele fiice rezultate se reduce la jumătate (diviziunea de reducere), iar în timpul meiozei II se menține haploidia celulară (diviziunea ecuațională).

Profaza meiozei I– cromozomii omologi duplicati in interfaza se apropie in perechi. În acest caz, cromatidele individuale ale cromozomilor omologi se împletesc, se încrucișează și se pot rupe în aceleași locuri. În timpul acestui contact, cromozomii omologi pot schimba secțiuni (gene) corespunzătoare, adică. trecerea este în curs. Încrucișarea cauzează o recombinare a materialului genetic al celulei. După acest proces, cromozomii omologi sunt separați din nou, învelișurile nucleului și nucleolii sunt dizolvate și se formează un fus. Informația genetică a unei celule în profază este 2n 2хр 4с (set diploid, cromozomi dicromatidici, număr de molecule de ADN - 4).

Meioza metafaza I - cromozomii sunt localizați în planul ecuatorial. Dar dacă în metafaza mitozei cromozomii omologi au o poziție independentă unul de celălalt, atunci în meioză se află unul lângă celălalt - în perechi. Informația genetică este aceeași (2n 2хр 4с).

Anafaza eu - Nu jumătăți de cromozomi dintr-o cromatidă se dispersează în polii celulari, ci cromozomi întregi formați din două cromatide. Aceasta înseamnă că din fiecare pereche de cromozomi omologi, doar un cromozom, dar bicromatid, va intra în celula fiică. Numărul lor în celule noi va scădea la jumătate (reducerea numărului de cromozomi). Cantitatea de informații genetice la fiecare pol al celulei devine mai mică (1n 2хр 2с).

ÎN telofazaÎn timpul primei diviziuni a meiozei, se formează nuclei și nucleoli, iar citoplasma este divizată - se formează două celule fiice cu un set haploid de cromozomi, dar acești cromozomi constau din două cromatide (1n 2хр 2с).

În urma primei, are loc a doua diviziune meiotică, dar nu este precedată de sinteza ADN. După o scurtă profază a meiozei II, cromozomii bicromatidici în metafaza meiozei II sunt localizați în planul ecuatorial și sunt atașați de firele fusului. Informația lor genetică este aceeași – (1n 2хр 2с).

În anafaza meiozei II, cromatidele diverg către polii opuși ai celulei, iar în telofaza meiozei II se formează patru celule haploide cu cromozomi monocromatid (1n 1chp 1c). Astfel, numărul de cromozomi din spermatozoizi și ovule se reduce la jumătate. Astfel de celule germinale se formează la indivizii maturi sexual diverse organisme. Procesul de formare a gameților se numește gametogeneză.

Semnificația biologică a meiozei:

1. Formarea celulelor cu un set haploid de cromozomi. În timpul fertilizării, pentru fiecare specie se asigură un set constant de cromozomi și o cantitate constantă de ADN.

2. În timpul meiozei, are loc segregarea aleatorie a cromozomilor neomologi, ceea ce duce la un numar mare posibile combinații de cromozomi în gameți. La om, numărul de combinații posibile de cromozomi din gameți este 2 n, unde n este numărul de cromozomi din setul haploid: 2 23 = 8 388 608. Numărul de combinații posibile într-o pereche parentală este 2 23 x 2 23

3. Încrucișarea cromozomilor, schimbul de secțiuni care apar în meioză, precum și divergența independentă a fiecărei perechi de cromozomi omologi

determina tiparele de transmitere ereditară a unei trăsături de la părinți la urmași.

Din fiecare pereche de doi cromozomi omologi (maternă și paternă) incluse în setul de cromozomi de organisme diploide, setul haploid al unui ou sau spermatozoid conține doar un cromozom. Mai mult, poate fi: 1) cromozomul patern; 2) cromozom matern; 3) paternă cu o secțiune a cromozomului matern; 4) maternă cu o secţiune paternă. Aceste procese duc la recombinarea eficientă a materialului ereditar din gameții produși de organism. Ca rezultat, se determină eterogenitatea genetică a gameților și a descendenților.

Când explică, elevii completează tabelul: „ Caracteristici comparative mitoza si meioza"

Tipuri de diviziune	Mitoza (diviziunea indirecta)	Meioza (diviziunea de reducere)
Numărul de diviziuni	o diviziune	două diviziuni
Procese în derulare	Replicarea și transcripția sunt absente	În profaza 1, are loc conjugarea cromozomilor omologi și încrucișarea
	Cromatidele se deplasează spre polii celulei	În prima diviziune, cromozomii omologi diverg către polii celulei
Numărul de celule fiice	2	4
Set de cromozomi din celulele fiice (n – set de cromozomi, xp – cromatide, c – numărul de ADN)	Numărul de cromozomi rămâne constant 2n 1хр 2c (cromozomi monocromatidici)	Numărul de cromozomi este înjumătățit 1n 1хр 1c (cromozomi cu o singură cromatidă)
Celulele unde are loc diviziunea	Celule somatice	Celulele somatice ale organelor reproducătoare ale animalelor; celule vegetale formatoare de spori
Sens	Asigură reproducerea asexuată și creșterea organismelor vii	Servește la formarea celulelor germinale

Consolidarea materialului studiat (conform tabelului, lucrare de testare).

Literatură:

1. Yu.I. Polyansky. Manual pentru clasele 10-11 liceu. –M.: „Iluminismul”, 1992.
2. ÎN. Ponomareva, O.A. Kornilova, T.E. Loschilina. Manual „Biologie” clasa a XI-a, un nivel de bază al, –M.: „Ventana-Graf”, 2010.
3. S.G. Mamontov Biologie pentru cei care intră în universități. –M.: 2002.
4. N. Green, W. Stout, D. Taylor. Biologie în 3 volume – M.: „Mir”, 1993.
5. N.P. Dubinina. Biologie generală. Manualul profesorului. –M.: 1990.
6. N.N. Prihodchenko, T.P. Shkurat „Fundamentele geneticii umane”. Uch.poz. – Rostov n/a: „Phoenix”, 1997.

1. Dați definiții conceptelor.
Ou- gametul feminin.
Gameti– celule de reproducere care au un set haploid de cromozomi și participă la reproducerea sexuală.
Gametogeneza – procesul de maturare a celulelor sexuale, sau gameților.
Meioză– divizarea nucleului unei celule eucariote cu reducerea la jumătate a numărului de cromozomi.

2. Desenați o diagramă a celulelor sexuale și etichetați părțile lor principale.

3. Care este diferența fundamentală în structura ovulului și spermatozoizilor?
Ouăle sunt mari, imobile, cu rezervă nutrienți, iar spermatozoizii sunt mici, mobili și conțin mitocondrii.

4. Completați diagrama „Gametogeneza la om”.

5. Cum diferă procesele de gametogeneză în corpul feminin și cel masculin?
În spermatogeneză, pe lângă etapele de reproducere, creștere și maturare, există și o etapă de formare când apare un flagel în spermatozoizi.

6. Folosind Figura 59 din § 3.6, completați tabelul.

7. Indicați asemănările și diferențele dintre mitoză și meioză.

8. Priviți Figura 60 de la p. 118 manual. Care este semnificația încrucișării cromozomilor și a schimbului de regiuni omoloage? În ce fază a meiozei apare?
În profaza 1, are loc conjugarea - procesul de aducere a cromozomilor omologi împreună și încrucișarea - schimbul de regiuni omoloage în timpul conjugării. Acest proces asigură variabilitatea genotipică combinativă a speciilor.

9. Ce este rol biologic meioză?
1) este etapa principală a gametogenezei;
2) asigură transferul informaţiei genetice de la organism la organism în timpul reproducerii sexuale;
3) celulele fiice nu sunt identice genetic cu mama și între ele (variabilitatea genotipică combinată a speciei).
4) datorită meiozei, celulele sexuale sunt haploide, iar la fecundare, setul diploid de cromozomi este restabilit în zigot.

10. Care este semnificația biologică a diviziunii neuniforme a citoplasmei și a morții unuia dintrecelule fiice în fiecare stadiu al meiozei în timpul formării unui ou?
În timpul oogenezei, dintr-o celulă diploidă se formează 4 celule haploide. Dar doar unul (oul) primește întregul aport de nutrienți, iar celelalte 3 nu joacă un rol și mor (acestea sunt corpuri polare sau direcționale).
Oul are nevoie de un aport de nutrienți, deoarece... din ea se dezvoltă embrionul după fecundare. Corpurile polare servesc doar la eliminarea excesului de material genetic.

11. Stabiliți o corespondență între celulele germinale și caracteristicile caracteristice acestora.
Semne
1. Cantitate mare de citoplasmă
2. Mobilitate
3. Ambalare foarte densă a ADN-ului în nucleu
4. Forma rotunda
5. Conține un aport de nutrienți
6. Multe organele tipice lipsesc
7. Dimensiuni relativ mari
8. Capul conține un acrozom - un organel care conține enzime pentru dizolvarea învelișului gametului de sex opus
Celulele sexuale
A. Ovul

B. Sperma

12. Alegeți judecățile potrivite.
1. În zona de creștere, setul de cromozomi de celule este 2p.
2. În zona de maturare are loc diviziunea meiotică.
5. Profaza primei diviziuni meiotice (profaza I) este mult mai lungă decât profaza mitozei.
7. La o femeie, formarea celulelor germinale primare este finalizată în perioada embrionară.

13. Explicați originea și sens general cuvinte (termeni), pe baza semnificației rădăcinilor care le alcătuiesc.

14. Alegeți un termen și explicați cum este acesta sens modern corespunde sensului original al rădăcinilor sale.
Termenul ales este sperma.
Corespondență - nu numai celulele reproductive masculine, ci și feminine au dreptul de a fi numite „sămânță”, deoarece conțin material genetic, care nu era cunoscut în antichitate.

15. Formulează și notează ideile principale de la § 3.6.
Gametogeneza este procesul de formare a celulelor germinale (gameti). Gameții sunt haploizi, spre deosebire de celulele somatice, care este asigurată de meioză în stadiul de maturare a acestora. Procesul de formare a spermatozoizilor este spermatogeneza, a ovulelor este oogeneza. În spermatogeneză sunt 4 etape, ultima (formarea) este absentă în timpul oogenezei.
Stadiile meiozei sunt asemănătoare stadiilor mitozei, diferențele sunt că în timpul meiozei 2 au loc diviziuni succesive, fără interfaze între ele, se observă conjugarea, din 1 diploid se formează 4 celule germinale haploide.
Rolul gametogenezei și meiozei este dezvoltarea celulelor germinale, transferul de informații genetice de la organism la organism și asigurarea variabilității genotipice combinative a speciei. De asemenea, datorită meiozei, celulele sexuale sunt haploide, iar la fecundare, setul diploid de cromozomi este restabilit în zigot.

Reproducerea sexuală a animalelor, plantelor și ciupercilor este asociată cu formarea de celule germinale specializate - gameți, care fuzionează în timpul fertilizării, combinându-și nucleele. Desigur, în acest caz, zigotul conține de două ori mai mulți cromozomi decât în ​​fiecare dintre gameți. Celulele întregului organism care cresc din zigot vor avea același set dublu de cromozomi. Într-adevăr, non-sexuale, somatice (din grecescul „soma” - corp), celulele majorității organismelor multicelulare au un set dublu, diploid (2n) de cromozomi, în care fiecare cromozom are un cromozom pereche, omolog. Gameții au un singur set de cromozomi haploid (n), în care toți cromozomii sunt unici și nu au perechi omoloage. Un tip special de diviziune celulară, care are ca rezultat formarea celulelor sexuale, se numește meioză (Fig. 30). Spre deosebire de mitoză, în care se menține numărul de cromozomi primiți de celulele fiice, în timpul meiozei numărul de cromozomi din celulele fiice se înjumătățește.

Orez. 30. Schema meiozei

Procesul de meioză constă din două diviziuni celulare succesive - meioza I (prima diviziune) și meioza II (a doua diviziune). Duplicarea ADN-ului și a cromozomilor are loc numai înainte de meioza I.

Ca urmare a primei diviziuni a meiozei, numită reducere, se formează celule cu numărul de cromozomi înjumătățit. După a doua diviziune, urmează formarea celulelor germinale mature.

Fazele meiozei.În timpul profezei I a meiozei, cromozomii dubli sunt clar vizibili la microscop cu lumină. Fiecare cromozom este format din două cromatide, care sunt legate între ele printr-un singur centromer. În timpul procesului de spiralizare, cromozomii dubli sunt scurtați. Cromozomii omologi sunt strâns legați unul de altul longitudinal (cromatidă la cromatidă) sau, după cum se spune, conjugați. În acest caz, cromatidele se încrucișează sau se răsucesc adesea una în jurul celeilalte. Apoi, cromozomii omologi încep să se îndepărteze unul de celălalt. În locurile în care cromatidele se intersectează, apar ruperi transversale și cromatidele fac schimb de secțiuni. Acest fenomen se numește încrucișarea cromozomilor (Fig. 31). În același timp, ca și în mitoză, membrana nucleară se dezintegrează, nucleolul dispare și se formează filamente fusiforme. Diferența dintre profaza I a meiozei și profaza mitozei este conjugarea cromozomilor omologi și schimbul reciproc de secțiuni în timpul procesului de încrucișare a cromozomilor.

Orez. 31. Încrucișarea cromozomilor în meioză

O trăsătură caracteristică a metafazei I este dispunerea în plan ecuatorial a celulei cromozomilor omologi care se află în perechi. Aceasta este urmată de anafaza I, în timpul căreia întregi cromozomi omologi (fiecare constând din două cromatide) se deplasează la polii opuși ai celulei. (Rețineți că în timpul mitozei, cromatidele s-au abătut spre polii de diviziune.) Este foarte important să subliniem o caracteristică a divergenței cromozomilor în acest stadiu al meiozei: cromozomii omologi ai fiecărei perechi diverg aleatoriu, indiferent de cromozomii altor perechi. Fiecare pol se termină cu jumătate din câte cromozomi erau în celulă la începutul diviziunii. Urmează apoi telofaza I, în timpul căreia se formează două celule cu numărul de cromozomi înjumătățit.

Interfaza este scurtă deoarece sinteza ADN-ului nu are loc. Aceasta este urmată de a doua diviziune meiotică (meioza II). Diferă de mitoză doar prin faptul că numărul de cromozomi din metafaza II este la jumătate mai mare decât numărul de cromozomi din metafaza de mitoză în același organism. Deoarece fiecare cromozom este format din două cromatide, în metafaza II centromerii cromozomilor se divid, iar cromatidele se deplasează spre poli, care devin cromozomi fiice. Abia acum începe interfaza reală. Din fiecare celulă inițială apar patru celule cu un set haploid de cromozomi.

Diversitatea gameților. Să luăm în considerare meioza unei celule cu 3 perechi de cromozomi (2n=6). După două diviziuni meiotice, se formează 4 celule cu un set haploid de cromozomi (n=3). Deoarece cromozomii fiecărei perechi se dispersează în celule fiice independent de cromozomii altor perechi, formarea a opt tipuri de gameți cu diferite combinații de cromozomi prezente în celula mamă este la fel de probabilă.

O varietate și mai mare de gameți este asigurată de conjugarea și încrucișarea cromozomilor omologi în profaza meiozei.

Semnificația biologică a meiozei. Dacă în timpul procesului de meioză nu a existat o scădere a numărului de cromozomi, atunci în fiecare generație ulterioară, odată cu fuziunea nucleelor ​​ovulului și spermatozoizilor, numărul de cromozomi ar crește la nesfârșit. Datorită meiozei, celulele germinale mature primesc un număr haploid (n) de cromozomi, iar în timpul fertilizării caracteristica această specie număr diploid (2n). În timpul meiozei, cromozomii omologi ajung în diferite celule germinale, iar în timpul fertilizării, împerecherea cromozomilor omologi este restabilită. În consecință, se asigură un set complet diploid de cromozomi și o cantitate constantă de ADN pentru fiecare specie.

Încrucișarea cromozomilor care are loc în meioză, schimbul de secțiuni, precum și divergența independentă a fiecărei perechi de cromozomi omologi determină modelele de transmitere ereditară a unei trăsături de la părinți la urmași. Din fiecare pereche de doi cromozomi omologi (matern și patern) care au făcut parte din setul de cromozomi de organisme diploide, setul haploid al unui ou sau spermatozoid conține doar un cromozom. Ea poate fi:

1. cromozomul patern;
2. cromozomul matern;
3. zona paternă cu cea maternă;
4. maternă cu complotul patern.

Aceste procese de origine cantitate mare Celulele germinale diferite din punct de vedere calitativ contribuie la variabilitatea ereditară.

În unele cazuri, din cauza perturbării procesului de meioză, cu nedisjuncția cromozomilor omologi, este posibil ca celulele germinale să nu aibă un cromozom omolog sau, dimpotrivă, să aibă ambii cromozomi omologi. Acest lucru duce la tulburări severe în dezvoltarea organismului sau la moartea acestuia.

1. Comparați mitoza și meioza, evidențiați asemănările și diferențele.
2. Descrieți conceptele: meioză, set diploid de cromozomi, set haploid de cromozomi, conjugare.
3. Care este semnificația segregării independente a cromozomilor omologi în prima diviziune a meiozei?
4. Ce este semnificație biologică meioză?

Amintiți-vă de la cursul de zoologie cum are loc fertilizarea la animale.

Meioză este o metodă de diviziune celulară la eucariote care produce celule haploide. Aceasta diferă de la meioză la mitoză, care produce celule diploide.

În plus, meioza apare în două diviziuni succesive, care se numesc prima (meioza I) și respectiv a doua (meioza II). Deja după prima diviziune, celulele conțin un singur set de cromozomi, adică haploid. Prin urmare, prima divizie este adesea numită reducţionist. Deși uneori termenul „diviziune de reducere” este folosit în raport cu întreaga meioză.

Se numește a doua divizie ecuațională iar mecanismul apariţiei sale este asemănător mitozei. În meioza II, cromatidele surori se deplasează spre polii celulari.

Meioza, ca si mitoza, este precedata in interfaza de sinteza - replicare ADN-ului, dupa care fiecare cromozom este format deja din doua cromatide, care sunt numite cromatide surori. Nu există sinteză ADN între prima și a doua diviziune.

Dacă în urma mitozei se formează două celule, atunci ca urmare a meiozei - 4. Cu toate acestea, dacă organismul produce ouă, atunci rămâne o singură celulă, care are nutrienți concentrați în sine.

Cantitatea de ADN înainte de prima diviziune este de obicei notă ca 2n 4c. Aici n desemnează cromozomi, c – cromatide. Aceasta înseamnă că fiecare cromozom are o pereche omoloagă (2n), în timp ce, în același timp, fiecare cromozom este format din două cromatide. Ținând cont de prezența unui cromozom omolog, se obțin patru cromatide (4c).

După prima și înainte de a doua diviziune, cantitatea de ADN din fiecare dintre cele două celule fiice este redusă la 1n 2c. Adică, cromozomii omologi diverg în celule diferite, dar continuă să fie formată din două cromatide.

După a doua diviziune, se formează patru celule cu un set de 1n 1c, adică fiecare conține doar un cromozom dintr-o pereche de omoloage și constă dintr-o singură cromatidă.

Mai jos este descriere detaliata prima și a doua diviziune meiotică. Denumirea fazelor este aceeași ca și în mitoză: profază, metafază, anafază, telofază. Cu toate acestea, procesele care au loc în aceste faze, în special în profaza I, sunt oarecum diferite.

Meioza I

Profaza I

Aceasta este de obicei cea mai lungă și mai complexă fază a meiozei. Durează mult mai mult decât în ​​timpul mitozei. Acest lucru se datorează faptului că în acest moment cromozomii omologi se apropie și fac schimb de secțiuni de ADN (au loc conjugarea și încrucișarea).

Conjugare- procesul de legare a cromozomilor omologi. Trecere peste- schimb de regiuni identice între cromozomi omologi. Cromatidele non-surori ale cromozomilor omologi pot schimba secțiuni echivalente. În locurile în care are loc un astfel de schimb, așa-numitul chiasma.

Se numesc cromozomi omologi perechi bivalente, sau caiete. Legătura persistă până la anafaza I și este asigurată de centromeri între cromatidele surori și chiasma dintre cromatidele nesurori.

În profază, are loc spiralizarea cromozomilor, astfel încât până la sfârșitul fazei, cromozomii capătă forma și dimensiunea lor caracteristică.

În etapele ulterioare ale profezei I, învelișul nuclear se dezintegrează în vezicule și nucleolii dispar. Fusul meiotic începe să se formeze. Se formează trei tipuri de microtubuli fusi. Unele sunt atașate de kinetocore, altele - de tuburi care cresc de la polul opus (structura acționează ca distanțiere). Alții formează o structură stelată și se atașează de scheletul membranos, servind drept suport.

Centrozomii cu centrioli diverg spre poli. Microtubulii pătrund în regiunea fostului nucleu și se atașează de cinetocorii situati în regiunea centromeră a cromozomilor. În acest caz, kinetocorii cromatidelor surori fuzionează și acționează ca o singură unitate, ceea ce permite cromatidelor unui cromozom să nu se separe și ulterior să se deplaseze împreună la unul dintre polii celulei.

Metafaza I

Fusul de fisiune se formează în cele din urmă. Perechi de cromozomi omologi sunt localizați în planul ecuatorial. Ele se aliniază unul față de celălalt de-a lungul ecuatorului celulei, astfel încât planul ecuatorial să fie între perechi de cromozomi omologi.

Anafaza I

Cromozomii omologi se separă și se deplasează la diferiți poli ai celulei. Datorită încrucișării care a avut loc în timpul profazei, cromatidele lor nu mai sunt identice între ele.

Telofaza I

Nuezele sunt restaurate. Cromozomii se transformă în cromatină subțire. Celula se împarte în două. La animale, invaginarea membranei. Plantele formează un perete celular.

Meioza II

Interfaza dintre două diviziuni meiotice se numește interkineza, este foarte scurt. Spre deosebire de interfaza, duplicarea ADN-ului nu are loc. De fapt, este deja dublat, doar că fiecare dintre cele două celule conține unul dintre cromozomii omologi. Meioza II apare simultan în două celule formate după meioza I. Diagrama de mai jos arată diviziunea unei singure celule din două.

Profaza II

Mic de statura. Nucleii și nucleolii dispar din nou, iar cromatidele spiralează. Axul începe să se formeze.

Metafaza II

Fiecare cromozom, constând din două cromatide, este atașat la două fire de fus. Un fir de la un stâlp, celălalt de la celălalt. Centromerii constau din două kinetocori separate. Placa metafază este formată într-un plan perpendicular pe ecuatorul metafazei I. Adică, dacă celula părinte din meioza I s-a împărțit, atunci acum două celule se vor împărți.

Anafaza II

Proteina care leagă cromatidele surori se separă și acestea se deplasează la poli diferiți. Acum cromatidele surori se numesc cromozomi surori.

Telofaza II

Similar cu telofaza I. Are loc despiralizarea cromozomilor, fusul dispare, se formează nuclei și nucleoli și are loc citokineza.

Semnificația meiozei

Într-un organism multicelular, numai celulele sexuale se divid prin meioză. Prin urmare, semnificația principală a meiozei este SecuritatemecanismAreproducere sexuală,la care numărul de cromozomi dintr-o specie rămâne constant.

O altă semnificație a meiozei este recombinarea informațiilor genetice care apare în profaza I, adică variabilitatea combinativă. Noi combinații de alele sunt create în două cazuri. 1. Când are loc încrucișarea, adică cromatidele non-surori ale cromozomilor omologi fac schimb de secțiuni. 2. Cu divergență independentă a cromozomilor către poli în ambele diviziuni meiotice. Cu alte cuvinte, fiecare cromozom poate apărea într-o celulă în orice combinație cu alți cromozomi care nu îi sunt omoloage.

Deja după meioza I, celulele conțin informații genetice diferite. După a doua diviziune, toate cele patru celule sunt diferite una de cealaltă. Acest diferenta importanta meioza din mitoză, care produce celule identice genetic.

Încrucișarea și divergența aleatorie a cromozomilor și cromatidelor în anafazele I și II creează noi combinații de gene și sunt unadin cauzele variabilitatii ereditare a organismelor, datorită căruia este posibilă evoluția organismelor vii.