Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak z jednej zapłodnionej komórki powstaje cały złożony organizm? Lub w jaki sposób Twoje ciało nieustannie odnawia i regeneruje tkanki? Odpowiedzi kryją się w fascynujących procesach mitozy i mejozy – fundamentalnych podziałach komórkowych, które są niezbędne do życia wszystkich organizmów eukariotycznych.

W tym kompleksowym przewodniku dowiesz się dokładnie, jak przebiegają oba podziały komórkowe, poznasz ich kluczowe różnice i znaczenie biologiczne. Mitoza i mejoza to zagadnienia, które regularnie pojawiają się na maturze z biologii, dlatego przygotowałam dla Ciebie szczegółowe wyjaśnienia, a nawet specjalną „zakręconą ściągę”, która pomoże Ci zapamiętać najważniejsze informacje.

Spis treści:

1. Wzrost i podział komórek
2. Interfaza
3. Mitoza
4. Mejoza
5. I podział mejotyczny
6. II podział mejotyczny
7. Najczęściej zadawane pytania o mejoze i mitozę
8. Podsumowanie i zakręcona ściąga

 

Wzrost i podział komórek

Termin wzrost i podział komórek nie są synonimami. Mówimy o wzroście populacji komórek, polegającym na zwiększeniu się ich liczebności. Lecz kiedy rośnie komórka? Jest zrozumiałe, że rośnie ona w okresie między kolejnymi podziałami. I tu rodzą się kolejne pytania – kiedy komórka wie, że ma się podzielić? W jaki sposób zjawiska syntezy lub replikacji są koordynowane? Skąd komórka otrzymuje wiadomości, kiedy wszystkie jej części zostaną podwojone, tak że może ona wówczas dokonać ich równego podziału?

Jednym z głównych uogólnień biologicznych jest stwierdzenie, że wszystkimi tymi czynnościami kierują chromosomy, i to one są odpowiedzialne za podziały komórek, a tym samym za cały cykl komórkowy.

Pamiętajmy, że pod pojęciem cyklu komórkowego kryją się zmiany zachodzące w komórce pomiędzy końcem jednego, a końcem następnego podziału komórkowego. Jest on złożony z INTERFAZY – czyli okresu pomiędzy podziałami oraz samego PODZIAŁU KOMÓRKI w czasie którego dochodzi do KARIOKINEZY (podziału jądra komórkowego) i CYTOKINEZY (podziału cytoplazmy do komórek potomnych).

 

Omówmy sobie pokrótce co dzieje się w tych okresach życia komórki.

Interfaza

Interfazę można podzielić na kilka etapów:

Faza G1

trwa między końcem podziału komórki, a rozpoczęciem syntezy DNA, kiedy komórka przede wszystkim rośnie. Następuje tutaj intensywna synteza białek, głównie budulcowych – zaznaczę tu, że białka histonowe na tym etapie też już są wytwarzane, aby potem mogły być wykorzystane w następnym etapie. Podczas Fazy G1 dochodzi też do licznych podziałów organelli półautonomicznych, czyli mitochondriów, a w komórkach roślinnych także plastydów. Wzrost liczby tych organelli jest pożądany, gdyż wraz z podziałem cytoplazmy do każdej z komórek potomnych przeszła ich mniej więcej połowa.

Niektóre z komórek po Fazie G1 mogą przejść w FAZĘ G0, gdzie następuje ich specjalizacja. Zaprzestają one w tym okresie swojej aktywności podziałowej czasowo lub na stałe.

Faza S

To kolejna faza INTERFAZY, gdzie ma miejsce replikacja DNA, a także dalsza synteza białek histonowych i ich łączenie z nowo powstałymi cząsteczkami DNA.

Faza G2

Rozpoczyna się po zakończeniu replikacji DNA i trwa do początku podziału jądra komórkowego. W fazie tej następuje przede wszystkim synteza tubuliny – białka, które tworzy mikrotubule (składniki wrzeciona podziałowego)

Po interfazie przychodzi kolej na podział samej komórki. Tu przytoczę jedno z fundamentalnych twierdzeń biologii: „każda komórka może powstać tylko z innej komórki”. To oznacza, że nowa komórka może powstać tylko w wyniku podziału komórki macierzystej. Ogólnie proces ten umożliwia powstawanie nowych organizmów oraz wzrost i rozwój. Pamiętaj, że u organizmów jednokomórkowych podział komórki jest jednocześnie procesem rozmnażania.

Jeśli chodzi o komórki eukariotycznych to wyróżnia się 2 podstawowe typy podziału jądra komórkowego: mitozę i mejozę. Terminami tymi określa się również rodzaj podziału całej komórki. Znajomość ich przebiegu, w tym różnic między nimi jest niezbędna, aby zrozumieć jak wielką rolę odgrywają one w funkcjonowaniu świata.

Zacznijmy od prostszego w przebiegu i jednocześnie najpowszechniej spotykanego podziału.

Mitoza

Mitoza jest podziałem jądra komórkowego, prowadzącym do powstania dwóch identycznych jąder potomnych (o takiej samej liczbie chromosomów co jądro wyjściowe), a następnie dwóch identycznych komórek (po mitozie następuje zwykle cytokineza).

Może zachodzić w komórkach haploidalnych (1n) jak i diploidalnych (2n). W ten sposób dzielą się tzw. komórki somatyczne, czyli budujące ciało (łac. Soma – ciało). Mitoza warunkuje stałość zespołu czynników dziedzicznych w powstałych komórkach organizmu w kolejnych pokoleniach, jak i też umożliwia jego wzrost i regenerację. Przyjęło się też ogólne stwierdzenie, że mitoza jest charakterystyczna dla wszystkich komórek, za wyjątkiem komórek rozrodczych.

W przebiegu mitozy można wyróżnić cztery fazy:

profazę, metafazę, anafazę i telofazę. Aby łatwiej zapamiętać ich kolejność można wykorzystać mnemotechniki: PoeMAT, lub „Pan Michał Adoruje Telimenę” 😊

• W PROFAZIE chromatyna zaczyna się kondensować czyli spiralizować lub inaczej mówiąc zagęszczać. Efektem tego są coraz lepiej widoczne chromosomy. Każdy chromosom składa się z 2 chromatyd (tzw. siostrzanych), połączonych ze sobą w rejonie centromeru. Chromosomy składają się z 2 identycznych cząsteczek DNA (2c), powstałych w wyniku replikacji, tak więc każda z 2 chromatyd zawiera taką samą informację genetyczną. Na tym etapie zanika otoczka jądrowa, a cytoszkielet komórki wykształca wrzeciono podziałowe tzw. kariokinetyczne.

• W METAFAZIE – mikrotubule wrzeciona jednymi końcami łączą się z chromosomami w okolicy centromerów. Drugie końca wrzeciona znajdują się w przeciwległych biegunach komórki. Następnie chromosomy przy udziale wrzecion podziałowych ustawiają się w środkowej części komórki (tzw. płaszczyźnie równikowej komórki, płytce metafazalnej).
  

• Podczas ANAFAZY elementy wrzeciona podziałowego ulegają skracaniu, co powoduje rozdzielenie i przemieszczenie się siostrzanych chromatyd ku przeciwległym biegunom komórki. Odtąd każda taka chromatyda staje się chromosomem potomnym.
  

• W TELOFAZIE chromatyna zaczyna się dekondensować (rozluźniać), zanika wrzeciono podziałowe, tworzą się otoczki i jąderka nowych jąder. Rozpoczyna się proces cytokinezy, kiedy to ostatecznie powstają dwie oddzielne komórki potomne wchodzące w etap interfazy.

Mitoza omówiona więc czas na MEJOZĘ. Jest ona bardziej skomplikowana i ma odmienną rolę w świecie organizmów niż mitoza.

 

Mejoza

Mejoza jest podziałem jądra komórkowego, prowadzącym do powstania gamet lub zarodników. Jest podziałem redukcyjnym, co oznacza, że  powstające w jego wyniku komórki zawierają połowę chromosomów w porównaniu do komórki wyjściowej. Jest to niezbędne w procesie zapłodnienia, w przeciwnym razie zygota, a następnie młody organizm miałby zwielokrotnioną liczbę chromosomów. Takie drastyczne zmiany genomu w przypadku zwierząt są śmiertelne. Pamiętaj, że mejoza zachodzi wyłącznie w komórkach o diploidalnej liczbie chromosomów w jądrze – charakterystycznej dla komórek macierzystych gamet i zarodników.

 

 

Mejoza składa się z dwóch cykli podziałowych, między którymi nie zachodzi replikacja DNA i z których każdy składa się z czterech faz. Ucząc się przebiegu poszczególnych etapów, ważne jest aby zawsze pamiętać o numerze podziału o którym mówimy.

Pierwszy (I) podział mejotyczny

Profaza I

Jest dłuższa niż profaza mitozy, bardziej skomplikowana i składa się z kilku etapów:

• • Leptoten: podobnie jak w mitozie dochodzi do kondensacji chromatyny i uwidocznienia się chromosomów.

• • Zygoten: chromosomy układają się w specyficzny, nieprzypadkowy sposób – dobierają się w tzw. pary chromosomów homologicznych. Są to chromosomy o zbliżonej budowie i zawierające taki sam układ genów. W komórkach diploidalnych występują po 2 chromosomy homologiczne każdego rodzaju – po jednym z każdego organizmu rodzicielskiego. W zygotenie ma miejsce połączenie (tzw. koniugacja) chromosomów homologicznych. Mówimy wtedy o powstaniu BIWALENTÓW.

• • Pachyten: koniugujące chromosomy dalej kondensują, przez to ulegają skróceniu i pogrubieniu. (dlatego chromosomy w biwalentach uwidaczniają się w postaci tetrad – 4 chromatyd) W tym stadium ma miejsce crossing-over, czyli wymiana fragmentów materiału genetycznego między chromatydami chromosomów homologicznych. Proces ten jest jednym ze sposobów powstawania nowych układów genów, czyli rekombinacji genetycznej, która odpowiada za istnienie zmienności organizmów. Miejsce połączenia chromosomów nazywamy chiazmami.

• • Diploten: to kolejne stadium profazy I gdzie pary chromatyd w biwalentach zaczynają oddzielać się od siebie. Pozostają złączone tylko w miejscach chiazm.

• • Diakineza: chromosomy w biwalentach ulegają maksymalnemu skróceniu, zanika otoczka jądrowa i jąderko.

Profaza I podziału jest najdłuższą  fazą całej mejozy. Przez cały okres profazy I tworzy się wrzeciono kariokinetyczne.

Metafaza I

W tym etapie biwalenty układają się w płaszczyźnie równikowej komórki.

Anafaza I

„Biwalenty pękają” – następuje rozdział chromosomów homologicznych każdego biwalentu i ich rozejście do dwóch biegunów komórki.

Telofaza 1

Powstają dwa jądra potomne, następuje też częściowa despiralizacja chromosomów.

Po podziale jądra w pierwszym podziale mejotycznym rozpoczyna się cytokineza I, która prowadzi do powstania dwóch komórek. W ten sposób powstają dwie komórki potomne o  zredukowanej liczbie chromosomów (2n → 1n), ale materiał genetyczny dalej jest podwojony, ponieważ każdy z chromosomów składa się nadal z dwóch chromatyd.  Aby powstały gamety/zarodniki konieczny jest II podział mejotyczny, który przebiega w sposób bardzo podobny do mitozy.

Drugi (II) podział mejotyczny

Profaza II

w krótkim czasie zanika otoczka jądrowa, chromatyna ponownie kondensuje do postaci chromosomów, powstaje wrzeciono podziałowe

Metafaza II

wrzeciona podziałowe grupują chromosomy w płaszczyźnie równikowej. Skracające się wrzeciona rozrywają chromosomy na chromatydy

Anafaza II

chromatydy wędrują do przeciwległych biegunów komórek jako chromosomy potomne.

Telofaza II

Powstają cztery jądra potomne o zredukowanej tj. haploidalnej liczbie chromosomów, następuje odtworzenie otoczki jądrowej, chromosomy ulegają despiralizacji, a jąderka stają się dobrze widoczne.

Cytokineza zachodzi podczas telofazy, gdzie w konsekwencji powstają cztery komórki potomne otoczone błoną komórkową, a u roślin i grzybów dodatkowo ścianą komórkową.

Podczas I podziału mejotycznego będącego właściwym podziałem redukcyjnym, następuje zmniejszenie liczby chromosomów do połowy (2n → 1n) w każdej z dwóch komórek, oraz rekombinacja genetyczna.

Podczas II podziału mejotycznego liczba chromosomów nie zmienia się – jest haploidalna – gdyż chromosomy dzielą się tak jak w mitozie na chromatydy siostrzane, które stają się chromosomami potomnymi. Efektem mejozy jest powstanie czterech komórek o haploidalnej liczbie chromosomów.

Dzięki mejozie w cyklu życiowym organizmów eukariotycznych występują dwie fazy jądrowe: haploidalna (n) i diploidalna (2n), których długość może być różna u różnych organizmów.

Ogólnie mówiąc, mejoza jest podziałem zapewniającym stałą, niezmienną i charakterystyczną liczbę chromosomów dla danego gatunku. W jej trakcie dochodzi do losowej rekombinacji materiału genetycznego w wyniku zjawiska crossing-over. Wraz z losowym łączeniem się gamet zapewnia to zmienność organizmów na świecie, co ostatecznie jest podstawą ewolucji.

Podsumowanie różnic – tabela porównawcza

Cecha	Mitoza	Mejoza
Występowanie	Komórki somatyczne (wszystkie oprócz płciowych)	Tylko komórki płciowe (gametogeneza) lub przy tworzeniu zarodników
Liczba podziałów	Jeden	Dwa następujące po sobie (I i II)
Liczba powstających komórek	Dwie	Cztery
Ploidalność komórek potomnych	Taka sama jak komórki macierzystej (2n→2n lub n→n)	Zredukowana o połowę w stosunku do komórki macierzystej (2n→n)
Crossing-over	Nie występuje	Zachodzi w profazie I (stadium pachytenu)
Koniugacja chromosomów homologicznych	Nie występuje	Zachodzi w profazie I (stadium zygotenu)
Znaczenie biologiczne	Wzrost, rozwój i regeneracja organizmu; rozmnażanie bezpłciowe	Produkcja gamet do rozmnażania płciowego; zapewnienie zmienności genetycznej
Materiał genetyczny	Identyczny u komórek potomnych	Różny u komórek potomnych (rekombinacja genetyczna)

 

Jeśli zależy Ci na dogłębnym zrozumieniu mitozy i mejozy oraz pewnym przygotowaniu do matury z biologii, sprawdź moją lekcję online w której wszystko dokładnie tłumaczę.

Najczęściej zadawane pytania o mitozę i mejozę

Jakie są główne różnice między mitozą a mejozą?

Mitoza i mejoza różnią się przede wszystkim:
– Liczbą podziałów – mitoza to jeden podział, mejoza to dwa następujące po sobie podziały
– Liczbą powstających komórek – w mitozie powstają 2 komórki, w mejozie 4
– Ploidalnością komórek potomnych – w mitozie pozostaje niezmieniona, w mejozie zostaje zredukowana o połowę
– Występowaniem zjawiska crossing-over – w mitozie nie występuje, w mejozie zachodzi w profazie I
– Funkcją biologiczną – mitoza służy wzrostowi i regeneracji organizmu oraz rozmnażaniu bezpłciowemu, mejoza produkcji gamet i zapewnieniu zmienności genetycznej

 

Jakie jest znaczenie crossing-over w procesie mejozy?

Crossing-over to kluczowe zjawisko zachodzące podczas profazy I mejozy, w którym fragmenty chromatyd chromosomów homologicznych wymieniają się między sobą. Proces ten ma fundamentalne znaczenie ewolucyjne, ponieważ:
– Tworzy nowe kombinacje genów, które nie występowały u żadnego z rodziców
– Zwiększa różnorodność genetyczną populacji, co sprzyja adaptacji do zmieniających się warunków środowiska
– Zmniejsza prawdopodobieństwo nagromadzenia szkodliwych mutacji w populacji
– Stanowi, obok losowego łączenia się gamet, główne źródło zmienności genetycznej w rozmnażaniu płciowym

Na poziomie molekularnym crossing-over rozpoczyna się od pęknięć w DNA, które są następnie naprawiane z wykorzystaniem homologicznego chromosomu jako matrycy, co prowadzi do fizycznej wymiany fragmentów.

Zjawisko crossing-over jest jednym z najtrudniejszych do zrozumienia procesów mejozy. Jeśli chcesz się go dobrze nauczyć skorzystaj z mojej lekcji Podziały komórkowe, a wszystko stanie się jasne!

 

Dlaczego mejoza jest ważna dla zmienności genetycznej?

Mejoza ma kluczowe znaczenie dla zmienności genetycznej z trzech głównych powodów:

1. Crossing-over – jak wyjaśniono powyżej, prowadzi do rekombinacji genetycznej między chromosomami homologicznymi

2. Losowe ustawienie chromosomów w metafazie I – biwalenty ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki w sposób przypadkowy, co powoduje, że do danego bieguna komórki mogą wędrować chromosomy pochodzące zarówno od matki, jak i od ojca. Proces ten generuje 2^n różnych możliwych kombinacji (gdzie n to liczba par chromosomów)

3. Losowe łączenie się gamet – podczas zapłodnienia gamety łączą się w sposób przypadkowy, co dodatkowo zwiększa różnorodność genetyczną potomstwa

Te trzy mechanizmy działając razem zapewniają ogromną zmienność genetyczną w populacjach, co jest fundamentem ewolucji i adaptacji organizmów do zmieniających się warunków środowiska.

 

Czy mitoza zawsze prowadzi do powstania identycznych komórek?

W teorii tak, ale w praktyce mogą pojawić się drobne różnice między komórkami potomnymi powstałymi w wyniku mitozy:
– Podczas replikacji DNA mogą wystąpić błędy prowadzące do mutacji
– Nierówny podział cytoplazmy może prowadzić do różnic w zawartości organelli komórkowych
– U niektórych organizmów może dochodzić do programowanych zmian w DNA podczas rozwoju

Jednak z genetycznego punktu widzenia, w prawidłowo przebiegającej mitozie, komórki potomne otrzymują identyczne kopie DNA.

 

Jakie są konsekwencje nieprawidłowego przebiegu mejozy?

Nieprawidłowości w przebiegu mejozy mogą prowadzić do:
– Aneuploidii – nieprawidłowej liczby chromosomów (np. trisomia 21 powodująca zespół Downa)
– Translokacji chromosomowych – przeniesienia fragmentu chromosomu na inny chromosom
– Delecji lub duplikacji fragmentów chromosomów
– Zwiększonego ryzyka poronień lub wad rozwojowych płodu

Ryzyko nieprawidłowości w mejozie wzrasta wraz z wiekiem, szczególnie u kobiet, u których wszystkie oocyty są już obecne przy urodzeniu i pozostają zatrzymane w profazie I mejozy aż do owulacji.

Podsumowanie i zakręcona ściąga!

Cykle i podziały komórkowe, jak widzicie nie są takie trudne do ogarnięcia. Ważne, aby zapamiętać co się dzieje w poszczególnym etapie i jakie znaczenie niesie poszczególny proces. Pamiętajcie, że zawsze można sobie taką naukę ułatwić stosując różne mnemotechniki albo korzystając z dostępnych pomocy naukowych. Tutaj świetnie nada się do powtórek tego zagadnienia nasza „Zakręcona ściąga”.

Pobierz „Zakręconą ściągę” dotyczącą mitozy i mejozy!

Ta wizualna pomoc naukowa pomoże Ci zapamiętać wszystkie kluczowe różnice i fazy podziałów komórkowych. Gwarantuję, że jak z niej skorzystasz to mitoza i mejoza nie będą sprawiać Ci problemów na egzaminach 😊 Dziękuję za uwagę i jeśli masz jakieś pytania odnośnie tego artykułu lub pomysł na kolejny, to napisz mi o tym w komentarzu. 

 

Pozdrawiam gorąco,

Ania Gajos

Nazywam się Ania Gajos i od 8 lat współtworzę Powtórkę z biologii. Z wykształcenia jestem nauczycielem biologii i pomagam uczniom w przygotowaniach do matury z biologii. Z moich lekcji online skorzystały już tysiące osób i dziś możesz spotkać ich na uczelniach zarówno w Polsce jak i za granicą 😉 Jeśli więc chcesz nauczyć się biologii i dobrze przygotować do matury to zapraszam do skorzystania z moich lekcji.