Конспект лекции 780 KB
advertisement
1 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз Жизненный цикл клетки Жизненный цикл каждой клетки состоит из нескольких периодов. Клетка, которая находится в нормальном своём состоянии и не переходит к делению, находится в фазе G0 – фазе покоя. В этой фазе находятся все клетки, которые прошли дифференцировку, и некоторые недифференцированные клетки. по ст си н пе т В фазе G2 – постсинтетическом периоде, в клетке происходит синтез белков, необходимых для осуществления процесса деления. ий ск е ич ет иод р мит оз G0 M апоптоз Клетки из стадии G0 могут перейти в стадию апоптоза, то есть клеточной смерти, G2 или д рио че нтерф а п ио ск ий ер ий ск пе и S G1 за синтети Из фазы G1 клетка переходит в S-фазу – синтетический период. В этой фазе происходит удвоение ДНК – репликация. Все фазы кроме деления клетки называются интерфазой. д ин прес те ч ти е в стадию G1 – пресинтети­ческий период, с которого начинается процесс клеточного деления. В этом периоде синтезируется РНК и белки, необходимые для репликации ДНК. 2 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз Геном эукариот Строение хромосомы Генетический аппарат эукариот состоит из нескольких молекул ДНК, которые находятся в ядре и связаны с белками. Каждая такая молекула ДНК, связанная с белком, называется хромосомой. Хромосомы отличаются друг от друга по длине, форме и генетическому составу. Каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК, но во время репликации количество ДНК удваивается. Количество ДНК обозначается буквой c. Таким образом, если изначальный организм имел гаплоидный набор хромосом 1n1c, после репликации его плоидность сохранится, но количество ДНК увеличится вдвое до 1n2c. Если генетический аппарат представлен одной копией каждой хромосомы, он называется гаплоидным и обозначается буквой n: n гаплоидный Если каждая хромосома встречается в ядре два раза – он называется диплоидным, 2n: 2n 1n 1c 1n 2c Если изначальный набор был диплоидный, то и количество ДНК также двойное: 2n2c. После репликации количество ДНК также увеличивается вдвое до 2n4c. диплоидный Таким образом, плоидность – это количество одинаковых наборов хромосом: n – гаплоидность, 2n – диплоидность, 3n – триплоидность, 4n – тетраплоидность. Полиплоидностью называется любая ситуация, когда количество хромосомных наборов больше 2. 2n 2c 2n 4c 3 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз Митоз Большинство животных и высших растений являются диплоидными, поэтому рассмотрим процесс митоза на примере диплоидной клетки. пресинтетический период G1 постсинтетический период G2 A a B b B B b b d D d d D D 2n 2c В пресинтетическом периоде (G1) в такой клетке содержится диплоидный набор хромосом, то есть каждая хромосома представлена двумя копиями, которые называются гомологичными хромосомами. Они несут в себе одинаковые гены, однако у них могут быть незначительные отличия в последовательности нуклеотидов ДНК. Обозначим эти различия буквами A, B и D. Для удобства разные варианты этих участков мы обозначим большими и маленькими буквами. Каждая хромосома содержит в себе одну молекулу ДНК: 2n2c. A A a a 2n 4c После удвоения молекул ДНК в S-периоде, клетка вступает в постсинтетический период (G2), где каждая хромосома из диплоидного набора содержит две молекулы ДНК – 2n4c, причем отличия между хромосомами сохраняются в новосинтезированной молекуле. 4 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз Весь процесс митотического деления делится на 4 фазы: B a a A a A B B d d b b D D 1 Профаза В профазе разрушается ядерная оболочка, а хромосомы конденсируются и становятся различимы в световой микроскоп. Строение и число хромосом не меняются – 2n4c. b Метафаза Образуется веретено деления. Центриоли расходятся к полюсам клетки и от них отходят микротрубочки – нити веретена деления. Хромосомы выстраиваются на экваторе клетки. Такая картина называется «метафазной пластинкой». A A a a B B d d b b D D 4n 4c A A a a B B d d b b D D B b a A d D 4 2n 2c Телофаза Хромосомы полностью разошлись к полюсам клетки. Образуется ядро, происходит цитокинез – разделение клетки на две. Таким образом, образуются две идентичные клетки, которые содержат ту же информацию, что и материнская. Содержание ДНК и хромосом в них возвращается к изначальному – 2n2c. 2n 4c 3 Анафаза Хромосомы делятся по центральной части (центромере) на 2 части, каждая из которых содержит по одной молекуле ДНК. Такая хромосома, состоящая из одной молекулы, называется хроматидой. Таким образом, количество хромосом удваивается. Количество ДНК при этом не изменилось – 4n4c. d D 2n 2c 2n 4c 2 A a B b A B b d d D a A D 2n 2c 2n 2c 5 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз Мейоз Для большинства эукариотических организмов характерно наличие редукционного деления – мейоза, в результате которого из диплоидных клеток образуются гаплоидные. Мейоз, в отличии от митоза, включает в себя два последовательных деления, с фазами, аналогичными фазам митоза: профазой, метафазой, анафазой и телофазой. A B b d D a 1 Профаза I В профазе I также разрушается ядерная оболочка, хромосомы конденсируются. Но в отличии от митоза, гомологичные хромосомы тесно связываются между собой, образуя биваленты. В бивалентах происходит процесс кросинговера. A 2 2n 4c A A B b d D Метафаза I Биваленты выстраиваются на экваторе клетки, к ним прикрепляются нити веретена деления. 2n 4c a a B B b b d d D D 2n 4c a 3 Анафаза I К полюсам расходятся гомологичные хромосомы, а не хроматиды, как при митозе. Хромосомный набор при этом сохраняется – 2n4c. A A a a B B b b d d D D 1n 2c 1n 2c 4 Телофаза I Ядерная оболочка в большинстве случаев не образуется. Количество хромосом в новых клетках сокращается до гаплоидного набора: 1n2c. 6 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз A A a B B b b d d D D 1n 2c 5 a A d B a D b A d B a D b 1n 2c 1n 2c A d B a D b A d B a D b 2n 2c Профаза II Во второе деление вступают две гаплоидные клетки с удвоеным количеством ДНК в каждой хромосоме. 2n 2c 7 Анафаза II Аналогично митотическому делению, в анафазе II мейоза к полюсам отходят хроматиды, содержащие по одной молекуле ДНК. Таким образом, изменяется хромосомный набор клеток : 2n2c. 1n 2c 1n 1c 1n 1c A D b d B a d B a A 1n 1c 6 Метафаза II Плоскость деления во второй метафазе перпендикулярна таковой в первом делении. По экватору выстраиваются хромосомы. D b 1n 1c 8 Телофаза II В результате мейоза образуются 4 гаплоидные клетки с одинарным количеством ДНК в каждой из них: 1n1c. 7 Решение генетических задач • Жизненный цикл клетки. Митоз. Мейоз МИТОЗ МЕЙОЗ 1 деление 2 деления 2 клетки 4 клетки 2n 2c 1n 1c a A A b B D d 2n 2c Нет кроссинговера 1n 1c b D Есть кроссинговер A a B b d D
