какие клетки образуются при мейозе
Особенности и стадии мейоза: определение процесса, первое и второе мейотическое деление, значение мейоза
Особенности и фазы мейоза
Определение мейоза
Мейоз — это форма ядерного деления, при которой происходит уменьшение числа хромосом с диплоидного (2n) до гаплоидного (n).
Исходя из определения мейоза, такое деление сопровождается однократным удвоением хромосом, то есть, репликацией ДНК как при митозе, которое происходит в родительской клетке. Затем идут два цикла клеточных и ядерных делений — первое и второе деление мейоза.
Важно отметить, что второе деление следует непосредственно после первого, при этом синтеза ДНК в промежутке между делениями не происходит. Это значит, что между двумя делениями нет интерфазы.
Мейоз у животных происходит, когда образуются спермии и яйцеклетки (гаметогенез).
Мейоз сопровождается редукцией хромосомного набора, в результате чего из каждой пары материнской клетки одна хромосома передается каждой гаплоидной гамете или споре. При последующем слиянии гамет (оплодотворении) новый организм опять получает диплоидный набор хромосом. Это гарантирует стабильность кариотипа организма конкретного вида на протяжении поколений.
В ходе мейоза два деления происходят быстро и одно за другим. Сначала осуществляется репликация или удвоение каждой хромосомы. Две образованные в итоге копии некоторое время остаются соединенными при помощи центромеры. Из этого следует, что в каждом начинающем мейотически делиться ядре есть эквивалент четырех наборов гомологических хромосом (4с). Поэтому для образования ядра гамет с гаплоидным (одинарным) набором хромосом нужны два ядерных деления.
Остановимся на каждой фазе мейоза подробнее.
Первое деление мейоза
Первая стадия мейоза — первое деление.
Результатом первого мейотического деления (это редукционное деление) являются гаплоидные клетки (n), образованные из диплоидных клеток (2n).
Этот этап начинается с профазы I. Если кратко, то мейоз, как и митоз, на этой фазе предполагает упаковывание наследственного материала — происходит спирализация хромосом. Одновременно с этим происходит конъюгация: наблюдается сближение гомологическим (парных) хромосом одинаковыми участками. Результатом конъюгации является образование пар хромосом — бивалентов. Все вошедшие в мейоз хромосомы состоят из двух хроматид и обладает удвоенным наследственным материалом. По этой причине бивалент состоит из 4 нитей.
Находясь в конъюгированном состоянии, хромосомы подвержены дальнейшей спирализации. Происходит переплетение и перекрещивание отдельных хроматид гомологических хромосом. Позже гомологические хромосомы отталкиваются и частично расходятся, в связи с чем встречается разрыв в местах переплетения хроматид. Когда эти разрывы восстанавливаются, хроматиды гомологических хромосом обмениваются соответствующими участками.
В итоге хромосома, которая перешла к новому организму от родителя, включает часть материнской хромосомы. И наоборот.
Процесс перекрещивания гомологических хромосом с последующим обменом участками хроматид — это кроссинговер.
Измененные в результате кроссинговера хромосомы (обладающие другими объединениями генов) расходятся.
Кроссинговер — закономерный процесс, в результате которого каждый раз происходит обмен разными по размеру участками, что обеспечивает эффективную рекомбинацию материала хромосом гамет.
Далее наступает метафаза I. На этом этапе мейоза завершается формирование веретена деления. Нити этого веретена закрепляются за центромеры хромосом. Последние, в свою очередь, таким образом соединены в биваленты, что от каждой центромеры отходит только одна нить — к одному из полюсов клетки. Как результат — биваленты располагаются по экватору веретена деления за счет связанных с центромерами гомологических хромосом нитей.
Затем следует анафаза I. На этой стадии мейоза происходит рассоединение хромосом и расхождение их к полюсам клетки.
В процессе анафазы к каждому полюсу отходит одинарный набор хромосом — он состоит из двух хроматид.
Телофаза I связана с образованием возле полюсов веретена одинарного (гаплоидного) набора хромосом. В нем каждый вид представлен не парой, а только одной хромосомой — она состоит из двух хроматид. Телофаза по длительности короткая, но за это время происходит возобновление оболочки ядра и деление материнской клетки на две дочерние.
Так за счет образования бивалентов при конъюгации гомологических хромосом в профазе I мейоза обеспечиваются условия для последующей редукции числа хромосом. Осуществляется формирование гаплоидного набора в гаметах — благодаря ему происходит расхождение в анафазе I гомологических хромосом, ранее соединенных в биваленты, а не хроматид, как во время митоза.
Второе мейотическое деление
Как уже упоминалось, второе мейотическое деление следует непосредственно за первым и похоже на обычный митоз — иногда этот процесс называют митозом мейоза. Но отличие заключается в том, что делящиеся клетки содержат гаплоидный набор хромосом.
Теперь о второй фазе мейоза кратко:
Значение мейоза
Теперь о значении мейоза кратко.
Редукционное деление регулирует постоянное увеличение количество хромосом в ходе слияния гамет. Без этого в процессе полового размножения происходило бы удваивание числа хромосом из поколения в поколение.
Мейоз — процесс, поддерживающий постоянное количество хромосом в клетках всех поколений каждого вида растений, животных, грибов и протистов.
Также мейоз важен потому, что, благодаря ему обеспечивается большое разнообразие генетического состава гамет. Это возможно благодаря кроссинговеру и различному объединению материнских и отцовских хромосом при их расхождении в анафазе I мейоза. Все это способствует разнообразию и разнокачественности будущего потомства в ходе полового размножения.
Также мейоз обеспечивает постоянство кариотипа в ряду поколений данного вида организмов и большое разнообразие в генетическом составе гамет и спор.
На этом материале можно проследить различия между митозом и мейозом в кратком виде.
Какие клетки образуются при мейозе
Мейоз — уникальный для половых клеток процесс, в котором диплоидные клетки порождают гаплоидные гаметы. Мейоз состоит из одного цикла синтеза ДНК и двух циклов расхождения хромосом и деления клетки. Способные к мейозу половые клетки — первичные сперматоциты или первичные овоциты — до наступления мейоза проходят через длинную серию митозов, начиная от зиготы.
Мужские и женские гаметы имеют разные истории; и хотя последовательность событий одинаковая, синхронизация весьма различна. Два последовательных мейотических деления называются мейозом I и мейозом II. Мейоз I так же известен как редукционное деление, поскольку число хромосом уменьшается наполовину вследствие спаривания гомологов в профазе и их расхождения в разные клетки в анафазе. Х- и Y-хромосомы не являются гомологами в строгом смысле, однако имеют гомологичные сегменты на концах коротких и длинных плеч, которыми они конъюгируют в ходе мейоза I.
Мейоз I также примечателен тем, что в нем происходит генетическая рекомбинация, называемая мейотическим кроссинговером.
В ходе этого процесса обмениваются гомологичные сегменты ДНК между разными, несестринскими хроматидами пары гомологичных хромосом. Это приводит к тому, что ни одна из гамет, полученных в результате мейоза, не идентична другой. Рекомбинация — фундаментальное понятие для процесса распределения генов, ответственных за наследственные болезни.
Поскольку рекомбинация предполагает физическое взаимодействие двух гомологичных хромосом в соответствующей точке в течение мейоза I, она также определяет правильность расхождения хромосом в мейозе. Нарушения в процессе рекомбинации могут вызвать нерасхождение хромосом в ходе мейоза I, самую частую причину хромосомных аномалий типа синдрома Дауна.
Мейоз II следует за мейозом I без промежуточного удвоения ДНК. Как и при обычном митозе, хроматиды расходятся и одна хроматида каждой хромосомы переходит в дочернюю клетку.
Первое мейотическое деление (мейоз I)
Профаза I мейоза. Профаза мейоза I — сложный процесс, который серьезно отличается от митотической профазы, с важными генетическими последствиями. Выделяют несколько этапов профазы. На всех этапах хромосомы непрерывно конденсируются и становятся короче и толще.
• Лептотена. Хромосомы, уже скопированные в ходе предыдущей S фазы, становятся видимыми как нити, начинается конденсация хроматина. Две однотипных хроматиды каждой хромосомы так тесно сближаются, что их невозможно выделить.
• Зиготена. Гомологичные хромосомы начинают выстраиваться и соединяться вдоль оси. Процесс спаривания, или синапсис, обычно очень точный, так что последовательности ДНК соответствуют друг другу на протяжении всей хромосомы. Хотя молекулярная основа синапсиса не до конца понятна, электронная микроскопия показывает, что хромосомы удерживаются вместе синаптонемальным комплексом — лентообразной белоксодержащей структурой. Синаптонемальный комплекс необходим для процесса рекомбинации.
• Пахитена. Хромосомы становятся более толстыми. Синапсис завершен, и каждая пара гомологов видна как бивалент (иногда называемый тетрадой, поскольку он содержит четыре хроматиды). Пахитена — этап, в котором происходит мейотический кроссинговер.
• Диплотена. После рекомбинации синаптонемальный комплекс начинает разрушаться, и два компонента каждого бивалента начинают отделиться друг от друга. В конце концов два гомолога каждого бивалента касаются друг друга только в точках, называемых хиазмами (пересечениями). Полагают, что они обозначают точки обмена. Среднее число хиазм, наблюдаемых в сперматоцитах, — около 50, т.е. несколько на каждый бивалент.
Этот процесс называют расхождением. Таким образом, число хромосом уменьшается вдвое, и каждая клетка, полученная в результате первого деления мейоза, получает гаплоидное число хромосом. Разные биваленты расходятся независимо друг от друга и в результате исходные отцовский и материнский хромосомные комплекты сортируются в произвольных комбинациях. Возможное количество комбинаций 23 хромосом, которое может образоваться в гаметах, — 223 (более 8 млн). Фактически же вариабельность генетического материала, передающегося от родителей ребенку, значительно больше, что обеспечивается кроссинговером.
В результате этого процесса каждая хроматида обычно содержит сегменты, производные от каждой родительской хромосомной пары; на этом этапе, например, типичная хромосома 1 формируется из трех-пяти сегментов, поочередно отцовского и материнского происхождения. В процессе деления клетки может происходить много ошибок. Некоторые заканчиваются остановкой мейоза и гибелью клетки, другие ведут к неправильному расхождению хромосом в анафазе. Например, оба гомолога хромосомной пары могут переместиться к одному и тому же, а не противоположным полюсам в анафазе мейоза I. Этот патологический процесс называется нерасхождением. Телофаза I мейоза. В телофазе гаплоидные комплекты хромосом группируются в противоположных полюсах клетки.
Цитокинез. После телофазы I клетка делится на две гаплоидные дочерние клетки и входит в мейотическую интерфазу. При сперматогенезе цитоплазма более или менее одинаково делится между двумя дочерними клетками; но при овогенезе одна (вторичный овоцит) получает почти всю цитоплазму, а вторая клетка становится первым полярным тельцем. В отличие от митоза, интерфаза очень короткая, и сразу начинается второе мейотическое деление. Следует обратить внимание на существенное различие между мейотической и митотической интерфазами — отсутствие S-фазы (т.е. синтеза ДНК) между первым и вторым мейотическими делениями.
Второе мейотическое деление (мейоз II)
Второе мейотическое деление подобно обычному митозу, за исключением того, что набор хромосом, получаемый в результате мейоза II, — гаплоидный. Конечный результат мейоза — две дочерних клетки мейоза I — делятся, формируя четыре гаплоидных клетки, каждая из которых содержит 23 хромосомы. Как уже упоминалось, из-за кроссинговера в мейозе I хромосомы результирующих гамет неидентичны.
Подобно тому, как каждая родительская хромосома в паре произвольно и независимо переходит к дочерним клеткам в мейозе I, в ходе мейоза также произвольно распределяются отцовские и материнские аллели каждого гена. Тем не менее от того, в первом или втором делении мейоза произошло разделение аллелей, зависит, участвовали ли они в процессе кроссинговера в ходе первого мейотического деления.
Генетические последствия мейоза:
• Уменьшение числа хромосом от диплоидного до гаплоидного, необходимое для образования гамет.
• Сегрегация аллелей в первом и втором делении мейоза в соответствии с первым законом Менделя.
• Случайное перераспределение генетического материала в гомологичных хромосомах в соответствии со вторым законом Менделя.
• Дополнительное перераспределение генетического материала с помощью кроссинговера, значительно увеличивающее число генетических вариантов, а также играющее важную роль в процессе нормального расхождения хромосом.
Учебное видео: мейоз и его фазы
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Какие клетки образуются при мейозе
Установите соответствие между признаками и фазами мейоза, обозначенными цифрами на схеме первого деления мейоза: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
