Mitoza i Mejoza - Porównanie

W przyrodzie istnieją dwa podstawowe procesy, które prowadzą do podziału komórek: mitoza i mejoza. Mówiąc najkrócej: mitoza jest to proces podziału komórkowego, podczas którego z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne identyczne z macierzystą. Natomiast mejoza to proces podziału komórkowego, w wyniku którego z jednej komórki macierzystej powstają cztery komórki potomne, a każda z nich zawiera o połowę mniej chromosomów niż komórka macierzysta. W naszym artykule omawiamy, czym mitoza różni się od mejozy? Z jakich etapów składają się podziały komórkowe? Piszemy też o znaczeniu mitozy i mejozy - dowiesz się zatem, jaką rolę odgrywają podziały komórkowe w funkcjonowaniu organizmów żywych. Gotowy do nauki?

Spis treści

• Czym jest mitoza?
• Jak przebiega mitoza?
• Jak rozpoznać mitozę na schemacie?
• Czym jest kariokineza i cytokineza?
• Jakie są funkcje mitozy? Jakie znaczenie ma mitoza w przyrodzie?
• Czym jest mejoza?
• Jak przebiega mejoza?
• Pierwszy etap mejozy - pierwszy podział mejotyczny
• Drugi etap mejozy - drugi podział mejotyczny
• Jak rozpoznać mejozę na schemacie?
• Funkcje mejozy - znaczenie mejozy dla organizmów żywych
• Mitoza i mejoza - porównanie
• Podobieństwa między mitozą a mejozą  
• Różnice między mitozą a mejozą 
• Podsumowanie: kiedy zachodzi mitoza, a kiedy mejoza?

Czym jest mitoza?

Definicja mitozy jest łatwa do zapamiętania. Jest to proces podziału komórki, który prowadzi do powstania dwóch komórek potomnych. Każda z komórek potomnych - pod względem genetycznym - jest identyczna z komórką macierzystą i ma dokładnie taką samą liczbę chromosomów, jak komórka macierzysta.

Jak przebiega mitoza?

Prześledzimy teraz wspólnie przebieg mitozy. Obejmuje on cztery główne fazy – są to: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Omówimy każdą z nich, a Ty podczas czytania artykułu popatrz uważnie na schematy i spróbuj sobie wyobrazić pokazane na nich procesy, ponieważ rozpoznawanie etapów mitozy i mejozy na schemacie, rysunku, mikrofotografii oraz preparacie mikroskopowym znajduje się w aktualnych wymaganiach maturalnych!

(Film jest fragmentem Kursu teoretycznego z biologii maturalnej Medream - całość możesz obejrzeć po wykupieniu dostępu do kursu lub wybranych modułów: medream.edu.pl/sklep).

Pierwsza faza mitozy - profaza

W komórkach zwierzęcych i roślinnych, które nie przeprowadzają akurat procesu mitozy ani mejozy, materiał genetyczny ma postać chromatyny - jest to kompleks DNA i białek o włóknistej strukturze. Kiedy komórka przygotowuje się do podziału i ma rozpocząć się proces kariokinezy, chromatyna ulega skondensowaniu i zostaje upakowana w chromosomy. Ten proces ma również dodatkowe skutki: podczas profazy w komórce zanika jąderko, a transkrypcja genów kodujących rRNA zostaje zahamowana.

To jednak nie wszystko. W ramach przebiegu profazy wytwarzane jest również wrzeciono kariokinetyczne. Czym jest ta struktura? Wrzeciono kariokinetyczne zbudowane jest z mikrotubul (mikrotubula to struktura podobna do rurki, tworzona przez cząsteczki białka - tubuliny). U zwierząt oraz plechowców powstaje przy udziale centrosomu. I jeszcze ważna uwaga: centrosomy nie występują u roślin! Dzięki obecności wrzeciona podziałowego chromosomy będą mogły odpowiednio ustawić się w komórce, gdy zaniknie otoczka jądrowa. Rozpad otoczki jądrowej również jest elementem profazy.

Druga faza mitozy - metafaza

W mitozie metafaza przebiega tylko raz. Podczas tej fazy chromosomy w komórce ustawiają się w płaszczyźnie równikowej. Odpowiednią pozycję uzyskują dzięki połączeniu z wrzecionem kariokinetycznym (mikrotubule łączą się do chromosomów w miejscu kinetochoru, czyli białkowej płytki znajdującej się na centromerze każdej chromatydy). Takie równomierne ustawienie sprawia, że materiał genetyczny komórki upakowany w postaci chromosomów zostanie prawidłowo podzielony pomiędzy komórki potomne. Zapamiętaj, że w tej fazie mitozy mówimy o chromosomach metafazalnych i właśnie teraz one najwyraźniej widoczne w komórce.

Trzecia faza mitozy - anafaza

Aby zrozumieć trzecią fazę mitozy, przypomnij sobie, z jakich elementów składa się chromosom. Jest on zbudowany z dwóch chromatyd siostrzanych, które łączą się ze sobą w miejscu, w którym występuje u nich centromer.

Jak przebiega anafaza? Każdy chromosom pęka w miejscu połączenia chromatyd siostrzanych i rozdziela się na dwie osobne chromatydy. Następnie – dzięki wrzecionom kariokinetycznym, które ulegają stopniowemu skróceniu – chromatydy te są ściągane w stronę przeciwległych biegunów komórki.

Czwarta faza mitozy - telofaza

Można powiedzieć, że przebieg telofazy jest odwrotnością procesu profazy. Zapamiętaj, że na etapie telofazy nie mówimy już o chromatydach, ponieważ każda z chromatyd siostrzanych staje się teraz samodzielnym chromosomem (tak zwanym chromosomem potomnym)!!! Dzięki temu po podziale zachowana jest nadal taka sama liczba chromosomów. W czwartej fazie mitozy grupują się one w dwa zestawy. Następnie chromatyna upakowana w postaci chromosomów rozluźnia się i znów tworzy włóknistą strukturę. Wrzeciono kariokinetyczne zanika, a wokół chromatyny odtworzona zostaje otoczka jądrowa. Na tym etapie kończy się proces kariokinezy, a komórka macierzysta gotowa jest do rozpoczęcia procesu cytokinezy, czyli podziału cytoplazmy.

Schemat - fazy mitozy [Pobierz ten plik]

Źródło: Kurs teoretyczny z biologii Medream - lekcja o Podziałach komórkowych

Przebieg mitozy - cztery fazy

Jak rozpoznać mitozę na schemacie?

Jeśli w zadaniu maturalnym pojawi się mitoza, schemat tego podziału możesz rozpoznać po obecności tylko jednego cyklu podziału komórkowego, który prowadzi do powstania dwóch komórek potomnych o identycznej liczbie chromosomów, jak w komórce macierzystej. W mitozie brak jest crossing-over, a komórki potomne mają identyczny materiał genetyczny. Będziesz widzieć na rysunku mitozy jako zachowanie tej samej liczby chromosomów w obu komórkach potomnych.

Czym jest kariokineza, a czym jest cytokineza?

Zapamiętaj te dwa pojęcia:

• Kariokineza - to proces podziału jądra komórkowego. Jest on częścią zarówno mitozy, jak i mejozy, ale wygląda inaczej w obu tych procesach. W mitozie mamy kariokinezę somatyczną – jej skutkiem jest powstanie dwóch komórek potomnych o takiej samej liczbie chromosomów, jak komórka macierzysta. A w mejozie mówimy o kariokinezie redukcyjnej, ponieważ jej skutkiem jest powstanie czterech komórek potomnych o liczbie chromosomów o połowie mniejszej niż w komórce macierzystej.
• Cytokineza - to proces podziału cytoplazmy komórki macierzystej pomiędzy komórki potomne. Występuje zarówno w mitozie, jak i w mejozie. Aktualnie w wymaganiach maturalnych nie ma już porównania przebiegu cytokinezy w komórkach roślinnych i zwierzęcych, dlatego nie będziemy dokładnie opisywać tu przebiegu tego procesu.

Jakie są funkcje mitozy? Jakie znaczenie ma mitoza w przyrodzie?

Mitoza umożliwia organizmom wzrost i regenerację. To właśnie dzięki podziałowi komórek tkanki i organy mogą się rozwijać – zatem bez tego procesu rozwój organizmu bądź realizacja jego funkcji życiowych byłyby niemożliwe.

Znaczenie mitozy można ująć w trzech punktach:

• Wzrost organizmu
  Mitoza pozwala na zwiększanie liczby komórek w organizmie – dzięki temu następuje rozwój tkanek i organów.
• Regeneracja tkanek
  Proces mitozy umożliwia powstawanie nowych komórek, które mogą zastąpić komórki uszkodzone. Dzięki temu możliwe jest np. gojenie ran lub odbudowa uszkodzonych organów.
• Rozmnażanie bezpłciowe
  Niektóre organizmy (w tym jednokomórkowe, np. jednokomórkowe protisty) rozmnażają się poprzez podział mitotyczny. W efekcie mitozy powstają genetycznie identyczne komórki potomne bakterii. Ta strategia przetrwania jest efektywna, jeśli organizm żyje w stabilnym środowisku.

Czym jest mejoza?

Drugim rodzajem podziałów komórkowych jest mejoza. Jej definicja brzmi następująco: jest to proces podziału komórkowego, w wyniku którego z jednej komórki macierzystej powstają cztery komórki potomne. Każda z komórek potomnych ma o połowę mniej chromosomów niż komórka macierzysta.

Jak przebiega mejoza?

Przebieg mejozy wymaga przeprowadzenia większej liczby procesów niż w przypadku mitozy. Mejoza składa się z dwóch głównych etapów, a każdy z nich dzieli się na cztery fazy.

Pierwszy etap mejozy - pierwszy podział mejotyczny

Pierwszy etap mejozy zwany jest również podziałem redukcyjnym, ponieważ właśnie podczas niego dochodzi do redukcji liczby chromosomów. Wyróżniamy następujące fazy w pierwszym etapie mejozy: profaza I, metafaza I, anafaza I, telofaza I. Omówimy teraz dokładniej każdą z tych faz:

Profaza I w mejozie I

W profazie I chromatyna znajdująca się w jądrze komórkowym ulega skondensowaniu – zostaje gęsto upakowana w postaci chromosomów. Otoczka jądrowa nie musi już spełniać swojej funkcji, dlatego rozpada się, a chromosomy mogą przemieszczać się w obrębie cytoplazmy. To moment, w którym ustawiają się one w pary chromosomów homologicznych. W każdej komórce diploidalnej (np. komórce ciała człowieka) obecne są 2 chromosomy homologiczne, z których jeden pochodzi od matki, a drugi od ojca – i to właśnie one tworzą pary, czyli biwalenty.

Zapamiętaj koniecznie, że właśnie profaza I jest fazą mejozy, w której zachodzi crossing over. Co to jest crossing over? Zjawisko to polega na wymianie odcinków chromatyd pomiędzy chromosomami homologicznymi. Jest to więc wymiana materiału genetycznego, która przyczynia się do powstania różnorodności genetycznej w kolejnych pokoleniach. To właśnie dzięki mejozie i crossing over układ alleli zostaje zmodyfikowany i powstają nowe kombinacje genów.

Metafaza I w mejozie I

W tej fazie mejozy biwalenty – czyli pary chromosomów homologicznych – ustawiają się parami w płaszczyźnie równikowej komórki. Zapamiętaj, że oprócz nazwy biwalenty możesz spotkać się również z nazwą tetrady – oba określenia oznaczają to samo. Precyzyjne ustawienie par chromosomów w komórce możliwe jest dzięki wrzecionom kariokinetycznym, które utrzymują chromosomy we właściwym położeniu i gwarantują, że zostaną one równomiernie rozdzielone przy podziale komórki.

Anafaza I w mejozie I

Co dzieje się podczas anafazy I w mejozie? Wrzeciona kariokinetyczne zaczynają się skracać, ściągając chromosomy homologiczne w kierunku przeciwległych biegunów komórki. W wyniku tego procesu liczba chromosomów zostaje zredukowana o połowę.

Telofaza I w mejozie I

To ostatnia faza pierwszego etapu mejozy. W telofazie – po procesie cytokinezy – powstają dwie komórki potomne, z których każda ma o połowę mniej chromosomów niż komórka macierzysta – czyli komórki haploidalne. Upakowanie chromatyny w chromosomach ulega rozluźnieniu, a więc w jądrze komórkowym znajduje się włóknista struktura stanowiąca kompleks DNA i białek.

Drugi etap mejozy - drugi podział mejotyczny

Drugi etap mejozy zwany jest podziałem wyrównawczym, bo w tym etapie nie dochodzi już do redukcji liczby chromosomów. On również obejmuje cztery fazy: profaza II, metafaza II, anafaza II oraz telofaza II. Spójrz, co dzieje się w każdej z tych faz:

Profaza II w mejozie II

W profazie II podczas mejozy II podziałowi ulegają komórki haploidalne. Na początku profazy II chromatyna ponownie ulega kondensacji, a otoczka jądrowa zanika. Materiał genetyczny upakowany w formie chromosomów jest gotowy do kolejnej kariokinezy.

Metafaza II w mejozie II

Opis metafazy II zapewne brzmi już dla Ciebie znajomo. Przebieg tej fazy mejozy polega na ustawieniu chromosomów w płaszczyźnie równikowej (dzięki wykształconym wrzecionom kariokinetycznym) - tak by w chwili podziału komórki możliwe było równomierne rozdzielenie chromatyd. Zwróć uwagę, że w metafazie II chromosomy ustawiają się pojedynczo, podczas gdy w metafazie I były ustawione parami - to ważna różnica między dwoma etapami mejozy!

Anafaza II w mejozie II

Przed podziałem chromatydy chromosomu połączone są - jak zapewne pamiętasz - w okolicy swoich centromerów. Podczas anafazy II każdy z chromosomów ustawionych w płaszczyźnie równikowej pęka w miejscu połączenia i ulega rozdzieleniu na chromatydy siostrzane. Są one następnie ściągane ku biegunom komórki przez skracające się wrzeciona kariokinetyczne. Brzmi znajomo, prawda?

Telofaza II w mejozie II

W telofazie II zamiast chromatyd mamy już chromosomy potomne. Wokół nich wytwarza się otoczka jądrowa i proces kariokinezy kończy się. Teraz następuje cytokineza, a po jej zakończeniu powstają cztery haploidalne komórki potomne. Każda komórka potomna, która powstała w wyniku mejozy, ma unikalny zestaw genów. Dzieje się tak dzięki procesowi crossing-over oraz niezależnej segregacji chromosomów.

Schemat - fazy mejozy [Pobierz ten plik]

Źródło: Kurs teoretyczny z biologii Medream - lekcja o Podziałach komórkowych

Przebieg mitozy - dwa cykle podziału mitotycznego

Jak rozpoznać mejozę na schemacie?

Jeśli otrzymasz w arkuszu maturalnym rysunek mejozy, rozpoznasz ją po dwóch następujących po sobie cyklach podziału komórkowego, prowadzących do powstania czterech komórek potomnych o zredukowanej liczbie chromosomów (czyli komórek haploidalnych). Pierwszy podział (mejoza I) cechuje się ustawieniem biwalentów – par chromosomów homologicznych – w płaszczyźnie równikowej (metafaza I) oraz ich rozdzieleniem (anafaza I). Na schemacie mejozy zwróć zatem uwagę na pary chromosomów homologicznych. Drugi podział (mejoza II) przypomina mitozę, ale zaczyna się od komórek haploidalnych, a w metafazie II chromosomy ustawiają się pojedynczo w płaszczyźnie równikowej. Dodatkowo, na schemacie podziału mejotycznego możesz dostrzec zjawisko crossing-over: będzie ono widoczne jako wymiana materiału genetycznego między chromatydami homologicznych chromosomów.

Funkcje mejozy - co musisz o nich wiedzieć? Jakie jest znaczenie mejozy dla organizmów żywych?

Ponieważ ten rodzaj podziału komórkowego prowadzi do powstania 4 haploidalnych komórek potomnych, mejoza zachodzi w komórkach macierzystych gamet. Tylko dzięki temu, że w komórkach potomnych po procesie mejozy liczba chromosomów jest o połowę mniejsza niż w komórkach macierzystych, możliwe jest rozmnażanie płciowe, w którym organizm potomny otrzymuje materiał genetyczny od matki i od ojca. To właśnie dzięki mejozie każdy gatunek może zachować stały kariotyp.

Znaczenie mejozy można ująć w dwóch punktach:

• Rozmnażanie płciowe
  Po podziale komórki macierzystej w procesie mejozy komórki potomne są gotowe do pełnienia swojej roli jako gamety.
  Uwaga na powstawanie gamet u roślin, które powstają na drodze mitozy, a nie mejozy! (Jako ciekawostkę dodajmy, że u roślin mejoza poprzedza powstawanie zarodników - więcej informacji na ten temat znajdziesz w kursie teoretycznym z biologii Medream).
• Zapewnienie różnorodności genetycznej
  Dzięki zjawisku crossing-over, czyli wymianie materiału genetycznego, organizmy potomne różnią się od rodziców. To właśnie ta różnorodność genetyczna napędza ewolucję, ponieważ umożliwia organizmom adaptację do zmieniających się warunków środowiskowych.
• Utrzymanie stałego kariotypu w danym gatunku
  Fakt, że komórki potomne po podziale mejotycznym są haploidalne, pozwala na utrzymanie kariotypu - czyli kompletnego zestawu chromosomów - w danym gatunku na stałym poziomie. To mechanizm, który zapewnia stabilność genetyczną w kolejnych pokoleniach.

Mitoza i mejoza - porównanie

Wiesz już, że mitoza i mejoza to dwa procesy podziałów komórkowych, które mają zupełnie inne znaczenie dla organizmów żywych i ważnych procesów biologicznych. Teraz prześledzimy jeszcze, czym mitoza i mejoza różnią się od siebie, a w czym są podobne.

Podobieństwa między mitozą a mejozą

Mitoza i mejoza to podstawowe procesy podziału komórkowego, które mają fundamentalne znaczenie w biologii organizmów wielokomórkowych. Oba procesy są poprzedzone fazą interfazy - czyli fazą cyklu komórkowego, która obejmuje:

• intensywny wzrost komórki,
• replikację DNA komórki (w fazie S interfazy - zapewnia on uzyskanie dokładnej kopii materiału genetycznego przed przekazaniem go do komórek potomnych),
• przygotowanie do podziału poprzez zgromadzenie niezbędnych zasobów.

Zarówno w mitozie, jak i w mejozie, podział jądra komórkowego przebiega przez charakterystyczne fazy kariokinezy. Noszą one takie same nazwy: profaza, metafaza, anafaza i telofaza. Dodatkowo oba procesy kończą się cytokinezą, czyli podziałem cytoplazmy, który prowadzi do powstania nowych komórek.

Różnice między mitozą a mejozą

Najbardziej widoczną różnicą między mitozą a mejozą jest liczba podziałów komórkowych – mitoza obejmuje tylko jeden podział, natomiast mejoza składa się z dwóch kolejnych podziałów: mejozy I i mejozy II. W wyniku mitozy powstają dwie komórki potomne o tej samej liczbie chromosomów co komórka macierzysta, natomiast w mejozie powstają cztery komórki potomne o zredukowanej liczbie chromosomów, które jako gamety mogą łączyć się, by stworzyć organizm o takim samym kariotypie, jak kariotyp rodziców.

Kolejną ważną różnicą jest różnorodność genetyczna – w mitozie komórki potomne są genetycznie identyczne, podczas gdy w mejozie zachodzi crossing-over oraz losowy rozdział chromosomów, który prowadzi do powstania genetycznie unikalnych komórek potomnych. W związku z tym mitoza jest procesem związanym ze wzrostem, regeneracją tkanek i organów oraz rozmnażaniem bezpłciowym, natomiast mejoza pełni kluczową rolę w rozmnażaniu płciowym.

Podsumowanie: kiedy zachodzi mitoza, a kiedy mejoza?

Jeśli chcesz dobrze zapamiętać, gdzie zachodzi mejoza i w jakich komórkach ma miejsce mitoza, przyjrzyj się biologicznym znaczeniom obu tych podziałów oraz sytuacjom, w których te procesy mają miejsce. Mitoza jest podstawowym mechanizmem wzrostu i regeneracji organizmów. Dlatego proces ten zachodzi w komórkach somatycznych, odpowiedzialnych za budowę i prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Oprócz tego mitoza występuje przy rozmnażaniu organizmów jednokomórkowych (rozmnażaniu bezpłciowym), ponieważ w jej wyniku powstają dwa identyczne organizmy potomne.

Mejoza natomiast jest niezbędna do wytworzenia gamet, czyli komórek rozrodczych (np. plemników i komórek jajowych). Ten proces jest absolutnie konieczny dla rozmnażania płciowego, ponieważ prowadzi do powstawania gamet z o połowę mniejszą liczbą chromosomów niż w komórkach macierzystych. Dodatkowo tylko w procesie mejozy zachodzi zjawisko crossing-over, które wprowadza różnorodność genetyczną w obrębie gatunku. Zapamiętaj też, że dzięki redukcji liczby chromosomów utrzymana zostaje stabilna liczba chromosomów w kolejnych pokoleniach.