Мітоз, мейоз і клітинний цикл

Дві форми ядерного поділу розподіляють хромосоми в нові клітини: мітоз копіює повний набір у кожну дочірню клітину, тоді як мейоз зменшує набір удвічі для утворення гамет і, таким чином, генерує генетичну варіативність.

Definition

Мітоз — це поділ, що продукує два генетично ідентичні дочірні ядра, мейоз — це двоетапний редукційний поділ, що продукує гаплоїдні гамети, а клітинний цикл — це регульована послідовність подій, через які клітина росте, реплікує свою ДНК і ділиться.

Scope

Ця тема охоплює фази клітинного циклу та його контрольні точки, стадії мітозу, що продукують дві генетично ідентичні дочірні клітини, два поділи мейозу, що зменшують кількість хромосом удвічі, спарювання гомологів та кросинговер у мейозі I, а також те, як мейотичні події забезпечують фізичну основу для законів Менделя. Вона розглядає впорядкований розподіл хромосом; помилки в цьому процесі розглядаються в розділі анеуплоїдії.

Core questions

• Які фази клітинного циклу і як контрольні точки регулюють його прогресію?
• Як мітоз забезпечує отримання кожною дочірньою клітиною повного набору хромосом?
• Як два поділи мейозу зменшують кількість хромосом удвічі?
• Як спарювання гомологів і кросинговер у мейозі лежать в основі законів Менделя?

Key concepts

• Фази клітинного циклу та контрольні точки
• Стадії мітозу
• Мейоз I та мейоз II
• Спарювання гомологів та кросинговер
• Редукційний поділ та утворення гамет

Mechanisms

ДНК реплікується у S-фазі, і під час поділу веретено прикріплюється до центромерів для розділення генетичного матеріалу; у мітозі сестринські хроматиди розділяються, утворюючи ідентичні клітини, тоді як у мейозі гомологічні хромосоми спочатку спарюються та обмінюються сегментами шляхом кросинговеру, а потім розділяються, після чого відбувається другий поділ, що розділяє сестринські хроматиди, зменшуючи кількість хромосом удвічі та перетасовуючи алелі.

Clinical relevance

Мейотичні події розділення гомологів пояснюють, як рекомбінація та незалежне сортування генерують різноманітність гамет, тоді як збої в контролі клітинного циклу лежать в основі раку, а помилки в мейотичному розділенні спричиняють анеуплоїдії, що спостерігаються при викиднях та таких станах, як синдром Дауна.

History

Флеммінг описав мітоз у 1880-х роках, а мейоз був охарактеризований незабаром після цього; визнання того, що поведінка мейотичних хромосом відображає менделівську сегрегацію, закріпило хромосомну теорію, а молекулярні механізми контролю клітинного циклу були з'ясовані наприкінці двадцятого століття, робота, відзначена Нобелівською премією 2001 року.

Key figures

• Walther Flemming
• Theodor Boveri
• Paul Nurse

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

Яка основна відмінність між мітозом і мейозом?

Мітоз продукує дві дочірні клітини, генетично ідентичні батьківській клітині та одна одній, тоді як мейоз включає два поділи, які зменшують кількість хромосом удвічі та, через кросинговер і незалежне сортування, продукують чотири генетично різноманітні гамети.

Чому мейоз важливий для генетичної варіативності?

Мейоз перетасовує алелі двома способами: кросинговер обмінюється сегментами між гомологічними хромосомами, а незалежне сортування випадково розподіляє материнські та батьківські хромосоми, тому кожна гамета несе унікальну комбінацію алелів.