Митоз, мейоз и клеточный цикл

Две формы деления ядра распределяют хромосомы по новым клеткам: митоз копирует полный набор в каждую дочернюю клетку, тогда как мейоз уменьшает набор вдвое для образования гамет и при этом генерирует генетическое разнообразие.

Definition

Митоз — это деление, в результате которого образуются два генетически идентичных дочерних ядра, мейоз — это двухэтапное редукционное деление, в результате которого образуются гаплоидные гаметы, а клеточный цикл — это регулируемая последовательность событий, посредством которых клетка растет, реплицирует свою ДНК и делится.

Scope

Эта тема охватывает фазы клеточного цикла и его контрольные точки, стадии митоза, в результате которого образуются две генетически идентичные дочерние клетки, два деления мейоза, которые уменьшают число хромосом вдвое, спаривание гомологов и кроссинговер в мейозе I, а также то, как мейотические события обеспечивают физическую основу законов Менделя. В ней рассматривается упорядоченное распределение хромосом; ошибки в этом процессе рассматриваются в разделе анеуплоидии.

Core questions

• Каковы фазы клеточного цикла и как контрольные точки регулируют его прогрессию?
• Как митоз обеспечивает получение каждой дочерней клеткой полного набора хромосом?
• Как два деления мейоза уменьшают число хромосом вдвое?
• Как спаривание гомологов и кроссинговер в мейозе лежат в основе законов Менделя?

Key concepts

• Фазы клеточного цикла и контрольные точки
• Стадии митоза
• Мейоз I и мейоз II
• Спаривание гомологов и кроссинговер
• Редукционное деление и образование гамет

Mechanisms

ДНК реплицируется в S-фазе, и при делении веретено прикрепляется к центромерам для разделения генетического материала; при митозе сестринские хроматиды разделяются, давая идентичные клетки, тогда как при мейозе гомологичные хромосомы сначала спариваются и обмениваются сегментами путем кроссинговера, а затем разделяются, после чего следует второе деление, разделяющее сестринские хроматиды, уменьшая число хромосом вдвое и перетасовывая аллели.

Clinical relevance

Мейотические события разделения гомологов объясняют, как рекомбинация и независимое расхождение генерируют разнообразие гамет, в то время как сбои в контроле клеточного цикла лежат в основе рака, а ошибки в мейотическом разделении вызывают анеуплоидии, наблюдаемые при выкидышах и таких состояниях, как синдром Дауна.

History

Флемминг описал митоз в 1880-х годах, а мейоз был охарактеризован вскоре после этого; признание того, что поведение мейотических хромосом отражает менделевское расщепление, закрепило хромосомную теорию, а молекулярные механизмы контроля клеточного цикла были выяснены в конце двадцатого века, работа, отмеченная Нобелевской премией 2001 года.

Key figures

• Walther Flemming
• Theodor Boveri
• Paul Nurse

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

В чем основное различие между митозом и мейозом?

Митоз производит две дочерние клетки, генетически идентичные родительской клетке и друг другу, тогда как мейоз включает два деления, которые уменьшают число хромосом вдвое и, посредством кроссинговера и независимого расхождения, производят четыре генетически разнообразные гаметы.

Почему мейоз важен для генетического разнообразия?

Мейоз перетасовывает аллели двумя способами: кроссинговер обменивается сегментами между гомологичными хромосомами, а независимое расхождение случайным образом распределяет материнские и отцовские хромосомы, так что каждая гамета несет уникальную комбинацию аллелей.