Продолжение КЭС 2.3: Ядро. Оболочка ядра, хроматин, кариоплазма, ядрышки, их строение и функции. Ядерный белковый матрикс. Пространственное расположение хромосом в интерфазном ядре. Белки хроматина – гистоны. Клеточные включения. Сравнительная характеристика клеток эукариот (растительной, животной, грибной)
Часть КЭС 2.6: Хромосомы. Строение хромосом. Теломеры и теломераза. Хромосомный набор клетки – кариотип. Диплоидный и гаплоидный наборы хромосом. Гомологичные хромосомы. Половые хромосомы.
Теория соответствует ключам ФИПИ.
Ядро
ЯДРО – часть эукариотической клетки, содержащая ДНК и регулирующая жизнедеятельность всей клетки.
Ядро НЕ органоид
Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой (кариолеммой), состоящей из двух мембран – внутренней и наружной.
Наружная мембрана:
- сходна по строению с мембраной ЭПС и связана с ней (по сути, является её производной)
- покрыта рибосомами, наподобие шероховатой ЭПС
- пронизана ядерными порами, через которые происходит обмен молекул между цитоплазмой и ядром: из ядра в цитоплазму транспортируются молекулы РНК и рибосомы, а из цитоплазмы в ядро проникают белки, участвующие в репликации и сборке рибосом
Строение ядра клетки
Внутри ядро заполнено кариоплазмой (нуклеоплазмой), в которой находится хроматин – комплекс молекул ДНК, связанных с белками-гистонами. Если бы ДНК не упаковывалась в хроматин, то она бы не поместилась в ядро.
Большую часть времени (между делениями клетки) большая часть ДНК деспирализована, т.е. «развязана» и доступна для ферментов, поэтому пригодна для выполнения своих функций – репликации и транскрипции. Такой деспирализованный хроматин называется эухроматином.
Однако часть молекул ДНК остаётся в спирализованном, плотно уложенном состоянии – это гетерохроматин. Такая ДНК неактивна и недоступна для ферментов.
Во время деления клетки вся ДНК сильно спирализуется и превращается в заметные структуры – хромосомы.
В ядре могут быть небольшие тёмные образования – ядрышки. Это участки хроматина, в которых синтезируется рРНК и образуются рибосомы.
Функции ядра:
- синтез ДНК, РНК
- регулирование всех процессов жизнедеятельности клетки путём хранения, передачи и экспрессии наследственной информации, закодированной в ДНК.
- сборка рибосом
У прокариот (бактерий) ЯДРА НЕТ. В их клетках кольцевая ДНК плавает прямо в цитоплазме и не связана с белками-гистонами. Участок цитоплазмы, где расположена ДНК прокариот называется нуклеоид.
Смысл компартментации клетки в том, чтобы разграничить разные метаболические реакции, которые могут конкурировать друг с другом или иметь разные условия протекания.
Хромосомы и хромосомные наборы
Молекулы ДНК очень длинные (несколько метров в размотанном состоянии). Поэтому, чтобы вместиться в ядро, ДНК должна быть сильно упакована – спирализована. Для этого двойная спираль ДНК наматывается на специальные белки – гистоны – так получается хроматин – комплекс ДНК и гистонов. Далее хроматин сворачивается до компактных хромосом.
Упаковка ДНК. Строение метафазной хромосомы
Функция хромосом: хранение и передача наследственной информации.
В составе хромосом выделяют специальные участки – центромеры и теломеры.
Центромеры:
- делят хромосому на «плечи», поэтому одно плечо может быть длиннее другого
- к центромерам крепятся нити веретена деления, которые растаскивают хромосомы по дочерним клеткам по время деления
Теломеры:
- находятся на кончиках хромосом
- защищают хромосомы от укорачивания после каждого деления клетки: взамен теломеры укорачиваются сами, поэтому с возрастом теломеры достигают такой малой длины, что клетка больше не может делиться (лимит Хейфлика)
Некоторые клетки могут предотвращать укорачивание теломер, предоставляя теломеразу — фермент, удлиняющий теломеры хромосом.
По умолчанию хромосомы однохроматидные, т.е. состоят из 1 молекулы ДНК (1 хроматиды)
Перед делением клетки ДНК удваивается (репликация), поэтому хромосомы становятся двухроматидные (2 хроматиды)
- хроматида - это половинка двойной хромосомы;
- центромера (первичная перетяжка) – это место соединения двух хроматид; к центромере во время деления клетки присоединяются нити веретена деления;
- по сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы;
- у одной-двух хромосом в клетке может быть вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, этот участок содержит гены рРНК.
Схема строения ядрышкообразующей хромосомы
Превращения хромосом:
- Однохроматидная хромосома превращается в двухроматидную в процессе удвоения ДНК (репликации, редупликации) в интерфазе.
- Двухроматидная хромосома превращается в две однохроматидные после разделения соединяющей их центромеры, это происходит во время деления клетки.
Кариотип
Кариотип – это количество, размер и форма всех хромосом; характеризует хромосомный набор вида в целом.
Человек имеет 23 пары хромосом, т.е. по 46 хромосом в каждом ядре каждой соматической клетки.
Набор хромосом (n) – количество копий одной и той же хромосомы в кариотипе.
Нормальный кариотип человека: А — женщины, Б — мужчины
Чаще всего бывает:
ГАПЛОИДНЫЙ (1n) – каждая хромосома представлена в одном экземпляре, характерен для
- половых клеток (гамет). При слиянии половых клеток образуется зигота – будущий диплоидный организм.
- спор растений и грибов. Споры прорастают в гаметофит – структуру, формирующую гаметы.
- нуклеоид у бактерий (у них всего 1 кольцевая ДНК)
- митохондрий и пластид (тоже 1 кольцевая ДНК)
ДИПЛОИДНЫЙ (2n) – каждая хромосома представлена в двух экземплярах (одинаковых по форме и размерам): один от матери и один от отца
- характерен для соматических клеток большинства организмов, т.к. они появляются из диплоидной зиготы,
- у человека в соматических клетках 23 пары хромосом, двойной набор образовался, так как от матери из яйцеклетки пришло по 1 хромосоме из каждой пары, и от отца тоже по 1 из пары.
Триплоидный (3n) – три экземпляра
- характерен для эндосперма семян цветковых растений, который формируется при слиянии спермия (1n) и диплоидной центральной клетки (2n) зародышевого мешка
ПОЛИПЛОИДНЫЙ (например: тетраплоидный (4n), гексаплоидный (6n) и т.д.)
- характерен для соматических клеток полиплоидных растений
- полиплоидность возникает в результате мутации: из-за ошибки в мейозе образуются на гаплоидные, а диплоидные гаметы, при слиянии которых получается тетраплоидная зигота
В заданиях ЕГЭ хромосомный набор изображают через буквы n и c, где
n – это количество хромосом
c – это количество молекул ДНК
Количество ДНК (c) = количеству хромосом (n) тогда, когда хромосомы однохроматидные
Если хромосомы двухроматидные, то n = 2c, т.к. состоят из двух молекул ДНК (двух хроматид).
Пример:
1n1c – одинарный набор однохроматидных хромосом
1n2c – одинарный набор двухроматидных хромосом
2n2c – двойной набор одинарных хромосом
2n4c – двойной набор двухроматидных хромосом
Соотношение n и c зависит от фазы клеточного цикла.
Пример: в кариотипе человека 46 хромосом (46 молекул ДНК), каждая из которых однохроматидная (2n2c). Перед делением клетки ДНК удваивается – хромосомы становятся двухроматидными. Поэтому теперь по-прежнему 46 хромосом, но уже 92 хроматиды (2n4c)!
В ходе митоза (в его анафазе) эти удвоенные половинки хромосом разойдутся по двум клеткам, поэтому в каждой дочерней клетке будет вновь 46 однохроматидных хромосом (2n2c).
Превращения наборов друг в друга:
- Гаплоидный набор превращается в диплоидный при оплодотворении (происходит слияние двух гаплоидных гамет, получается диплоидная зигота).
- Диплоидный набор превращается в гаплоидный при мейозе. У животных после мейоза получаются половые клетки (гаметы, сперматозоиды и яйцеклетки), у растений – споры.
| у животных | у цветковых растений | |
| что получается после слияния гамет (оплодотворения) | зигота - 2n | зигота - 2n |
| что вырастает из зиготы | соматические клетки (клетки тела) - 2n | спорофит (корень, стебель, листья и т.п.) - 2n |
| что получается после мейоза | гаметы (половые клетки, сперматозоиды и яйцеклетки) - n | споры - n |
| во что прорастает спора | - | гаметофит (пыльцевое зерно, зародышевый мешок) - n |
| что делает гаметофит | - | гаметы - n |
Расчет количества ДНК (с)
с – это количество молекул ДНК относительно набора. То есть если хромосомы однохроматидные (одинарные), то перед «c» ставим такую же цифру, как перед «n», а если двухроматидные (двойные) – то в два раза бо́льшую. Например:
nc – одинарный набор одинарных хромосом;
n2c – одинарный набор двойных хромосом;
2n2c – двойной набор одинарных хромосом;
2n4c – двойной набор двойных хромосом и т.п.
Решение задач на количество хромосом
1) Надо понять, где дано количество хромосом:
- если в гамете, то данное в задаче число = n
- если в соматической клетке, то 2n
- если в эндосперме, то 3n
2) Математика-раз, вычисляем n
- если 2n=24, то n=24/2=12
- если 3n=24, то n=24/3=8
3) Математика-два: если n=24, то
- в гамете будет n=24
- в соматической клетке будет 2n=2x24=48
- в эндосперме будет 3n=3x24=72