в чем разница между удвоением хроматид и удвоением хромосомного материала
Гены, хромосомы, вирусы
Теория для подготовки к блоку №2 ОГЭ по биологии: признаки живых организмов
История открытия «частиц наследственности»
Изучая под микроскопом клетки растений и животных, многие ботаники и зоологи еще в середине XIX века обратили внимание на тончайшие нити и мельчайшие кольцевидные структуры в ядре. Чаще других первооткрывателем хромосом называют немецкого анатома Вальтера Флемминга. Именно он применил анилиновые красители для обработки ядерных структур. Обнаруженное вещество Флемминг назвал «хроматином» за его способность к окрашиванию. Термин «хромосомы» в 1888 году ввел в научный оборот Генрих Вальдейер. Одновременно с Флеммингом искал ответ на вопрос о том, что такое хромосома, бельгиец Эдуард ван Бенеден. Чуть раньше немецкие биологи Теодор Бовери и Эдуард Страсбургер провели серию экспериментов, доказывающих индивидуальность хромосом, постоянство их числа у разных видов живых организмов.
Предпосылки хромосомной теории наследственности
Строение хромосом
Хромосомы — наиважнейший элемент клетки. Они отвечают за передачу и реализацию наследственной информации и в эукариотической клетке локализуются в ядре. По химическому строению хромосомы представляют собой комплексы дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) и связанных с ними белков, а также небольшого количества других веществ и ионов. Таким образом, хромосомы являются дезоксирибонуклеопротеидами (ДНП).
Строение удвоенной хромосомы. 1 — хроматида; 2 — центромера; 3 — короткое плечо; 4 — длинное плечо.
В период клеточного деления (как при митозе, так и при мейозе) хромосомы спирализуются (происходит их компактизация). При этом их длина сокращается, а синтез на них РНК становится невозможным. До спирализации каждая хромосома удваивается. Говорят, что хромосома становится состоящей из двух хроматид. То есть в период интерфазы хромосома состояла из одной хроматиды.
Таким образом, в зависимости от фазы клеточного цикла по внешнему строению хромосомы могут быть представлены
В гаплоидном наборе каждая хромосома по своему строению уникальна. Положение центромеры (и обусловленные этим длины плеч хромосомы) позволяет отличать каждую среди остальных. В диплоидном наборе у каждой хромосомы есть гомологичная ей, имеющая такое же строение и тот же набор генов (но возможно других их аллелей) и доставшаяся от другого родителя.
Формы хромосом
Каждая хромосома обладает индивидуальным строением, отличается от других особенностями окрашивания. При изучении морфологии важно определить положение центромеры, длину и размещение плеч относительно перетяжки. В набор хромосом обычно входят следующие формы: метацентрические, или равноплечие, для которых характерно срединное расположение центромеры; субметацентрические, или неравноплечие (перетяжка смещена в сторону одного из теломеров); акроцентрические, или палочковидные, в них центромера находится практически на конце хромосомы; точковые с трудно поддающейся определению формой. Функции хромосом Хромосомы состоят из генов — функциональных единиц наследственности. Теломеры — концы плеч хромосомы. Эти специализированные элементы служат для защиты от повреждения, препятствуют слипанию фрагментов. Центромера выполняет свои задачи при удвоении хромосом. На ней есть кинетохор, именно к нему крепятся структуры веретена деления. Каждая пара хромосом индивидуальна по месту расположения центромеры. Нити веретена деления работают таким образом, что в дочерние клетки отходит по одной хромосоме, а не обе. Равномерное удвоение в процессе деления обеспечивают точки начала репликации. Дупликация каждой хромосомы начинается одновременно в нескольких таких точках, что заметно ускоряет весь процесс деления.
Роль ДНК и РНК
Нуклеиновые кислоты принимают самое непосредственное участие в биосинтезе аминокислот и белков, обеспечивают передачу наследственных признаков из поколения в поколение. ДНК содержится в ядре эукариотической клетки, РНК сосредоточена в цитоплазме. Гены Рентгеноструктурный анализ показал, что ДНК образует двойную спираль, цепи которой состоят из нуклеотидов. Они представляют собой углевод дезоксирибозу, фосфатную группу и одно из четырех азотистых оснований: А — аденин. Г — гуанин. Т — тимин. Ц — цитозин. Участки спиралевидных дезоксирибонуклеопротеидных нитей — это гены, несущие закодированную информацию о последовательности аминокислот в белках или РНК. При размножении наследственные признаки от родителей потомству передаются в виде аллелей генов. Они определяют функционирование, рост и развитие конкретного организма. По мнению ряда исследователей, те участки ДНК, что не кодируют полипептиды, выполняют регулирующие функции. Геном человека может насчитывать до 30 тыс. генов. Набор хромосом Общее число хромосом, их особенности — характерный признак вида. У мухи-дрозофилы их количество — 8, у приматов — 48, у человека — 46. Это число является постоянным для клеток организмов, которые относятся к одному виду.
Для всех эукариотов существует понятие «диплоидные хромосомы». Это полный набор, или 2n, в отличие от гаплоидного — половинного количества (n). Хромосомы в составе одной пары гомологичны, одинаковы по форме, строению, местоположению центромер и других элементов. Гомологи имеют свои характерные особенности, которые их отличают от других хромосом в наборе. Окрашивание основными красителями позволяет рассмотреть, изучить отличительные черты каждой пары. Диплоидный набор хромосом присутствует в соматических клетках, гаплоидный же — в половых (так называемых гаметах). У млекопитающих и других живых организмов с гетерогаметным мужским полом формируются два вида половых хромосом: Х-хромосома и Y. Самцы обладают набором XY, самки — XX. Хромосомный набор человека Клетки организма человека содержат 46 хромосом. Все они объединяются в 23 пары, составляющие набор. Есть два типа хромосом: аутосомы и половые. Первые образуют 22 пары — общие для женщин и мужчин. От них отличается 23-я пара — половые хромосомы, которые в клетках мужского организма являются негомологичными.
Генетические черты связаны с половой принадлежностью. Для их передачи служат Y и Х-хромосома у мужчин, две X у женщин. Аутосомы содержат оставшуюся часть информации о наследственных признаках. Существуют методики, позволяющие индивидуализировать все 23 пары. Они хорошо различимы на рисунках, когда окрашены в определенный цвет. Заметно, что 22-я хромосома в геноме человека — самая маленькая. Ее ДНК в растянутом состоянии имеет длину 1,5 см и насчитывает 48 млн пар азотистых оснований. Специальные белки гистоны из состава хроматина выполняют сжатие, после чего нить занимает в тысячи раз меньше места в ядре клетки. Под электронным микроскопом гистоны в интерфазном ядре напоминают бусы, нанизанные на нить ДНК.
Генетические заболевания
Существует более 3 тыс. наследственных болезней разного типа, обусловленных повреждениями и нарушениями в хромосомах. К их числу относится синдром Дауна. Для ребенка с таким генетическим заболеванием характерно отставание в умственном и физическом развитии. При муковисцидозе происходит сбой в функциях желез внешней секреции. Нарушение ведет к проблемам с потоотделением, выделению и накоплению слизи в организме. Она затрудняет работу легких, может привести к удушью и летальному исходу. Нарушение цветового зрения — дальтонизм — невосприимчивость к некоторым частям цветового спектра. Гемофилия приводит к ослаблению свертываемости крови. Непереносимость лактозы не позволяет организму человека усваивать молочный сахар. В кабинетах планирования семьи можно узнать о предрасположенности к тому или иному генетическому заболеванию. В крупных медицинских центрах есть возможность пройти соответствующее обследование и лечение.
Вирусы
Вирусы – неклеточные формы жизни.
Вирус (от лат. vīrus «яд») — микроскопическая частица, состоящая из белков и нуклеиновых кислот и способная инфицировать клетки живых организмов.
Вирусы являются облигатными паразитами — они не способны размножаться вне клетки. В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами). Обнаружен также вирус, поражающий другие вирусы.
Строение вируса
Вирусы представляют собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключённые в защитную белковую оболочку (капсид). Наличие капсида отличает вирусы от других инфекционных агентов, вироидов. Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты : либо ДНК, либо РНК. Ранее к вирусам также ошибочно относили прионы, однако впоследствии оказалось, что эти возбудители представляют собой особые белки и не содержат нуклеиновых кислот.
Размер 0,015 – 0,350 мкм. Открыты (вирусы табачной мозаики) Д. И. Ивановским в 1892 г. Вирус активен только в клетке хозяина, в нем клетке он не имеет признаков живого организма.
Вирусные частицы (вирионы) представляют собой белковую капсулу — капсид, содержащую геном вируса, представленный одной или несколькими молекулами ДНК или РНК. Капсид построен из капсомеров — белковых комплексов, состоящих, в свою очередь, из протомеров. Нуклеиновая кислота в комплексе с белками обозначается термином нуклеокапсид. Некоторые вирусы имеют также внешнюю липидную оболочку. Размеры различных вирусов колеблются от 20 (пикорнавирусы) до 500 (мимивирусы) и более нанометров. Вирионы часто имеют правильную геометрическую форму (икосаэдр, цилиндр).
Классификация вирусов по содержанию наследственной информации
Классификация вирусов по объекту заражения
Применение вирусов
Одна из серьезных проблем, с которой сталкиваются разработки в области нанотехнологии, — это разброс размеров компонентов. Действительно, получить идентичные нанообъекты чрезвычайно сложно. Нанотрубки и нанопроволочки, предлагаемые в качестве элементов наноэлектронных приборов и устройств, несмотря на все усилия, имеют отличия по форме и/или размеру. Недавно был предложен новый подход к решению этой проблемы. Он заключается в использовании биологических объектов, имеющих заложенные природой строго определенные размеры и форму. К успеху привели вирусы, прекрасно работающие в качестве наноматриц для производства органических и неорганических наноматериалов или устройств.
О наборе хромосом и хроматиновых нитей ДНК
Уже почти три года как я веду свой блог. Некоторые темы вызывают особый интерес и комментарии к статьям становятся невероятно «раздутыми». Понимаю, что читать такие длинные “портянки” со временем становится очень неудобно.
Поэтому решил часть вопросов читателей и мои ответы на них, имеющих, возможно, интерес для многих, размещать в этой отдельной рубрике блога, которую назвал «Из диалогов в комментариях».
Чем важна тема этой статьи?
В последние два года в тестах ЕГЭ стало много заданий, связанных с определением количества хромосом (n) и их качества, то есть количества ДНК (с) в разные периоды жизни клеток различных организмов.
Всегда полагал, что сложность в понимании этого вопроса учащимися связана с отождествлением большинством авторов школьных учебников (но лишь для удобства преподнесения информации) таких понятий как «хромосома» и «хроматиновые нити ДНК». В интерфазной клетке правильным будет называть состояние ДНК «хроматиновыми нитями», а лишь в состоянии деления ядра клетки (митозе или мейозе) называть состояние ДНК «хромосомами».
Но, как вы увидите из моего диалога с Ириной, оказывается, существуют еще и другие «заморочки». Например, гаплоидность ядра клетки, как я понял, воспринималась ею как наличие в это время в ядре одноцепочечной ДНК. Думаю, кто дочитает наш диалог до конца, поймет как трудно бывает «плавать в серной кислоте»…
Ирина:
Здравствуйте, Борис Фагимович. Скажите пожалуйста, правильно ли я всё поняла? В предсинтетическом периоде интерфазы хромосом нет, а есть только их часть, две половинки двух хроматид, в каждой из которых содержится одна спираль ДНК — 2 молекулы ДНК.
В синтетическом периоде происходит удвоение молекул ДНК, их становится 4 и они достраивают хроматиды до конца, и это уже и есть сформировавшиеся хромосомы. Далее идет профаза: разрушается оболочка ядрышка или ядра?
В предсинтетический период жизни клетки (G1) в ее ядре находится полный, то есть двойной (диплоидный) набор ХРОМАТИНОВЫХ НИТЕЙ ДНК (у человека их 46 штук или 23 пары – n=23, 2n=46, содержание ДНК, обозначаемое буквой “с” будет таким же с=23, 2с=46, поэтому и справедлива запись в это время 2n2c) – мы их не должны пока называть хромосомами (а называем иногда так лишь для удобства), так как это именно хроматиновые нити ДНК не скрученные в состояние хромосом.
В таком состоянии ДНК и работает, с нее списывается информация на разные виды РНК и идут активно синтезы белков. Это основная часть жизни клетки.
Переход в синтетический период интерфазы (S) – это уже подготовка к будущему делению ядра клетки (митозу или мейозу). В S периоде идет удвоение молекул ДНК. Полное и именно удвоение (будет 92 нити ДНК). То есть из одной двухцепочечной материнской хроматиновой нити ДНК будет образовано две двухцепочечные дочерние (или их называют еще сестринскими) хроматиновые нити ДНК.
В G2 периоде интерфазы идет формирование из хроматиновых нитей ДНК,путем их наматывания на белки-гистоны, хромосом. Набор хромосом и их качество в это время будет выражаться формулой 2n4c.
Хромосомы – это бывшие нити ДНК только сильно, сильно спирализованные, укомплектованные до состояния “палочек”, хорошо видимых даже в световой микроскоп структуры. Так вот, каждая хромосома в это время состоит из двух сестринских хроматид, то есть набор хромосом и после удвоения ДНК не изменился их 46 штук или 2n, но каждая хромосома состоит из двух сестринских или идентичных хроматид (2n4c).
В профазу исчезает оболочка ядра (ядрышки, кстати, тоже становятся невидимыми), что освобождает хромосомы из “тюремного заключения» и они в дальнейшем строго равномерно распределятся по разным полюсам клетки (и в анафазу их будет в клетке 4n4c), потом обособятся двумя самостоятельными ядерными оболочками (снова станет в каждом ядре по 2n2c), а после деления цитоплазмы материнской клетки (цитокинеза) образуется две новые дочерние клетки, идентичные материнской.
Ирина:
Получается в предсинтетическом периоде в ядре клетки находится 23 цепочки ДНК, и каждая состоит из 2-х нитей? n-одна цепочка, нить? И они не скрученные? А как это может выглядеть? Т.е. они просто лежат друг на друге?
Б.Ф.: В предсинтетический период в соматических клетках человека находится, как Вы пишите, не 23 цепочки ДНК (это в половых клетках так с гаплоидным набором хромосом), а 46 нитей ДНК (два набора ДНК: один доставшийся когда-то от мамы, другой — от папы). Сама каждая молекула ДНК, как я уже писал, всегда двухцепочечная. Никакие нити не «лежат друг на друге», они все 46 штук распределены по всему пространству нуклеоплазмы ядра.
И вот, чтобы, при делении ядра клетки, одинаковая генетическая информация совершенно равномерно распределилась по двух новым ядрам, молекулы ДНК сначала удваиваются. Бывшая двухцепочечная однохроматидная материнская ДНК становится двухроматидной (состоит из двух совершенно одинаковых дочерних двухцепочечных молекул ДНК).
Потом каждая хроматиновая нить “комкается ” в отдельные “бобинки” (теперь их и можно уже с полным правом назвать «хромосомами»). Хромосомы в это время двойные, состоят из двух идентичных сестринских хроматид, соединенных в одной точке (центромере). Поэтому их и рисуют в виде буквы «Х» как прищепки.
Не путать с понятием о двойном наборе хромосом в соматических клетках, где каждой хромосоме, полученной клеткой от яйцеклетки матери соответствует гомологичная ей хромосома, полученная от отцовского сперматозоида. Гомологи содержат один и тот же набор признаков, но каждый то признак может быть как в одинаковом состоянии и мы говорим о гомозиготе, или в разных состояниях, тогда произносим «гетерозигота». А вот сестринские хроматиды у любой из гомологичных хромосом совершенно идентичны друг другу.
Ирина: И еще вопрос. Получается нельзя утверждать, что в G1 периоде существует однохроматидная хромосома?
В моем учебнике по биологии пишут, что в этом периоде каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК. Это мне тоже не очень понятно. Хромосомы же еще нет. Под молекулой ДНК они подразумевают одну нить этой ДНК?
Б.Ф.: Хроматиновые нити ядра клетки в период G1 (которые в это время под световым микроскопом представляют какую-то неоднородную “грязь”) лишь условно будто бы ДЛЯ УДОБСТВА в любом учебнике называют “хромосомами”. Отсюда и столько недоразумений при обучении. Да, в этот период хроматиновые нити ДНК однохроматидные – это обычная ДВУХСПИРАЛЬНАЯ молекула ДНК (две ниточки нуклеотидов, соединенные водородными связями друг с другом).
А вот при репликации ДНК в S периоде, водородные связи между нитями разрушаются ферментом геликазой (хеликазой) и на каждой старой материнской нити ДНК (правой и левой или верхней и нижней – рисуют на схемах и так, и эдак) из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности азотистых оснований достраивается еще по одной дочерней нити. Образуется две (естественно двухцепочечные) хроматиновые нити совершенно идентичные друг другу и бывшей двухцепочечной материнской молекуле ДНК.
Эти две дочерние молекулы ДНК в G2 периоде интерфазы, после их упаковки превратятся в хромосому, состоящую из двух сестринских (совершенно одинаковых) хроматид.
Как видим, никаких однохроматидных настоящих хромосом до митоза (или мейоза) не существует вовсе. Только в анафазу митоза (или анафазу мейоза II) хромосомы станут на несколько минут однохроматидными (когда они расходятся по разным полюсам клетки), потому что уже в телофазе они потеряют свою плотную хромосомную “сущность” и превратятся в зернистую массу – хроматиновые нити ДНК.
Ирина: В G1 периоде: в ядре клетки существует одна (двухцепочечная) молекула ДНК. То есть 2n показывает, что молекула ДНК именно ДВУХцепочечная, и этих молекул 23 штуки, и 46 нитей. Получается 1n-одноцепочечная ДНК? n-23 нити? А 2с показывает, что молекул ДНК 46 штук? с-23 двухцепочечных молекул ДНК?
Пишем 2n, так как в соматических клетках набор диплоидный. Итак, n – это гаплоидный набор хроматиновых нитей ДНК организма. У человека он равен 23. 2n – диплоидный набор. Буквой “с” обозначают “как бы” качество хроматид (хромосом). Например, 2n2c или 2(nc) – это диплоидный набор однохроматидных хромосом (такой набор всегда в любой соматической клетке).
После репликации ДНК формула запишется так: 2n4c – набор хромосом не изменился, у человека их было сорок шесть штук сорок шесть и останется, но качественно они другие, каждая хромосома состоит теперь из двух сестринских хроматид.
Ирина : Хмм.. Так? В G1 периоде – 2 хроматиды (они соединены центромерой?), в каждой из которых по 23 цепочки ДНК, т.е. всего 2 хроматиды — 2с, и 46 цепочек ДНК — n+n=2n.
В S периоде — репликация ДНК, хроматид становится 4 штуки — 4с, в каждой из которых так же 23 цепочки ДНК, всего становится 96 цепочек. Значит 2n показывает кол-во цепочек (или хроматиновых нитей) ДНК в одной хроматиде? Если хроматид становится 4, то почему говорят, что хромосом еще не существует? Хромосома же состоит из двух хроматид.
Б.Ф.: Извините, Ирина, у меня уже нет сил описывать всю эту “галиматью” одно и тоже по много раз. В G1 периоде НЕТ ДВУХ ХРОМАТИД, так как еще не было репликации ДНК, а есть диплоидный (двойной) набор хроматиновых нитей ДНК (лишь условно, для удобства называемых «хромосомами». У каждой «хромосомы» есть ее гомолог и ничем они не соединены (вот и я пишу, что слово “хромосомы” используют лишь для удобства изложения, их то еще нет и в помине, а есть лишь хроматиновые нити ДНК).
Одно я понял, что я совершенно негодящийся “объяснитель”, если после моего подробного описания у Вас сложилась совершенно немыслимая по невероятию фантазирования навороченная абсурдностью картина. Ведь все, все, не так. Посмотрите какие-нибудь обучающие фильмы что-ли, где всё Вы могли бы увидеть воочию и не создавать в своей голове совершенно немыслимые вещи. Ириночка, я уже скоро чокнусь от полной невозможности объяснить так, чтобы Вы поняли правильно.
Ирина: Извините за мою несообразительность. Спасибо за ваше терпение и стремление помочь. Последний вопрос. Хромосомы образуются в S-периоде, когда происходит репликация ДНК? Или в G2-периоде?
Б.Ф.: S-период не случайно называется синтетическим от слова синтез. В этот период идет только синтез (удвоение) ДНК. Само создание хромосом – этот сложнейший процесс компактизации ДНК – укладка их в хромосомы начинается лишь в G2 периоде интерфазы (или в постсинтетический период). Считают, что этот процесс завершается в профазе – первой стадии самого митоза.
А вот как сложился на эту тему наш короткий диалог с Анастасией. Нужен был лишь мой малюсенький толчок, чтобы Анастасия поняла в чем была у неё загвоздка.
Анастасия: Здравствуйте, Борис Фагимович! не могли бы вы помочь разобраться с мейозом. Что означает запись 2n=2 в анaфaзе мейозa II? И чем она отличается от 2n=4, 2n=6? Если можно объясните по картинкам.
Б,Ф. : Здравствуйте, Анастасия! Я могу помочь Вам разобраться с мейозом по моим слайдам. Но для этого Вам нужно присоединиться ко мне в Скайп со своего компьютера, ноута или планшета (но не с телефона, где очень маленький экран) и оплатить получасовое занятие. А как я могу в комментариях объяснить Вам по картинкам.
Анастасия: Мне задали нарисовать анaфaзу мейозa II: 2n = 2. Я нарисовала точно такой же рисунок, как и в вашей статье на сайте, но преподаватель сказал, что это неправильно, не могу понять, почему?
Б.Ф. : Потому что на моем рисунке дана схема для n = 2 (смотрите в названии таблицы), то есть для 2n = 4.
Анастасия: А-a, спасибо! Значит, если 2n=6, то в анафазе мейоза II будет 3 хромосомы и их сестринские хроматиды рacходятcя к разным полосам. Получается, что анафaзa мейозa II и анафaзa митозa ничем не отличаются?
Б.Ф.: Посмотрите снова хорошенько на схему. Да, анафаза мейоза II похожа на митоз, но лишь по типу протекающих процессов: двухроматидные хромосомы разделяются на отдельные сестринские хроматиды. Всё, на этом сходство кончается. Количество то хромосом при мейозе 2 уже вдвое меньше, чем при митозе, поэтому мы видим на рисунке, что каждая хромосома присутствует в единственном числе (нет гомологичных хромосом как в анафазе митоза).
Анастасия: То есть для анафaзы митозa 2n = 4, я нарисую 4 хромосомы, а для aнaфaзы мейозa II с таким же набором 2 хромосомы?
Б.Ф.: Конечно, Анастасия.
Светлана: можно ли называть хромосомами гетерохроматин (имею в виду спирализованную ДНК)?
Б.Ф.: ДНК в ядре интерфазной клетки имеет определенную степень комплектовки (компактизации). При окрашивании в содержимом ядра можно видеть даже в световой микроскоп более темные участки, «глыбки» ДНК (гетерохроматин: ДНК плюс белки гистоны) и менее компактные «нити» ДНК (эухроматин: ДНК плюс негистоновые белки). Всю эту «грязь» в ядре клетки, состоящую из нитей ДНК, намотанных на гистоновые и негистоновые белки (нуклеосомные бусы —> соленоид —> петли) называют и «хроматином», и «хроматиновыми нитями ДНК», и «ХРОМОСОМАМИ». Но в методическом плане, при объяснении школьникам жизненного цикла клетки и митоза приходится делать разграничение: что, мол, настоящие-то хромосомы (в виде укороченных палочек ДНК с белками) мы видим лишь во время митоза (или мейоза). В интерфазной же клетке в ядре наблюдается (воочию, реально) лишь «грязь» из хроматиновых нитей ДНК и белков, поэтому в это время для состояния ДНК в ядре клетки больше будут подходить термины: «хроматин», «хроматиновые нити ДНК», но не «хромосомы».
Дмитрий: Из каждой пары двух гомологичных хромосом в гамете не может быть после нормально завершившегося мейоза одного из указанных наборов: правильный ответ — одной отцовской и одной материнской. У меня такой вопрос: я так понимаю, это гаметогенез, так о каких «отцовских» и о каких «материнских» хромосомах идёт речь? Это ведь деление клетки одного организма, ещё нет «матери и отца». Или это, как то связано с родителями этого человека? Что я здесь упустил или не понял?
Б.Ф.: Да, это связано с родителями рассматриваемого организма у которого идет гаметогенез. Любой диплоидный организм (не только человек, а ЛЮБОЙ), появившийся на свет в результате оплодотворения, имеет в своих клетках один набор хромосом от матери (была ведь её яйцеклетка), а другой от отца (отец тот, чьи сперматозоиды оплодотворили эту яйцеклетку). Поэтому мы и говорим, что в любой соматической клетке (кроме половых) диплоидного организма каждая хромосома имеет себе парную (гомологичную). Половые клетки (гаметы) формируются у каждого организма в определенном возрасте в специализированных органах (гонадах) из диплоидных клеток в результате мейоза (так происходит у организмов царства Животные, у Растений мейозом образуются гаплоидные споры, а потом уже митозами гаплоидные гаметы).
Юлия: Мне вот здесь немного непонятна одна задача, а именно: Клетка пшеницы содержит 28 хромосом. Определите число хромосом и нитей ДНК в конце телофазы II. Я понимаю, что по формуле это nc, но как в клетке может быть одна нить ДНК, если хромосома по определению состоит из двух?
Б.Ф.: Ваш вопрос справедлив лишь отчасти, так как его «ноги растут» из такой вот неувязки: в любой молодой вновь образовавшейся хоть гаплоидной, хоть диплоидной клетке в стадии G1 интерфазы (до репликации ДНК, то есть до S периода), «хромосомы» то всегда однохроматидные. Формула гаплоидной клетки nc, формула диплоидной клетки, где каждая хромосома имеет себе парную, гомологичную — 2(nc) или, как чаще всего пишут, 2n2с. А вот почему в этот период слово «хромосомы» приходится брать в кавычки? Да потому что в это время настоящих то укороченных как при митозе или мейозе хромосом НЕТ. Правильнее в это время использовать термины «хроматиновые нити ДНК» или «хроматин ДНК». Поэтому на «правильных» схемах жизненного цикла клетки мы никогда и не увидим воочию красивых укороченных «однохроматидных хромосом» перед профазой (и в этом Вы правы), так как на рисунках в профазу и метафазу мы уже видим только двухроматидные хромосомы. Но Вы и не правы, что их не бывает: в анафазу митоза и анафазу II мейоза растаскиваются то к полюсам клетки (хорошенько посмотрите на схемы) именно одрохроматидные хромосомы. А в телофазу они уже деспирализуются, становятся невидимыми как компактные хромосомы, так как превращаются в «однохроматидные хроматиновые нити ДНК» с генетической формулой гаплоидной клетки nc (после мейоза II) или формулой диплоидной клетки 2n2c (после митоза).
Дмитрий: Попался такой вопрос про мейоз: в результате мейоза в гаметы расходятся… И там есть такие два варианта: хроматиды и однохроматидные хромосомы. Я ответил первое, а правильным оказалось второе. Я так понимаю, суть в том, что хроматиды расходятся в процессе митоза? А в чём, собственно, разница между хроматидами и хроматидными хромосомами (буквально)? Больше похоже на издевательство над учениками, или я не прав?
Б.Ф.: Вы и правы, и не правы одновременно. Разница между терминами «хроматиды» и «однохроматидные хромосомы» всё же есть. Хроматидами называются две части хромосом, которые образуются после удвоения ДНК в S периоде интерфазы. Так и говорят, что хромосомы после репликации ДНК стали двухроматидными.
В анафазу митоза и в анафазу мейоза II перетяжка (центромера) между двухроматидными хромосомами разрушается и однохроматидные хромосомы (когда они были вместе они назывались хроматидами) расходятся к полюсам клетки.
А правы Вы в том, что это все же издевательство, так как в учебниках то нет никакой четкой разницы между этими терминами. Прочтите внимательно надписи к рисункам митоза и мейоза в этой моей статье. Они специально взяты из учебника без изменений. Читаем в анафазу митоза: «Разделение хроматид и расхождение их к полюсам…» Читаем в анафазу мейоза: «Разделение хроматид и их перемещение к полюсам». В обоих случаях отождествили термины хроматиды и однохроматидные хромосомы. Хотя правильнее было бы все же написать: «Происходит разделение хроматид и перемещение однохроматидных хромосом к полюсам»..
Анна: Прошу Вас помочь мне. Верно ли я поняла, что набор хромосом и молекул ДНК соответственно у человека на разных стадиях будет следующим: перед S-периодом митоза 46 хромосом, каждая из одной хроматиды, значит, 46 ДНК, а после синтеза второй хроматиды — 46 хромосом и 92 ДНК. В профазе, метафазе и анафазе митоза – аналогично – 46 хромосом, 92 ДНК, а в телофазе, когда формируются ядерные оболочки, опять становится 2n2c снова 46 хромосом и 46 ДНК.
Перед мейозом клетки сначала так же удваивают набор, и из 46 хромосом с 46-тью ДНК становятся 46 хромосом и 92 ДНК, и с таким набором эти клетки вступают в мейоз. Аналогично митозу такой набор в клетках остается в профазе, метафазе и анафазе. В телофазе же происходит редукционное деление 23 хромосомы, 46 ДНК.
Почему такое происходит? Я себе это объясняю тем, что нити веретена деления в митозе крепятся к каждой центромере с двух сторон, а в мейозе — просто к каждой хромосоме, это в последствие приводит к расхождению хроматид (при митозе) и хромосом в другом случае (мейозе). В профазе, метафазе, анафазе мейоза остается набор 23 хромосомы, 46 ДНК, а в телофазе уже набор становится 23 хромосомы и 23 ДНК. Верно? Извините, что так долго и подробно, просто путаюсь в этом материале и хочу для себя разложить по полочкам…
Б.Ф.: Анна, можно сказать Вы мало путаетесь в этом материале, но все же есть неточности изложения материала: «Перед S-периодом митоза…» — не существует S-периода ни митоза, ни мейоза. S-период — это еще часть интерфазы (подготовка к будущему делению ядра — митозу и делению клетки — цитокинезу).
«Перед мейозом клетки сначала так же удваивают набор…» — не набор хромосом удваивается, а удваивается лишь количество ДНК (хромосомы становятся двухроматидными).
«В телофазе же происходит редукционное деление…» Телофаза 1 — это итог мейоза 1. Само редукционное деление обеспечивается еще профазой 1 мейоза, когда переплетаются гомологичные хромосомы друг с другом и в метафазу 1 мейоза по экватору выстраиваются не отдельные двухроматидные хромосомы как при митозе, а биваленты (тетрады) хромосом. Это приводит к тому, что в анафазу 1 мейоза к полюсам клетки разойдутся не нормальные однохроматидные хромосомы, а двухроматидные. Поэтому в телофазу 1 мейоза и произойдет редукционное деление числа (набора) хромосом (вместо 2n будет набор хромосом 1n), но пока еще с двойным набором молекул ДНК (2с).
Анна : Спасибо Вам большое за полный ответ! Однако все равно один момент остался для меня непонятым: если к каждой хроматиде крепятся нити веретена, то в каком же месте это происходит? Я думала, что в области центромеры. Вот и получается, что они двухроматидную хромосому «рвут напополам». Или я что-то опять не так поняла?
Б.Ф.: Да, Анна, «…получается, что они двухроматидную хромосому рвут пополам?” — именно так и происходит, но только при митозе и мейозе II. А при мейозе I нити «растаскивают» в разные стороны не отдельные сестринские хроматиды, а отделяют друг от друга двухроматидные гомологи (которые переплелись, коньюгировали в профазу I мейоза).
Анна : И еще столкнулась с таким нюансом. В заданиях ЕГЭ бывают задачи следующего рода: «в клетке животного диплоидный набор хромосом равен 34. Определите количество молекул ДНК перед митозом…». Что имеется ввиду под словами «диплоидный набор»? Это когда количество ДНК уже удвоилось или еще нет? Или слова «перед митозом» указывают на то, что удвоение УЖЕ произошло и клетка готова к делению?
Б.Ф.: Анна, кажется я понял в чем здесь ваше недопонимание. Вы не разделяете термины «набор хромосом», записываемый буквой «n» и набор ДНК в хромосомах, обозначаемый буквой «с». Диплоидным набором хромосом 2n обладают все соматические клетки любого многоклеточного организма (один набор хромосом достается клетке от мамы, другой — от папы) и до синтетического периода интерфазы клетки однохроматидные — 2n2с или, что тоже самое, 2(nc). (А половые клетки, возникающие путем мейоза, обладают одним набором однохроматидных хромосом nc).
После репликации ДНК набор хромосом не увеличивается, а они изменяются лишь качественно, становятся двухроматидными, состоящими из двух сестринских хроматид 2n4с или 2(n2c). Слова «перед митозом» и означают «перед митозом», потому что митоз — деление ядра клетки (профаза, метафаза, анафаза, телофаза), которому в S периоде интерфазы предшествует репликация (удвоение) ДНК (но не удвоение набора хромосом).
Анна, раз у Вас такая терминологическая путаница, рекомендую приобрести мою платную книжку «Как научиться решать задачи по генетике», прочитав 16 страничек введения, посвященных объяснению значений необходимых терминов, для Вас все станет «прозрачным».
У кого будут вопросы к репетитору биологии по Скайпу по материалам этой статьи, обращайтесь, пожалуйста, в комментариях.
У меня на блоге вы можете приобрести ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).