§ 24. ХРОМОСОМЫ, ИХ ФУНКЦИИ И СТРОЕНИЕ

Основные понятия и ключевые термины: ХРОМОСОМЫ. Кариотип.

Вспомните! Что такое хроматин?

Знакомьтесь!

Часто залогом научного открытия является сочетание качеств учёного с удачным выбором объекта исследования. Перед вами авторы открытия роли хромосом в наследственности.

Томас Хант Морган (1866-1945) - выдающийся биолог, один из основателей генетики, лауреат Нобелевской премии в области физиологии и медицины (1933).

Дрозофила фруктовая (Drosophila melanogaster) (продолжительность жизни при 25 °С - около 14 дней) - насекомое ряда Двукрылые, которая является незаменимым модельным объектом генетических исследований. У неё всего 4 пары хромосом (2n = 8).

СОДЕРЖАНИЕ

Какова роль хромосом в наследственности?

ХРОМОСОМЫ (от греч. хроматос - окрашенный, сома - тельце) - структуры клеток эукариотов, обеспечивающие сохранение, распределение и передачу наследственной информации. Чаще других первооткрывателем хромосом называют немецкого анатома В. Флемминга (1843-1905). Именно он применил анилиновые красители для обработки ядерных структур. Термин «хромосомы» в 1888 г. ввёл в научный оборот Г. Вальдейер (1836-1921). Эти исследования положили начало цитогенетеке - разделу, изучающему роль хромосом в наследственности.

Хромосомы формируются из ядерного материала - хроматина перед делением клеток. В их составе основная доля приходится на ДНК и ядерные белки. Нуклеотиды ДНК кодируют наследственную информацию, а ядерные белки-гистоны организуют компактное пространственное расположение молекул ДНК для хранения этой информации. Перед делением клетки однохроматидные хромосомы удваиваются, уплотняются и становятся двухроматидными. Происходят эти процессы для распределения и передачи наследственной информации следующему поколению клеток.

Количество хромосом в клетках эукариотов различных видов различно и не зависит от уровня организации, а также не всегда указывает на филогенетическое родство (табл. 5).

Таблица 5. ЧИСЛО ХРОМОСОМ У НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ЭУКАРИОТОВ

Ил. 58. Строение хромосомы: 1 - однохроматидная хромосома; 2 - двухроматидная хромосома; 3 - центромера; 4 - теломеры; 5 - сестринские хроматиды; 6 - нити веретена деления; 7 - кинетохоры

Основные функции хромосом взаимосвязаны со строением. Для сохранения, распределения и передачи наследственной информации в хромосомах имеются такие элементы строения, как сайты начала репликации, центромеры и теломеры. Сайты начала репликации - последовательность нуклеотидов, определяющая начало самоудвоения молекулы ДНК.

Центромера - часть хромосомы, разделяющая её на два плеча. На ней располагаются белки-кинетохоры, к которым при распределении генетического материала прикрепляются нити веретена деления. Теломеры - участки на концах хромосом, препятствующие их соединению между собой и восстановлению с помощью фермента теломеразы утраченных после разделения участков (ил. 58).

Итак, хромосомы являются материальными носителями наследственности всех эукариотических организмов, и их функции тесно взаимосвязаны с химическим составом и строением.

Как происходят спирализация и конденсация хромосом?

В каждой хромосоме содержится только одна молекула ДНК, которая достигает нескольких сантиметров. Так, у человека длина ДНК крупнейшей хромосомы - около 7 см, а общая длина всех 46 молекул ДНК в одном ядре клетки человека составляет около 2 м. Каким образом хромосомы помещаются в микроскопическом ядре, размером 5 мкм? Это достигается за счёт спирализации и конденсации (от лат. сondensatio - уплотнение) хромосом, обеспечивающих многоуровневую организацию хроматина (ил. 59). Возможности такой организации впечатляют. Так, у человека длина раскрученной ДНК малейшей хромосомы составляет около 14 000 мкм, а ее длина после уплотнения - только 2 мкм. Какие же есть уровни организации хромосом?

Двойная спираль молекулы ДНК на нуклеосомном уровне организации накручивается на ядерные частицы-нуклеосомы, состоящие из 8-10 белковых молекул. Хроматин приобретает вид ожерелья жемчуга (глобулы белка диаметром 11 нм) на нити (спираль ДНК), а уровень уплотнения - 6-7 раз. Нуклеомерный уровень возникает благодаря спирализации и формированию нуклеомерной фибриллы диаметром 30 нм с шагом спирали в 6-8 нуклеосом.

Ил. 59. Уровни организации хромосом: 1, 2, 3 - нуклеосомный; 4 - нуклеомерный; 5 - хромомерный; 6 - хроматидный; 7 - хромосомный

Уровень уплотнения нити ДНК достигает 40 раз. Хромомерный уровень связан уже не со спирализацией, а с образованием поперечных петель вдоль хромосомы при конденсации. Общий уровень уплотнения достигает уже 1 000 раз, а диаметр такой структуры - около 300 нм. Хроматидный уровень возникает в связи с последующим заключением структуры низшего уровня иерархии и образованием хроматиды диаметром 700 нм. Хромосомный уровень характерен для метафазной хромосомы, имеющей диаметр 1 400 нм.

Итак, организация хромосом имеет многоуровневый иерархический порядок, благодаря которому уровень общего уплотнения достигает 7 000 - 10 000 раз.

Каковы особенности организации набора хромосом?

Кариотип - совокупность признаков хромосомного набора (количество хромосом, форма, размеры). Каждому виду организмов присущ определённый кариотип (ил. 60). Основными правилами организации кариотипа являются:

Ил. 60. Кариотип дрозофилы фруктовой (самка - 6А + ХХ, самец - 6А + XY, где А - аутосомы, Х, Y - половые хромосомы)

• правило специфичности - особенности кариотипа особей вида зависят от количества, размеров и формы хромосом;

• правило стабильности - каждый вид эукариотических организмов имеет определённое и постоянное количество хромосом (например, у дрозофилы - 8 хромосом, у человека - 46);

• правило чётности - в диплоидном наборе (2n) каждая хромосома имеет себе пару, сходную по размерам и форме. Такие хромосомы называются гомологичными;

• правило индивидуальности - каждая пара гомологичных хромосом имеет свои особенности. Так, при сравнении хромосомных наборов мужских и женских особей одного вида наблюдается различие в одной паре хромосом. Эта пара получила название половых хромосом. Остальные пары гомологичных пар хромосом, одинаковые у обоих полов, имеют общее название аутосомы;

• правило преемственности (непрерывности) - в последующих поколениях клеток одного вида сохраняется не только постоянное число хромосом, но и их индивидуальные особенности. Хромосомный набор бывает диплоидным, гаплоидным, полиплоидным. Гаплоидный набор - это половинный набор, в котором все хромосомы отличаются друг от друга строением (его условно обозначают 1n). Диплоидный набор - это парный набор, в котором каждая хромосома имеет парную хромосому, сходную по строению и размерам (2n). Полиплоидный набор - это набор хромосом, кратный гаплоидному (3n, 4n, 5n т. д.).

Итак, клетки каждого вида эукариотов имеют свой особый набор хромосом - кариотип.

 

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Кроссворд «Хромосомы»

Получите в выделенных клетках название белка, который принимает участие в конденсации хромосом на первых её этапах.

1. Наука об особенностях хромосом.

2. Хромосомный набор.

3. Хромосомы, сходные у особей противоположного пола.

4. Первичная перетяжка хромосом.

5. Концевые участки хромосом.

6. Белки центромер, к которым прикрепляются нити веретена деления.

Задание на применение знаний

Рассмотрите иллюстрацию кариотипа человека, укажите особенности его организации (количество, форма, размеры, различия по полу). Сделайте сокращённую запись кариотипов женщины и мужчины.

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Наука

Американские учёные Э. Блэкберн, К. Грейдер и Д. Шостак выяснили, каким образом хромосомы сохраняют свою целостность при делении клетки. Причина этого - в концах хромосом, известных как теломеры. За эти исследования учёные стали лауреатами Нобелевской премии 2009 г. в области физиологии и медицины. Какое значение для человека имеют эти и другие знания организации хромосом и кариотипа?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)