Добавил:

idame76 свои люди в ТПУ Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Политехнический Университет

Предмет:

Единый государственный экзамен

Файл:

ЕГЭ. Биология. Пошаговая подг. Садовниченко, 2019, 368с

.pdf

Скачиваний:

208

Добавлен:

18.08.2023

Размер:

13.28 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 378 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

НЕДЕЛЯ 7	Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ:
НЕДЕЛЯ 7	2.7. Клетка — генетическая единица живого. Хромосомы, их строе-
	ние (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое
	постоянство. Соматические и половые клетки. Жизненный цикл
	клетки: интерфаза и митоз. Митоз — деление соматических клеток.
	Мейоз. Фазы митоза и мейоза. Развитие половых клеток у растений
	и животных. Деление клетки — основа роста, развития и размно-
	жения организмов. Роль мейоза и митоза

НЕДЕЛЯ 7. Клетка как биологическая система

КЛЕТКА — ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА ЖИВОГО

Несмотря на то, что нуклеиновые кислоты являются носителем генетической информации, реализация этой информации невозможна вне клетки, что легко доказывается на примере вирусов. Данные организмы не могут самостоятельно воспроизводиться, для этого они должны использовать наследственный аппарат клетки. Следовательно, клетка является генетической единицей живого, обладающей минимальным набором компонентов для сохранения, изменения и реализации наследственной информации, а также е¸ передачи потомкам.

Большая часть генетической информации эукариотической клетки сосредоточена в ядре. В отличие от ДНК прокариотической клетки, молекулы ДНК эукариот не замкнуты и образуют сложные комплексы с белками — хромосомы.

ХРОМОСОМЫ, ИХ СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ

Хромосома (îò ãðå÷. хрома — цвет, окраска и ñîìà — тело) — это структура клеточного ядра, которая содержит гены и нес¸т наследственную информацию о признаках и свойствах организма.

Хромосомы способны к самоудвоению, они обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют е¸ в ряду поколений.

		4	Основой хромосомы является двухцепочечная молекула
	3	4	ДНК, упакованная с белками. У эукариот с ДНК взаимодейству-
	3		ДНК, упакованная с белками. У эукариот с ДНК взаимодейству-
			ют гистоновые и негистоновые белки, а у прокариот гистоновых
		1	белков нет.
	2	1	Лучше всего хромосомы видны в процессе деления клетки,
	2		когда они в результате уплотнения приобретают вид палочко-
			когда они в результате уплотнения приобретают вид палочко-
			видных телец, раздел¸нных первичной перетяжкой — центро-
			мерой — íà плечи (рис. 45). На хромосоме может быть также
			è вторичная перетяжка, которая в некоторых случаях отделяет
			от основной части хромосомы так называемый спутник. Â íà-
			чале деления хромосомы удвоены и состоят из двух дочерних
Рис. 45. Строение хромосомы:			хромосом — хроматид, скрепл¸нных в центромере.
1	— центромера;		По форме различают равноплечие, неравноплечие и палочко-
2	— плечи;		видные хромосомы. Размеры хромосом существенно варьируют,
3	— вторичная перетяжка;		видные хромосомы. Размеры хромосом существенно варьируют,
3	— вторичная перетяжка;		однако средняя хромосома имеет размеры 5 1,4 мкм.
4	— спутник		однако средняя хромосома имеет размеры 5 1,4 мкм.

ЧИСЛО ХРОМОСОМ И ИХ ВИДОВОЕ ПОСТОЯНСТВО. СОМАТИЧЕСКИЕ И ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ

Клетки многоклеточных организмов можно разделить на соматические и половые.

Соматические клетки — это все клетки тела, образующиеся в результате митотического деления.

Для соматических клеток организма каждого биологического вида характерно постоянное число хромосом. Например, у человека их 46. Набор хромосом сомати- ческих клеток, в котором все хромосомы парные, называют диплоидным (2n), или двойным (рис. 46, à). Хромосомы одной пары называются гомологичными.


Половые клетки, èëè ãà-
ìåòû, — это специализиро-
ванные	клетки,		служащие
для полового размножения.
Â	гаметах		содержит-		а	б
ся вдвое		меньше	хромосом,
						Рис. 46. Диплоидный (а)
чем в соматических клетках
						и гаплоидный (б) наборы
(у человека —			23).	Набор		хромосом плодовой мушки
хромосом		половых		клеток		дрозофилы

называется гаплоидным (n), или одинарным (рис. 46, á), так как все хромосомы в н¸м непарные. Его образование связано с мейотическим делением клетки.

Количество ДНК соматических клеток обозначается как 2c, а половых — 1ñ. Генетическая формула соматиче- ских клеток записывается как 2n2c, а половых — 1n1ñ.

Количество хромосом в некоторых соматических клетках может быть больше двух гаплоидных наборов. Такие клетки называют полиплоидными, например три-, тетра-, пентаплоидные. В таких клетках процессы метаболизма протекают, как правило, очень интенсивно.

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы и половые хромосомы (гетерохромосомы). Аутосом в соматических клетках человека насчитывается 22 пары, они одинаковы для мужчин и женщин, а половых хромосом только одна пара, но именно она определяет генетический пол особи. Существует два вида половых хромосом — X и Y. Клетки тела женщины несут по две X-хромосомы, а мужчин — X и Y.

Кариотип — это совокупность признаков хромосомного набора организма (число хромосом, их форма и величина).

Условная запись кариотипа включает общее коли- чество хромосом, половые хромосомы и возможные

отклонения в наборе хромосом. Например, кариотип нормального мужчины записывается как, а женщины — .

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.Сколько хромосом в половых клетках шимпанзе, если в его соматических клетках содержится 48 хромо-

сом?
1)	48	3)	24
2)	36	4)	23
2. Какая фаза		митоза	изображена
на рисунке?

1)профаза

2)метафаза

3)анафаза

4)телофаза

3.Во время какой из следующих стадий клеточного цикла диплоидная клетка будет содержать удвоенное количество ДНК по сравнению с обнаруживаемым в гамете?

1)профазы

2)всего S-периода

3)всего G1-периода

4)всего G2-периода

4.Обмен участками гомологичных хромосом происходит в

1)профазе митоза

2)профазе I мейоза

3)профазе II мейоза

4)S-периоде интерфазы

5.Дочерние хроматиды в процессе митоза расходятся к противоположным полюсам клетки в

1)	профазе	3)	анафазе
2)	метафазе	4)	телофазе

6.Появление хромосом в профазе митоза обусловлено их упаковкой с

1)белками

2)другими нуклеиновыми кислотами

3)АТФ

4)липидами

7.Какие клетки организма человека наиболее сильно отличаются по набору хромосом?

1)соматические и половые

2)нервные и эпителиальные

3)эпителиальные и мышечные

4)нервные и половые

НЕДЕЛЯ 7. Клетка как биологическая система

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

8. Вторичная перетяжка отделяет в хро-

мосоме
1)	теломеру	3)	спутник
2)	центромеру	4)	плечи

9.Образование ооцита второго порядка при гаметогенезе у человека происходит

1)в результате митоза

2)при первом делении мейоза

3)при втором делении мейоза

4)в период роста

10. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку начинается

1)со слияния плазмалемм сперматозоида и яйцеклетки

2)со слияния ядер сперматозоида и яйцеклетки

3)с механического нарушения целостности оболочек яйцеклетки

4)с химического расщепления оболочек яйцеклетки ферментами акросомы

11.Оогенез отличается от сперматогенеза наличием

1)митоза и последующего мейоза

2)двух мейотических делений

клеток-предшественников сперматозоидов

3) генетического разнообразия у формирующихся данным способом половых клеток

4)только трёх периодов развития половых клеток

12. Мейоз у растений происходит в процессе

1)микроспорогенеза и микрогаметогенеза

2)микроспорогенеза и мегаспорогенеза

3)мегаспорогенеза и мегагаметогенеза

4)микрогаметогенеза и мегагаметогенеза

13.В отличие от профазы I, в профазе II

не происходит

1)распада ядерной оболочки

2)дезорганизации ядрышка

3)кроссинговера

4)конденсации хромосом

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ КЛЕТКИ: ИНТЕРФАЗА И МИТОЗ

Клетки не возникают каждый раз заново, они образуются только в результате деления материнских клеток. Промежуток времени от появления клетки в результате деления до е¸ разделения или гибели называется жизненным циклом клетки.

У эукариотических клеток жизненный цикл делится на две основные стадии: интерфазу и митоз (рис. 47).

Интерфаза — это промежуток времени в жизненном цикле, в который клетка не делится и нормально функционирует. Интерфаза включает три периода: G1-,

S- è G2-периоды.

G1-период (пресинтетический, постмитотический) — это период роста и развития клетки, в который происходит активный синтез РНК, белков и других веществ, необходимых для полного жизнеобеспечения вновь образовавшейся клетки.

Â S-периоде (синтетическом) происходит процесс репликации ДНК. Генетическая формула клетки после удвоения ДНК — 2n4c.

G2-период (постсинтетический, премитотический) характеризуется интенсивным синтезом РНК, белков и АТФ, необходимых для процесса деления клетки, а также разделением центриолей, митохондрий и пластид. До конца интерфазы хроматин и ядрышко остаются хорошо различимыми, целостность ядерной оболочки не нарушается.

Некоторые клетки со временем перестают делиться и погибают, что может быть связано с завершением выполнения определ¸нных функций, как в случае клеток эпидермиса кожи и клеток крови, или с повреждением этих клеток факторами окружающей среды, в частности возбудителями болезней.

Рис. 47. Клеточный цикл

МИТОЗ — ДЕЛЕНИЕ СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК. ФАЗЫ МИТОЗА
Митоз — способ непрямого деления соматических клеток.
Во время митоза клетка проходит ряд последовательных фаз, в результате которых до-
черние клетки получают такой же набор хромосом, как и в материнской клетке. Выделяют
четыре основные фазы митоза: профазу, метафазу, анафазу и телофазу (рис. 48).
Профаза — наиболее длительная стадия митоза, в процессе которой происходит конден-
сация хроматина, в результате чего становятся видны X-образные хромосомы, состоящие
из двух хроматид (дочерних хромосом). При
этом исчезает ядрышко, центриоли расходят-
ся к полюсам клетки и начинает формировать-
ся ахроматиновое веретено (веретено деления)
из микротрубочек. В конце профазы ядерная
оболочка распадается на отдельные пузырьки.
Â	метафазе	хромосомы	выстраивают-	Профаза	Метафаза	Анафаза	Телофаза
ся по экватору клетки своими центромерами,					Рис. 48.	Митоз
к которым прикрепляются микротрубочки пол-					Рис. 48.	Митоз
к которым прикрепляются микротрубочки пол-
ностью сформированного веретена деления. На этой стадии деления хромосомы наиболее
уплотнены и имеют характерную форму, что позволяет изучить кариотип.
Â анафазе центромеры хромосомы расщепляются и хроматиды расходятся к полюсам
клетки, растягиваемые микротрубочками.
На стадии телофазы дочерние хромосомы собираются на полюсах, деспирализуются,
вокруг них из пузырьков формируются ядерные оболочки, а во вновь образовавшихся ядрах
возникают ядрышки.
После деления ядра происходит деление цито-
плазмы — цитокинез, в ходе которого происхо-
дит более или менее равномерное распределение
всех органоидов материнской клетки.
Таким образом, в результате митоза из од-
ной материнской клетки образуется две дочер-
ние, каждая из которых является генетической
копией материнской (2n2c).

МЕЙОЗ. ФАЗЫ МЕЙОЗА

Мейоз — это способ непрямого деления предшественников половых клеток (2n), в результате которого образуются гаплоидные клетки (1n), чаще всего половые.

В отличие от митоза мейоз состоит из двух последовательных делений клетки, каждому из которых предшествует интерфаза (рис. 49). Первое деление мейоза (мейоз I) называется редукционным, так как количество хромосом уменьшается вдвое, а второе деление (мейоз II) — эквационным, так как в его процессе количество хромосом сохраняется.

Интерфаза I протекает подобно интерфазе митоза. Мейоз I делится на четыре фазы: профазу I, метафазу I, анафазу I и телофазу I.

профаза I

метафаза I

анафаза I

телофаза I

профаза II	метафаза II	анафаза II	телофаза II
	Рис. 49.	Мейоз

НЕДЕЛЯ 7. Клетка как биологическая система

Â профазе I происходят два важнейших процесса — конъюгация и кроссинговер.

Конъюгация — это процесс слияния гомологичных (парных) хромосом. Образовавшиеся па-
		ры хромосом сохраняются до конца метафазы I. Кроссинговер —
		взаимный обмен гомологичными участками гомологичных
		хромосом (рис. 50). В результате кроссинговера хромосомы, по-
		лученные организмом от родителей, приобретают новые комби-
		нации генов, что обусловливает появление генетически
		разнообразного потомства. В конце профазы I, как и в профазе
Рис. 50.	Кроссинговер	митоза, исчезает ядрышко, центриоли расходятся к полюсам
Рис. 50.	Кроссинговер	клетки, а ядерная оболочка распадается.
		клетки, а ядерная оболочка распадается.

Âметафазе I пары хромосом выстраиваются по экватору клетки, к их центромерам прикрепляются микротрубочки веретена деления.

Âанафазе I к полюсам расходятся целые гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид.

Âтелофазе I вокруг скоплений хромосом у полюсов клетки образуются ядерные оболоч- ки, формируются ядрышки.

Цитокинез I обеспечивает разделение цитоплазм дочерних клеток.

Образовавшиеся в результате мейоза I дочерние клетки (1n2c) генетически разнородны, поскольку их хромосомы, случайным образом разошедшиеся к полюсам клетки, содержат неодинаковые гены.

Интерфаза II очень короткая, так как в ней не происходит удвоения ДНК, то есть отсутствует S-период.

Мейоз II также делится на четыре фазы: профазу II, метафазу II, анафазу II и телофазу II. В профазе II протекают те же процессы, что и в профазе I, за исключением конъюгации и кроссинговера.

Âметафазе II хромосомы располагаются вдоль экватора клетки.

Âанафазе II хромосомы расщепляются в центромерах и к полюсам растягиваются уже хроматиды.

Âтелофазе II вокруг скоплений дочерних хромосом формируются ядерные оболочки

èядрышки.

После цитокинеза II генетическая формула всех четыр¸х дочерних клеток — 1n1c, однако все они имеют различный набор генов, что является результатом кроссинговера и слу- чайного сочетания хромосом материнского и отцовского организмов в дочерних клетках.

РАЗВИТИЕ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК У РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

Гаметогенез (îò ãðå÷. гамете — æåíà, гаметес — ìóæ è генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых половых клеток.

Развитие половых клеток у растений. У покрытосеменных растений образование мужских и женских половых клеток происходит в различных частях цветка — тычинках и пестиках соответственно.

Перед образованием мужских половых клеток — микрогаметогенезом (îò ãðå÷. микрос — маленький) — происходит микроспорогенез, то есть формирование микроспор в пыльниках тычинок. Этот процесс связан с мейотическим делением материнской клетки, в результате которого возникают четыре гаплоидные микроспоры. Микрогаметогенез сопряжен с митотическим делением микроспоры, дающим мужской гаметофит из двух клеток — крупной вегетативной и мелкой генеративной. После деления мужской гаметофит покрывается плотными оболочками и образует пыльцевое зерно. В некоторых случаях ещ¸ в процессе созревания пыльцы, а иногда только после переноса на рыльце пестика генеративная клетка делится митотически с образованием двух неподвижных мужских половых клеток — спермиев (ðèñ. 51).

вегетативная клетка

пыльник

митоз

мейоз

генеративная

клетка	спермии

Рис. 51. Образование мужских половых клеток у растений

Развитие женских половых клеток у растений называется мегагаметогенезом (îò ãðå÷. мегас — большой). Он происходит в завязи пестика, чему предшествует мегаспорогенез, в результате которого из материнской клетки мегаспоры, лежащей внутри семязачатка, пут¸м мейотического деления формируются четыре мегаспоры. Одна из мегаспор трижды делится митотически, давая женский гаметофит — зародышевый мешок с восемью ядрами. При последующем обособлении цитоплазм дочерних клеток одна из образовавшихся клеток становится яйцеклеткой, по бокам от которой лежат так называемые синергиды, на противоположном конце зародышевого мешка формируются три антипода, а в центре в результате слияния двух гаплоидных ядер образуется диплоидная центральная клетка (ðèñ. 52).

яйцеклетка

		погибают
пестик				митоз	митоз	митоз
			1n




	2n


	мейоз

центральная клетка

зародышевого мешка

Рис. 52. Образование женских половых клеток у растений

Развитие половых клеток у животных. У животных различают два процесса образования половых клеток — сперматогенез и оогенез (рис. 53).

Сперматогенез (îò ãðå÷. сперма, сперматос — ñåìÿ è генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых мужских половых клеток — сперматозоидов. У человека он протекает в семенниках, или яичках, и делится на четыре периода: размножение, рост, созревание и формирование.

Âпериод размножения первичные половые клетки делятся митотически, вследствие чего образуются диплоидные сперматогонии. Â период роста сперматогонии накапливают питательные вещества в цитоплазме, увеличиваются в размерах и превращаются в первичные сперматоциты, èëè сперматоциты 1-ãî порядка. Лишь после этого они вступают в мейоз (период созревания), в результате которого образуется сначала два вторичных сперматоцита, èëè сперматоцита 2-ãî порядка, а затем — четыре гаплоидных клетки с ещ¸ достаточно большим количеством цитоплазмы — сперматиды. Â период формирования они утрачивают почти всю цитоплазму и формируют жгутик, превращаясь в сперматозоиды.

Сперматозоиды — очень мелкие подвижные мужские половые клетки, образованные головкой, шейкой и хвостиком (рис. 54).

Âголовке кроме ядра находится акросома — видоизмен¸нный комплекс Гольджи, обеспечивающий растворение оболочек яйцеклетки в процессе оплодотворения. В шейке находятся центриоли клеточного центра, а основу хвостика образуют микротрубочки, непосредственно обеспечивающие движение сперматозоида. В его основании также расположены митохондрии, обеспечивающие сперматозоид энергией АТФ для движения.

НЕДЕЛЯ 7. Клетка как биологическая система

Период	Сперматогенез	Оогенез	Генетическая
			формула
	Первичная половая клетка	Первичная половая клетка

	размножения	Митоз
	размножения	Сперматогонии
		Сперматогонии

роста	Первичный
	Первичный
	сперматоцит

		Мейоз I
	созревания	Вторичный
	созревания	сперматоцит
		сперматоцит
		Мейоз II
		Сперматиды

формирования	Сперматозоиды

Митоз

2n2c

Оогонии

Пер-			2n4c
вичный			2n4c
вичный
ооцит
Вто-	Мейоз I	Первое	1n2c
Вто-		Первое	1n2c
ричный		полярное
ооцит		тельце

Мейоз II

1n1c

Второе

Яйцеклетка полярное тельце

— 1n1c

Рис. 53. Сравнительная характеристика сперматогенеза и оогенеза

Шейка		1
		1
		2

Головка

		3



	4
	4

Хвостик

Рис. 54. Сперматозоид: 1 — акросома; 2 — ядро;

3 — центриоль;

4 — митохондрии

Оогенез (îò ãðå÷. îîí — ÿéöî è генезис — происхождение, возникновение) — это процесс образования зрелых женских половых клеток — яйцеклеток. У человека он происходит в яичниках и состоит из тр¸х периодов: размножения, роста и созревания. Периоды размножения и роста, аналогичные таковым в сперматогенезе, происходят ещ¸ во время внутриутробного развития. При этом из первичных половых клеток в результате митоза образуются диплоидные оогонии, которые превращаются затем в диплоидные первичные ооциты, èëè ооциты 1-ãî порядка. Мейоз и последующий цитокинез, протекающие в период созревания, характеризуются неравномерностью деления цитоплазмы материнской клетки, так что в итоге сначала получается один вторичный ооцит, èëè ооцит 2-ãî порядка, è ïåð-

вое полярное тельце, а затем из вторичного ооцита — яйцеклет-

3	2	êà, сохраняющая весь запас питательных веществ, и второе
		полярное тельце, тогда как первое полярное тельце делится на два.
		Полярные тельца забирают избыток генетического материала.
		У человека яйцеклетки вырабатываются с промежутком 28–
		29 суток. Цикл, связанный с созреванием и выходом яйцеклеток,

1называется менструальным.

		Яйцеклетка — крупная женская половая клетка, которая не-
		с¸т не только гаплоидный набор хромосом, но и значительный за-
	Рис. 55. Яйцеклетка:	пас питательных веществ для последующего развития зародыша
1	— ядро;	(рис. 55). Яйцеклетка у млекопитающих покрыта четырьмя обо-
2	— запас питательных	лочками, снижающими вероятность е¸ повреждения различными
веществ в цитоплазме;		лочками, снижающими вероятность е¸ повреждения различными
3	— оболочки	факторами.

ДЕЛЕНИЕ КЛЕТКИ — ОСНОВА РОСТА, РАЗВИТИЯ И РАЗМНОЖЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ. РОЛЬ МИТОЗА И МЕЙОЗА

Если у одноклеточных организмов деление клетки приводит к увеличению количества особей, т. е. размножению, то у многоклеточных этот процесс может иметь различное зна- чение. Так, деление клеток зародыша, начиная с зиготы, является биологической основой взаимосвязанных процессов роста и развития.

В результате митоза происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками. Без митоза было бы невозможным существование и рост многоклеточных организмов, развивающихся из единственной клетки — зиготы. В процессе деления дочерние клетки становятся вс¸ более разнообразными по строению и выполняемым функциям, что связано с активацией у них одних генов и репрессией других в процессе дифференцировки. Таким образом, митоз необходим для развития организма.

Этот способ деления клеток необходим для процессов бесполого размножения и регенерации (восстановления) поврежд¸нных тканей, а также органов.

Мейоз обеспечивает постоянство кариотипа при половом размножении, так как уменьшает вдвое набор хромосом перед половым размножением, который восстанавливается в результате оплодотворения. Кроме того, мейоз приводит к появлению новых комбинаций родительских генов благодаря кроссинговеру и случайному сочетанию хромосом в дочерних клетках. Это способствует генетическому разнообразию потомства и да¸т материал для естественного отбора.

КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика оогенеза и сперматогенеза

Признак	Оогенез	Сперматогенез

Материнские клетки

Периоды:
– размножения
– роста
– созревания
– формирования

Способы деления
клеток

Дочерние клетки

Локализация

Продолжительность

НЕДЕЛЯ 7. Клетка как биологическая система

Решите задачи.

1.В клетке животного диплоидный набор хромосом равен 78. Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.

2.В соматических клетках кенгуру содержится 8 хромосом. Какое число хромосом и молекул ДНК содержится в ядре при гаметогенезе перед началом мейоза I и мейоза II? Объясните, как образуется такое число хромосом и молекул ДНК.

3.У растения кукурузы в соматических клетках содержится 20 хромосом. В процессе формирования зародышевого мешка у кукурузы клетка поделилась мейотически, после чего три клетки погибли, а из одной образовался зародышевый мешок. Сколько клеток и с каким набором хромосом образовалось при этом?

Заполните таблицу.

Сравнительная характеристика митоза и мейоза

Признак	Митоз		Мейоз

Какие клетки всту-
пают в деление?

Число делений

Сколько клеток
образуется в процес-
се деления и каких?

Ôàçû:	—	Мейоз ²		Мейоз ²²

– интерфаза

– профаза

– метафаза

– анафаза

– телофаза

Биологическое
значение