Продолжаем разбираться с делением клетки! Эта тема не ограничивается митозом. В этой статье я расскажу про мейоз в ЕГЭ по биологии — второй, но не менее важный способ деления. Разберемся в типе деления клеток и клеточном цикле мейоза, а также узнаем, в какой фазе происходит расхождение хромосом. Вас ждет вся необходимая теория и разбор типичных заданий ЕГЭ.

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.

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 одной молекуле ДНК (тоже 46). А в соматической клетке собаки 2n2c: 78 хромосом и 78 молекул ДНК.

Как продуктивно заниматься летом?

Узнайте из гайда для старшеклассников 👍

Имя

Email

Даю согласие на обработку данных и получение рассылок

Приятного чтения! А на почте вас ждет полезный подарок 😊 Приятного чтения!
А на почте вас ждет полезный
подарок 😊 Скачать файл

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 мейоза.

• 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. Происходит образование двух молекул ДНК из одной,  каждая из них 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.

Первое деление

Чем мейоз функционально отличается от митоза? 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 повезло: 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

Какие процессы происходят в профазе первого деления мейоза? Начинается он практически так же, как и митоз. Хромосомы спирализуются, ядро и ядерная оболочка распадаются, 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? При оплодотворении половину хромосом мы получаем от материнского организма, а другую половину — от отцовского. 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, а остается таким же — 2n4c. Меняется только генетическая информация.

Метафаза первого деления

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

Во время анафазы I мейоза нити веретена деления сокращаются и растаскивают к полюсам по одной из пары гомологичных двухроматидных хромосом. Хромосомы расходятся к полюсам, а набор в клетке 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

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 напоминает митоз — можно сказать, что оно его повторяет. Разница только в наборах и в том, что в профазе I 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 I, — 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.

Генетические заболевания

Аномалии при мейозе могут привести к изменению числа или структуры хромосом. В результате у человека проявляются наследственные заболевания. В некоторых случаях такие мутации приводит к нарушению внутриутробного развития и гибели эмбриона. 

Предлагаю разобрать несколько синдромов, которые могут встретиться вам в ЕГЭ.

• Синдром «кошачьего крика». Это хромосомная мутация, происходящая в пятой хромосоме. При хромосомных мутациях изменения затрагивают структуру хромосом, но количество не меняется. Название патологии произошло из-за того, что плач новорожденных с таким нарушением похож на мяуканье кошки. Для людей с этим синдромом характерно общее отставание в развитии, лунообразное лицо, врожденные пороки многих внутренних органов и систем.
• Синдром Дауна. Это геномная мутация — при таком типе мутаций меняется число хромосом в кариотипе. Синдром Дауна выражается в трисомии по 21-й паре. В нормотипичном кариотипе все хромосомы расположены парами: 23 пары = 46 хромосом. В кариотипе человека с синдромом Дауна в 21-й паре не две хромосомы, а три, и всего 47 хромосом. Это достаточно часто встречающаяся аномалия, в среднем 1 случай на 700 родов. Основные внешние проявления: миндалевидный разрез глаз, плоское лицо, аномальная форма внешнего уха и другие. Также проявляется умственная отсталость разной степени выраженности.
• Синдром Клайнфельтера. Это геномная мутация, проявляющаяся у мужчин. Мужской кариотип без аномалий представлен 44 аутосомами (неполовыми хромосомами) и двумя половыми: XY. У мужчин с синдромом Клайнфельтера 47 хромосом: 44 аутосомы и три половые XXY. Большинство мужчин с таким синдромом бесплодны.
• Синдром Шерешевского — Тернера. Это геномная мутация, проявляющаяся у женщин. Нормотипичный кариотип женщин включает в себя 44 аутосомы + XX. У женщин с этим синдромом чаще всего выпадет одна из Х-хромосом: в кариотипе остается 44 аутосомы и Х-хромосома — всего 45 хромосом. Большинство женщин с таким симптомом бесплодны.

Бесплатно
проверьте свой
уровень знаний

И скорректируйте подготовку к ОГЭ или ЕГЭ

Попробовать ООО «Юмакс», ИНН 7730681080, ERID 2VtzqwBLMVY

Зачем нужен мейоз

Теперь, когда мы разобрались, как 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. 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. 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.

Чем мейоз отличается от митоза

Из статьи про митоз мы знаем, как и зачем клетки делятся митозом, а теперь составили описание мейоза. Давайте объединим эти знания, так как такие вопросы про митоз и мейоз часто встречаются на ЕГЭ по биологии и могут принести два первичных балла.

• Во время митоза проходит одно деление клетки, а в мейозе — два. Каждое из делений состоит из 4 фаз, и всего в митозе 4 фазы, а в мейозе в два раза больше — 8.
• В результате митоза образуются 2 диплоидные клетки, в мейозе 4 гаплоидные клетки.
• Клетки, которые образуются при митозе, идентичны друг другу и материнской. В мейозе получившиеся  клетки генетически неоднородны, что приводит к комбинативной изменчивости. 
• Митоз лежит в основе бесполого размножения, а мейоз — полового.
• Митозом поддерживается число хромосом в клетках одного организма, а с помощью мейоза число хромосом в поколениях остается неизменным.

Задачи по мейзоу 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

Решение. В этом задании просят найти два выпадающих варианта ответа, то есть те, что не происходят в интерфазу. В интерфазе клетка готовится к делению, накапливаются органические вещества и АТФ, удваиваются органоиды и реплицируется ДНК. Спирализация хромосом происходит в обе профазы, формирование ядерной оболочки происходит в телофазу первого и второго делений.

Ответ: 25.

Пример 2

Решение. В соматической клетке диплоидный набор, гамета образуется мейозом и имеет гаплоидный набор. 2n = 32 хромосомы, тогда 1n= 32 разделить на 2, 1n = 16 хромосом.

Ответ: 16.

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.