КОНТРОЛЬНА РОБОТА

з біології

В яких фазах мітозу відбувається спіралізація і де спіралізація
хромосом? В чому суть цих процесів?

До числа найважливіших змін у клітині, які відбуваються в інтерфазі і
готують клітину до поділу, належать спіралізація і скорочення хроматид;
подвоєння центріолей; синтез білків майбутнього ахроматинового веретена,
синтез високоенергетичних сполук (в основному АТФ). Клітина припиняє
свій ріст і готова вступити в профазу мітозу.

Мітоз — складний процес поділу ядра, внаслідок якого відбувається точний
розподіл комплексу хромосом з наявною в них ДНК між дочірніми клітинами
(мал. 1).

Процес мітозу поділяють на чотири фази: профаза, метафаза, анафаза і
телофаза, кожна з яких без різкої межі змінює одна одну.

Мал. 1. Схема мітозу в гіпотетичній клітині, яка має дві хромосоми
(показано процес зміни хромосом і клітинного центру): 1—3 — профаза; 4 —
прометафаза; 5 — метафаза; 6 — анафаза; 7,8 — телофаза; а — центромера;
б — ядерце; в — центріоль; г — хромосома; д — ядерна оболонка

Профаза. На самому початку профази дві центріолі клітинного центру
відходять одна від одної до протилежних полюсів клітини, ядро клітини
збільшується в розмірах у 1,5 раза. Тоненькі і довгі нитки хроматину
(інтер фазна хромосома), яких практично не видно під оптичним
мікроскопом в інтерфазному ядрі, вкорочуються і товщають, стають добре
помітними хромосомами. Між грудочками хроматину, які в інтерфазі були
ділянками спіралізованих хромосом (гетерохроматин), у профазі
з’являються щільні нитки із знову спіралізованих хромосом, внаслідок
чого утворюються паличкоподібні хромосоми. На початку профази хромосоми
розміщені хаотичним клубком, але вже на цій стадії видно, що кожна
хромосома складається з двох спіралеподібних ниток — хроматид, які
прилягають одна до одної по всій довжині, але сполучені між собою лише в
ділянці первинної перетяжки (центромери). Центромера — це найтонша
(найменш спіралізована) ділянка хромосоми, яка ділить хромосому на два
плеча. Місце розташування центромери у кожної пари хромосом постійне,
воно зумовлює їхню форму. Залежно від місця розташування центромери
розрізняють метацентричні (плечі майже однакові), субметацентричні
(плечі різної довжини) та акроцентричні (одне плече майже непомітне)
хромосоми. У деяких хромосом можуть бути і вторинні перетяжки (мал. 2).
В кінці профази зникає ядерце і розчиняється оболонка ядра під дією
ферментів лізосом. У результаті клубок хромосом виявляється в
центральній частиш клітини. Одночасно з’являється ахроматинова фігура,
що складається з тонких ниток, які йдуть від полюсів клітини (або від
центріолей у клітинах тварин). Ахроматинова фігура має вигляд веретена
(її називають веретеном поділу), загостреними кінцями вона спрямована до
полюсів клітини, а розширена її частина розташовується в центрі клітини.
Ахроматинові нитки — це тоненькі трубочки, одні з яких короткі і
прикріплені одним кінцем до первинної перетяжки хромосоми, а іншим до
центріолей (або до «полярної шапочки» у вищих рослин), інші — довгі,
вони зв’язують обидва полюси веретена. За своїм хімічним складом це
білки, які здатні до скорочення.

Метафаза. В цю фазу хромосоми переміщуються по цитоплазмі і
розташовуються впорядковано в середній (екваторіальній) площині клітини,
перпендикулярній до ниток ахроматинової фігури. Хромосоми в цей час
мають найменші розміри, під мікроскопом добре видно, що вони складаються
з двох сполучених між собою в первинній перетяжці хроматид. Саме в цій
фазі структура та індивідуальні особливості кожної хромосоми помітні
особливо чітко. У клітинах організму людини найбільші хромосоми в цей
період мають розміри близько 10 мкм, а найменші — близько 2 мкм.
Визначення числа і вивчення структури хромосом зазвичай проводять у цю
фазу («метафазна пластинка»).

Мал. 2. Будова хромосоми:

/ — пелікула; 2 — хроматиди; 3 — матрикс; 4 — відповідно мала і велика
спіралі; 6, 7 — відповідно первинна і вторинна перетяжки; 8 — супутник

Анафаза. В цю фазу парні хроматиди (це одна хромосома) відділяються одна
від одної і починають порівняно швидко переміщуватися до протилежних
полюсів клітини. Кожна хроматида при цьому стає самостійною дочірньою
(точніше, сестринською) хромосомою. Хромосоми, що розходяться, набувають
форми зігнутих під гострим кутом ниток, причому місце згину розташоване
в ділянці центро МЄРИ і спрямоване до полюса клітини, а кінці хромосом —
До її центру. Кількість хромосом і їхня структура на кожному полюсі
клітини однакові, оскільки одна хроматида кожної хромосоми виявляється
на протилежному полюсі.

Рух усіх хромосом в анафазі розпочинається одночасно внаслідок
скорочення ниток ахроматинової фігури. Наприкінці анафази на двох
протилежних полюсах клітини є щільні скупчення із хромосом, структура
яких стає менш чітко видимою внаслідок поступової деспіралізації їх.

Телофаза. Внаслідок деспіралізації хромосом утворюються клубки із довгих
ниток, які переплітаються одна з одною, що характерно для ядра в період
між поділами. Навколо кожного з клубків виникає ядерна оболонка,
з’являються ядерця. У цитоплазмі зникають ахроматинові нитки і клітина
поділяється на дві частини (цитокінез) шляхом перешнурування в
екваторіальній площині (у тварин) або шляхом утворення перегородки з
мембран ендоплазматичної сітки (у рослин). Органели клітини при цьому
розподіляються між дочірніми клітинами більшменш рівномірно.

Після закінчення мітозу обидві дочірні клітини переходять у порівняно
довгий період інтерфази. Тривалість кожної з фаз мітозу різна. У
клітинах ссавців профаза триває 25—30 хв, метафаза — 6—15, анафаза —
8—14, телофаза — 10—40 хв. У рослин і холоднокровних тварин тривалість
мітозу змінюється залежно від температури.

Біологічне значення мітозу полягає не лише у збільшенні кількості
клітин, а й у чіткому розподілі хромосом і всього генетичного матеріалу
клітини між двома дочірніми клітинами. Порушення нормального перебігу
мітозу й утворення зміненого числа хромосом у дочірніх клітинах
призводить до значних порушень нормальних функцій і навіть до загибелі
клітин.

Отже, спіралізація відбувається в профазі, деспіралізація в анафазі.
Значення пояснюється тим, що між грудочками хроматину, які в інтерфазі
були ділянками спіралізованих хромосом (гетерохроматин), у профазі
з’являються щільні нитки із знову спіралізованих хромосом, внаслідок
чого утворюються паличкоподібні хромосоми. Внаслідок деспіралізації
хромосом утворюються клубки із довгих ниток, які переплітаються одна з
одною, що характерно для ядра в період між поділами. Навколо кожного з
клубків виникає ядерна оболонка, з’являються ядерця.

Яке генетичне та загальнобіологічне значення

процесу реплікації ДНК?

Реплікація (англ. replica — відбиток) ДНК — процес самовідтворення
макромолекул нуклеїнових кислот, який забезпечує точне копіювання
генетичної інформації і передавання її з покоління в покоління.
Самоподвоєння молекули ДНК відбувається в період інтерфази перед поділом
клітин. При цьому молекула ДНК розкручується і з одного кінця спіраль
розділяється на окремі ланцюги. Біля кожного з них із вільних
нуклеотидів, які є в ядрі клітини, розпочинається синтез другого ланцюга
ДНК. Цей синтез відбувається за принципом комплементарності.

В результаті замість однієї молекули ДНК утворюються дві молекули такого
самого нуклеотидного складу, як і початкова. Один ланцюг у кожній
новоутвореній молекулі ДНК походить від початкової молекули
(материнський ланцюг), а другий синтезується заново (дочірній). Як
процес розділення молекули ДНК на два ланцюги, так і процес синтезу
нових ланцюгів здійснюється за рахунок дії низки ферментів
(ДНК-полімерази, ДНК-лігази).

Синтез ДНК і дістав назву саморепродукції, або реплікації: кожна
молекула ДНК начебто сама себе подвоює.

Мал. Схема біосинтезу білка в клітині:

а — реплікація; б — транскрипція; д — трансляція; 1 — ДНКполімераза; 2 —
РНКполімераза; 3 — рибосомальна РНК; 4 — інформаційна РНК (ІРНК); 5 —
рибосоми; 6 — білкові ланцюги; 7 — ферменти; 8 — амінокислоти; 9 —
транспортна РНК (тРНК)

Покажіть в чому подібність і відмінність

комбінативної і мутаційної мінливості?

Мінливість — це явище, певною мірою протилежне спадковості, і
виявляється в тому, що у будь-якому поколінні Окремі особини чимось
відрізняються і одна від одної, і від своїх батьків. Відбувається це
тому, що властивості й ознаки кожного організму — це результат взаємодії
двох причин: спадкової інформації і конкретних умов зовнішнього
середовища, які можуть впливати як на зміну спадкових задатків, так і на
варіабельність виявлення їх.

Генотипову (або спадкову) мінливість прийнято поділяти на комбінативну і
мутаційну.

Комбінативна мінливість пов’язана з отриманням нових комбінацій генів у
генотипі. Досягається це в результаті трьох процесів: незалежного
розходження хромосом під час мейозу; випадкового сполучення їх під час
запліднення; обміну генами в гомологічних хромосомах у разі перехресту.
Самі по собі гени внаслідок цього не змінюються, проте нові їхні
сполучення зумовлюють появу організмів з новими фенотипами.

Ч. Дарвін встановив, що багато сортів культурних рослин і порід
свійських тварин з’явилися завдяки гібридизації предків. Він надавав
великого значення комбінативній мінливості, оскільки їй, поряд з
добором, належить важлива роль в утворенні нових форм як у природі, так
і в народному господарстві.

Слід підкреслити, що біологічне значення статевого розмноження полягає у
можливості отримання нових комбінацій спадкової інформації. Саме тому
статеве розмноження так поширене в природі, й, отже, ця мінливість має
велике значення для еволюції.

Мутаційна мінливість. Процес мейозу супроводжується не лише
комбінуванням генотипу, а й значною реорганізацією окремих генів —
мутаціями. Мутації виникають раптово, стрибкоподібне й іноді різко
відрізняють організм від вихідної форми.

Рослинникам і тваринникам спадкові зміни були відомі давно. Деякі з них
описав Ч. Дарвін у праці «Про мінливість домашніх тварин і культурних
рослин» (1868). Мутаційній мінливості присвятили свої праці
С.І.Коржинський (1899) і де Фріз (1901). Останньому належить термін
«мутації».

Мутації відомі у всіх класів тварин, рослин, грибів, бактерій, вірусів.
З мутаційною мінливістю пов’язана еволюція — процес утворення нових
видів, сортів і порід. За характером змін генетичного апарату
розрізняють мутації, зумовлені як зміною числа хромосом (геномні) та
їхньої структури (хромосомні), так і змінами молекулярної структури гена
(генні, або точкові, мутації).

Збільшення числа хромосом, кратне гаплоїдному набору (Зп, 4л і т. д.),
називають поліплоїдією. Виникнення поліплоїдів пов’язане з порушенням
мейозу. Поліплоїдію широко використовують у селекції. Детальніше вона
буде розглянута нижче.

Зміни в будові хромосом виникають у результаті того, що під час поділу
клітини окремі ділянки хромосом можуть відриватися і губитися або
приєднуватися до іншої гомологічної чи негомологічної хромосоми. Це
також спричинює зміни спадкових властивостей.

Більшість мутацій, з якими пов’язані еволюція органічного світу і
селекція, — генні мутації. Вони є наслідком змін ділянок молекули ДНК,
перестановки нуклеотидів, випадання окремих із них або вмонтування
нового нуклеотиду.

Мутації можуть виникати у будь-яких клітинах, тому розрізняють мутації
соматичні і генеративні (у статевих клітинах). Біологічне значення цих
мутацій нерівнозначне і пов’язане з характером участі їх у розмноженні
організмів.

Під час поділу соматичної клітини після виникнення мутації нові
властивості передаються її потомкам. Тому в разі вегетативного
розмноження нова ознака, що виникла внаслідок мутації в соматичній
клітині, може зберігатися у потомків. Якщо у рослини мутаційні зміни
відбулися в клітині, з якої утворюється брунька, а потім пагін, то
останній нестиме нові властивості. Так, на кущі чорної смородини може
з’явитися гілка з білими ягодами. Із соматичної мутації на яблуні
Антонівці звичайній І. В. Мічурін вивів новий сорт — Антонівку півтора
фунтову.

Під час статевого розмноження ознаки, які з’явилися внаслідок соматичних
мутацій, потомкам не передаються і в еволюції жодної ролі не відіграють.
Проте в індивідуальному розвитку вони можуть впливати на формування
ознаки: чим раніше (наприклад, до формування бластули) виникне соматична
мутація, тим більшою виявиться ділянка, клітини якої несуть цю мутацію.
Такі особини називають мозаїками. Мозаїками, наприклад, є люди, в яких
різний колір правого і лівого ока, або тварини певної масті, в яких на
тілі з’явились плями іншого кольору.

Якщо мутації відбуваються у клітинах, з яких розвиваються гамети, або у
статевих клітинах, то нова ознака виявиться у найближчому або у
наступних поколіннях. Спостереження довели, що майже всі мутації
шкідливі для організму. Це пояснюють тим, що в організмі функціонування
всіх органів добре збалансоване між собою і з зовнішнім середовищем.
Порушення існуючої рівноваги зазвичай призводить до зниження
життєздатності або до загибелі організму. Мутації, які негативно
впливають на життєдіяльність, називають семілетальними, або
напівлетальними. Мутації, не сумісні з життям, називають летальними.
Проте незначна частина мутацій може виявитись корисною. Такі мутації
створюють матеріал для еволюції, а також для селекції цінних порід
свійських тварин і культурних рослин. Можливі види мутацій подано нижче.

До яких біологічних наслідків може привести набування популяціями і
видами нових пристосованих ознак?

Більшість мутацій рецесивні, і в популяції вони спочатку нагромаджуються
в гетерозиготному стані. Тому фенотипово популяція однорідна, хоча й
насичена різноманітними рецесивними мутаціями. У разі досягнення досить
великої концентрації гетерозигот з’являються рецесивні гомозиготи, які
потрапляють під контроль природного добору. Якщо нові ознаки виявляються
сприятливими, вони підхоплюються добором і число таких організмів у
популяції швидко зростає.

Надмірне збільшення чисельності популяцій може спричинити нестачу
кормів. У цьому разі у деяких видів (наприклад, мишоподібних гризунів)
падає плодючість. Деякі птахи (синиці, лелеки, журавлі стерхи) вбивають
частину потомства, зазвичай хворих і ослаблених пташенят. Непомірне
зростання чисельності популяцій зумовлює спалахи епізоотій, які знижують
чисельність популяцій. Однак і в цьому разі виживають найпристосованіші,
наприклад ті, що мають природжений імунітет до даних захворювань.

Похожие записи