Hlavná funkcia meiózy. Podstata, mechanizmus a biologický význam meiózy

V prírode existuje niekoľko spôsobov a typov bunkového delenia. Jedným z nich je proces delenia nazývaný meióza. V tomto článku sa dozviete, ako tento proces prebieha, o jeho vlastnostiach a tiež o tom, z čoho pozostáva. biologický význam meióza.

Fázy meiózy

Spôsob delenia, v dôsledku ktorého sa z materskej bunky s rozpoltenou sadou chromozómov vytvoria štyri dcérske bunky, sa nazýva meióza.

Ak sa teda diploidná somatická bunka delí, výsledkom sú štyri haploidné bunky.

Celý proces prebieha nepretržite v dvoch etapách, medzi ktorými prakticky neexistuje žiadna medzifáza. Nasledujúca tabuľka vám pomôže stručne opísať celý proces:

Fáza	Popis
*Prvá divízia:*
Profáza 1	Jadierka sa rozpustia, jadrové membrány sa zrútia a vytvorí sa štiepne vreteno.
Metafáza 1	Špiralizácia dosahuje maximálne hodnoty, páry chromozómov sa nachádzajú v ekvatoriálnej časti vretienka.
Anafáza 1	Homologické chromozómy sa pohybujú na rôznych póloch. Preto z každého ich páru jeden padne do dcérskej bunky.
Telofáza 1	Deliace vreteno je zničené, tvoria sa jadrá a distribuuje sa cytoplazma. Výsledkom sú dve bunky, ktoré doslova okamžite vstúpia do nového procesu delenia mitózou.
*Druhá divízia:*
Profáza 2	Vznikajú chromozómy, ktoré sa náhodne nachádzajú v cytoplazme bunky. Vytvorí sa nové vreteno.
Metafáza 2	Chromozómy sa pohybujú k rovníku vretena.
Anafáza 2	Chromatidy sa oddeľujú a presúvajú na rôzne póly.
Telofáza 2	V dôsledku toho získame štyri haploidné bunky s jednou chromatidou.

Ryža. 1. Schéma meiózy

Profáza 1 prebieha v piatich štádiách, počas ktorých chromatín spiralizuje, tvoria sa dvojchromatidové chromozómy. Pozoruje sa párová konvergencia homológnych chromozómov (konjugácia), pričom na niektorých miestach sa pretínajú a vymieňajú si určité oblasti (crossing over).

Ryža. 2. Schéma profázy 1

Biologický význam meiózy

Proces delenia eukaryotických buniek metódou meiózy zohráva významnú úlohu najmä pri tvorbe buniek reprodukčného systému – gamét. V procese oplodnenia, kedy dochádza k splynutiu gamét, dostáva nový organizmus diploidnú sadu chromozómov a tým sú zachované znaky karyotypu. Ak by neexistovala meióza, potom by sa v dôsledku reprodukcie počet chromozómov neustále zvyšoval.

Ryža. 3. Schéma tvorby gamét

Okrem toho biologický zmysel meióza je:

TOP 4 článkyktorí čítajú spolu s týmto

polemika v niektorých rastlinné organizmy, ako aj huby;
kombinovaná variabilita organizmov, pretože konjugácia vytvára nové súbory genetických informácií;
základná fáza tvorby gamét;
prenos genetického kódu na novú generáciu;
udržiavanie konštantného počtu chromozómov počas reprodukcie;
dcérske bunky nie sú podobné rodičovským a sesterským bunkám.

Čo sme sa naučili?

Meióza je proces, ktorého podstatou je zníženie počtu chromozómov pri delení buniek. Prebieha v dvoch etapách, z ktorých každá pozostáva zo štyroch fáz. V dôsledku prvého štádia získame dve bunky s haploidnou sadou chromozómov. Druhá fáza prebieha podľa princípu delenia metódou mitózy, v dôsledku čoho získame štyri bunky s haploidnou sadou. Tento proces veľmi dôležité pri tvorbe zárodočných buniek, ktoré sa podieľajú na oplodnení. Výsledné bunky – gaméty s haploidnou sadou, keď sa zlúčia, vytvoria zygotu s diploidnou sadou, čím si zachovávajú konštantný počet chromozómov. Zvláštnosťou meiózy je, že dcérske bunky nie sú podobné materskej bunke a majú špeciálny genetický materiál.

meióza- Ide o špeciálny spôsob delenia buniek, v dôsledku ktorého dochádza k zníženiu (zníženiu) počtu chromozómov na polovicu. Prvýkrát ho opísal W. Flemming v roku 1882 u zvierat a E. Sgrasburger v roku 1888 u rastlín. Meióza produkuje spóry a gaméty. V dôsledku redukcie sady chromozómov dostane každá haploidná spóra a gaméta jeden chromozóm z každého páru chromozómov prítomných v danej diploidnej bunke. V priebehu ďalšieho procesu oplodnenia (fúzie gamét) dostane organizmus novej generácie opäť diploidnú sadu chromozómov, t.j. Karyotyp organizmov daného druhu zostáva konštantný počas niekoľkých generácií. Najdôležitejším významom meiózy je teda zabezpečenie stálosti karyotypu v množstve generácií organizmov daného druhu počas sexuálneho rozmnožovania.

Meióza zahŕňa dve rýchlo nasledujúce delenia za sebou. Pred začiatkom meiózy sa každý chromozóm replikuje (zdvojnásobí sa v S-perióde interfázy). Jeho dve vytvorené kópie zostávajú nejaký čas spojené centromérou. Preto každé jadro, v ktorom začína meióza, obsahuje ekvivalent štyroch sád homológnych chromozómov (4c).

Druhé delenie meiózy nasleduje takmer bezprostredne po prvom a v intervale medzi nimi neprebieha syntéza DNA (t. j. v skutočnosti neexistuje medzifáza medzi prvým a druhým delením).

Prvé meiotické (redukčné) delenie vedie k vytvoreniu haploidných buniek (n) z diploidných buniek (2n). Začína to s profázaja, v ktorej sa podobne ako pri mitóze uskutočňuje balenie dedičného materiálu (spiralizácia chromozómov). Súčasne dochádza ku konvergencii homológnych (párových) chromozómov s ich identickými úsekmi - konjugácia(udalosť, ktorá sa pri mitóze nepozoruje). V dôsledku konjugácie sa vytvárajú páry chromozómov - bivalenty. Každý chromozóm, ktorý vstupuje do meiózy, ako je uvedené vyššie, má dvojitý obsah dedičného materiálu a pozostáva z dvoch chromatidov, takže bivalentný pozostáva zo 4 vlákien. Keď sú chromozómy v konjugovanom stave, ich ďalšia špirála pokračuje. V tomto prípade sa jednotlivé chromatidy homológnych chromozómov prelínajú, pretínajú. Následne sa homológne chromozómy trochu odpudzujú. Výsledkom je, že chromatidové zapletenia sa môžu zlomiť a výsledkom je, že v procese opätovného spojenia zlomov chromatíd si homológne chromozómy vymieňajú zodpovedajúce časti. Ako výsledok, chromozóm, ktorý prišiel do daný organizmus od otca, zahŕňa časť materského chromozómu a naopak. Kríženie homológnych chromozómov, sprevádzané výmenou zodpovedajúcich úsekov medzi ich chromatidami, sa nazýva prejsť. Po prekrížení sa zmenené chromozómy ďalej rozchádzajú, teda s inou kombináciou génov. Keďže ide o prirodzený proces, prekríženie vedie vždy k výmene oblastí rôznej veľkosti a tým zabezpečuje efektívnu rekombináciu chromozómového materiálu v gamétach.

Biologický význam prekračovania je extrémne veľká, pretože genetická rekombinácia umožňuje vytvárať nové kombinácie génov, ktoré predtým neexistovali, a zvyšuje prežitie organizmov v procese evolúcie.

IN metafázaja dokončenie štiepneho vretena. Jeho vlákna sú pripojené ku kinetochórom chromozómov spojených do bivalentov. Výsledkom je, že vlákna spojené s kinetochórmi homológnych chromozómov vytvárajú bivalenty v ekvatoriálnej rovine štiepneho vretienka.

IN anafáza I homológne chromozómy sú od seba oddelené a rozchádzajú sa k pólom bunky. V tomto prípade haploidná sada chromozómov odchádza ku každému pólu (každý chromozóm pozostáva z dvoch chromatidov).

IN telofáza I na póloch vretienka je zostavený jeden, haploidný súbor chromozómov, v ktorom každý typ chromozómu už nie je reprezentovaný párom, ale jedným chromozómom, pozostávajúcim z dvoch chromatidov. V krátkom trvaní telofázy I sa obnoví jadrový obal, po ktorom sa materská bunka rozdelí na dve dcérske bunky.

Vznik bivalentov pri konjugácii homológnych chromozómov v profáze I meiózy teda vytvára podmienky pre následnú redukciu počtu chromozómov. Tvorba haploidnej sady v gamétach je zabezpečená divergenciou v anafáze I nie chromatidov ako pri mitóze, ale homológnych chromozómov, ktoré boli predtým kombinované do bivalentov.

Po telofáza I po delení nasleduje krátka medzifáza, v ktorej nedochádza k syntéze DNA a bunky pokračujú k ďalšiemu deleniu, ktoré je podobné normálnej mitóze. ProfázaII krátky. Jadierka a jadrová membrána sú zničené a chromozómy sú skrátené a zhrubnuté. Centrioly, ak sú prítomné, sa presúvajú k opačným pólom bunky, objavujú sa vretenovité vlákna. IN metafáza II Chromozómy sú zoradené v rovníkovej rovine. IN anafáza II v dôsledku pohybu závitov štiepneho vretienka dochádza k deleniu chromozómov na chromatidy, pretože ich väzby v oblasti centroméry sú zničené. Každá chromatid sa stáva nezávislým chromozómom. Pomocou vretenovitých závitov sa chromozómy naťahujú k pólom bunky. Telofáza II charakterizované vymiznutím filamentov štiepneho vretienka, izoláciou jadier a cytokinézou, ktorá vyvrcholí vytvorením štyroch haploidných buniek z dvoch haploidných buniek. Vo všeobecnosti sa po meióze (I a II) z jednej diploidnej bunky vytvoria 4 bunky s haploidnou sadou chromozómov.

Redukčné delenie je vlastne mechanizmus, ktorý bráni neustálemu zvyšovaniu počtu chromozómov pri splynutí gamét, bez neho by sa pri pohlavnom rozmnožovaní počet chromozómov v každej novej generácii zdvojnásobil. Inými slovami, meióza zachováva určitý a konštantný počet chromozómov vo všetkých generáciách akéhokoľvek druhu rastlín, živočíchov a húb. Ďalším dôležitým významom meiózy je zabezpečenie extrémnej diverzity genetického zloženia gamét ako v dôsledku kríženia, tak aj v dôsledku odlišnej kombinácie otcovských a materských chromozómov pri ich nezávislej divergencii v I. anafáze meiózy, čo zabezpečuje vzhľad rozmanitých a heterogénnych potomkov počas sexuálneho rozmnožovania organizmov.

Blogu sa venujem už takmer tri roky. učiteľ biológie. Niektoré témy sú mimoriadne zaujímavé a komentáre k článkom sú neskutočne „nafúknuté“. Chápem, že je veľmi nepohodlné čítať takéto dlhé „nánožníky“ po čase.
Preto som sa rozhodol zverejniť niektoré čitateľské otázky a moje odpovede na ne, ktoré môžu mnohých zaujímať, v samostatnej blogovej sekcii, ktorú som nazval „Z dialógov v komentároch“.

Čo je zaujímavé na téme tohto článku? Veď to je predsa jasné hlavný biologický význam meiózy : zabezpečenie nemennosti počtu chromozómov v bunkách z generácie na generáciu počas sexuálneho rozmnožovania.

Okrem toho by sme nemali zabúdať, že v živočíšnych organizmoch v špecializovaných orgánoch (gonádach) z diploidných somatických buniek (2n) tvoria sa meiózy haploidné pohlavné bunky gaméty (n).

Pamätáme si tiež, že všetky rastliny žijú s : sporofyt, ktorý produkuje spóry a gametofyt, ktorý produkuje gaméty. meióza v rastlinách prebieha v štádiu dozrievania haploidných spór (n). Zo spór sa vyvíja gametofyt, ktorého všetky bunky sú haploidné (n). Preto v gametofytoch mitózy tvoria haploidné gaméty mužských a ženských zárodočných buniek (n).

Teraz sa pozrime na materiály komentárov k článku, aké sú testy na skúšku na túto tému o biologickom význame meiózy.

Svetlana(učiteľ biológie). Dobré popoludnie, Boris Fagimovič!

Analyzoval som 2 USE výhody Kalinov G.S. a tu je to, čo som našiel.

1 otázka.

2. Tvorba buniek s dvojnásobným počtom chromozómov;
3. Tvorba haploidných buniek;
4. Rekombinácia úsekov nehomologických chromozómov;
5. Nové kombinácie génov;
6. Vzhľad viac somatické bunky.
Oficiálna odpoveď je 3,4,5.

Otázka 2 je podobná, ALE!
Biologický význam meiózy je:
1. objavenie sa novej nukleotidovej sekvencie;
2. Tvorba buniek s diploidnou sadou chromozómov;
3. Tvorba buniek s haploidnou sadou chromozómov;
4. Tvorba kruhovej molekuly DNA;
5. Vznik nových kombinácií génov;
6. Zvýšenie počtu zárodočných vrstiev.
Oficiálna odpoveď je 1,3,5.

Čo vyjde : v otázke 1 je odpoveď 1 zamietnutá, ale v otázke 2 je správna? Ale 1 je s najväčšou pravdepodobnosťou odpoveďou na otázku, čo poskytuje proces mutácie; ak - 4, tak to môže byť v princípe tiež správne, keďže okrem homologických chromozómov sa môžu zdať, že sa rekombinujú aj nehomologické? Viac sa prikláňam k odpovediam 1,3,5.

Ahoj Svetlana! Existuje veda o biológii, ktorá je uvedená v stredoškolských učebniciach. Existuje disciplína biológia, ktorá je stanovená (čo najdostupnejšie) v školských učebniciach. Prístupnosť (a vlastne popularizácia vedy) má často za následok najrôznejšie nepresnosti, ktorými „hrešia“ školské učebnice (dokonca 12-krát dotlačené s rovnakými chybami).

Svetlana, čo môžeme povedať o testovacích úlohách, ktorých už „poskladali“ desaťtisíce (samozrejme, sú v nich vyslovené chyby a najrôznejšie nepresnosti spojené s dvojitou interpretáciou otázok a odpovedí).

Áno, máte pravdu, je to úplná absurdita, keď tú istú odpoveď v rôznych úlohách čo i len jedného autora vyhodnotí ako správnu a ako nesprávnu. A takých, jemne povedané, „zmätkov“, veľmi, veľmi.

Školákov učíme, že konjugácia homológnych chromozómov v profáze 1 meiózy môže viesť k prekríženiu. Crossing poskytuje kombinačnú variabilitu - vznik novej kombinácie génov alebo, čo je to isté ako „nová sekvencia nukleotidov“. V tom je tiež jedným z biologických významov meiózy, takže odpoveď 1 je nepochybne správna.

Ale v správnosti odpovede 4 na účet rekombinácie úsekov NEHOMOLOGICKÝCH chromozómov vidím obrovská "búria" pri zostavovaní takéhoto testu vo všeobecnosti. Počas meiózy sa normálne konjugujú HOMOLOGICKÉ chromozómy (to je podstata meiózy, to je jeho biologický význam). Existujú však chromozomálne mutácie, ktoré sa vyskytujú v dôsledku meiotických chýb, keď sú konjugované nehomologické chromozómy. Tu v odpovedi na otázku: „Ako vznikajú chromozomálne mutácie“ - táto odpoveď by bola správna.

Kompilátori niekedy zjavne „nevidia“ časticu „nie“ pred slovom „homologický“, keďže som narazil aj na iné testy, kde som pri otázke o biologickom význame meiózy musel vybrať túto odpoveď ako správnu. Samozrejme, žiadatelia musia vedieť, že tu sú správne odpovede 1,3,5.

Ako vidíte, tieto dva testy sú tiež zlé, pretože sú všeobecne nebola ponúknutá žiadna hlavná správna odpoveď na otázku o biologickom význame meiózy a odpovede 1 a 5 sú vlastne rovnaké.

Áno, Svetlana, to sú „chyby“, za ktoré absolventi a uchádzači platia na skúškach pri zložení skúšky. Preto je hlavná vec, aj pre absolvovanie skúšky, učte svojich žiakov prevažne z učebníc a nie na testoch. Učebnice poskytujú komplexné poznatky. Len takéto poznatky pomôžu žiakom odpovedať na akékoľvek správne zložené testy.

**************************************************************

Kto bude mať otázky k článku učiteľ biológie cez skype, kontakt v komentároch.

Pri pohlavnom rozmnožovaní vzniká dcérsky organizmus ako výsledok splynutia dvoch zárodočných buniek ( gaméty) a následný vývoj z oplodneného vajíčka - zygoty.

Pohlavné bunky rodičov majú haploidný súbor ( n) chromozómy a v zygote, keď sa spoja dve takéto sady, počet chromozómov sa stane diploidným (2 n): každý pár homológnych chromozómov obsahuje jeden otcovský a jeden materský chromozóm.

Haploidné bunky vznikajú z diploidných buniek v dôsledku špeciálneho bunkového delenia – meiózy.

meióza - druh mitózy, v dôsledku ktorej sú diploidné (2n) somatické bunky zárodočných bunieklez vytvoril haploidné gaméty (1n). Počas oplodnenia sa jadrá gamét zlúčia a obnoví sa diploidná sada chromozómov. Meióza teda zabezpečuje zachovanie konštantnej sady chromozómov a množstva DNA pre každý druh.

Meióza je nepretržitý proces pozostávajúci z dvoch po sebe nasledujúcich delení nazývaných meióza I a meióza II. Každé rozdelenie je rozdelené na profázu, metafázu, anafázu a telofázu. V dôsledku meiózy I sa počet chromozómov zníži na polovicu ( redukčné delenie): počas meiózy II sú zachované haploidné bunky (rovnicové delenie). Bunky vstupujúce do meiózy obsahujú genetickú informáciu 2n2xp (obr. 1).

V profáze I meiózy sa chromatín postupne zvinie a vytvorí chromozómy. Homologické chromozómy sa k sebe približujú a vytvárajú spoločnú štruktúru pozostávajúcu z dvoch chromozómov (bivalentných) a štyroch chromatidov (tetrád). Kontakt dvoch homológnych chromozómov po celej dĺžke sa nazýva konjugácia. Potom sa medzi homológnymi chromozómami objavia odpudivé sily a chromozómy sa najskôr oddelia v oblasti centroméry, zostávajú spojené v oblasti ramena a tvoria dekusácie (chiasmata). Divergencia chromatidov sa postupne zvyšuje a dekusácie sa posúvajú smerom k ich koncom. V procese konjugácie medzi niektorými chromatidami homológnych chromozómov môže dôjsť k výmene miest – cross over, čo vedie k rekombinácii genetického materiálu. Na konci profázy sa jadrový obal a jadierka rozpustia a vytvorí sa achromatínové vreteno. Obsah genetického materiálu zostáva rovnaký (2n2хр).

V metafáze bivalenty chromozómu meiózy I sa nachádzajú v ekvatoriálnej rovine bunky. V tomto momente ich špirálovitosť dosahuje maximum. Obsah genetického materiálu sa nemení (2n2xp).

v anafáze homologické chromozómy meiosis I, pozostávajúce z dvoch chromatidov, sa nakoniec od seba vzdialia a rozchádzajú sa smerom k pólom bunky. V dôsledku toho sa do dcérskej bunky dostane iba jeden z každého páru homológnych chromozómov - počet chromozómov sa zníži na polovicu (dochádza k redukcii). Obsah genetického materiálu sa stáva 1n2xp na každom póle.

v telofáze vznik jadier a delenie cytoplazmy - vznikajú dve dcérske bunky. Dcérske bunky obsahujú haploidnú sadu chromozómov, každý chromozóm má dve chromatidy (1n2xp).

Interkinéza- krátky interval medzi prvým a druhým meiotickým delením. V tomto čase nedochádza k replikácii DNA a dve dcérske bunky rýchlo vstupujú do meiózy II, pričom postupujú podľa typu mitózy.

Ryža. jeden. Schéma meiózy (zobrazený jeden pár homológnych chromozómov). Meióza I: 1, 2, 3. 4. 5 - profáza; 6 - metafáza; 7 - anafáza; 8 - telofáza; 9 - interkinéza. meióza II; 10 - metafáza; II - anafáza; 12 - dcérske bunky.

v profáze meiózy II prebiehajú rovnaké procesy ako pri profáze mitózy. V metafáze sú chromozómy umiestnené v rovníkovej rovine. Nedochádza k žiadnym zmenám v obsahu genetického materiálu (1n2хр). V anafáze meiózy II sa chromatidy každého chromozómu presúvajú k opačným pólom bunky a obsah genetického materiálu na každom póle sa stáva lnlxp. V telofáze sa tvoria 4 haploidné bunky (lnlxp).

Z jednej diploidnej materskej bunky sa teda v dôsledku meiózy vytvoria 4 bunky s haploidnou sadou chromozómov. Okrem toho v profáze meiózy I dochádza k rekombinácii genetického materiálu (crossing over) a v anafáze I a II k náhodnému odchodu chromozómov a chromatíd k jednému alebo druhému pólu. Tieto procesy sú príčinou kombinovanej variability.

Biologický význam meiózy:

1) je hlavnou fázou gametogenézy;

2) zabezpečuje prenos genetickej informácie z organizmu do organizmu pri pohlavnom rozmnožovaní;

3) dcérske bunky nie sú geneticky identické s rodičmi a navzájom.

Biologický význam meiózy spočíva aj v tom, že na tvorbu zárodočných buniek je nevyhnutný pokles počtu chromozómov, keďže jadrá gamét sa pri oplodnení spájajú. Ak by k tejto redukcii nedošlo, potom by v zygote (a teda vo všetkých bunkách dcérskeho organizmu) bolo dvakrát toľko chromozómov. To je však v rozpore s pravidlom nemennosti počtu chromozómov. Zárodočné bunky sú vďaka meióze haploidné a pri oplodnení v zygote sa obnovuje diploidná sada chromozómov (obr. 2 a 3).

Ryža. 2.Schéma gametogenézy: a — spermatogenéza; á - ovogenéza

Ryža. 3.Schéma ilustrujúca mechanizmus udržiavania diploidnej sady chromozómov počas sexuálnej reprodukcie