Diviziunea celulară este mecanismul de reproducere prin care organismele vii cresc, se dezvoltă și produc descendenți. La terminarea mitozei, o celulă se împarte în două celule fiice. O celulă părinte care trece prin meioză produce patru celule fiice.

În timp ce mitoza este comună atât organismelor procariote cât și eucariote, meioza apare la animale, plante și ciuperci.

Celulele fiice în mitoză

Mitoza este o etapă a ciclului celular care implică diviziunea și separarea cromozomilor. Procesul de diviziune se termină cu citokineza, când două celule fiice diferite se divid și se formează. Înainte de mitoză, celula se pregătește să se divizeze prin replicarea ADN-ului, crescându-i masa și cantitatea. Mitoza cuprinde mai multe faze: profaza, metafaza, anafaza si telofaza. În timpul acestor faze, cromozomii se separă, se deplasează la polii opuși ai celulei și sunt încorporați în nucleele nou formate. La sfârșitul procesului de divizare, cromozomii duplicați sunt împărțiți în mod egal între cele două celule. Aceste celule fiice sunt identice genetic, având același număr și același tip de cromozomi.

Celulele somatice sunt exemple de celule care se divid prin mitoză. Acestea includ totul, cu excepția celulelor germinale.

Celulele canceroase care se divid prin mitoză sunt capabile să producă trei sau mai multe celule fiice. Aceste celule au fie prea mulți sau nu destui cromozomi din cauza diviziunii neregulate.

Celulele fiice în meioză

În organismele capabile de , celulele fiice sunt produse prin meioză. Meioza este un proces format din două etape care produc. O celulă în diviziune trece prin profază, metafază, anafază și telofază de două ori. La sfârșitul meiozei și citokinezei, patru sunt produse dintr-o singură celulă diploidă. Aceste celule fiice haploide au jumătate din numărul de cromozomi al celulei părinte și nu sunt identice genetic cu aceasta. În timpul reproducerii sexuale, gameții haploizi se unesc și devin un zigot diploid. Zigotul continuă să se dividă prin mitoză și se dezvoltă într-un organism pe deplin funcțional.

Celulele fiice și mișcarea cromozomială

Cum completează copiii împărțirea cu numărul corespunzător? Răspunsul la această întrebare se referă la structura fusului, care este alcătuită din microtubuli și proteine ​​care manipulează cromozomii în timpul diviziunii celulare. Fibrele fusului se atașează de cromozomii replicați, mișcându-le și separându-le atunci când este necesar.

Fusoarele mitotice și meiotice mută cromozomii către polii opuși ai celulelor, asigurându-se că fiecare celulă fiică primește numărul corect de cromozomi. Axul determină, de asemenea, locația plăcii de metafază, planul în care celula se împarte în cele din urmă.

Celulele fiice și citokineza

Ultimul pas în diviziunea celulară are loc în citokineza. Acest proces începe în timpul anafazei și se termină după telofază. În timpul citokinezei, o celulă care se divide este împărțită în două celule fiice folosind un fus. Aranjamentul fusului localizează o structură importantă în timpul diviziunii celulare numită inel contractil. Inelul contractil este format din filamente, proteine ​​actină și microtubuli, inclusiv proteina motorie miozina. Miozina comprimă inelul filamentelor de actină, formând un șanț profund numit șanț de clivaj. Pe măsură ce inelul contractil continuă să se contracte, el împarte citoplasma și împarte celula în două de-a lungul șanțului de clivaj.

Procesul de citokineză diferă în. Celulele vegetale nu conțin asteri, microtubuli în formă de stea care ajută la localizarea șanțului de clivaj. De fapt, în citokineza celulelor vegetale, nu se formează niciun șanț comisural. În schimb, celulele fiice sunt separate de o placă celulară formată din vezicule care sunt eliberate din organitele cromatide surori, care are loc în anafaza mitozei și anafaza II a meiozei. Cromozomii fiice se dezvoltă din replicarea cromozomilor monocatenar în timpul fazei de sinteză (faza S) a ciclului celular.

Cromozomii monocatenar devin cromozomi dublu catenari, care sunt ținuți împreună într-o regiune numită . Cromozomii dublu catenar sunt cunoscuți ca cromozomi surori. Cromatidele surori se separă în cele din urmă și sunt împărțite între celulele fiice nou formate. Fiecare cromatidă individuală este cunoscută ca un cromozom fiică.

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 filamentele fusului. 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 are 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 diverg către 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, dar la fertilizare, numărul diploid (2n) caracteristic acestei specii este restabilit. 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. Ar putea fi:

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

Aceste procese de apariție a unui număr mare de celule germinale calitativ diferite 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. Care este semnificația biologică a meiozei?

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

1. În ce cazuri apare meioza?

Răspuns. Celulele germinale animale se formează ca urmare a unui tip special de diviziune, în care numărul de cromozomi din celulele nou formate este jumătate față de celula mamă inițială. Astfel, celulele haploide sunt formate dintr-o celulă diploidă. Acest lucru este necesar pentru a menține un set constant de cromozomi în organisme în timpul reproducerii sexuale. Acest tip de diviziune celulară se numește meioză. Meioza (din grecescul meioză - reducere) este o diviziune de reducere în care setul de cromozomi al unei celule este înjumătățit. Meioza se caracterizează prin aceleași etape ca și mitoza, dar procesul constă din două diviziuni succesive - diviziunea I și diviziunea II a meiozei. Ca rezultat, nu se formează două, ci patru celule cu un set haploid de cromozomi.

2. Ce set de cromozomi se numește diploid?

Răspuns. Set diploid de cromozomi - (alte denumiri - set dublu de cromozomi, set zigotic de cromozomi, set complet de cromozomi, set somatic de cromozomi) un set de cromozomi inerenti celulelor somatice, în care sunt prezentați toți cromozomii caracteristici unei anumite specii biologice în perechi; La om, setul diploid de cromozomi conține 44 de autozomi și 2 cromozomi sexuali.

Întrebări după §30

1. Care este diferența dintre meioză și mitoză?

Răspuns. Principalele diferente:

1. meioza injumatateste numarul de cromozomi din celulele fiice, mitoza mentine numarul de cromozomi la un nivel stabil, ca si in celula mama

2. în meioză există 2 diviziuni la rând, iar înainte de a doua nu există interfază

3. în profaza 1 a meiozei există conjugare și este posibilă încrucișarea

4. în anafaza 1 a meiozei, cromozomi întregi diverg către poli. în mitoză-cromatide

5. în metafaza 1 a meiozei, cromozomii bivalenți se aliniază de-a lungul ecuatorului celulei în mitoză, toți cromozomii se aliniază într-o singură linie;

6. În urma meiozei se formează 4 celule fiice, în mitoză - 2 celule.

2. Care este semnificația biologică a meiozei?

Răspuns. La animale și la oameni, meioza duce la formarea de celule germinale haploide - gameți. În timpul procesului ulterior de fertilizare (fuziunea gameților), organismul noii generații primește un set diploid de cromozomi, ceea ce înseamnă că păstrează cariotipul inerent acestui tip de organism. Prin urmare, meioza împiedică creșterea numărului de cromozomi în timpul reproducerii sexuale. Fără un astfel de mecanism de divizare, seturile de cromozomi s-ar dubla cu fiecare generație ulterioară.

La plante, ciuperci și unii protisti, sporii se formează prin meioză. Procesele care au loc în timpul meiozei servesc ca bază pentru variabilitatea combinativă a organismelor. Astfel, meioza:

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.

3. În ce fază a meiozei are loc încrucișarea?

Răspuns. Profaza I a meiozei este cea mai lungă. În această fază, pe lângă procesul de helixare a ADN-ului și formarea fusului tipic pentru profaza mitozei, au loc două procese biologice foarte importante: conjugarea (împerecherea) și încrucișarea (încrucișarea) cromozomilor omologi.

Încrucișarea are loc atunci când se fac schimb de secțiuni identice de cromozomi omologi. Gândiți-vă la semnificația pe care o poate avea acest fenomen.

Răspuns. Datorită moștenirii legate, combinațiile de succes de alele sunt relativ stabile. Ca rezultat, se formează grupuri de gene, fiecare dintre acestea funcționând ca o singură supergenă care controlează mai multe trăsături. În același timp, în timpul încrucișării, apar recombinări - adică noi combinații de alele. Astfel, încrucișarea crește variabilitatea combinativă a organismelor.

Aceasta înseamnă că:

a) în cursul selecției naturale, alelele „utile” se acumulează în unii cromozomi (și purtătorii unor astfel de cromozomi câștigă un avantaj în lupta pentru existență), în timp ce alelele nedorite se acumulează în alți cromozomi (și purtătorii unor astfel de cromozomi ies din vânat - sunt eliminate din populații);

b) în timpul selecției artificiale, alelele cu trăsături valoroase din punct de vedere economic se acumulează în unii cromozomi (și purtătorii unor astfel de cromozomi sunt reținuți de crescător), în timp ce alelele nedorite se acumulează în alți cromozomi (și purtătorii unor astfel de cromozomi sunt aruncați).

Ca urmare a încrucișării, alelele nefavorabile, inițial legate de cele favorabile, se pot muta pe alt cromozom. Apoi apar noi combinații care nu conțin alele nefavorabile, iar aceste alele nefavorabile sunt eliminate din populație.

1. Dați definiții conceptelor.
Ou- gametul feminin.
Gameti– celule reproductive 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 un aport de 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. Care este rolul biologic al meiozei?
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 sensul general al cuvântului (termenului), pe baza semnificației rădăcinilor care îl alcătuiesc.

14. Selectați un termen și explicați cum se potrivește sensul său modern cu sensul 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. Există 4 etape în spermatogeneză, ultima (formația) 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.