Mitoza i mejoza – test dla 1 klasy liceum na poziomie rozszerzonym

Mitoza zachowuje liczbę chromosomów i służy wzrostowi oraz regeneracji, natomiast mejoza zmniejsza ją o połowę i prowadzi do powstania komórek uczestniczących w rozmnażaniu płciowym. Na poziomie rozszerzonym trzeba rozróżniać nie tylko fazy, lecz także liczbę chromosomów, chromatyd i ilość DNA oznaczaną jako c.

Mitoza i mejoza – najważniejsza różnica

W mitozie jedna komórka macierzysta dzieli się raz i powstają dwie komórki potomne o takiej samej ploidalności jak komórka wyjściowa. Dla komórki diploidalnej zapis wygląda następująco: 2n → 2 × 2n. Komórki potomne są zwykle identyczne genetycznie z macierzystą, z wyjątkiem skutków mutacji.

Mejoza obejmuje dwa kolejne podziały jądra, ale tylko jedną replikację DNA. W efekcie z jednej komórki diploidalnej powstają cztery komórki haploidalne: 2n → 4 × n. Mejoza nie tylko redukuje liczbę chromosomów, lecz także zwiększa różnorodność genetyczną.

Porównanie mitozy i mejozy

Najłatwiej zapamiętać, że mitoza utrzymuje stabilność genetyczną organizmu, a mejoza łączy redukcję liczby chromosomów z wytwarzaniem zmienności genetycznej.

Jak przebiegają fazy podziałów?

Mitoza krok po kroku

Przed mitozą, w fazie S interfazy, DNA ulega replikacji. Każdy chromosom składa się wtedy z dwóch chromatyd siostrzanych połączonych centromerem. Sama mitoza obejmuje następujące etapy:

• Profaza – chromatyna kondensuje się w chromosomy, zanika jąderko, a formuje się wrzeciono kariokinetyczne.
• Prometafaza – rozpada się otoczka jądrowa, a mikrotubule wrzeciona przyłączają się do kinetochorów.
• Metafaza – chromosomy ustawiają się pojedynczo w płaszczyźnie równikowej komórki.
• Anafaza – rozdzielają się chromatydy siostrzane, które stają się chromosomami potomnymi i przemieszczają się ku przeciwległym biegunom.
• Telofaza – wokół skupisk chromosomów odtwarzają się otoczki jąder, a chromosomy ulegają dekondensacji.

Po kariokinezie zwykle zachodzi cytokineza, czyli podział cytoplazmy. Kluczowy punkt zadaniowy brzmi: w anafazie mitozy rozdzielają się chromatydy siostrzane, a nie całe chromosomy homologiczne.

Mejoza I i mejoza II

W profazie I chromosomy homologiczne łączą się w pary. Taka para tworzy biwalent, czyli strukturę złożoną z dwóch chromosomów homologicznych i łącznie czterech chromatyd. W tym etapie zachodzi crossing-over.

Crossing-over to wymiana odpowiadających sobie odcinków między niesiostrzanymi chromatydami chromosomów homologicznych. Zachodzi w profazie I, w obrębie biwalentów, i prowadzi do powstania chromatyd o nowych kombinacjach alleli. Jest jednym ze źródeł zmienności genetycznej potomstwa.

1. W profazie I chromosomy homologiczne parują się i tworzą biwalenty.
2. W wyniku crossing-over niesiostrzane chromatydy wymieniają odcinki DNA.
3. W metafazie I biwalenty ustawiają się w płaszczyźnie równikowej.
4. W anafazie I rozdzielają się chromosomy homologiczne, ale chromatydy siostrzane pozostają połączone.
5. Po mejozie I powstają dwie komórki haploidalne, których chromosomy nadal składają się z dwóch chromatyd.
6. W metafazie II chromosomy ustawiają się pojedynczo, podobnie jak w mitozie.
7. W anafazie II rozdzielają się chromatydy siostrzane.
8. Po mejozie II powstają cztery haploidalne komórki potomne.

To właśnie porównanie metafazy I i metafazy II często pojawia się w zadaniach. W metafazie I w płaszczyźnie równikowej leżą biwalenty, a mikrotubule wrzeciona są zorganizowane tak, aby rozdzielić chromosomy homologiczne. W metafazie II ustawiają się pojedyncze chromosomy, a dalszy podział prowadzi do rozdzielenia chromatyd siostrzanych.

Jak interpretować wykresy ilości DNA?

W zadaniach trzeba odróżnić liczbę chromosomów od ilości DNA. Replikacja w fazie S nie zmienia liczby chromosomów, ponieważ nie powstają nowe centromery. Zwiększa natomiast ilość DNA, gdyż każdy chromosom otrzymuje drugą chromatydę.

W standardowym zapisie komórka diploidalna przed replikacją ma 2c DNA. Po fazie S, w fazie G2, zawartość DNA wynosi 4c. Liczba chromosomów nadal odpowiada 2n, ale każdy z nich składa się z dwóch chromatyd.

Podczas mejozy zmiany ilości DNA można odczytać w następującej kolejności:

• Faza G1 przed replikacją – 2c DNA.
• Po fazie S i przed mejozą I – 4c DNA.
• Po mejozie I – 2c DNA w każdej komórce.
• Po mejozie II – 1c DNA w każdej z czterech komórek.

Spadek z 4c do 2c wynika z rozdzielenia chromosomów homologicznych podczas mejozy I. Spadek z 2c do 1c następuje w mejozie II, gdy rozdzielają się chromatydy siostrzane. W mitozie typowy przebieg to 2c przed replikacją, 4c po replikacji i ponownie 2c w każdej komórce potomnej.

Przy analizie schematu sprawdź kolejno:

• Co leży na płaszczyźnie równikowej – pojedyncze chromosomy czy biwalenty.
• Co rozdziela się w anafazie – chromosomy homologiczne czy chromatydy siostrzane.
• Czy chromosomy mają jedną, czy dwie chromatydy – pomaga to odróżnić etap przed i po rozdzieleniu chromatyd.
• Jak zmienia się ilość DNA – replikacja podwaja ją, a każdy podział zmniejsza ją o połowę w komórkach potomnych.

Typowy chromosom ma jeden centromer. Dzięki kinetochorom zbudowanym w jego obrębie może przyłączyć mikrotubule wrzeciona kariokinetycznego. Bez prawidłowego działania centromeru rozdział chromosomów lub chromatyd byłby zaburzony. Błędy takie jak nierozchodzenie się chromosomów homologicznych albo chromatyd nazywa się nondysjunkcją.

Przed sprawdzianem na poziomie rozszerzonym uczeń powinien umieć rozpoznać fazę podziału na schemacie, określić, co ulega rozdzieleniu w anafazie I i II, obliczyć zawartość DNA w fazach G1, S i G2 oraz wyjaśnić znaczenie crossing-over.

Mitoza daje dwie komórki o zachowanej ploidalności, a mejoza cztery komórki haploidalne. W zadaniach najważniejsze jest rozdzielenie trzech informacji: liczby chromosomów, liczby chromatyd i ilości DNA. Jeśli rozpoznasz, co ustawiono w metafazie i co rozdziela się w anafazie, zwykle możesz poprawnie odtworzyć cały przebieg procesu.