Мейоз. Матеріал для учнів 9 класу.

  

                                  Мейоз. Рекомбінація ДНК

Основні поняття й ключові терміни: МЕЙОЗ. РЕКОМБІНАЦІЯ ДНК. Пригадайте! Що таке поділ клітин.

Новини науки

«Науковий інтерес до мейозу значно зріс, коли виявилось, що одні й ті самі ферменти можуть брати участь в реплікації ДНК, обміні її окремих ділянок та репарації. Нині деякі біологи розвивають оригінальну гіпотезу про те, що в процесі мейозу відбувається перевірка ланцюгів ДНК і відновлення пошкоджень. При цьому спостерігається повне “омолодження” клітин, що беруть участь у статевому розмноженні». Що ж таке мейоз?

ЗМІСТ

Яке біологічне значення мейозу?

Мейоз був уперше описаний у морських їжаків німецьким біологом О.Гертвігом (1849 - 1922) у 1876 р. А.Вайсману (1834 - 1914) належить пояснення біологічного значення мейозу. А один із засновників цитогенетики С.Дарлінгтон (1903 - 1981) розробив теорію, що пояснює механізм поєднання хромосом у мейозі (1932). Вивченням мейозу займається цитогенетика.

Іл. 75. Схема мейозу

МЕЙОЗ (від грец. мейозіз - зменшення) -це поділ еукаріотичних клітин, внаслідок якого утворюються дочірні клітини з удвічі меншим набором хромосом (іл. 75). Мейоз є одним із найважливіших біологічних процесів. Його значення полягає в підтримці в поколіннях стабільності хромосомних наборів та у створенні нових поєднань батьківських й материнських генів, що сприяє мінливості. Згідно із сучасними дослідженнями під час мейозу відбувається й репарація ДНК за участі гомологічної рекомбінації. Мейоз є основою розмноження. У тварин унаслідок мейозу утворюються статеві клітини - гамети (гаметний мейоз), у вищих рослин - спори для безстатевого розмноження (споровий мейоз), а у грибів й нижчих рослин - клітини міцелію чи талому, що формуються із зиготи (зиготний мейоз) (іл. 76). Із гаплоїдної спори проростає статеве покоління вищих рослин

(гаметофіт), яке продукує гамети. У тварин статеві клітини, що утворилися, зливаються з утворенням зиготи, в якої після запліднення відновлюється диплоїдний набір хромосом. Якби в процесі мейозу число хромосом не зменшувалось, то в кожному наступному поколінні під час злиття яйцеклітини і сперматозоона кількість хромосом збільшувалася б удвічі. А у грибів й водоростей із диплоїдної зиготи утворюються гаплоїдні клітини грибниці й талому, що згодом утворюють гамети чи спори.

Отже, біологічне значення мейозу полягає в: 1) забезпеченні зміни спадкового матеріалу; 2) підтримці сталості каріотипу при статевому розмноженні; 3) утворенні гамет для статевого розмноження тварин;

4) формуванні спор для нестатевого розмноження вищих рослин;

5) відновленні пошкоджень ДНК.

Які відмінності мейозу від мітозу?

Мейоз у процесі еволюції виник на основі мітозу, але має ряд принципових відмінностей:

• відбувається у два послідовні етапи - мейоз І та мейоз ІІ, кожний з яких складається з 4 фаз: профази, метафази, анафази і телофази;

• на першому етапі відбувається розподіл гомологічних двохрома-тидних хромосом на дві клітини з утворенням у них гаплоїдних наборів хромосом, тому цей поділ називають редукційним (від лат. reductio - повернення);

• стан спадкової інформації після першого поділу вже змінений завдяки рекомбінації ДНК;

• на другому етапі розходяться хроматиди гомологічних хромосом, і він здійснюється за мітотичним типом;

• загальним результатом мейозу є утворення з однієї материнської клітини чотирьох дочірніх клітин з гаплоїдним набором однохро-матидних хромосом (табл. 7).

Таблиця 7. ОСНОВНІ ПРОЦЕСИ МЕЙОЗУ

Назва фази	Основні процеси
І етап - РЕДУКЦІЙНИЙ ПОДІЛ, або МЕЙОЗ І
Профаза І	Фаза конденсації двохроматидних хромосом. Особливістю є кон'югація (злиття ділянок гомологічних хромосом) і кросинговер (обмін ділянками між гомологічними хромосомами), що забезпечують рекомбінацію ДНК

Назва фази	Основні процеси
Метафаза І	Розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини в два ряди у вигляді тетрад (комплексів і двох двохроматидних хромосом)
Анафаза І	Розходження двохроматидних хромосом до полюсів клітин
Телофаза І	Деконденсація двохроматидних хромосом і формування двох клітин або лише ядер з гаплоїдним набором хромосом
ІІ етап - ЕКВАЦІЙНИЙ, або МЕЙОЗ ІІ (інтерфази між поділами мейозу немає, оскільки реплікації ДНК не відбувається)
Профаза ІІ	Конденсація двохроматидних хромосом
Метафаза ІІ	Розташування двохроматидних хромосом на екваторі клітини
Анафаза ІІ	Розходження однохроматидних хромосом до полюсів клітин
Телофаза ІІ	Деконденсація однохроматидних хромосом

Отже, мейоз відбувається у два етапи з утворенням гаплоїдних клітин з видозміненою спадковою інформацією.

Як змінюється спадкова інформація в мейозі?

Генетична стабільність є дуже важливою для життєдіяльності організмів у сталих умовах. Для існування видів упродовж тривалих історичних проміжків часу життєво необхідною є генетична мінливість, що забезпечує пристосованість до змінних умов навколишнього середовища. Для забезпечення мінливості організмів найзагадковіша із молекул живого - ДНК - має ще одну дивовижну властивість, а саме здатність до перебудов.

РЕКОМБІНАЦІЯ ДНК (генетична рекомбінація) - це перерозподіл генетичної інформації ДНК, що приводить до виникнення нових комбінацій генів. Під час рекомбінації ланцюжок ДНК розривається, а потім його фрагменти об’єднуються в іншому порядку. Цей процес є універсальним і спостерігається в про- і еукаріотичних клітинах. Серед процесів рекомбінації ДНК у живих організмів найчастіше виокремлюють гомологічну та негомологічну рекомбінації.

Гомологічна рекомбінація - це процес обміну нуклеотидними послідовностями між гомологічними хромосомами чи ланцюгами ДНК.

Цей тип рекомбінації використовується клітинами для виправлення пошкоджень ДНК, створення нових комбінацій генів під час мейозу тощо. Найвідомішим прикладом гомологічної рекомбінації ДНК є обмін ділянками між парними хромосомами - кросинговер (іл. 77). Цей процес відбувається в мейозі після кон’югації - поєднання гомологічних хромосом на стадії профази І.

Негомологічна рекомбінація - це процес обміну нуклеотидними послідовностями між негомологічними хромосомами або ланцюгами ДНК. Прикладом такої рекомбінації є випадкове вбудовування вірусних чи бактеріальних фрагментів ДНК у ДНК клітини-хазяїна.

Іл. 77. Рекомбінація ДНК під час кросинговеру

Отже, механізми генетичної рекомбінації у мейозі забезпечують можливість переміщення із хромосоми в хромосому фрагментів ДНК, що підвищує комбінативну мінливість організмів.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння

Порівняйте у робочому зошиті мітоз і мейоз за планом та зробіть висновок про причини відмінностей.

План порівняння

1. Кількість поділів.

2. Кількість утворених клітин з однієї.

3. Набір хромосом перед поділом у клітинах.

4. Набір хромосом у дочірніх клітинах.

5. Стан спадкової інформації у клітинах.

6. Біологічне значення.

Біологія + Декоративні рослини

Папороть нефролепіс піднесений (Nephrolepis exaltata) вважається красивою, витривалою й корисною декориативною рослиною, яка очищає повітря в приміщенні від формальдегідів, толуолу і ксилолу. Це є однією з причин розміщення цієї папороті в офісах, школах, дитячих садочках. На цьому конкретному прикладі оцініть значення мейозу в житті рослин.