Кариотип и идиограмма

Индивидуальные хромосомы составляют кариотип – хромосомный комплекс вида со всеми его особенностями: числом хромосом, их морфологией, наличием видимых под световым микроскопом деталей строения отдельных хромосом, перетяжек, спутников, соотношением длин плеч, чередованием эу - и гетерохроматина. Группируя хромосомы попарно и располагая хромосомы в порядке уменьшения их длины, можно построить идиограмму – диаграмматический рисунок кариотипа.

Диплоидные числа хромосом варьируют в очень широких пределах от 2-х до 1600. Как кариотип, так и идиограмма позволяют морфологически характеризовать каждую хромосому, но очень часто не дают озможность получить четкую характеристику, позволяющую идентифицировать отдельные хромосомы. Такую возможность дают методы дифференциальных окрасок хромосом.

В 1968 г. Т. Caspersson предложил метод окрашивания хромосом квинакрином (или акрихином) с последующим облучением их ультрафиолетом и индукцией флуоресценции. Оказалось, что в разных районах хромосом выявляется разное число сайтов связывания красителя. Сайты к тому же сильно варьировали по размерам и интенсивности свечения. Наборы флуоресцирующих полос создавали индивидуальность не только целых хромосом, но даже их плеч. В результате каждую хромосому оказалось возможным идентифицировать. Однако, как выяснилось число полос и их интенсивность варьировали в работах разных исследователей.

Литература

1. Айала, Ф. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер. – М.: Мир, 1987. – Т.1. – 295 с; Т.2. – 368 с; Т.3.

2. Бокуть, С. Б. Молекулярная биология: молекулярные механизмы хранениия, воспроизведения и реализации генетической информации / С. Б. Бокуть, Н. В. Герасимович, А. А. Милютин. – Мн.:Высш. шк., 2005.

3. Жимулев, И. Ф. Общая и молекулярная генетика / И. Ф. Жимулев. – Новосибирск: Изд-во Новосибирского ун-та, 2002.

4. Жученко, А. А. Генетика / А. А Жученко, Ю. Л. Гужов,
В. А. Пухальский. – М.: Колос, 2004.

МАТЕРИАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Лекция 5

Деление клетки и воспроизведение

Цель лекции:ознакомить учащихся с основными этапами клеточного цикла, изучить непрямое деление клетки, амитоз, эндомитоз, мейоз, их особенности и биологическое значение, познакомить учащихся с основными этапами гаметогенеза.

План лекции:

1. Клеточный цикл.

2. Непрямое деление клетки. Амитоз. Эндомитоз

3. Мейоз и его значение

Краткий обзор этапов гаметогенеза.

Клеточный цикл

Клетки многоклеточного организма чрезвычайно разнообразны по выполняемым функциям. В соответствии со специализацией клетки имеют разную продолжительность жизни. Так нервные клетки после завершения эмбриогенеза перестают делиться и функционируют на протяжении всей жизни организма. Клетки же других тканей (костного мозга, эпидермиса, эпителия тонкого кишечника) в процессе выполнения своей функции быстро погибают и замещаются новыми в результате клеточного деления. Деление клеток лежит в основе развития, роста и размножения организмов. Деление клеток также обеспечивает самообновление тканей на протяжении жизни организма и восстановление их целостности после повреждения. Существует два способа деления соматических клеток: амитоз и митоз. Преимущественно распространено непрямое деление клеток (митоз). Размножение с помощью митоза называют бесполым размножением, вегетативным размножением или клонированием.

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл) – это существование клетки от деления до следующего деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла в размножающихся клетках составляет 10-50 ч и зависит от типа клеток, их возраста, гормонального баланса организма, температуры и других факторов. Детали клеточного цикла варьируют среди разных организмов. У одноклеточных организмов жизненный цикл совпадает с жизнью особи. В непрерывно размножающихся тканевых клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом.

Митотический цикл – совокупность последовательных и взаимосвязанных процессов в период подготовки клетки к делению и период деления (рис 1). В соответствие с приведенным выше определением митотический цикл подразделяют на интерфазу и митоз (греч. “митос” - нить).

Интерфаза – период между двумя делениями клетки – подразделяется на фазы G₁, S и G₂ (ниже указана их продолжительность, типичная для растительных и животных клеток.). По продолжительности интерфаза составляет большую часть митотического цикла клетки. Наиболее вариабельны по времени G₁ и G₂-периоды.

G₁ (от англ. grow – расти, увеличиваться). Продолжительность фазы составляет 4–8 ч. Это фаза начинается сразу после образования клетки. В этой фазе в клетке усиленно синтезируются РНК и белки, повышается активность ферментов, участвующих в синтезе ДНК. Если клетка в дальнейшем не делится, то переходит в фазу G₀ – период покоя. С учетом периода покоя клеточный цикл может длиться недели или даже месяцы (клетки печени).

S (от англ. synthesis - синтез). Длительность фазы составляет 6–9 ч. Масса клетки продолжает увеличиваться, и происходит удвоение хромосомной ДНК. Две спирали старой молекулы ДНК расходятся, и каждая становится матрицей для синтеза новых цепей ДНК. В результате каждая из двух дочерних молекул обязательно включает одну старую спираль и одну новую. Тем не менее хромосомы остаются одинарными по структуре, хотя и удвоенными по массе, так как две копии каждой хромосомы (хроматиды) все еще соединены друг с другом по всей длине. После завершения фазы S митотического цикла клетка не сразу начинает делиться.

G₂.В этой фазе в клетке завершается процесс подготовки к митозу: накапливается АТФ, синтезируются белки ахроматинового веретена, удваиваются центриоли. Масса клетки продолжает увеличиваться до тех пор, пока она приблизительно вдвое не превысит начальную, а затем наступает митоз.

Жизнь клетки и переход от одной фазы клеточного цикла к другой регулируется изменением концентраций белков циклинов,как это показано на рисунке. Толщина цветных секторов соответствует концентрации циклинов.

При подготовке к делению происходит репликация ДНК, на каждой хромосоме синтезируется ее копия. Пока эти хромосомы после удвоения не расходятся, каждая хромосома в этой паре называется хроматидой. После репликации ДНК конденсируется, хромосомы приобретают более компактную укладку, и в таком состоянии их можно увидеть в световом микроскопе. Между делениями эти хромосомы не столь конденсированы и в большей степени расплетены. Понятно, что в конденсированном состоянии им трудно функционировать. Хромосома имеет вид в виде буквы Х только во время одной из стадий митоза. Раньше считалось, что между делениями клетки хромосомная ДНК (хроматин) находится в полностью расплетенном состоянии, но сейчас выясняется, что структура хромосом достаточно сложная и степень деконденсации хроматина между делениями не очень велика.