Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

§ 24. ХРОМОСОМИ, ЇХНІ ФУНКЦІЇ ТА БУДОВА

У кожній хромосомі є сотні ознак, закодованих лінійними рядами генів, подібно до дорогоцінних перлин у дивному намисті життя.

Від автора

Основні поняття й ключові терміни: ХРОМОСОМИ. Каріотип.

Пригадайте! Що таке хроматин?

Знайомтеся!

Досить часто запорукою наукового відкриття є поєднання якостей науковця з удалим вибором об’єкта дослідження. Перед вами автори відкриття ролі хромосом у спадковості.

Томас Хант Морган (1866 - 1945) - видатний біолог, один із засновників сучасної генетики, лауреат Нобелівської премії у галузі фізіології та медицини (1933).

Дрозофіла чорночерева (Drosophila melanogaster) (тривалість життя при +25 °С - близько 14 днів) - комаха ряду Двокрилі, яка є незамінним модельним об’єктом генетичних досліджень. У неї всього 4 пари хромосом (2n = 8).

ЗМІСТ

Яка роль хромосом у спадковості?

ХРОМОСОМИ (від грец. хроматос - забарвлений, сома - тільце) - структури клітин еукаріотів, що забезпечують збереження, розподіл та передачу спадкової інформації. Частіше за інших першовідкривачем хромосом називають німецького анатома В. Флеммінга (1843 - 1905). Саме він застосував анілінові барвники для обробки ядерних структур. Термін «хромосоми» в 1888 р. ввів у науковий обіг Г. Вальдеєр (1836 - 1921). Ці дослідження започаткували цитогенетеку - розділ, що вивчає роль хромосом у спадковості.

Хромосоми формуються з ядерного матеріалу хроматину перед поділом клітин. У їхньому складі основна частка припадає на ДНК та ядерні білки. Нуклеотиди ДНК кодують спадкову інформацію, а ядерні білки-гістони організовують компактне просторове розташування молекул ДНК для зберігання цієї інформації. Перед поділом клітини однохроматидні хромосоми подвоюються, ущільнюються й стають двохроматидними. Відбуваються ці процеси для розподілу й передачі спадкової інформації наступному поколінню клітин.

Кількість хромосом у клітинах еукаріотів різних видів є різною і не залежить від рівня організації, а також не завжди вказує на філогенетичну спорідненість (табл. 5).

Таблиця 5. КІЛЬКІСТЬ ХРОМОСОМ У ДЕЯКИХ ВИДІВ ЕУКАРІОТІВ

Організм

Кількість

Малярійний плазмодій

2

Дрозофіла чорночерева

8

Муха кімнатна

12

Пирій

14

Помідори

24

Людина розумна

46

Шимпанзе

48

Рак річковий

118

Амеба протей

500

Радіолярія

1 600

Іл. 58. Будова хромосоми: 1 - однохроматидна хромосома; 2 - двохроматидна хромосома; 3 - центромера; 4 - теломери;

5 - сестринські хроматиди; 6 - нитки веретена поділу; 7 - кінетохори

Основні функції хромосом взаємопов’язані з будовою. Для збереження, розподілу та передачі спадкової інформації в хромосомах наявні такі елементи будови, як сайти початку реплікації, центромери і теломери. Сайти початку реплікації - послідовність нуклеотидів, що визначає початок самоподвоєння молекули ДНК. Центромера - частина хромосоми, що поділяє її на два плеча.

На ній розташовуються білки-кінетохори, до яких під час розподілу генетичного матеріалу прикріплюються нитки веретена поділу. Теломери - ділянки на кінцях лінійних хромосом, що перешкоджають їх з’єднанню між собою та відновленню за допомогою ферменту теломерази втрачених після поділу ділянок (іл. 58).

Отже, хромосоми є матеріальними носіями спадковості усіх еукаріотичних організмів, і їхні функції тісно взаємопов'язані з хімічним складом та будовою.

Як відбуваються спіралізація та конденсація хромосом?

У кожній хромосомі міститься лише одна молекула ДНК, яка досягає декількох сантиметрів. Так, у людини довжина ДНК найбільшої хромосоми - близько 7 см, а загальна довжина всіх 46 молекул ДНК в одному ядрі клітини людини становить близько 2 м. Яким чином хромосоми поміщаються в мікроскопічному ядрі, розміром 5 мкм? Це досягається за рахунок спіралізації та конденсації (від лат. condensatio - ущільнення) хромосом, що забезпечує багаторівневу організацію хроматину (іл. 59). Можливості такої організації вражають. Так, у людини довжина розкрученої ДНК найменшої хромосоми становить близько 14 000 мкм, а її довжина після ущільнення - лише 2 мкм. Які ж є рівні організації хромосом?

Подвійна спіраль молекули ДНК на нуклеосомному рівні організації накручується на ядерні частинки-нуклеосоми, що складаються з 8 - 10 білкових молекул. Хроматин набуває вигляду намиста перлин (глобули білка діаметром 11 нм) на нитці (спіраль ДНК), а рівень ущільнення — 6 - 7 разів. Нуклеомерний рівень виникає завдяки спіралізації й формуванню нуклеомерної фібрили діаметром 30 нм із кроком спіралі в 6 - 8 нуклеосом. Рівень ущільнення нитки ДНК досягає 40 разів. Хромомерний рівень пов’язаний вже не із спіралізацією, а з утворенням поперечних петель вздовж хромосоми під час конденсації.

Іл. 59. Рівні організації хромосом: 1, 2, 3 - нуклеосомний; 4 - нуклеомерний; 5 - хромомерний; 6 - хроматидний; 7 - хромосомний

Загальний рівень ущільнення досягає вже 1 000 разів, а діаметр такої структури - близько 300 нм. Хроматидний рівень виникає у зв’язку з подальшим укладанням структури нижчого рівня ієрархії та утворенням хроматиди діаметром 700 нм. Хромосомний рівень характерний для метафазної хромосоми, що має діаметр 1 400 нм.

Отже, організація хромосом має багаторівневий ієрархічний порядок, завдяки якому рівень загального ущільнення досягає 7 000 - 10 000 разів.

Які особливості організації набору хромосом?

Каріотип - сукупність ознак хромосомного набору (кількість хромосом, форма, розміри). Кожному видові організмів властивий певний каріотип (іл. 60). Основними правилами організації каріотипу, є:

■ правило специфічності - особливості каріотипу особин виду залежать від кількості, розмірів та форми хромосом;

■ правило стабільності - кожний вид еукаріотичних організмів має певну і постійну кількість хромосом (наприклад, у дрозофіли - 8 хромосом, улюдини - 46);

■ правило парності - в диплоїдному наборі (2п) кожна хромосома має собі пару, подібну за розмірами та формою. Такі хромосоми називаються гомологічними;

■ правило індивідуальності — кожна пара гомологічних хромосом має свої особливості. Так, при порівнянні хромосомних наборів чоловічих та жіночих особин одного виду спостерігається відмінність в одній парі хромосом. Ця пара отримала назву статевих хромосом. Решта пар гомологічних пар хромосом, однакових в обох статей, мають загальну назву аутосоми;

■ правило наступності (неперервності) - завдяки здатності хромосом до подвоєння під час поділу клітини у наступних поколіннях клітин одного виду зберігається не лише стале число хромосом, а й їхні індивідуальні особливості.

Хромосомний набір буває диплоїдним, гаплоїдним, поліплоїдним. Гаплоїдний набір - це половинний набір, у якому всі хромосоми відрізняються одна від одної будовою (його умовно позначають 1n). Диплоїдний набір - це парний набір, у якому кожна хромосома має парну хромосому, подібну за будовою та розмірами (2га). Поліплоїдний набір - це набір хромосом, кратний гаплоїдному (3n, 4n, 5n тощо).

Отже, клітини кожного виду еукаріотів мають свій особливий набір хромосом - каріотип.

Іл. 60. Каріотип дрозофіли чорночеревої (самка - 6А+ХХ, самець - 6А+ХY, де А - аутосоми, Х, Y - статеві хромосоми)

ДІЯЛЬНІСТЬ

Кросворд «Хромосоми»

Отримайте у виділених клітинках назву білкових сполук, що беруть активну участь у конденсації хромосом на перших її етапах.

1. Наука про особливості хромосом.

2. Хромосомний набір.

3. Хромосоми набору, подібні в особин протилежної статі.

4. Первинна перетяжка хромосом.

5. Кінцеві ділянки хромосом.

6. Білки центромер, до яких прикріплюються нитки веретена поділу.

7. Органічні сполуки, що беруть участь в утворенні хромосом.

Завдання на застосування знань

Розгляньте ілюстрацію каріотипу людини, вкажіть особливості його організації (кількість, форма, розміри, відмінності за статтю). Зробіть скорочений запис каріотипів жінки та чоловіка.

Каріотип людини: а - жінки; б - чоловіка

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Наука

Американські науковці Е. Блекберн, К.Г рейдер і Д. Шостак з’ясували, яким чином хромосоми зберігають свою цілісність під час поділу клітини. Причина цього - в кінцях хромосом, відомих, як теломери. За ці дослідження науковці стали лауреатами Нобелівської премії 2009 р. у галузі фізіології та медицини. Яке значення для людини мають ці та інші знання організації хромосом та каріотипу?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке хромосоми? 2. Назвіть функції хромосом. 3. Що таке конденсація хромосом? 4. Назвіть рівні організації хромосом. 5. Що таке каріотип? 6. Назвіть правила організації каріотипу.

7 - 9

7. Яка роль хромосом у спадковості? 8. Як відбувається конденсація хромосом? 9. Які особливості організації набору хромосом?

10 - 12

10. Яке значення для людини мають знання організації хромосом та каріотипу?





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити