Podziały komórkowe
Podział komórki - mejoza
Opiszesz przebieg poszczególnych faz mejozy.
Porównasz pierwszy i drugi podział mejotyczny.
Wyjaśnisz znaczenie mejozy w zachowaniu ciągłości życia na Ziemi.
Wyjaśnisz znaczenie procesu crossing‑over i niezależnej segregacji chromosomów jako źródeł różnorodności biologicznej.
Mejoza to podział jądra komórkowego, podczas którego następuje redukcja liczby chromosomów o połowę. U roślin i grzybów mejoza prowadzi do wytworzenia haploidalnych zarodnikówzarodników, natomiast u zwierząt powstają w jej wyniku haploidalne gametygamety.
Przebieg mejozy
Mejoza składa się z dwóch następujących po sobie podziałów, określanych jako:
I podział mejotyczny (mejoza I) – jest podziałem redukcyjnym, w jego wyniku następuje redukcja liczby chromosomów o połowę;
II podział mejotyczny (mejoza II) – jest podziałem zachowawczym, który jest podobny do mitozy i ma na celu zwielokrotnienie liczby komórek.
Każdy z podziałów składa się z takich samych faz. W I podziale mejotycznym są to: profaza I, metafaza I, anafaza I oraz telofaza I. W II podziale mejotycznym wyróżnia się natomiast: profazę II, metafazę II, anafazę II oraz telofazę II.
W wyniku I podziału mejotycznego z jednej komórki powstają dwie komórki, które następnie dzielą się w procesie podobnym do mitozy. W rezultacie w wyniku kompletnej mejozy powstają 4 komórki.
Przebieg I podziału mejotycznego
Podczas interfazy poprzedzającej I podział mejotyczny dochodzi do replikacji DNA i podwojenia ilości materiału genetycznego. W rezultacie komórka diploidalna (2n), która rozpoczyna mejozę ma ilość DNA równą 4c.
To jeden z najbardziej skomplikowanych i zarazem najdłuższy etap mejozy. Rozpoczyna się kondensacja chromatyny do chromosomów. Chromosomy homologiczneChromosomy homologiczne łączą się w pary, tworząc biwalenty (tetrady), składające się łącznie z czterech chromatyd. W biwalencie dochodzi do procesu crossing‑overcrossing‑over, który polega na wymianie fragmentów chromatyd niesiostrzanych chromosomów homologicznych. W miejscach wymiany fragmentów materiału genetycznego powstają chiazmychiazmy, czyli krzyżowe połączenia pomiędzy chromatydami, które brały udział w crossing‑over. Na koniec tego etapu następuje rozpad otoczki jądrowej i jąderka.
Pary chromosomów homologicznych (biwalenty) łączą się z mikrotubulami przeciwnych biegunów komórki. Biwalenty ułożone są w płaszczyźnie równikowej komórki, tworząc płytkę metafazową.
Włókna wrzeciona kariokinetycznego ulegają skróceniu, przyciągając każdy z chromosomów homologicznych tworzących biwalent do przeciwległych biegunów komórki. W ten sposób biwalent rozpada się, ale każdy z chromosomów nadal składa się z dwóch chromatyd.
Następuje odtworzenie otoczek jądrowych i częściowa despiralizacja chromosomów w nowo powstałych jądrach komórkowych. W dalszej kolejności, dochodzi do cytokinezy i powstania dwóch komórek potomnych o zmniejszonej o połowę (względem komórki macierzystej) liczbie chromosomów.
Dzięki zachodzeniu crossing over każda komórka powstająca po I podziale mejotycznym ma chromosomy o nowym składzie genetycznym, będące mieszaniną fragmentów własnych i pochodzących z chromosomu homologicznego. Chromosomy powstające w wyniku wymiany fragmentów materiału genetycznego pomiędzy dwoma różnymi chromatydami nazywa się chromosomami zrekombinowanymi.
Przebieg II podziału mejotycznego
Pomiędzy I a II podziałem mejotycznym nie zachodzi replikacja DNA. W rezultacie, komórki wchodzące w podział zachowawczy mają haploidalną liczbę chromosomów (1n) oraz ilość DNA równą 2c.
II podział mejotyczny przypomina pod wieloma względami mitozę.
Następuje kondensacja materiału genetycznego do chromosomów, zanika otoczka jądrowa oraz jąderko i tworzy się wrzeciono kariokinetyczne.
Chromosomy ustawione zostają w płaszczyźnie równikowej, a nici wrzeciona podziałowego przyłączają się do centromerów chromosomów.
Na skutek skracania nici wrzeciona podziałowego dochodzi do podziału centromerów i rozejścia się chromatyd do przeciwległych biegunów komórki. Chromatydy stanowią chromosomy potomne.
Zostaje odtworzona otoczka jądrowa, a chromosomy ulegają dekondensacji do chromatyny. Po odtworzeniu jąder komórkowych następuję podział cytoplazmy
W porównaniu z mitozą, która trwa ok. godziny, mejoza może trwać od kilkunastu godzin (u pantofelków) do nawet kilkudziesięciu lat (u ssaków).
Zmiany w ilości materiału genetycznego podczas mejozy
Podczas mejozy następuje redukcja liczby chromosomów (n) i związana z tym redukcja ilości DNA (c) w dzielących się komórkach.
W interfazie (w fazie S) poprzedzającej I podział mejotyczny ilość DNA w komórce diploidalnej podwaja się z 2c (faza G1) do 4c (faza G2), natomiast liczba chromosomów nie zmienia się. W trakcie pierwszego podziału mejotycznego liczba chromosomów zostaje zredukowana z 2n do 1n, a ilość DNA z 4c do 2c. Podczas drugiego podziału mejotycznego liczba chromosomów nie ulega zmianie, natomiast ilość DNA zmniejsza się do 1c.
Znaczenie mejozy
Mejoza zachodzi u wszystkich organizmów rozmnażających się płciowo. Dzięki niej, utrzymywana jest stała liczba chromosomów w kolejnych pokoleniach, a także zapewniona jest zmienność genetyczna będąca przyczyną różnorodności organizmów i napędem ewolucji.
Podsumowanie
Mejoza jest rodzajem podziału jądra komórkowego podczas którego dochodzi do redukcji liczby chromosomów i ilości DNA w komórkach potomnych.
Mejoza zachodzi u wszystkich organizmów rozmnażających się płciowo; u grzybów i roślin prowadzi do powstawania zarodników, natomiast u zwierząt - gamet.
Mejoza składa się z dwóch podziałów: redukcyjnego (mejozy I) i zachowawczego (mejozy II)
Przesuwając suwak, obserwuj poszczególne fazy mejozy.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D3LVC4OLP
Zapoznaj się z opisem poszczególnych faz mejozy:
Prezentacja ukazuje poszczególne fazy mejozy. Slajd 1. Profaza pierwsza - (2n, 4c). Następuje kondensacja chromatyny, wynikiem czego jest wyodrębnienie się chromosomów, składających się z dwóch identycznych chromatyd. Ilustracja ukazuje kulistą komórkę. W jej wnętrzu jest jądro otoczone błoną jądrową. W jądrze znajdują się chromosomy w dwóch różnych kolorach - jasno- i ciemnoróżowym. Slajd 2. Profaza pierwsza - (2n, 4c). Chromosomy homologiczne układają się w pary, tworząc biwalenty. Na ilustracji w jądrze kulistej komórki zaczynają się zbliżać do siebie dwie różne pary chromosomów. Slajd 3. Profaza pierwsza - (2n, 4c). Zachodzi proces crossing‑over, czyli wymiana fragmentów chromatyd pomiędzy chromosomami homologicznymi. Proces ten warunkuje większą różnorodność genetyczną potomstwa. Na ilustracji w jądrze kulistej komórki następuje wymiana chromatyd na ich końcach w homologicznych chromosomach. Slajd 4. Profaza pierwsza - (2n, 4c). Chromosomy homologiczne nieco się rozchodzą, jednak wciąż pozostają złączone w miejscach wymiany materiału genetycznego, nazywanych chiazmami. Na ilustracji chromosomy są nadal złączone ze sobą. Slajd 5. Profaza pierwsza - (2n, 4c). Następuje stopniowe zanikanie błony otoczki jądrowej i jąderka. Na ilustracji w kulistej komórce zanika otoczka jądrowa (fragmentacja błony jądrowej) i jąderko. Chromosomy w parze są nadal ze sobą złączone. Slajd 6. Metafaza pierwsza (2n, 4c). Biwalenty układają się w płaszczyźnie równikowej komórki. Łączenie się centromerów chromosomów z nićmi wrzeciona kariokinetycznego powoduje losowy rozdział chromosomów homologicznych do dwóch biegunów komórki, po jednym z pary w biwalencie. Na ilustracji w kulistej komórce widoczne są wrzeciona, od wewnętrznej strony komórki są przyłączone do nich biwalenty. Slajd 7. Anafaza pierwsza (n, 2c + n, 2c). Stopniowo następuje skracanie włókien wrzeciona kariokinetycznego, co skutkuje przesuwaniem chromosomów homologicznych w stronę przeciwnych biegunów. Dochodzi do redukcji liczby chromosomów poprzez rozdzielenie chromosomów homologicznych (rozpad biwalentu) do dwóch komórek potomnych. Na ilustracji chromosomy ustawione w płaszczyźnie równikowej komórki rozdzielają się po jednym z biwalentu do przeciwległych biegunów komórki. Wrzeciona stają się krótsze. Slajd 8. Telofaza pierwsza (n, 2c + n, 2c). Wrzeciono kariokinetyczne zanika, następuje odtworzenie jąderka i otoczki jądrowej. W wyniku cytokinezy dochodzi do powstania dwóch komórek potomnych o zmniejszonej o połowę (względem komórki macierzystej) liczbie chromosomów. Na ilustracji pojawiają się dwie kuliste formy stykające się od strony wewnętrznej. To dwie komórki. W każdej z nich są trzy chromosomy. Zanika wrzeciono. Wokół chromosomów powstaje otoczka. Slajd 9. Profaza druga (n, 2c) (n, 2c). Otoczka jądrowa i jąderko stopniowo zanika, tworzy się wrzeciono kariokinetyczne. Na ilustracji są dwie oddzielne komórki. W każdej z nich są po trzy chromosomy, są w otoczce. W każdej z komórek, z boku, jest wrzeciono kariokinetyczne. Slajd 10. Metafaza druga (n, 2c) (n, 2c). Chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki. Następuje łączenie się centromerów chromatyd siostrzanych z mikrotubulami przeciwległych biegunów. Na ilustracji są dwie kuliste komórki. W każdej z nich jest wrzeciono kariokinetyczne. W centralnej części komórki do wrzeciona przyczepione są chromosomy w płaszczyźnie równikowej. Slajd 11. Anafaza druga (n, c + n, c). Chromatydy siostrzane, czyli chromosomy potomne rozdzielają się i wędrują ku przeciwległym biegunom komórki, na skutek podziału centromerów i skracania się nici wrzeciona podziałowego. Na ilustracji są dwie kuliste komórki. W każdej z nich są wrzeciona kariokinetyczne z chromosomami. Siostrzane chromatydy są naprzeciwko siebie, są odciągane w przeciwnych kierunkach. Slajd 12. Telofaza druga (n, c + n, c). Otoczka jądrowa zostaje odtworzona. Zachodzi podział cytoplazmy (cytokineza). W wyniku mejozy z jednej komórki diploidalnej powstają cztery haploidalne komórki potomne. Na ilustracji każda z dwóch komórek złączona jest z nową komórką. W każdej komórce są po trzy chromatydy. Są w odtwarzającej się otoczce jądrowej. Poza otoczką jest zanikające wrzeciono.
Procesy zachodzące podczas mejozy, takie jak crossing‑over oraz losowe rozchodzenie się chromosomów są źródłem zmienności genetycznej będącej przyczyną różnorodności biologicznej i napędem ewolucji.
Ćwiczenia utrwalające
Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.