Краткое содержание: Параграф §27 / Биология 10 класс

Структура и роль хромосом в жизненном цикле клетки

Хромосомы представляют собой ключевые элементы жизненного цикла клетки, формируя комплекс из молекул ДНК и белков (от греч. chroma — цвет и soma — тело). В интерфазе клетки, предшествующей делению, большая часть хромосом находится в виде тонких, невидимых нитей. Перед делением происходит репликация ДНК, и каждая хромосома становится двухцепочечной, после чего нити спирализуются и конденсируются, приобретая отчетливую, хорошо различимую форму. В ядрах эукариот хромосомы состоят из длинных молекул ДНК и белков, тогда как в прокариотической клетке присутствует только одна, обычно кольцевая, молекула ДНК, которая не связана с белками и называется нуклеотидом.

Если бы ДНК каждой хромосомы развернули, ее длина значительно превысила бы размеры ядра. Ядерные белки-гистоны играют важную роль в упаковке гигантских молекул ДНК. Исследования показали, что ДНК связывается с группами ядерных белков, образуя повторяющуюся структуру – нуклеосому. Нуклеосомы являются структурными единицами хроматина, плотно упакованы и формируют единую спиралевидную структуру толщиной 36 нм.

Строение метафазной хромосомы

Две дочерние молекулы ДНК, образовавшиеся в результате репликации, плотно упаковываются и формируют сестринские хроматиды. Они удерживаются вместе в области центромеры (от лат. centrum — срединная точка), которая является местом прикрепления нитей веретена деления. Идентифицировать хромосомы и определить их количество и внешний вид возможно только во время метафазы, когда они максимально плотно упакованы и хорошо окрашиваются. Положение центромеры делит хромосому на плечи. По внешнему виду хромосомы подразделяют на три типа в зависимости от положения центромеры: равноплечие, разноплечие и одноплечие.

Хромосомный набор: кариотип, диплоидный и гаплоидный наборы

Специфический для каждого организма набор хромосом называется кариотипом (от греч. karyon — ядро, typos — форма). Характеристики кариотипа, такие как форма, величина и количество хромосом, являются видоспецифическими. Например, кариотип человека представлен 46 хромосомами, плодовой мушки дрозофилы — 8. Исследования показали, что в клетках могут присутствовать диплоидный (двойной, от греч. diploos — двойной) или гаплоидный (одинарный, от греч. haploos — одиночный) наборы хромосом.

Диплоидный набор, обозначаемый \( 2n \), характеризуется наличием парных хромосом, которые называются гомологичными (от греч. homoios — одинаковый, подобный) и имеют одинаковые размеры, форму, а также идентичный порядок генов. Все соматические (неполовые) клетки организма содержат диплоидный набор. Например, соматические клетки человека содержат 23 пары хромосом, то есть 46 хромосом. У дрозофилы — 4 пары, всего 8 хромосом.

Гаплоидный набор, обозначаемый \( n \), включает только по одной хромосоме из каждой пары гомологичных хромосом. Половые клетки (гаметы) всегда содержат только гаплоидный набор хромосом. Таким образом, соматические клетки диплоидны (\( 2n \)), а половые клетки гаплоидны (\( n \)).

Количество ДНК в разных фазах цикла

Количество генетического материала (ДНК) в клетке также обозначается специальными символами, связанными с количеством хроматид. В диплоидном наборе хромосом до репликации (в период \( G_1 \) интерфазы) количество хромосом составляет \( 2n \), а количество ДНК — \( 2c \). После репликации ДНК (в период \( S \) интерфазы) количество хромосом остается \( 2n \), но каждая хромосома становится двухроматидной, и количество ДНК удваивается до \( 4c \). Таким образом, перед митозом диплоидная клетка содержит \( 2n \) двухроматидных хромосом и \( 4c \) ДНК. После митоза, в дочерних клетках, каждая хромосома становится однохроматидной, и количество хромосом и ДНК возвращается к \( 2n \) и \( 2c \) соответственно.