2.27: Мітоз

Як ви думаєте, що показує ця барвиста картина? Якщо ви здогадалися, що це картина клітини, яка зазнає поділу клітин, ви маєте рацію. Але більш конкретно, зображення – це легенева клітина, забарвлена флуоресцентними барвниками, що зазнають мітозу, під час ранньої анафази.

Мітоз і цитокінез

Під час мітозу, коли ядро ділиться, два хроматиди, що складають кожну хромосому, відокремлюються один від одного і рухаються до протилежних полюсів клітини. Це показано на малюнку нижче. Мітоз – фаза еукаріотичного клітинного циклу, яка відбувається між реплікацією ДНК і утворенням двох дочірніх клітин. Що відбувається під час мітозу? Мітоз насправді протікає в чотири фази. Фази називаються профазою, метафазою, анафазою та телофазою. Вони показані на малюнку нижче і більш детально описані в наступних розділах. Мітоз в клітинному циклі еукаріотів. Мітоз – це багатофазний процес, при якому ділиться ядро еукаріотичної клітини.

Профаза

Перша і найдовша фаза мітозу – профаза. Під час профази хроматин конденсується в хромосоми, а ядерна оболонка, або мембрана, руйнується. У тваринних клітинам центриоли біля ядра починають відділятися і переміщатися на протилежні полюси (сторони) клітини. У міру руху центриолей між ними починає утворюватися шпиндель. Шпиндель, показаний на малюнку нижче, складається з волокон, виготовлених з мікротрубочок. шпиндель. Веретено починає формуватися під час профази мітозу. Кінетохори на веретені прикріплюють до центромерів сестринських хроматидів.

Метафаза

Під час метафази волокна веретена прикріплюються до центромеру кожної пари сестринських хроматидів (див. Малюнок нижче). Сестринські хроматиди шикуються на екваторі або центрі клітини. Це також відомо як метафазна пластина. Волокна веретена гарантують, що сестринські хроматиди будуть відокремлюватися і переходити до різних дочірніх клітин, коли клітина ділиться. Хромосоми, що складаються з сестринських хроматидів, шикуються на екваторі або середині клітини під час метафази.

Анафаза

Під час анафази сестринські хроматиди відокремлюються, а центромери діляться. Сестринські хроматиди витягуються вкороченням волокон веретена. Це як намотування в рибу шляхом укорочення волосіні. Одна сестринська хроматид переміщається на один полюс клітини, а інша сестринська хроматид рухається на протилежний полюс. Після закінчення анафази кожен полюс клітини має повний набір хромосом.

Телофаза

Під час телофази хромосоми починають розкручуватися і утворювати хроматин. Це готує генетичний матеріал для направлення метаболічної діяльності нових клітин. Шпиндель також руйнується, і утворюються нові ядерні мембрани (ядерна оболонка).

цитокінез

Цитокінез є завершальним етапом поділу клітин у еукаріотів, а також прокаріотів. Під час цитокінезу цитоплазма розщеплюється надвоє і клітина ділиться. Цитокінез протікає дещо по-різному в клітині рослин і тварин, як показано на малюнку нижче. У клітині тварин плазматична мембрана батьківської клітини защемлює всередину по екватору клітини до утворення двох дочірніх клітин. У рослинних клітинок по екватору батьківської клітини утворюється клітинна пластинка. Потім з кожного боку клітинної пластини утворюється нова плазматична мембрана і клітинна стінка. Цитокінез – завершальний етап поділу еукаріотичних клітин. Він зустрічається по-різному в тваринних (лівих) і рослинних (праворуч) клітинях. Чотири фази мітозу. Чи можете ви описати, що відбувається на кожній фазі?

Резюме

• Розподіл клітин в клітинах-еукаріот включає мітоз, при якому ядро ділиться, і цитокінез, при якому цитоплазма ділиться і утворюються дочірні клітини.
• Мітоз протікає в чотири фази, звані профазою, метафазою, анафазою та телофазою.

Рецензія

1. Перерахуйте фази мітозу.
2. Що відбувається під час профази мітозу?
3. Під час якої фази мітозу відокремлюються сестринські хроматиди?
4. Опишіть, що відбувається під час цитокінезу в клітині тварин.
5. Якщо клітина пропустила метафазу під час мітозу, як це може вплинути на дві дочірні клітини?
6. Поясніть значення волокон веретена при мітозі.

Профаза II – визначення, етапи, важливість

Профаза II — це стадія мейозу II, на якій хроматин конденсується в окремі хромосоми, ядерна оболонка розпадається, центросоми мігрують до протилежних полюсів і формується веретеноподібний апарат, готуючи клітину до наступного поділу. На відміну від профази I, у цій фазі не відбувається кросинговер хромосом.

Що відбувається під час профази II?

• Мейоз II є продовженням процесу клітинного поділу, який слідує за мейозом I. Він ініціюється в двох дочірніх клітинах, які виникли в результаті мейозу I. Примітно, що немає Реплікація ДНК на цій фазі, дозволяючи клітині безпосередньо продовжити процес поділу. Основною метою мейозу II є подальша сегрегація генетичного матеріалу, що призводить до чотирьох гаплоїдний клітини від початкового диплоїдний клітина. Кожна з цих гаплоїдних клітин зберігає половину генетичного вмісту вихідної клітини.
• Профаза II, як компонент мейозу II, менш складна, ніж профаза I. У ній відсутні кілька підстадій, таких як лептотен, зиготена, пахітен, диплотен і діакінез. Натомість його прогресування відображає мітотичну профазу, що спостерігається в соматичних клітинах, які не є гаметними клітинами.
• Початок профази II відзначається завершенням цитокинез, процес, який ділить початкову диплоїдну клітину на дві гаплоїдні дочірні клітини. Основні події під час профази II спрямовані на підготовку клітини до наступного мейотичного поділу. Спочатку хроматин, поєднання ДНК і білків, зазнає конденсації. Цей процес конденсації перетворює хроматин спочатку в хроматиди, а потім у чітко визначені хромосоми.
• Коли хромосоми набувають форми, ядерна мембрана, яка їх оточує, починає розпадатися. Це розчинення створює великий цитоплазматичний простір. У цьому просторі складна мережа білкових структур, відомих як мікротрубочки, утворює веретеноподібний апарат. Цей апарат має вирішальне значення для правильного вирівнювання та сегрегації хромосом під час поділу клітини.
• Після хромосомної конденсації та руйнування ядерної оболонки центросоми, які є клітинними структурами, що організовують мікротрубочки, починають свою міграцію до протилежних полюсів клітини. Варто зазначити, що навіть у клітинах, у яких відсутні центросоми, веретеноподібний апарат все ще можна реформувати, використовуючи структури мейозу I.
• Підсумовуючи, профаза II характеризується чотирма основними подіями: конденсацією хроматину, розчиненням ядерної оболонки, міграцією центросом і формуванням веретеноподібного апарату. Ці події спільно створюють основу для наступних фаз мейозу II, забезпечуючи точну генетичну сегрегацію.

Побудова веретеноподібного апарату без центросом

• Апарат веретена поділу, критична клітинна структура, відіграє ключову роль у забезпеченні точної сегрегації хромосом під час поділу клітини. Хоча формування цього апарату добре вивчено в багатьох типах клітин, останні дослідження пролили світло на унікальні механізми, які використовуються жіночими статевими клітинами або ооцитами людини.
• Центріоліциліндричні структури, що складаються з мікротрубочок, є центральними для формування веретеноподібного апарату в чоловічих гаметах і під час мітотичного поділу клітин. Як правило, центріолі реплікуються та огортаються перицентріолярним матеріалом (PCM), згодом їх називають центросомами. Ці центросоми, кожна з яких містить пару центріолей, мігрують до полюсів клітини. в мітоз і чоловічих гамет, ці центросоми керують побудовою мережі мікротрубочок, яка простягається від ядра центросоми до центру клітини, процес, який досягає кульмінації на наступних фазах.
• Однак дивовижне відхилення від цієї норми спостерігається в жіночих репродуктивних клітинах. Всупереч усталеній парадигмі, в ооцитах відсутні центросоми. Замість цього вони винахідливо використовують існуючі цитоплазматичні мікротрубочки, щоб зібрати веретеноподібний апарат. Цей незалежний від центросом механізм має першочергове значення, особливо з огляду на наслідки нероз’єднання. Нероз’єднання, помилкове поділ хромосом, може призвести до гамет з хромосомними аномаліями, що призводить до аномальних ембріонів. Такі помилки є основною причиною безпліддя, викиднів і найбільш поширені під час поділу жіночих гамет у мейозі I і II.
• Цікаво, що в той час як більшість клітин людини потребують принаймні двох центріолей, запліднена зигота успадковує лише одну від чоловічої гамети. Ця окрема центріоль не піддається реплікації під час профази II. Однак у міру проліферації зиготи шляхом мітозу наступні клітини демонструють дві центріолі. Генезис цієї додаткової центріолі залишається загадкою, з гіпотезами про потенційну роль білків-попередників, присутніх або в сперматозоїдах, або в яйцеклітинах.
• Підсумовуючи, формування веретеноподібного апарату в ооцитах людини є прикладом складних і різноманітних механізмів, що використовуються клітинами. Хоча роль центросом у цьому процесі добре встановлена ​​в багатьох типах клітин, ооцити підкреслюють адаптивність і складність клітинної біології, кидаючи виклик усталеним парадигмам і відкриваючи шляхи для подальших досліджень.

Різниця між Профазою I і II

У заплутаному танці мейотичного поділу клітин Профаза I і Профаза II виникають як окремі фази, кожна з яких сприяє точному та контрольованому зменшенню кількості хромосом. Хоча вони мають деякі спільні риси, вони принципово відрізняються за стадіями та основними процесами.

Профаза I: багатоступенева прелюдія

Профаза I, початкова фаза мейозу I, характеризується п’ятьма різними стадіями: лептотен, зиготена, пахітен, диплотен і діакінез. Ці стадії спільно організовують критичний процес утворення гомологічних хромосом і обмін генетичним матеріалом через кросинговер.

1. лептотен: На цьому початковому етапі відбувається розкручування ДНК, підготовка хромосом до рекомбінації. Лептотен в першу чергу відзначається початковими етапами гомологічного вирівнювання хромосом, що сприяє кінцевому обміну алелями.
2. Зиготена: Зиготена являє собою прикріплення гомологічних пар хромосом, створюючи основу для кросинговеру, де генетичний матеріал міняється між хроматидами. Це ключовий етап для генетичної різноманітності потомства.
3. Пахітен: На цій стадії відбувається кросинговер або генетична рекомбінація. Гомологічні хромосоми обмінюються сегментами генетичного матеріалу, що призводить до генетичної різноманітності серед утворених гамет.
4. Диплотен: Диплотена позначає розшарування хроматид після кросинговеру. Стають видимими хіазми, місця попереднього генетичного обміну. Ця стадія забезпечує точне розділення гомологічних хромосом на наступних фазах.
5. Діакінез: Остання стадія профази I включає рух хіазми до кінців хроматид. Цей процес допомагає стабілізувати зв’язки між гомологічними хромосомами.

Профаза II: простіша, але життєво важлива фаза

На відміну від цього, профаза II, що виникає після завершення мейозу I або після інтеркінезу, якщо він присутній, є впорядкованою фазою, в якій особливо не вистачає складності п’яти стадій, які спостерігаються в профазі I. Профаза II зосереджена на основних етапах, необхідних для другого мейозу. поділ.

1. Конденсація хроматину: Хроматин, комплекс ДНК і білків, конденсується в окремі хромосоми. Це ущільнення генетичного матеріалу сприяє наступним подіям клітинного поділу.
2. Розчинення ядерної оболонки: Ядерна оболонка, яка охоплює ядро, піддається розчиненню. Це дозволяє хромосомам взаємодіяти з апаратом веретена поділу, важливою структурою для сегрегації хромосом.
3. Міграція центросом: Центросоми, якщо вони присутні, мігрують до протилежних полюсів клітини. Вони відіграють центральну роль в організації формування веретеноподібного апарату.
4. Реформування шпиндельного апарату: Веретеноподібний апарат, побудований під час мейозу I, реформується та вдосконалюється, щоб забезпечити належне вирівнювання та сегрегацію хромосом. На відміну від профази I, під час цієї фази не відбувається кросинговер.

Хоча профаза II має деякі спільні риси з профазою I, такі як розчинення ядерної оболонки та міграція центросом, вона більше схожа на простіший процес мітотичної профази, який спостерігається при поділі соматичних клітин. У Prophase II веретеноподібний апарат побудовано не з нуля, а реформовано з використанням існуючих мікротрубочок, відмінність, яка відрізняє його від складного гомологічного спарювання хромосом і процесів генетичної рекомбінації в Prophase I.

Чому різниця?

Чіткі відмінності, що спостерігаються між первинним мейотичним поділом (мейоз I) і вторинним мейотичним поділом (мейоз II), кореняться в фундаментальній меті мейозу: утворення чотирьох різних гамет (сперматозоїдів або яйцеклітин), кожна з яких несе єдиний повний набір генетична інформація. Ці гамети, об’єднуючись шляхом запліднення, утворюють зиготу, що володіє повним або подвійним набором генетичних даних, внесених двома батьками.

Генетична мінливість через кросинговер

Щоб досягти істотного генетичного різноманіття в межах виду, мейоз I включає критичну фазу, коли відбувається обмін алелями між гомологічними парами хромосом, процес, відомий як кросинговер. Цей обмін відбувається перед поділом клітини та відбувається під час першої профази мейозу I. Він гарантує, що дві отримані дочірні клітини несуть дещо різні генетичні композиції.

Однак, оскільки кросинговер є необхідною умовою для генетичного різноманіття і відбувається під час мейозу I, немає необхідності повторювати цей процес під час мейозу II. Відсутність кросинговеру в мейозі II пояснюється природою залучених хромосом. Кросинговер відбувається лише між реплікованими парними хромосомами, яких немає в гаплоїдних клітинах. У гаплоїдних клітинах немає реплікованих пар хромосом, лише окремі хромосоми або хроматиди.

Розрізнення між спарюванням хромосом і реплікацією часто є джерелом плутанини. Розглядаючи другий мейотичний поділ, деякі зображення можуть помилково зображати одну Х-подібну хромосому, розділену на дві половини, щоб отримати половину хромосоми. Однак це представлення є неточним.

Хроматиди, реплікація та пари хромосом

Хромосомний комплемент людини складається з 46 окремих хромосом, а генетична інформація для всієї людини організму міститься в цих 46 хромосомах. Ці генетичні дані, отримані від обох батьків, організовані у два ланцюги ДНК на хромосому, які часто називають хроматидами, хоча відмінність між хроматидами та хромосомами більше стосується упаковки ДНК.

У типовому зображенні одна хроматида походить від сперматозоїда батька, становлячи повний набір генетичних даних у клітині, що виробляється на останніх стадіях мейозу II. Інша хроматида походить від яйцеклітини матері, також забезпечуючи повний набір даних у кожній соматичній клітині, що утворюється на останніх стадіях мейозу II. Разом ці хроматиди містять два набори інформації з незначними відмінностями — спільні гени в ідентичних позиціях (локусах), але потенційно володіють різними алелями.

Перед будь-яким поділом клітини ДНК повністю реплікується протягом клітинного циклу. Кожна хроматида батька і матері дублюється, і вони з’єднані центромерою, утворюючи впізнавану Х-подібну структуру, яку часто зображують у підручниках. Наприклад, хромосома 1, яка містить приблизно 8% генетичної інформації, необхідної для народження людини, ілюструє цей процес.

Під час процесу реплікації окремі хроматиди кожної батьківської хромосоми подвоюються, що призводить до появи двох сестринських хроматид на хромосому. Хоча загальна кількість пар хромосом (23) залишається постійною, кількість хроматид подвоюється з 46 до 92. Таким чином, життєво важливо розрізняти репліковані та нерепліковані пари хромосом.

Роль переходу

У профазі I мейоза відбувається кросинговер, що призводить до обміну алелями та генерації статевих клітин (гамет), які не є точними клонами жодного з батьків. Кросинговер відбувається між подібними алелями хроматид від кожного з батьків, що сприяє генетичному різноманіттю. Генетична інформація обмінюється не між сестринськими хроматидами однієї хромосоми, а між хроматидами гомологічних пар хромосом.

Після кросинговеру рекомбінантні пари хромосом (раніше тетради) можуть бути розділені. Під час наступних стадій мейозу I кожна рекомбінантна пара ділиться на дві окремі хроматиди (X-форма), по одній рухається з кожного боку клітини. Як рекомбінантні хроматиди, вони несуть суміш алелів від обох батьків, що сприяє генетичному різноманіттю.

Простота мейозу II

Навпаки, мейоз II включає гаплоїдні клітини, у яких відсутні гомологічні пари хромосом, що унеможливлює подальший кросинговер. Натомість мейоз II фокусується на сегрегації реплікованих хроматид, утворюючи чотири різні гамети. У самок це призводить до вторинних полярних тілець, кожне з яких містить одну хроматиду, тоді як у чоловіків це дає чотири сперматозоїди.

Чітке розмежування між цими процесами пояснює генетичне різноманіття, що виникає під час мейозу, і підкреслює важливість відмінностей між первинним і вторинним мейотичними поділами. Отримані гамети з їх унікальним генетичним складом служать основою для складної мозаїки генетичного різноманіття всередині виду. Після запліднення злиття яйцеклітини та сперматозоїда з рекомбінантними хроматидами ініціює утворення зиготи, яка зрештою дає початок організму з двома наборами хромосом, успадкованими з двох різних джерел, закладаючи основу для багатого гобелена життя.

Важливість Профази II

1. Завершення мейозу: Профаза II є продовженням мейотичного процесу після першого мейотичного поділу (мейоз I). Його значення полягає в тому, що він дозволяє завершити мейоз, що призводить до виробництва гаплоїдних гамет з диплоїдних батьківських клітин.
2. Зменшення числа хромосом вдвічі: У мейозі I кількість хромосом зменшується вдвічі, коли гомологічні хромосоми розділені. Профаза II додатково зменшує кількість хромосом, відокремлюючи сестринські хроматиди, гарантуючи, що кожна гамета отримує лише один повний набір хромосом.
3. Генетична різноманітність: Хоча профаза II не включає кросинговер (генетична рекомбінація), як видно з профази I, вона сприяє генетичному різноманіттю через випадковий асортимент хроматид. Орієнтація хроматид на метафазній пластинці під час профази II може змінюватися, що призводить до різних комбінацій алелів у отриманих гаметах. Ця різноманітність має вирішальне значення для адаптації та еволюції видів.
4. Утворення функціональних гамет: Кінцевою метою мейозу є утворення функціональних гамет — сперматозоїдів у чоловіків і яйцеклітин у жінок. Prophase II гарантує, що генетичний вміст цих гамет є унікальним і містить поєднання генетичної інформації від обох батьків. Це генетичне різноманіття підвищує шанси на отримання життєздатного потомства з широким спектром ознак.
5. Збереження хромосомної цілісності: Профаза II, як і Профаза I, включає розчинення ядерної оболонки та формування веретеноподібного апарату. Ці процеси мають вирішальне значення для правильного вирівнювання та сегрегації хроматид, запобігаючи таким помилкам, як нероз’єднання, яке може призвести до генетичних аномалій і проблем зі здоров’ям.
6. Підтримка плоїдності: Профаза II гарантує, що отримані гамети є гаплоїдними, містять половину кількості хромосом, знайдених у батьківській клітині. Це зниження плоїдності є важливим для підтримки стабільності числа хромосом виду в поколіннях.
7. Статеве розмноження: Мейоз, включаючи профазу II, є основою статевого розмноження. Статеве розмноження сприяє генетичному різноманіттю шляхом поєднання генетичного матеріалу від двох батьків, що призводить до нащадків з унікальними генетичними профілями. Ця різноманітність підвищує адаптивність і шанси виду на виживання в мінливих середовищах.

Підсумовуючи, Prophase II відіграє вирішальну роль у мейозі, сприяючи виробництву генетично різноманітних і функціональних гамет, підтримці хромосомної цілісності та забезпеченню статевого розмноження. Його важливість полягає в його внеску в генетичне різноманіття та збереження видів.

Вікторина Практика

Яка основна мета профази II у мейозі?

а) Реплікація ДНК
б) Утворення гаплоїдних клітин
в) Генетична рекомбінація
г) Синапсис гомологічних хромосом

Відповідь: б) Утворення гаплоїдних клітин

Який із наведених нижче процесів відбувається під час профази II мейозу II?

а) Перехід
б) Гомологічний поділ хромосом
в) Реплікація центросоми
г) Хроматидна конденсація

Відповідь: г) Хроматидна конденсація

У Профазі II, що відбувається з ядерною оболонкою?

а) Залишається цілим
б) Він розпадається
в) дублюється
г) Зазнає генетичної рекомбінації

Яке число хромосом у клітині наприкінці профази II у мейозі II?

а) Диплоїдний
б) Тетраплоїд
в) гаплоїдний
г) Триплоїд

Який статус центросом у профазі II?

а) Вони повторюються
б) Вони розпадаються
в) Вони мігрують до протилежних полюсів
г) Вони піддаються генетичній рекомбінації

Відповідь: в) Вони мігрують до протилежних полюсів

Яка фаза мейозу за поведінкою хромосом найбільш схожа на профазу II?

а) Профаза І
б) метафаза І
в) Анафаза І
г) метафаза II

Яка ключова відмінність між профазою I та профазою II у мейозі?

a) Кросинговер відбувається в профазі II, але не в профазі I
b) Профаза II включає гомологічний поділ хромосом
в) Профаза I не має ядерної оболонки
d) Профаза II довша за тривалістю

Відповідь: а) Кросинговер відбувається в профазі I, але не в профазі II

У якому типі клітинного поділу переважно відбувається профаза II?

а) Мітоз
б) Мейоз І
в) Мейоз II
г) І а, і b

Який результат профази II у мейозі II?

а) Утворення диплоїдних клітин
б) Утворення гаплоїдних клітин
в) Утворення тетраплоїдних клітин
г) Генетична рекомбінація

Відповідь: б) Утворення гаплоїдних клітин

Чому генетична різноманітність важлива в контексті мейозу та профази II?

а) Генетичне різноманіття забезпечує ідентичне потомство
б) Генетичне різноманіття підвищує адаптивність
в) Генетичне різноманіття зменшує кількість нащадків
г) Генетичне різноманіття призводить до диплоїдних гамет

Відповідь: б) Генетичне різноманіття підвищує адаптивність

FAQ

Що таке профаза II у мейозі?

Профаза II є другою фазою мейозу II, важливого клітинного процесу, який далі поділяє гаплоїдні клітини, утворені під час мейозу I, на чотири унікальні гаплоїдні гамети (сперматозоїди або яйцеклітини).

Чим Профаза II відрізняється від Профази I в мейозі?

Профаза II є простішою та не має складних етапів спарювання хромосом і кросинговеру, які спостерігаються в Профазі I. Вона в основному включає конденсацію хроматид у хромосоми та підготовку до другого мейотичного поділу.

Яке значення профази II у мейозі?

Профаза II відіграє життєво важливу роль у зменшенні кількості хромосом, забезпеченні генетичної різноманітності в гаметах і підготовці клітин до остаточного поділу, що в кінцевому підсумку призводить до формування функціональних сперматозоїдів і яйцеклітин.

Що відбувається з ядерною оболонкою під час профази II?

Під час Профази II ядерна оболонка розпадається, дозволяючи апарату веретена поділу взаємодіяти з хромосомами та забезпечуючи правильну сегрегацію хромосом.

Чи бере участь кросинговер у профазі II?

Ні, кросинговер, обмін генетичним матеріалом між гомологічними хромосомами, відбувається в профазі I. Профаза II не характеризується кросинговером.

Яка роль центросом у Профазі II?

Центросоми, якщо вони присутні, мігрують до протилежних полюсів під час профази II. Вони необхідні для формування веретеноподібного апарату, який є вирішальним для поділу хроматид.

Як Prophase II сприяє генетичному різноманіттю?

Хоча профаза II не передбачає кросинговер, вона сприяє генетичному різноманіттю через випадковий асортимент хроматид на метафазній пластинці. Цей асортимент призводить до різних комбінацій алелів у гаметах.

Який номер хромосоми в кінці профази II?

Наприкінці профази II кількість хромосом у клітині є гаплоїдною, тобто вона містить половину кількості хромосом, знайдених у батьківській клітині.

Які клітини переважно піддаються профазі II у мейозі?

Профаза II в основному виникає в гаплоїдних клітинах, що утворюються після мейозу I. Ці гаплоїдні клітини далі діляться на гамети під час мейозу II.

Чому мейоз і профаза II важливі для статевого розмноження?

Мейоз і профаза II необхідні для статевого розмноження, оскільки вони призводять до утворення генетично різноманітних гамет. Це генетичне різноманіття підвищує адаптивність, сприяє еволюції та забезпечує безперервність видів.