Метафаза второго деления мейоза егэ

Версия для печати и копирования в MS Word

Продолжаем разбираться с делением клетки! Эта тема не ограничивается митозом, о котором я рассказала в прошлый раз. В этой статье я расскажу про мейоз в ЕГЭ по биологии — второй, но не менее важный способ деления. Вас ждет необходимая теория и разбор нескольких заданий!

Что такое мейоз?

Мейоз — это деление, при котором образуются половые клетки: яйцеклетки у самок и сперматозоиды у самцов. В мейоз вступают клетки с набором 2n2c, поэтому я предостерегаю вас от использования формулировки «деление половых клеток». Правильнее будет охарактеризовать его как деление, в результате которого образуются половые клетки. Чтобы решать задания на мейоз в ЕГЭ по биологии, нужно разобраться в его процессе и фазах — этим мы сейчас и займемся.

Напомню, что буквой n принято обозначать количество хромосом в клетке, а с – количество ДНК.  Причем n и  c – это количество наборов, а не штук. Например, в соматической клетке человека набор 2n2с – 46 хромосом, в каждой из которых по 1 молекуле ДНК (тоже 46), а в соматической клетке собаки 2n2c – 78 хромосом и 78 молекул ДНК.

Интерфаза

Как и в митозе, перед делением проходит подготовительная стадия – интерфаза. В ней запускаются важнейшие процессы для того, чтобы клетка могла начать клеточное деление. Клетка синтезирует органические вещества и молекулы АТФ, чтобы во время мейоза ей хватило энергии и строительного материала, удваивает некоторые органоиды и молекулы ДНК.

Вот что именно происходит во время интерфазы.

• Синтез АТФ. Энергии должно хватить на весь процесс деления, а он непростой и достаточно долгий.
• Ускорение метаболизма — синтез и накопление органических веществ, будущего строительного материала для новых клеток
• Репликация ДНК. Образование двух молекул ДНК из одной,  каждая из этих молекул потом уйдет в дочернюю клетку. Удвоение ДНК – центральный процесс интерфазы, теперь в каждой хромосоме располагается по две молекулы, а набор становится 2n4c.
• Удвоение органоидов. После деления каждая клетка должна получить полный набор органоидов для оптимального функционирования.

После того, как клетка совершит все ритуалы для подготовки, она может приступать к мейозу.

Если хотите лучше понять клеточную теорию и изучить не только мейоз для ЕГЭ по биологии, но и остальные темы, приходите учиться в MAXIMUM! Записывайтесь на консультацию — вы сможете пройти диагностику по выбранным предметам ЕГЭ, поставить цели и составить стратегию подготовки, чтобы получить на экзамене высокие баллы. Все это абсолютно бесплатно!

Первое деление

Чем мейоз функционально отличается от митоза? Дело в том, что в мейозе происходит не одно деление, а два. Их так и называют: первое и второе деление мейоза. В каждом делении по 4 фазы. Тут нам повезлоЕ называются эти фазы так же, как и фазы митоза, поэтому сложностей с ними обычно не возникает. Между делениями не проходит интерфаза, клетка может немного «отдохнуть», но удвоения ДНК не происходит. 

Рассмотрим фазы каждого деления подробнее.

Профаза первого деления

Начинается мейоз практически так же, как и митоз. Хромосомы спирализуются, ядро и ядерная оболочка распадается, центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и начинают формировать веретено деления. А вот дальше начинается самое интересное – хромосомы встречают свою гомологичную пару.

Что же такое гомологичные хромосомы? Все мы знаем, что половину хромосом при оплодотворении получаем от материнского организма, а другую половину от отцовского. Так вот, гомологичные хромосомы сходны по строению, размеру и несут одинаковый набор генов (но, возможно, разные аллели). Одну из таких хромосом организм получает от матери, а вторую от отца. Такие хромосомы подходят близко друг к другу, это называется конъюгация, и могут даже обменяться участками – это кроссинговер.

После этого хромосомы хаотично располагаются в цитоплазме. При этом набор хромосом и ДНК по сравнению с интерфазой не меняется (меняется только генетическая информация), а остается таким же, как в интерфазе – 2n4c.

Метафаза первого деления

Помните, что метафаза — самая статичная и красивая из всех фаз? Хромосомы выстраиваются по экватору гомологичными парами, друг напротив друга. Нити веретена деления прикрепляются к центромере хромосомы, которая расположена ближе к тому полюсу, где находится центриоль. Таким образом, каждую хромосому нить фиксирует только  одной стороны. Набор остается 2n4c.

Анафаза первого деления

Нити веретена деления сокращаются и растаскивают к полюсам по одной из пары гомологичных двухроматидных хромосом. Хромосомы расходятся к полюсам, а набор в клетке не меняется, так и остается 2n4c.

Телофаза первого деления

Дальше клетка действует, как будто по инерции. Она продолжает работать по тому же алгоритму, что и в митозе. Поэтому в первой телофазе хромосомы деконденсируются, формируются ядра и ядерные оболочки, клетка делится на две, при этом набор в каждой из новых клеток тоже делится пополам и становится 1n2c. С этим набором клетка переходит во второе деление.

Второе деление

Хочу обратить ваше внимание на то, что дальше процессы деления будут проходить в двух получившихся клетках параллельно. Мы, конечно, будем говорить только про одну из них, но в голове держите обе. Второе деление мейоза очень напоминает митоз (можно даже сказать о том, что оно его повторяет). Разница только в наборах и в том, что в профазе 1 между хромосомами произошел обмен генетической информацией.

Профаза второго деления

Хромосомы спирализуются, растворяются ядро и ядерная оболочка. Так как хромосомы больше ничто не удерживает на месте, они хаотично располагаются по всей клетке. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам и начинают формировать нити веретена деления. Набор при этом остается таким же, как в телофазе 1 – n2c.

Метафаза второго деления

Хромосомы выстраиваются по экватору, они потеряли свои гомологичные пары в первом делении, поэтому теперь выстраиваются в линию — как в митозе. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом с каждого полюса, выходит так, что каждую хромосому с двух сторон фиксирует веретено деления. События, происходящие в эту фазу, не приводят к изменению хромосомного набора, он остается n2c.

Анафаза второго деления

Нити веретена деления сокращаются и разрывают двухроматидные хромосомы на две однохроматидные сестринские хромосомы, каждая из которых несет по одной молекуле ДНК.  Потом эти хромосомы  растаскивают по полюсам. Таким образом, из каждой хромосомы образуется две новые, количество ДНК при этом не меняется. Просто раньше в каждой из хромосом было по две молекулы ДНК, а теперь по одной. Набор 2n2c.

Телофаза второго деления

Хорошо, что в телофазах события всегда одинаковые: деспирализация хромосом, формирование ядер и деление клетки на две дочерние. Но мы помним, что во второе деление вступило две клетки, каждая из которых поделилась еще на две. Так что в процессе мейоза образуется 4 гаплоидные клетки с набором nc, причем эти клетки генетически отличаются друг от друга и от вступившей в деление материнской клетки.

Зачем нужен мейоз?

Теперь, когда мы вспомнили, как именно проходит процесс мейоза, пришло время ответить еще на один вопрос. Зачем он проходит? Это важно понимать, чтобы лучше справляться с заданиями на мейоз в ЕГЭ.

• В результате мейоза образуются половые клетки, а, следовательно, основное значение мейоза – это половое размножение.

• Мейоз – редукционное деление, при этом клетки уменьшают свой набор хромосом вдвое. Благодаря редукции поддерживается постоянство числа хромосом в поколениях. Только представьте, если бы этот процесс проходил иначе или не проходил вовсе, набор хромосом из поколения в поколение увеличивался бы вдвое. Например, у человека при оплодотворении сперматозоид, имеющий 46 хромосом, сливался бы с яйцеклеткой с таким же набором. Зародыш получил бы 92 хромосомы, а это только первое поколение! 
• В профазе первого деления мейоза происходит кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом, после этого каждая из хромосом несет уникальную генетическую информацию. Это приводит к увеличению генетического разнообразия и комбинативной изменчивости.

Задания на мейоз в ЕГЭ по биологии

В экзамене достаточно много вопросов о делении клетки, они встречаются и в первой, и во второй части. Каждое из них может принести от одного до трех первичных баллов.

Пример 1

В ядрах клеток слизистой оболочки кишечника позвоночного животного 36 хромосом. Определите число молекул ДНК в анафазе второго деления мейоза при образовании гамет? В ответ запишите только соответствующее число.

Решение. В анафазе второго деления клетки диплоидный набор  хромосом и ДНК – 2n2c, так как к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы. В клетках слизистой оболочки набор тоже диплоидный, клетка соматическая. Число молекул ДНК совпадает с диплоидным набором и равняется 36.

Ответ: 36.

Пример 2

Установите последовательность процессов, происходящих в ходе мейоза.

1. расположение пар гомологичных хромосом по экватору
2. расхождение гомологичных хромосом
3. расхождение сестринских хроматид
4. образование гаплоидных ядер с однохроматидными хромосомами
5. конъюгация

Решение. Один из вариантов решения, разобрать в какой из стадий происходит каждый из процессов, а потом расставить фазы деления по местам.

• Гомологичные хромосомы располагаются парами по экватору в первую метафазу и образуют экваториальную пластинку.
• Расхождение гомологичных, а значит двухроматидных хромосом, к полюсам происходит в анафазу первого деления.
• Сестринские хроматиды, а значит однохроматидные, расходятся к полюсам в анафазу второго деления.
• Гаплоидные ядра с однохроматидными хромосомами имеют набор nc, перед нами телофаза 2.
• Последний вариант «конъюгация» — это сближение гомологичных хромосом с образованием бивалента и происходит этот процесс в профазе первого деления.

Дальше вспоминаем последовательность фаз, для этого можно использовать слово «ПРИМАТ». Буквы в нем расположены в том же порядке, как и названия фаз во время деления.

Ответ: 51234.

Пример 3

Соматические клетки козы содержат 60 хромосом. Как изменится число хромосом и молекул ДНК в ядре при гаметогенезе перед началом деления и в конце телофазы мейоза I? Объясните результаты в каждом случае.

Решение. 

1. В соматических клетках набор 2n2c- 60 хромосом и 60 молекул ДНК.
2. В интерфазе, перед началом деления проходит репликация ДНК, набор 2n4с- 60 хромосом и 120 молекул ДНК
3. В конце телофазы мейоза I набор 1n2c- 30 хромосом и 60 молекул ДНК, так как в анафазе I к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы, а в телофазе I клетка делится на две клетки с гаплоидным набором двухроматидных хромосом.

Как видите, задания на мейоз в ЕГЭ по биологии вполне реально решить! Немного практики — и заветные баллы у вас в кармане. Если хотите разобраться в остальных темах, обязательно обратите внимание на курсы MAXIMUM. Приходите к нам на бесплатную консультацию по подготовке к ЕГЭ — чем раньше приступите к подготовке, тем больше будет времени, чтобы найти все слабые места и проработать их. Записывайтесь и начните путь к высоким баллам ЕГЭ уже сейчас!

Как правило, второе деление мейоза протекает быстрее первого, в течение нескольких часов. Мейоз в целом процесс более длительный, чем митоз, у человека, допустим, он длится 3,5 недели.

Интерфаза 2, или интеркинез (n2c), является краткой паузой между первым и вторым мейотическими делениями, в это время не идет репликация ДНК.

Интерфаза между мейотическими делениями присуща животным клеткам, у многих растений на этом этапе она отсутствует.

Второе мейотическое деление
(мейоз 2) называется эквационным.

Профаза 2 мейоза 2

1.      Разрушается ядерная оболочка.

2.      Центриоли разбегаются к противоположным полюсам клетки.

3.      Создаются нити веретена деления.

4.      Набор хромосом и количество ДНК — n2c.

Метафаза 2 мейоза 2

1.      Двухроматидные хромосомы выстраиваются по экватору клетки (метафазная пластинка). Процесс этот очень напоминает митоз. На рисунке показано расположение двухроматидной хромосомы в экваториальной плоскости.

2.      Нити веретена деления крепятся одним концом к центриолям, вторым — к центромерам. Как и в митозе, две нити веретена деления прикрепляются к одной центромере с разных сторон. Но в мейозе 1 есть другая особенность прикрепления нитей (см. выше).

3.      Идет метафаза 2 мейоза и оогенез (образование женских гамет).

1)      Смысл сказанного ниже об оогенезе вы лучше поймете после изучения темы «Гаметогенез». Ооциты 1 порядка формируются при образовании яйцеклеток у девочек и «спят» долгие годы, а при половом созревании проходят в стадию роста и могут в ней находиться несколько месяцев, подрастая, увеличиваясь. Затем ооциты 1 порядка проходят мейоз 1, образуются ооциты 2 порядка. Они-то и выходят при овуляции в брюшную полость женщины.

2)      Ооциту 2 порядка требуется оплодотворение, и только после этого ооцит еще раз поделится.

3)      На данном этапе ооциты ждут оплодотворения, после чего у них пройдет анафаза 2 и телофаза 2. Только после этого образуется яйцеклетка.

4.      Набор хромосом и количество ДНК — n2c.

Анафаза 2 мейоза 2

1.      Двухроматидные хромосомы делятся на хроматиды. Сестринские хроматиды разбегаются к полюсам клетки, как показано на рисунке. При этом хроматиды превращаются в самостоятельные однохроматидные хромосомы.

2.      Набор хромосом и количество ДНК — 2n2c.

Телофаза 2 мейоза 2

1.      Происходит деконденсация хромосом.

2.      Ядерные мембраны создаются вокруг каждой группы хромосом.

3.      Распадаются нити веретена деления, формируется ядрышко, цитоплазма делится (цитотомия), в итоге образуются четыре гаплоидные клетки.

4.      Набор хромосом и количество ДНК — nc в каждой клетке.

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)

С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается
жизненный цикл клетки.

Здесь и в дальнейшем мы будем пользоваться генетической формулой клетки, где «n» — число хромосом, а «c» — число ДНК (хроматид).
Напомню, что в состав каждой хромосомы может входить как одна молекула ДНК (одна хроматида) (nc), либо две (n2c).

Клеточный цикл включает в себя несколько этапов: деление (митоз), постмитотический (пресинтетический), синтетический,
постсинтетический (премитотический) период. Три последних периода составляют интерфазу — подготовку к делению клетки.

Разберем периоды интерфазы более подробно:

• Пресинтетический (постмитотический) период G₁ — 2n2c

Интенсивно образуются органоиды (рибосомы и другие), синтезируется белки, АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.

• Синтетический период S — 2n4c

Длится 6-10 часов. Важнейшее событие этого периода — удвоение ДНК, вследствие которого к концу синтетического периода
каждая хромосома состоит из двух хроматид. Происходит удвоение центриолей (репликация центриолей). Активно синтезируются структурные белки ДНК — гистоны.

• Постсинтетический (премитотический) период G₂ — 2n4c

Короткий, длится 2-6 часов. Это время клетка тратит на подготовку к последующему процессу — делению клетки, синтезируются
белки (тубулин для веретена деления) и АТФ, делятся митохондрии и хлоропласты.

Митоз (греч. μίτος — нить)

Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности
занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом
периоде.

Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в
митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.

• Профаза — 2n4c
• Бесформенный хроматин в ядре начинает собираться в четкие оформленные структуры — хромосомы — происходит это за счет
  спирализации ДНК (вспомните мой пример ассоциации хромосомы с мотком ниток)
• Оболочка ядра распадается, хромосомы оказываются в цитоплазме клетки
• Центриоли перемещаются к полюсам клетки, образуются центры веретена деления



• Метафаза — 2n4c

ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух
хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее,
прикрепляются к кинетохору центромеры).



• Анафаза — 4n4c

Самая короткая фаза митоза. Хромосомы, состоящие из двух хроматид, распадаются на отдельные хроматиды. Нити веретена деления
тянут хроматиды (синоним — дочерние хромосомы) к полюсам клетки.



• Телофаза — 2n2c

В этой фазе хроматиды (дочерние хромосомы) достигают полюсов клетки.

• Начинается процесс деспирализации ДНК, хромосомы исчезают и становятся хроматином (вспомните ассоциацию про раскрученный
  моток ниток)
• Появляется ядерная оболочка, формируется ядро
• Разрушаются нити веретена деления

В телофазе происходит деление цитоплазмы — цитокинез (цитотомия), в результате которого образуются две дочерние клетки с
набором 2n2c. В клетках животных цитокинез осуществляется стягиванием цитоплазмы, в клетках растений — формированием
плотной клеточной стенки (которая растет изнутри кнаружи).

Образовавшиеся в телофазе дочерние клетки 2n2c вступают в постмитотический период. Затем в синтетический период, где происходит
удвоение ДНК, после чего каждая хромосома состоит из двух хроматид — 2n4c. Клетка с набором 2n4c и попадает в профазу
митоза. Так замыкается клеточный цикл.

Биологическое значение митоза очень существенно:

• В результате митоза образуются дочерние клетки — генетические копии (клоны) материнской.
• Митоз является универсальным способом бесполого размножения, регенерации и протекает одинаково у всех эукариот (ядерных
  организмов).
• Универсальность митоза служит очередным доказательством единства всего органического мира.

Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию
хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).

Мейоз

Мейоз (от греч. μείωσις — уменьшение), или редукционное деление клетки — способ деления клетки, при котором наследственный материал
в них (число хромосом) уменьшается вдвое. Мейоз происходит в ходе образования половых клеток (гамет) у животных и спор у растений.

В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми
практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).

Как уже было сказано, мейоз состоит из двух делений: мейоза I (редукционного) и мейоза II (эквационного). Первое деление
называют редукционным (лат. reductio — уменьшение), так как к его окончанию число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление — эквационное
(лат. aequatio — уравнивание) очень похоже на митоз.

Приступим к изучению первого деления мейоза. За основу возьмем клетку с двумя хромосомами и удвоенным (в синтетическом периоде
интерфазы) количеством ДНК — 2n4c.

• Профаза мейоза I

Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.



Конъюгация (лат. conjugatio — соединение) — сближение гомологичных хромосом друг с другом. Гомологичными хромосомами называются
такие, которые соответствуют друг другу по размерам, форме и строению. В результате конъюгации образуются комплексы,
состоящие из двух хромосом — биваленты (лат. bi — двойной и valens — сильный).

После конъюгации становится возможен следующий процесс —
кроссинговер (от англ. crossing over — пересечение), в ходе которого происходит обмен участками между гомологичными хромосомами.

Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции,
последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.



• Метафаза мейоза I

Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого
крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.



• Анафаза мейоза I

Нити веретена деления сокращаются, вследствие чего биваленты распадаются на отдельные хромосомы, которые и притягиваются
к полюсам клетки. В результате у каждого полюса формируется гаплоидный набор будущей клетки — n2c, за счет чего мейоз I и называется редукционным делением.



• Телофаза мейоза I

Происходит цитокинез — деление цитоплазмы. Формируются две клетки с гаплоидным набором хромосом. Очень короткая интерфаза
после мейоза I сменяется новым делением — мейозом II.

Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).

В результате мейоза I и мейоза II мы получили из диплоидной клетки 2n4c гаплоидную клетку — nc. В этом и состоит сущность
мейоза — образование гаплоидных (половых) клеток. Вспомнить набор хромосом и ДНК в различных фазах мейоза нам еще предстоит,
когда будем изучать гаметогенез, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки — половые клетки (гаметы).

Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она
пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.

Помните, что до мейоза происходит удвоение ДНК в синтетическом периоде. Из-за этого уже в начале мейоза вы видите их
увеличенное число — 2n4c (4 хромосомы, 8 молекул ДНК). Я понимаю, что хочется написать 4n8c, однако это неправильная запись!) Ведь наша исходная клетка диплоидна (2n), а не тетраплоидна (4n)

Итак, самое время обсудить биологическое значение мейоза:

• Поддерживает постоянное число хромосом во всех поколениях, предотвращает удвоение числа хромосом
• Благодаря кроссинговеру возникают новые комбинации генов, обеспечивается генетическое разнообразие состава гамет
• Потомство с новыми признаками — материал для эволюции, который проходит естественный отбор

Бинарное деление надвое

Митоз и мейоз возможен только у эукариот, а как же быть прокариотам — бактериям? Они изобрели несколько другой способ и делятся
бинарным делением надвое. Оно встречается не только у бактерий, но и у ряда ядерных организмов: амебы, инфузории, эвглены зеленой.

При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени
уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.

Амитоз (от греч. ἀ — частица отрицания и μίτος — нить)

Способ прямого деления клетки, при котором не происходит образования веретена деления и равномерного распределения
хромосом. Клетки делятся напрямую путем перетяжки, наследственный материал распределяется «как кому повезет» — случайным
образом.

Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.

Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора биологии по Скайпу biorepet-ufa.ru.

В последние два года в вариантах тестовых заданий   ЕГЭ по биологии стало появляться все больше вопросов по способам размножения организмов, чередованию поколений, способам деления клеток,  отличиям разных стадий митоза и мейоза, наборам хромосом (n) и содержанию ДНК (с)  в различных стадиях жизни клеток.

Я согласен с авторами заданий.  Чтобы хорошо вникнуть в суть процессов митоза и мейоза надо не только в целом понимать, чем они отличаются друг от друга, но и знать  как меняется набор хромосом (n), а, главное, их качество  (с), на различных стадиях этих процессов.

Помним, конечно, что митоз и мейоз — это различные способы деления ядра клеток, а не  деление самих клеток (цитокинез).

Помним и то, что благодаря митозу происходит размножение диплоидных (2n) соматических клеток и обеспечивается бесполое размножение, а мейоз обеспечивает образование гаплоидных (n) половых клеток (гамет) у животных или гаплоидных (n) спор у растений.

Для удобства восприятия информации

на рисунке ниже  митоз и мейоз изображены вместе. Как мы видим,  эта схема не включает  жизненный цикл клетки, в ней нет и полного описания того, что происходит в клетках при митозе или мейозе. Цель данной статьи и этого рисунка обратить ваше внимание только на те изменения, которые происходят с самими хромосомами на разных стадиях митоза и мейоза. Именно на это делается упор в новых тестовых заданиях ЕГЭ.

Чтобы не перегружать рисунки, диплоидный кариотип в ядрах клеток представлен всего двумя парами гомологичных хромосом (то есть n = 2).  Первая пара  — более крупные хромосомы (красная и оранжевая). Вторая пара — более мелкие (синяя и зеленая). Если бы мы изображали конкретно, например, кариотип человека (n = 23), пришлось бы рисовать  46 хромосом.

Так каков был набор хромосом и их качество до начала деления в интерфазной клетке в период G1? Конечно он был 2n2c. Клеток с таким набором хромосом мы на этом рисунке не видим. Так как после S периода интерфазы (после репликации ДНК) количество хромосом, хотя и остается прежним (2n), но, так как каждая из хромосом теперь состоит  из двух сестринских хроматид, то формула кариотипа клетки будет записываться уже так: 2n4c. И вот  клетки с такими двойными хромосомами, готовые  уже  приступить к митозу или мейозу, и изображены на рисунке.

Данный рисунок  позволяет нам ответить на следующие  вопросы тестовых заданий

— Чем отличается профаза митоза от профазы I мейоза? В профазе I мейоза хромосомы не свободно распределены по всему объему бывшего клеточного ядра (ядерная оболочка в профазе растворяется), как в профазе митоза, а гомологи объединяются и коньюгируют (переплетаются) друг с другом. Это может привести к кроссинговеру: обмену некоторыми идентичными участками сестринских хроматид у гомологов.

— Чем отличается метафаза митоза от метафазы I мейоза? В метафазу I мейоза по экватору клетки выстраиваются не отдельные двухроматидные хромосомы как в метафазе митоза, в биваленты (по два гомолога вместе) или тетрады (тетра — четыре, по числу задействованных в коньюгации сестринских хроматид).

— Чем отличается анафаза митоза от анафазы I мейоза? В анафазу митоза  нитями веретена деления к полюсам клетки растаскиваются  сестринские хроматиды (которые в это время уже следует называть однохроматидными хромосомами). Обратите внимание, что в это время, поскольку из каждой двухроматидной хромосомы образовалось две однохроматидные хромосомы, а два новых ядра еще не образовались, то хромосомная формула таких клеток будет иметь вид 4n4c. В анафазу I мейоза   нитями веретена деления к полюсам клетки растаскиваются двухроматидные гомологи. Кстати, на рисунке в анафазу I мы видим, что одна из сестринских хроматид оранжевой хромосомы имеет участки из красной хроматиды (и, соответственно, наоборот), а одна из сестринских хроматид зеленой хромосомы имеет участки из синей хроматиды (и, соответственно, наоборот). Поэтому мы можем утверждать, что в профазу I мейоза между гомологичными хромосомами происходила не только коньюгация, но и кроссинговер.

— Чем отличается телофаза митоза от телофазы I мейоза? В телофазу митоза в двух новых образовавшихся ядрах (двух клеток еще нет, они образуются в результате цитокинеза) будет содержаться диплоидный набор однохроматидных хромосом — 2n2c.  В телофазу I мейоза в двух образующихся ядрах будет находиться гаплоидный набор двухроматидных хромосом — 1n2c. Таким образом, мы видим, что  мейоз  I уже обеспечил редукционное деление (количество хромосом снизилось вдвое).

— Что обеспечивает мейоз II ? Мейозом II называется эквационное (уравнительное) деление, в результате которого в четырех образовавшихся клетках будет находиться гаплоидный набор нормальных однохроматидных хромосом  — 1n1c.

— Чем отличается профаза I от профазы II ? В профазу II ядра клеток не содержат гомологичных хромосом, как в профазу I, поэтому не  происходит объединения гомологов.

— Чем отличается метафаза митоза от метафазы II мейоза?  Очень «коварный» вопрос, так как из любого учебника вы запомните, что мейоз II в целом  протекает как митоз.  Но, обратите внимание,  в метафазу митоза по экватору клетки выстраиваются двухроматидные хромосомы и у каждой хромосомы есть её гомолог. В метафазе II мейоза по экватору тоже выстраиваются двухроматидные хромосомы, но нет гомологичных. На цветном рисунке, как в этой статье выше, это хорошо видно, но на экзамене рисунки  черно-белые. На этом черно-белом рисунке одного из тестовых заданий изображена метафаза митоза, так как здесь есть  гомологичные хромосомы (большая черная и большая белая — одна пара; маленькая черная и маленькая белая — другая пара).

— Может быть и аналогичный вопрос по анафазе митоза и анафазе II мейоза.

— Чем отличается телофаза I мейоза от телофазы II ? Хотя набор хромосом в обоих случаях гаплоидный, но во время телофазы I хромосомы двухроматидные, а во время телофазы II  они однохроматидные.

Когда писал на этом блоге подобную статью о митозе и мейозе  никак не думал, что за три года содержание тестов так сильно изменится. Очевидно, из-за сложностей создавать  все новые и новые тесты, опираясь на школьную программу по биологии, авторы-составители уже не имеют возможности «копать вширь» (всё уже давно «вскопано») и они вынуждены «копать вглубь».

*******************************************
У кого будут вопросы по статье к репетитору биологии по Скайпу, прошу обращаться в комментариях.

ЕГЭ 28 задание на Мейоз.

Биологическое значение мейоза: благодаря мейозу происходит редукция числа хромосом. Из одной диплоидной клетки образуется 4 гаплоидных.

Благодаря мейозу образуются генетически различные клетки (в том числе гаметы), т. к. в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала:

1) за счёт кроссинговера;

2) за счёт случайного и независимого расхождения гомологичных хромосом;

3) за счёт случайного и независимого расхождения кроссоверных  хроматид.

Первое и второе деление мейоза складываются из тех же фаз, что и митоз, но сущность изменений в наследственном аппарате другая.

Профаза 1. (2n4с) Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и конъюгируют.

Конъюгацией называют процесс тесного сближения гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих хромосом называют бивалентом. Биваленты продолжают укорачиваться и утолщаться. Каждый бивалент образован четырьмя хроматидами. Поэтому его называют тетрадой.

Важнейшим событием является кроссинговер – обмен участками хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов.

В конце профазы 1 формируется веретено деления, исчезает ядерная оболочка. Биваленты перемещаются в экваториальную плоскость.

Метафаза 1. (2n; 4с) Заканчивается формирование веретена деления. Спирализация хромосом максимальна. Биваленты располагаются в плоскости экватора. Причем центромеры гомологичных хромосом обращены к разным полюсам клетки. Расположение бивалентов в экваториальной плоскости равновероятное и случайное, то есть каждая из отцовских и материнских хромосом может быть повернута в сторону того или другого полюса. Это создает предпосылки для второй за время мейоза рекомбинации генов.
Анафаза 1. (2n; 4с) К полюсам расходятся целые хроосомы, а не хроматиды, как при митозе. У каждого полюса оказывается половина хромосомного набора. Причем пары хромосом расходятся так, как они располагались в плоскости экватора во время метафазы. В результате возникают самые разнообразные сочетания отцовских и материнских хромосом, происходит вторая рекомбинация генетического материала.

Телофаза 1. (1n; 2с) У животных и некоторых растений хроматиды деспирализуются, вокруг них формируется ядерная оболочка. Затем происходит деление цитоплазмы (у животных) или образуется разделяющая клеточная стенка (у растений). У многих растений клетка из анафазы 1 сразу же переходит в профазу 2.

Второе деление мейоза

Интерфаза 2. (1n; 2с) Характерна только для животных клеток. Репликация ДНК не происходит. Вторая стадия мейоза включает также профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Профаза 2. (1n; 2с) Хромосомы спирализуются, ядерная мембрана и ядрышки разрушаются, центриоли, если они есть, перемещаются к полюсам клетки, формируется веретено деления.

Метафаза 2. (1n; 2с) Формируются метафазная пластинка и веретено деления, нити веретена деления прикрепляются к центромерам.

Анафаза 2. (2n; 2с) Центромеры хромосом делятся, хроматиды становятся самостоятельными хромосомами, и нити веретена деления растягивают их к полюсам клетки. Число хромосом в клетке становится диплоидным, но на каждом полюсе формируется гаплоидный набор. Поскольку в метафазе 2 хроматиды хромосом располагаются в плоскости экватора случайно, в анафазе происходит третья рекомбинация генетического материала клетки.

Решение: В соматических клетках 28 хромосом, что соответствует 28 ДНК.

Фазы мейоза	Число хромосом	Количество ДНК
Интерфаза 1 (2п4с)	28	56
Профаза 1 (2n4с)	28	56
Метафаза 1 (2n4с)	28	56
Анафаза 1 (2n4с)	28	56
Телофаза 1 (1n2с)	14	28
Интерфаза 2 (1n2с)	14	28
Профаза 2 (1n2с)	14	28
Метафаза 2 (1n2с)	14	28
Анафаза 2 (2n2с)	28	28
Телофаза 2 (1n1с)	14	14

1. Перед началом мейоза количество ДНК – 56, так как оно удвоилось, а число хромосом не изменилось – их 28.

2. В метафазе мейоза I количество ДНК – 56, число хромосом – 28, гомологичные хромосомы попарно располагаются над и под плоскостью экватора, веретено деления сформировано.

3. В метафазе мейоза II количество ДНК – 28, хромосом – 14, так как после редукционного деления мейоза I число хромосом и ДНК уменьшилось в 2 раза, хромосомы располагаются в плоскости экватора, веретено деления сформировано.

Задача 2.

Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетках семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза I и анафазе мейоза II. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменения числа ДНК и хромосом.

Задача 3.

Для соматической клетки животного характерен диплоидный набор хромосом. Определите хромосомный набор (n) и число молекул ДНК (с) в клетке в профазе мейоза I и метафазе мейоза II. Объясните результаты в каждом случае.

Задача 4.

Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в клетке семязачатка в конце мейоза I и мейоза II. Объясните результаты в каждом случае.

Задача 5.

Хромосомный набор соматических клеток крыжовника равен 16. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в телофазе мейоза I и анафазе мейоза II. Объясните результаты в каждом случае.

Задача 6.

В соматических клетках дрозофилы содержится 8 хромосом. Определите, какое число хромосом и молекул ДНК содержится при гаметогенезе в ядрах перед делением в интерфазе и в конце телофазы мейоза I.

Задача 7.

Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в ядре (клетке) семязачатка перед началом мейоза I и мейоза II. Объясните результаты в каждом случае.

Задача 8.

Хромосомный набор соматических клеток пшеницы равен 28. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в ядре (клетке) семязачатка перед началом мейоза I и в метафазе мейоза I. Объясните результаты в каждом случае.

Задача 9.

В соматических клетках дрозофилы содержится 8 хромосом. Определите, какое число хромосом и молекул ДНК содержится при гаметогенезе в ядрах перед делением в интерфазу и в конце телофазы мейоза I. Объясните, как образуется такое число хромосом и молекул ДНК.

1.  Перед началом деления число хромосом = 8, число молекул ДНК = 16 (2n4с); в конце телофазы мейоза I число хромосом = 4, число молекул ДНК = 8.

2. Перед началом деления молекулы ДНК удваиваются, но число хромосом не изменяется, потому что каждая хромосома становится двухроматидной (состоит из двух сестринских хроматид).

3.  Мейоз – редукционное деление, поэтому число хромосом и молекул ДНК уменьшается вдвое.

Задача 10.

У крупного рогатого скота в соматических клетках 60 хромосом. Каково будет число хромосом и молекул ДНК в клетках семенников в интерфазе перед началом деления и после деления мейоза I?

1. В интерфазе перед началом деления: хромосом – 60, молекул ДНК – 120; после мейоза I: хромосом – 30, ДНК – 60.

2. Перед началом деления молекулы ДНК удваиваются, их число увеличивается, а число хромосом не изменяется – 60, каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид.

3) Мейоз I – редукционное деление, поэтому число хромосом и молекул ДНК уменьшается в 2 раза.

Задача 11.

Какой хромосомный набор характерен для клеток пыльцевого зерна и спермиев сосны? Объясните, из каких исходных клеток и в результате какого деления образуются эти клетки.

1. Клетки пыльцевого зерна сосны и спермии имеют гаплоидный набор хромосом – n.

2. Клетки пыльцевого зерна сосны развиваются из гаплоидных спор МИТОЗОМ.

3. Спермии сосны развиваются из пыльцевого зерна (генеративной клетки) МИТОЗОМ.