12. Ядро как важнейшая часть клетки. Строение и функции хромосом

Благодаря наличию ДНК ядро является информационным центром клетки, т.е. местом хранения и воспроизведения наследственной информации, определяющей признаки данной клетки и всего организма. Ядро служит также центром управления обменом веществ клетки, поскольку образуемая им иРНК определяет, какие белки и в какое время должны синтезироваться.

Большинство клеток имеют одно ядро, изредка встречаются двухъядерные (клетки печени) и многоядерные (многие протисты, водоросли и грибы, поперечнополосатые мышцы) клетки. Некоторые клетки в зрелом состоянии не имеют ядра (например, эритроциты млекопитающих). Форма и размеры ядра очень изменчивы и зависят от вида организма, а также от типа, возраста и функционального состояния клетки. Но общий план строения ядра одинаков у всех клеток. Ядро состоит из ядерной оболочки, нуклеоплазмы, хроматина и ядрышек. В ядрышке происходит объединение РНК с белком, в результате чего образуются рибонуклеотиды – предшественники рибосом. Формирование рибосом оканчивается уже в цитоплазме.

Основу хроматина составляют нуклеопротеины – длинные нитевидные молекулы. В процессе деления клетки они превращаются в компактные палочковидные хромосомы. Помимо нуклеопротеинов в состав хромосом входят также РНК, кислые белки, липиды и минеральные вещества, также фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации (удвоению) ДНК.

Совокупность хромосом соматической клетки, типичной для данной систематической группы организмов, называется кариотипом или хромосомным набором. Число хромосом в зрелых половых клетках называется гаплоидным и обозначается буквой n. Соматические клетки содержат двойное число хромосом – диплоидный набор 2n. Клетки, имеющие более двух наборов хромосом называются полиплоидными. Парные хромосомы, т.е. одинаковые по форме, структуре и размерам, но имеющие разное происхождение (одна материнская, другая – отцовская) являются гомологичными. В клетках человека диплоидный набор составляет 46 хромосом.

Функция хромосом: в хромосомах заключена наследственная информация. В хромосоме в линейном порядке расположены гены, самоудвоение и закономерное распределение хромосом в дочерней клетке при клеточном делении обеспечивает передачу наследственных свойств организма от поколения к поколению.

13. Деление клетки. Мейоз

Мейоз – особый тип деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного состояния (2n) в гаплоидное. В результате редукции хромосомного набора в каждую гаплоидную спору и гамету попадает по одной хромосоме из каждой пары. В ходе дальнейшего оплодотворения (слияние гамет) организм нового поколения получит опять диплоидный набор хромосом, таким образом, кариотип сохраняется постоянным.

Перед началом мейоза каждая хромосома реплицируется (удваивается). Для того, чтобы образовались ядра гамет, содержащие одинаковый (гаплоидный) набор хромосом, необходимы два ядерные деления. Эти деления так и называются: первое деление мейоза и второе деление мейоза.

Первое мейотическое (редукционное) деление приводит к образованию из диплоидных клеток гаплоидных. Оно начинается с профазы, в которой осуществляется упаковка наследственного материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит сближение гомологичных (парных) хромосом своими одинаковыми участками – конъюгация (в митозе нет). В результате конъяюгации образуются хромосомные пары – биваленты. Бивалент состоит из 4 нитей, так как каждая хромосома перед меозом удвоилась. После конъюгации некоторое время продолжается спирализация, хроматиды (нити) гомологичных хромосом переплетаются. Потом гомологичные хромосомы несколько отходят одна от другой. В местах переплетения хроматид возникают разрывы, из-за этого хромосомы обмениваются соответствующими участками. Этот процесс называется кроссинговером. Потом хромосомы с измененным содержанием генов расходятся.

В метафазе первого деления (метафазе I) завершается формирование веретена деления. Биваленты устанавливаются в плоскости экватора веретена деления. В анафазе I гомологические хромосомы разделяются и расходятся к полюсам клетки. К каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом. В телофазе у полюсов собирается гаплоидный набор хромосом. Восстанавливаются ядерные оболочки – материнская клетка разделилась на две дочерние. Таким образом, образование бивалентов при конъюгации гомологичных хромосом создает условие для последующей редукции числа хромосом. Формирование гаплоидного набора в гаметах обеспечивается расхождением в анафазе I не хроматид, как в митозе, а гомологичных хромосом, которые ранее были объединены в биваленты.

Второе деление (митоз мейоза) отличается от митоза только тем, что клетки, вступающие в него, несут гаплоидный набор хромосом. В анафазе II происходит разделение хромосом и их хроматиды становятся самостоятельной хромосомой. В результате второго деления из двух гаплоидных клеток образовалось четыре клетки с гаплоидным набором.

Благодаря мейозу поддерживается определенное и постоянное число хромосом во всех поколениях каждого вида растений, животных, протист и грибов. Мейоз также обеспечивает черзвычайное разнообразие генетического состава гамет как в результате кроссинговера, так и в результате различного сочетания отцовских и материнских хромосом при их расхождении в анафазе I. Это обеспечивает появление разнообразного и разнокачественного потомства при половом размножении организма.