Mitose og meiose: faser, forskelle og genetisk variation

Skraber du knæet, lukkes såret af celler, der er nøjagtige kopier af dem, de afløser. Det er mitose. Danner kroppen i stedet en sædcelle eller en ægcelle, sker der noget helt andet: det er meiose, og her bliver ingen to celler ens. Forskellen på mitose og meiose handler i bund og grund om ét spørgsmål: skal den nye celle være en tro kopi, eller skal den være en ny blanding?

Begge processer foregår i dig lige nu. Mitose arbejder i baggrunden hele tiden, i huden, i tarmens slimhinde og i knoglemarven. Meiose er en specialist, der kun optræder i kønsorganerne. Planter bruger de samme to redskaber: rodspidser og skudspidser vokser ved mitose, og det er netop de nye celler, der senere kan lave fotosyntese. I denne guide får du faserne i rækkefølge, du får tallene til at gå op (hvorfor ender et menneske ikke med 92 kromosomer?), og du får et overblik, du kan bruge til både test og eksamen.

Hvad er mitose og meiose?

Tænk på en kopimaskine og en kortbunke. Kopimaskinen laver et ekstra eksemplar af en side, og begge sider er identiske. Kortbunken bliver blandet, og så får hver spiller en tilfældig halv bunke. Mitose er kopimaskinen: én celle bliver til to celler med samme kromosomer. Meiose er kortbunken: én celle bliver til fire celler, der hver har en halv, blandet bunke.

Opdelingen er ikke tilfældig. Som Lex forklarer i artiklen om celledeling, bruges mitose til vækst, vævsreparation og cellefornyelse, mens meiose danner kønscellerne, så det samlede kromosomtal bevares, når en sædcelle og en ægcelle smelter sammen. Det er også præcis sådan, gymnasiets læreplaner placerer emnet: mitose og meiose er en del af kernestoffet under genetik og molekylærbiologi i Undervisningsministeriets læreplan for biologi A.

Interfasen: hvad sker der, før cellen deler sig?

Hvis du kigger ind i en menneskelig hudcelle, mens den ikke deler sig, ser du ingen tydelige kromosomer. Cellen virker næsten rolig. Det er fristende at kalde det en hvilefase, men det er en misforståelse. Cellen arbejder, den vokser, og den kopierer sit DNA. Perioden mellem to delinger kaldes interfasen, og sammen med selve delingen udgør den cellecyklus.

Interfasen har tre trin. I G1-fasen vokser cellen og udfører sit normale arbejde. I S-fasen, hvor S står for syntese, bliver alt DNA kopieret. I G2-fasen forbereder cellen sig til selve delingen. Før S-fasen har en menneskelig kropscelle 46 kromosomer, og hvert kromosom består af én DNA-streng. Efter S-fasen har cellen stadig 46 kromosomer, men hvert kromosom består nu af to identiske kopier, som kaldes søsterkromatider. Cellen har altså 92 kromatider, men kun 46 kromosomer. DNA-mængden er fordoblet, antallet af kromosomer er det ikke.

Den skelnen er nøglen til resten af emnet. Næsten alle fejl i opgaver om celledeling opstår, fordi nogen tæller kromatider som kromosomer eller omvendt. Husk derfor tallene fra start: 46 kromosomer før kopiering, 46 kromosomer efter kopiering (men 92 kromatider), og først ved delingen bliver kopierne fordelt.

Cellen går heller ikke blindt i gang. Mellem faserne er der kontrolpunkter, hvor cellen tjekker, om DNA er kopieret korrekt, og om cellen er stor nok. Består tjekket ikke, stopper cyklussen, og cellen reparerer fejlen eller begynder en kontrolleret død. Nogle celler, som mange nerveceller, forlader cyklussen og deler sig aldrig mere. Andre, som hudens stamceller, deler sig igen og igen i hele dit liv.

Hvordan kopierer en celle omkring tre milliarder basepar uden at lave en rodet kopi? Den bruger den gamle DNA-streng som skabelon. Dobbeltspiralen skilles ad, og enzymet DNA-polymerase bygger en ny streng op mod hver af de gamle. Bagefter har hvert nyt DNA-molekyle én gammel og én ny streng. Fagudtrykket er semikonservativ replikation. Polymerasen kontrollerer samtidig sit eget arbejde og retter de fleste fejl med det samme. Alligevel slipper der enkelte fejl igennem, og de fejl er råmaterialet til mutationer.

Mitose: de fire faser trin for trin

Du har 46 kopierede kromosomer i en celle, der er mindre end et sandskorn. Opgaven lyder: fordel dem, så de to nye celler får præcis én kopi af hvert kromosom. Ingen må få to, og ingen må mangle ét. Cellen løser opgaven i fire faser, som har faste navne: profase, metafase, anafase og telofase. Husk dem med huskeremsen PMAT. Til sidst følger cytokinesen, hvor selve cellen deles.

Mitosen er kun selve kernedelingen. Interfasen hører ikke med, selv om den ligger lige før. Det er en klassisk fælde i test, så hold den adskilt i hovedet: interfase er forberedelsen, mitose er udførelsen.

1. 1

   Profase: kromosomerne bliver synlige

   Kromatinet pakkes tæt sammen, så kromosomerne kan ses i et mikroskop. Kernemembranen nedbrydes, og tentrådsapparatet af proteintråde begynder at blive bygget op.

2. 2

   Metafase: kromosomerne stiller sig op

   Tentrådene binder sig til centromererne, og alle kromosomerne lægger sig på række midt i cellen, i den såkaldte ækvatorialplan. Hvert kromosom vender de to søsterkromatider mod hver sin pol.

3. 3

   Anafase: søsterkromatiderne skilles

   Forbindelsen i centromeret løses op, og tentrådene trækker søsterkromatiderne mod hver sin pol. Fra nu af tæller hver kromatid som et selvstændigt kromosom.

4. 4

   Telofase: to nye kerner dannes

   Kromosomerne når polerne og pakkes løsere ud igen. Der dannes en ny kernemembran omkring hvert sæt, og tentrådene forsvinder.

5. 5

   Cytokinese: cellen deles

   Cytoplasmaet fordeles, og der opstår to selvstændige datterceller. Cytokinesen overlapper ofte med telofasen, men er ikke selve kernedelingen.

Planteceller og dyreceller følger samme mønster, men afslutter forskelligt. En dyrecelle indsnøres midt på som en pose, der bliver snøret sammen. En plantecelle har en stiv cellevæg og kan ikke indsnøres, så den bygger i stedet en celleplade i midten, som udvikler sig til en ny cellevæg. Hos planter foregår mitose især i vækstzonerne i rodspidser og skudspidser. Gærceller, som du møder i alkoholgæring, formerer sig også ved mitose, nemlig ved at knoppe sig. Du kan læse mere om den proces i guiden til gæring i biologi.

Meiose: to delinger, der halverer kromosomtallet

Hvis sædceller og ægceller også havde 46 kromosomer, ville det første barn have 92. Det næste barn ville få 184. Det går selvfølgelig ikke. Løsningen er, at kønscellerne kun har 23 kromosomer, ét fra hvert par. Cellen skal altså gå fra to sæt til ét sæt, og det kræver to delinger i træk efter kun én DNA-kopiering.

Her kommer to begreber, der ofte bliver blandet sammen. Homologe kromosomer er de to udgaver af samme kromosom, den ene fra din mor og den anden fra din far. De har de samme gener, men ikke nødvendigvis de samme genvarianter. Søsterkromatider er de to identiske kopier inde i ét kopieret kromosom. Mitose skiller søsterkromatider ad. Meiose I skiller homologe kromosomer ad, og først meiose II skiller søsterkromatider ad.

1. 1

   Profase I: homologe kromosomer parres

   Kromosomerne pakkes tæt, og de homologe kromosomer lægger sig ved siden af hinanden. Her sker overkrydsningen, hvor de udveksler stykker af DNA.

2. 2

   Metafase I: parrene stiller sig op

   Kromosomparrene lægger sig i midten af cellen. Hvilken side af cellen mors og fars kromosom vender mod, er tilfældigt for hvert par.

3. 3

   Anafase I og telofase I: homologe kromosomer skilles

   De homologe kromosomer trækkes mod hver sin pol. Centromererne deles ikke. Der opstår to celler, som hver har 23 kromosomer, og hvert kromosom består stadig af to kromatider.

4. 4

   Meiose II: søsterkromatiderne skilles

   Uden ny DNA-kopiering går begge celler direkte ind i anden deling, der ligner en mitose. Søsterkromatiderne skilles, og resultatet er fire haploide celler med 23 enkeltkromosomer hver.

Fire celler lyder rent, men hos mennesker er det ikke hele sandheden. Ved dannelse af sædceller bliver det til fire sædceller. Ved dannelse af ægceller fordeles cytoplasmaet ulige, så én stor ægcelle får det meste, og de små celler, der kaldes pollegemer, går til grunde. Resultatet er normalt én funktionel ægcelle, ikke fire. Hos kvinder starter meiosen allerede i fosterlivet og går i pause i profase I, og anden deling afsluttes først, hvis ægcellen bliver befrugtet.

I nogle bøger har de to delinger egne navne. Meiose I kaldes reduktionsdelingen, fordi det er her, kromosomtallet bliver halveret fra 46 til 23. Meiose II minder så meget om en almindelig mitose, at den nogle gange kaldes ækvationsdelingen, fordi kromosomtallet ikke ændrer sig under den. Hvorfor har cellen brug for begge? Efter meiose I har hvert kromosom stadig to kromatider, og en kønscelle skal have enkeltkromosomer. Meiose II fjerner den sidste dobbelthed.

Genetisk variation: hvorfor ingen kønsceller er ens

To søskende har de samme to forældre, og alligevel ligner de ikke hinanden som købte kopier. Det kan kun lade sig gøre, hvis hver kønscelle indeholder en forskellig blanding af forældrenes gener. Meiose bruger to uafhængige tricks til at lave den blanding, og begge kan du regne på.

Det første trick er den tilfældige fordeling i metafase I. Hvert af dine 23 kromosompar lægger sig i midten, og for hvert par er det tilfældigt, om mors eller fars kromosom ender på den ene side. Parrene beslutter det uafhængigt af hinanden.

Det andet trick er overkrydsning, og det gør tallet endnu større. I profase I ligger de homologe kromosomer tæt op ad hinanden, og et stykke af mors kromatid bytter plads med det tilsvarende stykke fra fars kromatid. Bagefter er kromosomerne ikke længere rent mors og rent fars, men en blanding. Som Lex beskriver det, udveksles DNA mellem homologe kromosomer i profasen, og det sammen med den tilfældige fordeling muliggør den genetiske variation. Derfor har ingen to sædceller fra samme mand det samme DNA.

Til sidst kommer tilfældig befrugtning. Hvilken af de otte millioner sædceller der møder hvilken af de otte millioner ægceller, er også tilfældigt. Variationen er ikke et uheld. Den gør en population mere modstandsdygtig over for ændringer i miljøet, fordi der altid er nogle individer, der klarer sig. Det er råmaterialet, som naturlig selektion arbejder på.

Prøv at forestille dig verden uden den variation. Bananen Cavendish, som de fleste af os spiser, formeres ved stiklinger og er dermed en klon, hvor alle planter har næsten samme DNA. Rammer en svampesygdom én plante, som den ikke kan klare, rammer den i praksis dem alle. Seksuel formering med meiose giver i stedet en population, hvor nogle individer har genvarianter, der tager imod sygdommen. Derfor har så mange arter holdt fast i den dyre og komplicerede meiose.

Hvor sker mitose og meiose i kroppen?

Næste gang du får en vabel, så tænk på, at celler i huden dør og bliver erstattet hele tiden. De fleste af kroppens celler, fra hud og tarmslimhinde til de celler i knoglemarven, der danner nye blodlegemer, bliver erstattet ved mitose. Hos et barn, der vokser, leverer mitose de ekstra celler, kroppen har brug for. Meiose findes derimod kun i kønskirtlerne, altså testikler og ægstokke, og den foregår kun i de celler, der skal blive til kønsceller.

Planter har samme to processer. Mitose i vækstzonerne skaber nye blade og rødder, og hver ny bladcelle kan binde kulstof, som senere indgår i kulstofkredsløbet. Meiosen sker i planters blomsteranlæg og fører til dannelsen af haploide pollenkorn og ægceller. Principperne er altså de samme, selv om organismerne ser meget forskellige ud.

Stamceller viser, hvordan mitose bruges med omtanke. Når en stamcelle deler sig, kan den ene dattercelle forblive stamcelle, mens den anden bliver til en specialiseret celle, for eksempel en hudcelle. Begge datterceller har det samme DNA, men de bruger forskellige gener. Det forklarer, hvorfor en nervecelle og en muskelcelle kan se helt forskellige ud og alligevel indeholde den samme genetiske opskrift.

Mitose og meiose side om side

Hvis du skal huske én ting til en test, så husk, at mitose bevarer og meiose blander. Resten af forskellene følger af det. Fordi mitose skal lave kopier, er der én deling, og kromosomtallet er uændret. Fordi meiose skal lave kønsceller, der kan smelte sammen uden at fordoble kromosomtallet, er der to delinger, og tallet halveres. Tabellen giver dig overblikket.

Når celledelingen går galt

Ca. én ud af 700 børn fødes med Downs syndrom. Det skyldes oftest, at et par af kromosom 21 ikke blev skilt ad under meiosen. Fejlen kaldes non-disjunction. Hvis begge kromosomer fra samme par ender i samme kønscelle, får den celle 24 kromosomer i stedet for 23, og efter befrugtning har barnet tre kopier af kromosom 21 i stedet for to. Fagudtrykket er trisomi 21.

Mitose kan også gå galt, og her hedder konsekvensen ofte kræft. Cellecyklussen er reguleret af proteiner, der bestemmer, hvornår en celle må dele sig. Hvis mutationer i generne for de proteiner ødelægger kontrollen, kan en celle begynde at dele sig igen og igen og blive til en svulst. Kontrol, kopiering og fordeling skal alle fungere, og derfor er celledeling noget af det mest præcise, kroppen gør.

Fra befrugtet æg til menneske: de to processer arbejder sammen

Du startede som én eneste celle. Den blev til, da en sædcelle med 23 kromosomer smeltede sammen med en ægcelle med 23 kromosomer. Den færdige celle, zygoten, havde dermed 46 kromosomer, og så begyndte mitosen. Én celle blev til to, to blev til fire, og sådan blev det ved gennem hele fosterlivet. I dag består din krop af mange billioner celler, og alle stammer fra den første zygote. Det er grunden til, at de fleste af dine celler har samme DNA, uanset om de sidder i en hjernecelle eller en hudcelle.

Her bliver to fagbegreber nyttige. En celle med to sæt kromosomer kaldes diploid og skrives \( 2n \). En celle med ét sæt kaldes haploid og skrives \( n \). Hos mennesket er \( n = 23 \) og \( 2n = 46 \). Meiose går fra diploid til haploid. Befrugtningen går tilbage fra haploid til diploid, og mitosen holder derefter kromosomtallet stabilt hele livet.

Sådan svarer du på eksamensspørgsmål om celledeling

Spørgsmålet lyder: "Redegør for mitose og meiose, og sammenlign dem." Mange elever starter med at remse faser op og løber tør for tid, før de når til sammenligningen. Start i stedet med formålet: hvad skal mitose, og hvad skal meiose? Så bliver faserne dokumentation for dit svar frem for en huskeliste. Som Undervisningsministeriets vejledning til biologi beskriver det, skal en mundtlig prøve udvikle sig til en faglig samtale, og eksaminationen må ikke ende som en ene-tale, så vis gerne, at du kan svare på opfølgende spørgsmål om kromosomtal og variation.

Et trick, der virker, er at tegne en celle med kun to kromosompar: ét langt og ét kort. Farv mors kromosomer røde og fars blå. I mitosen tegner du de fire kromosomer dobbeltstrådede, stiller dem på række, skiller kromatiderne og ender med to celler, der hver har rød og blå i begge størrelser. I meiosen lægger du de homologe par ved siden af hinanden, lader et stykke rødt bytte plads med et stykke blåt, og ender med fire celler, der hver kun har ét langt og ét kort kromosom, og som er forskellige fra hinanden. Tegningen viser forskellen bedre end tre afsnit tekst.

Brug fagordene konsekvent: diploid, haploid, homologe kromosomer, kromatid, centromer, tentråde og ækvatorialplan. Hvert ord, du bruger korrekt, viser, at du forstår det, du siger. Og hold tallene i hovedet: 46 før, 46 efter ved mitose, 23 efter ved meiose. Hvis du kan de tal, kan du selv regne dig frem til resten.

Eksaminator og lærer elsker "hvad nu hvis"-spørgsmål, fordi de viser, om du forstår mekanismen. Hvad sker der, hvis cellen springer meiose II over? Den får to celler med 23 kromosomer, hvor hvert kromosom har to kromatider, og så kan kønscellen ikke bruges. Hvad sker der, hvis en dyrecelle ikke kopierer sit DNA før mitosen? Hver dattercelle ender med halvt så meget DNA, og så går cellerne til grunde. Svarene følger af, at du ved, hvad hver fase gør.

Typiske fejl i opgaver om mitose og meiose

Hvis faserne stadig vil blande sig i hovedet på dig, er du ikke alene. Mange elever får først styr på meiose, når nogen tegner den op med dem og stiller dem de rigtige spørgsmål. På siden om lektiehjælp i biologi kan du se, hvordan 1:1 undervisning med en certificeret tutor foregår. Du kan prøve det gratis og uden binding.