Клеточный цикл. Митоз, мейоз. Развитие половых клеток

Митоз — это деление, после которого получаются две клетки, генетически идентичные друг другу и материнской. Организм использует его для роста, замены изношенных клеток и заживления ран — везде, где нужна точная копия, а не новая комбинация генов.

В профазе хромосомы (уже двухроматидные, набор 2n4c) конденсируются и становятся видимыми, ядерная оболочка разрушается, формируется веретено деления — нити, которые потом растащат хромосомы к полюсам клетки. В метафазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки — набор по-прежнему 2n4c, потому что центромеры ещё целы.

Ключевой момент наступает в анафазе: центромера каждой хромосомы делится, сестринские хроматиды расходятся к разным полюсам и с этой секунды каждая из них — самостоятельная хромосома с одной молекулой ДНК.

Число хромосом в клетке мгновенно удваивается — с 2n до 4n, а число молекул ДНК не меняется: как было 4c, так и остаётся. Новую ДНК никто не синтезировал, хроматиды просто разошлись. Поэтому анафазу митоза описывают формулой 4n4c: хромосом и молекул ДНК поровну, как в G1, потому что каждая хромосома снова однохроматидная, — только обоих вдвое больше.

В телофазе вокруг каждого набора хромосом восстанавливается ядерная оболочка, происходит деление цитоплазмы, и получаются две дочерние клетки. У каждой — снова 2n хромосом с одной хроматидой, то есть набор 2n2c: ровно тот же, с которого клетка начинала цикл в G1.

Мейозу предшествует одна-единственная репликация ДНК — та же S-фаза, что и перед митозом, набор становится 2n4c. Дальше идут два деления подряд без повторной репликации между ними, и это единственный способ вдвое уменьшить число хромосом к моменту оплодотворения.

Мейоз I называют редукционным делением. Его профаза устроена не так, как в митозе: гомологичные хромосомы (материнская и отцовская копии одной и той же хромосомы) сближаются и образуют пару — бивалент.

Именно здесь, в профазе I и только в ней, происходит кроссинговер: гомологичные хромосомы обмениваются участками ДНК. Это единственная точка клеточного цикла, где перемешиваются материнские и отцовские гены внутри одной хромосомы — ни в митозе, ни в профазе мейоза II кроссинговера не бывает.

В метафазе I биваленты выстраиваются по экватору, набор всё ещё 2n4c. В анафазе I расходятся не хроматиды, а целые гомологичные хромосомы — каждая по-прежнему с двумя хроматидами. К какому полюсу уйдёт материнская, а к какому отцовская хромосома каждой пары, решает случай, и пары расходятся независимо друг от друга. Пока клетка не разделилась, в ней всё ещё 2n4c: хромосомы только растаскиваются к полюсам.

После телофазы I каждая из двух новых клеток получает по одной хромосоме из каждой пары: хромосом теперь n, но у каждой всё ещё две хроматиды, поэтому набор — n2c. С этим набором клетки вступают в мейоз II.

Мейоз II по механике повторяет митоз, только стартует не с 2n4c, а с n2c — репликации ДНК перед ним не было. В метафазе II набор n2c. В анафазе II центромеры разделяются, сестринские хроматиды становятся отдельными хромосомами: число хромосом в клетке удваивается относительно n, а число молекул ДНК не меняется — получается набор 2n2c.

Важно: эту запись легко спутать с клеткой в G1. Число хромосом в анафазе II всегда равно диплоидному числу вида, но клетка при этом не диплоидна: пар гомологов в ней нет, это две гаплоидные группы хромосом, которые расходятся к полюсам. После телофазы II каждая из них окажется в отдельной клетке.

После телофазы II из одной исходной клетки с набором 2n4c получаются четыре клетки с набором nc каждая — по одной хромосоме без пары и по одной молекуле ДНК на хромосому. Это и есть гаплоидный набор, с которым клетка входит в оплодотворение.

Оба деления стартуют с одинаковой подготовки: интерфаза с той же S-фазой, тот же набор 2n4c к моменту профазы. Расходятся они в том, что происходит дальше.

Митоз — одно деление, результат — две клетки, набор 2n2c, генетически идентичные материнской (если не было мутаций). Пар гомологичных хромосом никто не образует, обмена участками ДНК нет.

Мейоз — два деления подряд без повторной репликации между ними, результат — четыре клетки, набор nc, и все четыре генетически различны между собой: во-первых, из-за кроссинговера в профазе I, во-вторых, из-за независимого расхождения пар гомологов в анафазе I.

Метафазу митоза и метафазу I на рисунке отличают по трём признакам. В метафазе митоза на экваторе стоят отдельные двухроматидные хромосомы, нити веретена прикреплены к центромере каждой из них с двух сторон, а к полюсам потом уйдут одинаковые наборы сестринских хроматид; так делятся соматические клетки. В метафазе I на экваторе стоят биваленты — гомологи соединены в пары, и после этой стадии к полюсам разойдутся целые гомологичные хромосомы.

Практическое следствие для задания 27: если в условии клетка делится один раз и хромосомы в анафазе расходятся по одной хроматиде — это митоз. Если делений два, а в первом из них расходятся целые хромосомы с двумя хроматидами — это мейоз, и первое деление и есть то самое, редукционное.