Dodaj do ulubionych Udostępnij materiał Wydrukuj

W twoim ciele nieustannie tworzą się nowe komórki. W ciągu godziny może ich przybywać nawet 1,5 miliarda. W zależności od rodzaju powstają na drodze jednego z dwóch podziałów – mitozy lub mejozy.

R1XFzUkaxP70q1
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
Już wiesz
  • informacja genetyczna znajduje się w jądrze komórkowym w postaci DNA.

Nauczysz się
  • przedstawiać budowę chromosomu;

  • porównywać liczbę chromosomów po podziale mitotycznym i mejotycznym;

  • rozróżniać komórki haploidalne i diploidalne i wyjaśniać, jak powstają;

  • omawiać znaczenie podziałów komórkowych dla funkcjonowania organizmu;

  • obliczać haploidalną i diploidalną liczbę chromosomów.

i5VMjUwIXY_d5e177

1. DNA i chromosomy

U wszystkich organizmów informacja genetyczna – czyli informacja o ich budowie i funkcjonowaniu – zawarta jest w DNA, kwasie deoksyrybonukleinowym. U organizmów jądrowych (eukariotycznych) większość DNA przechowywana jest w jądrze komórkowym, będącym swoistym centrum zarządzania komórki.

Poszczególne odcinki DNA, zwane genamigengenami, zawierają instrukcje dotyczące budowy białek komórkowych i różnych procesów przebiegających w komórce. Kiedy komórka akurat się nie dzieli, DNA jądrowe ma postać luźno ułożonych nici, a instrukcje w nim zawarte mogą być swobodnie odczytywane.

Przed podziałem komórki ilość zawartego w niej DNA się podwaja, a nici silnie skręcają. Podczas podziałów tworzą się z nich pałeczkowate, wydłużone struktury, które można dostrzec w mikroskopie optycznym. Są to chromosomychromosomychromosomy. Składają się one z dwóch chromatydchromatydachromatyd, które łączą się ze sobą w miejscu zwanym centromeremcentromercentromerem.

R8FtRWmKFM9uM1
Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.

Liczba chromosomów w komórkach jest charakterystyczna dla danego gatunku. U człowieka wynosi ona 46. Wśród nich wyróżnia się 44 autosomyautosomyautosomy oraz 2 chromosomy płci. Te ostatnie są oznaczane literami X i Y. Kobiety mają w swoich komórkach somatycznychkomórka somatycznasomatycznych 44 autosomy oraz 2 chromosomy X, a mężczyźni – 44 autosomy, jeden chromosom X i jeden Y.

RnBcCMgaWZXVA1
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY 3.0.
Polecenie 1

Korzystając z różnych źródeł, dowiedz się, jaką liczbę chromosomów mają w komórkach somatycznych pszenica, koń, muszka owocowa.

Ciekawostka

Mitochondria i chloroplasty zawierają pewne ilości DNA, które nie tworzą chromosomów.

i5VMjUwIXY_d5e235

2. Komórki diploidalne i haploidalne

W komórkach somatycznych wielu organizmów chromosomy tworzą pary. W skład każdej pary wchodzą dwa podobne do siebie chromosomy zawierające informacje dotyczące tych samych cech organizmu. Takie chromosomy nazywamy homologicznymi. W komórkach somatycznych człowieka jest 46 chromosomów (23 pary). Komórki, które zawierają taki podwójny zestaw chromosomów, nazywa się komórkami diploidalnymikomórka diploidalnadiploidalnymi i oznacza jako 2n. Ludzkie gamety posiadają 23 chromosomy, czyli pojedynczy zestaw chromosomów. Takie komórki nazywa się komórkami haploidalnymikomórka haploidalnahaploidalnymi i oznacza jako 1n.

Ponieważ i plemnik, i komórka jajowa są haploidalne, w wyniku zapłodnienia powstaje komórka diploidalna, a dziecko otrzymuje od każdego z rodziców po jednym komplecie chromosomów.

RyNuQLiTZYF1N1
Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.
Polecenie 2

Oblicz, ile chromosomów znajduje się w komórkach diploidalnych organizmów, których komórki haploidalne mają w swoich jądrach komórkowych następującą liczbę chromosomów: 12, 18, 24.

Ciekawostka

W komórkach niektórych organizmów może znajdować się potrójny, poczwórny, a nawet liczniejszy zestaw chromosomów. Dzieje się tak głównie u roślin, które dzięki temu odznaczają się większą odpornością, żywotnością i rozmiarami. Są wśród nich rośliny uprawne, takie jak zboża czy arbuzy.

i5VMjUwIXY_d5e288

3. Mitoza

Podziały komórkowe umożliwiają organizmom wzrost i rozwój, a także rozmnażanie się, czyli zwiększanie liczebności, będące podstawą przetrwania gatunku i ewolucji życia. Proces podziału komórki jądrowej składa się z dwóch etapów. Pierwszy polega na podziale jądra komórkowego. Drugi etap to podział cytoplazmy i organelli komórkowych w niej zawartych.

U organizmów jądrowych wyróżnia się dwa podstawowe typy podziałów komórkowych. Jeden prowadzi do wytworzenia komórek o takiej samej liczbie chromosomów i nosi nazwę mitozymitozamitozy. Efektem drugiego, mejozymejozamejozy, jest powstanie komórek o zredukowanej o połowę, haploidalnej liczbie chromosomów.

Podczas mitozy z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne, identyczne pod względem genetycznym. Można więc powiedzieć, że celem tego podziału jest zwielokrotnienie liczby takich samych komórek. W przypadku jądrowych organizmów jednokomórkowych w wyniku mitozy dochodzi do zwiększenia liczby osobników, a w przypadku organizmów wielokomórkowych – do ich wzrostu, polegającego na zwiększeniu liczby komórek ciała.

Częstotliwość podziałów mitotycznych może być różna w różnym okresie życia organizmu oraz w różnych obszarach ciała. Zwykle bardziej intensywna jest we wczesnych etapach rozwoju, a później ulega zwolnieniu. Komórki niektórych tkanek dzielą się intensywnie przez całe życie, np. komórki skóry u człowieka, komórki tkanki twórczej u roślin.

RlXnMFrdLoyhr1
Animacja opisuje podziału komórki ciała (somatycznej) w procesie mitozy.

Mitozę mogą przechodzić zarówno komórki diploidalne, jak i komórki haploidalne. W wyniku podziału mitotycznego z komórki diploidalnej powstaną dwie komórki diploidalne, a z haploidalnej – dwie komórki haploidalne.

Polecenie 3

Podaj, ile chromosomów znajdowało się w komórkach macierzystych, z których w wyniku mitozy powstały komórki potomne o następującej liczbie chromosomów w jądrze komórkowym: 12, 18, 24.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego komórki krwi człowieka – erytrocyty – nie ulegają podziałom.

Wskazówka

W jakiej strukturze komórkowej przechowywana jest informacja genetyczna? Czym różnią się dojrzałe erytrocyty od innych komórek ciała?

Polecenie 5

Omów przebieg podziału komórki na podstawie ilustracji. Określ dla tej komórki liczbę n i 2n.

RkX8UwOogJER91
Źródło: Anita Mowczan, licencja: CC BY 3.0.
Ciekawostka

Obserwując tkankę twórczą, łatwo dostrzec komórki w trakcie podziału. W odróżnieniu od innych widać w nich chromosomy.

R1TGp6Y4Rt4rX1
Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.
i5VMjUwIXY_d5e380

4. Mejoza – podział prowadzący do powstania gamet

Mejoza to podział, który prowadzi do powstania czterech komórek potomnych z jednej komórki macierzystej. Każda z nich zawiera tylko połowę materiału genetycznego (1n) komórki macierzystej (2n). W wyniku mejozy u człowieka i innych zwierząt powstają komórki rozrodcze (gamety).

Podczas mejozy chromosomy tworzące parę, czyli homologicznechromosomy homologicznehomologiczne, zbliżają się do siebie, tworząc grupę złożoną z 4 chromatyd. Dwie z nich w swoim składzie mają materiał genetyczny pochodzący od ojca, dwie od matki. Chromatydy skręcają się wokół siebie. Proces ten może powodować pękanie chromatyd. Takie pęknięcia od razu są naprawiane, ale czasem dochodzi do zamiany fragmentów chromatyd pomiędzy chromosomami homologicznymi. Następnie pary chromosomów homologicznych ustawiają się pośrodku komórki, a włókna białkowe odciągają pojedyncze chromosomy (zbudowane z dwóch chromatyd) w przeciwne strony. Po tym podziale następuje kolejny, podobny do mitozy.

R1OZgCjlpPdhK1
Komórka tylko z niebieską nicią, pojawia się różowa nić. Nić w komórce 1 kondensuje się i powstają chromosomy. W każdym chromosomie dwie chromatydy – niebieska i różowa splątują się, pękają i wymieniają się fragmentami. Tworzą się chromosomy zrekombinowane. Chromosomy homologiczne ustawiają się w środku komórki, dokładnie w jej płaszczyźnie równikowej, a do nich zostają przyłączone włókna białkowe. Chromosomy homologiczne zostają rozdzielone. Zwykle zawierają one inne allele genów niż na początku podziału. Chromosomy wędrują w przeciwne strony, a komórka dzieli się na dwie. Każda z komórek potomnych ma o połowę mniej chromosomów niż komórka, z której powstała. Następnie każda z komórek przechodzi drugi podział mejotyczny, który jest bardzo podobny do mitozy. Chromosomy rozkręcają się, nici DNA są „łaciate” , odtwarza się błona jądrowa.

Mejoza zachodzi rzadziej niż mitoza i jest charakterystyczna tylko dla organizmów eukariotycznych. Przechodzą ją komórki diploidalne. Nie jest natomiast możliwa w komórkach haploidalnych.

Gamety wytwarzane przez jednego i tego samego osobnika różnią się między sobą materiałem genetycznym, ponieważ:

  • chromosomy pochodzące od ojca i matki rozchodzą się do gamet losowo;

  • podczas mejozy między chromosomami tej samej pary zachodzi proces losowej wymiany fragmentów chromatyd, czyli rekombinacji genetycznejrekombinacja genetycznarekombinacji genetycznej.

Podczas zapłodnienia, w wyniku połączenia plemnika i komórki jajowej, powstaje unikatowy zestaw genów. Dlatego też dzieci tych samych rodziców różnią się między sobą wieloma cechami.

Polecenie 6

Podaj, ile chromosomów znajdowało się w komórkach macierzystych, z których w wyniku mejozy powstały komórki potomne o następującej liczbie chromosomów w jądrze komórkowym: 3, 18, 24.

Polecenie 7

Wyjaśnij, dlaczego komórka haploidalna nie może przejść podziału mejotycznego.

Ciekawostka

Mejoza trwa znacznie dłużej niż mitoza. Powstawanie komórek jajowych u dziewcząt rozpoczyna się jeszcze na etapie rozwoju płodowego i zostaje zatrzymane na początkowym etapie mejozy. Komórki jajowe w jajnikach zaczynają dojrzewać dopiero podczas okresu pokwitania, gdy dziewczyna osiąga dojrzałość płciową. Dojrzewanie komórek trwa przez cały okres płodności kobiety, czyli nawet 40 lat. U chłopców czas trwania podziałów mejotycznych jest zdecydowanie krótszy, ponieważ powstawanie plemników rozpoczyna się dopiero w okresie dojrzewania i trwa 10‑12 dni.

U roślin przeciętny czas trwania mejozy jest znacznie krótszy i wynosi 50‑100 godzin. 

i5VMjUwIXY_d5e458

Słowniczek

autosomy
autosomy

wszystkie chromosomy danego organizmu poza tymi, które wyznaczają jego płeć

centromer
centromer

przewężenie chromosomu; miejsce, z którym łączą się włókna białkowe podczas podziału jądra komórkowego

chromatyda
chromatyda

jedna z dwóch identycznych części chromosomu

chromosomy
chromosomy

podziałowa postać DNA; wydłużone, pałeczkowate struktury powstające z nici DNA w jądrze tuż przed podziałem komórki i widoczne w czasie podziału jądra

chromosomy homologiczne
chromosomy homologiczne

chromosomy o tym samym kształcie i wielkości; zawierają podobną informację genetyczną; układają się w pary na początkowym etapie mejozy; w każdej parze jeden z chromosomów pochodzi od matki, a drugi od ojca

gen
gen

fragment DNA odpowiedzialny za powstanie określonego białka a w konsekwencji – określonej cechy organizmu; podstawowa jednostka dziedziczenia

komórka diploidalna
komórka diploidalna

komórka, która zawiera podwójny zestaw (liczbę) chromosomów (2n)

komórka haploidalna
komórka haploidalna

komórka, która zawiera pojedynczy zestaw (liczbę) chromosomów (1n)

komórka somatyczna
komórka somatyczna

każda komórka budująca ciało organizmu z wyjątkiem komórek płciowych

mejoza
mejoza

proces podziału jądra komórkowego, w wyniku którego z jednej komórki powstają cztery komórki potomne o zredukowanej o połowę (w porównaniu do komórki macierzystej) ilości materiału genetycznego; przebiega dwufazowo – pierwsza faza jest redukcyjna (redukcja liczby chromosomów)

mitoza
mitoza

proces podziału jądra komórkowego, w wyniku którego z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne o identycznym materiale genetycznym względem siebie i względem komórki macierzystej

rekombinacja genetyczna
rekombinacja genetyczna

proces wymiany fragmentów chromatyd między chromosomami homologicznymi, w wyniku którego zwiększa się zmienność genetyczna

i5VMjUwIXY_d5e658

Podsumowanie

  • Chromosomy składają się z nici DNA i umożliwiają precyzyjny podział materiału genetycznego pomiędzy komórki potomne.

  • Komórki diploidalne zawierają podwójny zestaw chromosomów, a komórki haploidalne – pojedynczy.

  • Przed podziałem komórki zawsze zachodzi podwojenie ilości DNA w jądrze komórkowym.

  • Mitoza to podział jądra, dzięki któremu z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne posiadające identyczną informację genetyczną.

  • Mitoza umożliwia wzrost i rozwój organizmów wielokomórkowych oraz rozmnażanie organizmów jednokomórkowych.

  • Mejoza to podział jądra, dzięki któremu z jednej diploidalnej komórki macierzystej powstają cztery haploidalne komórki potomne.

  • Mejoza prowadzi do powstania komórek rozrodczych (gamet).

  • Podczas mejozy zachodzi proces rekombinacji genetycznej, dzięki któremu komórki potomne nie są identyczne

Praca domowa
Polecenie 8.1

Omów biologiczne znaczenie mitozy i mejozy.

Polecenie 8.2

Wyjaśnij, skąd pochodzą chromosomy homologiczne, i podaj, ile par tych chromosomów występuje u człowieka.

i5VMjUwIXY_d5e729

Zadania

Ćwiczenie 1
R1dSBtlTkptkz1
zadanie interaktywne
Źródło: Katarzyna Lech, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 2
RMKhDlQbFnLo81
zadanie interaktywne
Źródło: Katarzyna Lech, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 3
R1VJCnXRkQD3m1
zadanie interaktywne
Źródło: Katarzyna Lech, licencja: CC BY 3.0.
Ćwiczenie 4
R1X7xrULJhHyd1
zadanie interaktywne
Źródło: Katarzyna Lech, licencja: CC BY 3.0.