Соматические клетки — клетки тела животного или растения (т.е. неполовые клетки). В соматических клетках (клетках тела) число хромосом обычно в два раза больше, чем в зрелых половых клетках. Это объясняется тем, что при оплодотворении половина хромосом приходит от материнского организма (в яйцеклетке) и половина от отцовского (в сперматозоиде), т.е. в ядре соматической клетки все хромосомы парные. Причём хромосомы каждой пары отличаются от других хромосом. Такие, одинаковые по форме и размеру хромосомы, несущие одинаковые гены, называют гомологичными. Одна из гомологичных хромосом является копией материнской хромосомы, а другая — копией отцовской. Хромосомный набор, представленный парными хромосомами, называют двойным или диплоидным, и обозначают 2n.
Клетки человека отличаются от клеток шимпанзе количеством хромосом: у человека 23 пары хромосомы, у высших обезьян − 24. Шимпанзе — самый близкий наш сородич с почти таким же, как у нас, кариотипом (особенно близок к нам по хромосомам карликовый шимпанзе).
Хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет пару — двойной или диплоидный (2n). Количество ДНК, соответствующее диплоидному набору хромосом, − 2с. В половые клетки из каждой пары гомологичных хромосом попадает только одна, поэтому хромосомный набор гамет одинарный или гаплоидный (1n).
Сфагнум может размножаться как спорами, так и вегетативно.
Размножение спорами является основным при расселении сфагнума на большие расстояния — новые или пострадавшие от пожара или хозяйственной деятельности участки. В верхней части растения созревают коробочки на ножках, в которых и формируются споры.
Для образования растения из споры необходимо, чтобы она попала на подходящую почву — влажный торф. Крупные споры имеют больший запас питательных веществ и, следовательно, лучшие шансы дождаться подходящих условий.
Процесс развития женских половых клеток — яйцеклеток из зачатков эпителия (оогенной ткани). Онтогенез происходит в яичниках в три фазы: размножение, рост и созревание. Первая фаза — размножение — клетки диплоидной ткани зачаткового эпителия многократно делятся путём митоза, образуя диплоидные же клетки ооциты (овоциты) первого порядка.
Хромосомы — главнейшие структуры ядра. В период между делением клеток (в интерфазе) хромосомы не видны. Они могут быть в двух состояниях: спирализованные — короткие и плотные, хорошо видные в световой микроскоп; деспирализованные (раскрученные) — длинные и тонкие, именуемые хроматином (окрашенным веществом). В химическом составе хромосом и хроматина нет никаких различий; это молекулы ДНК и протеиды (белки), образующие вместе нуклеотид. В метафазе делящейся клетки хорошо видно, что каждая хромосома состоит из двух продольно симметричных половин — хроматид. В специализированных клетках хромосомы обычно однохроматидные. Хромосома имеет первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. Центромера соединяет между собой обе хроматиды и служит местом прикрепления нитей веретена деления клеток. Главная функция хромосом — хранение и передача наследственной информации, носителем которой является молекула ДНК — гены — ответственны за каждый конкретный признак или свойство организма. Наследственная информация из клетки в клетку передаётся путём удвоения молекулы ДНК (репликации), транскрипции и трансляции.
Хромосома состоит из ДНК и белка. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Белки играют важную роль в упаковке молекул ДНК в ядре. Перед делением клетки ДНК плотно скручивается, образуя хромосомы, а ядерные белки — гистоны — необходимы для правильной укладки ДНК, в результате которой её объём во много раз уменьшается. Каждая хромосома образована одной молекулой ДНК.
Мейоз — особый вид деления клетки, в результате которого дочерние клетки становятся гаплоидными. Мейоз представляет собой два деления, идущих одно за другим; редупликация ДНК проходит только один раз. Все необходимые вещества и энергия (АТФ) накапливаются в интерфазе I, интерфаза II практически отсутствует.
Первое деление мейоза.
1. Профаза I — спирализация хромосом с образованием бивалентов (структура состоящая из двух хромосом и четырёх хроматид), конъюгации хромосом — сближение двух гомологичных хромосом по всей длине и кроссинговер — обмен участками гомологичных хромосом, исчезновение ядрышка, образование веретена деления, разрушение ядерной оболочки. (2n 2chr 4c) — 1n бивалент
2. Метафаза I — расположение пар (бивалентов) гомологичных хромосом на экваторе клетки. (2n 2chr 4c) — 1n бивалент
3. Анафаза I — расхождение гомологичных хромосом, состоящих из двух хроматид, к противоположным полюсам клетки, (происходит редукция числа хромосом). (1n 2chr 2c) — у каждого полюса клетки.
4. Телофаза I — формирование ядер, деление цитоплазмы — образование двух дочерних клеток. (1n 2chr 2c) — в каждом образовавшемся ядре.
Второе деление мейоза.
5. Профаза II — незначительная спирализация хромосом, образование веретена деления, разрушение ядерной оболочки. (1n 2chr 2c)
6. Метафаза II — упорядоченное расположение хромосом, состоящих из двух хроматид, на экваторе клетки. (1n 2chr 2c)
7. Анафаза II — расхождение дочерних хроматид к противоположным полюсам клетки. (1n 1chr 1c) — у каждого полюса.
8. Телофаза II — исчезновение веретена деления, деспирализация хромосом, образование ядерных мембран, деление цитоплазмы, образование новых клеточных мембран, формирование четырёх дочерних клеток. (1n 1chr 1c) — в каждом образовавшемся ядре.
Мейоз служит основой полового размножения и комбинативной изменчивости.
В интерфазной клетке хроматин имеет вид мелкозернистых нитевидных структур, состоящих из молекул ДНК и белковой (нуклеопротеиновой) обкладки. В делящихся клетках хроматиновые структуры спирализуются и образуют хромосомы. Хромосома состоит из двух хроматид, и после деления ядра становится однохроматидной.
Молекула ДНК в хромосомах тесно связана с двумя классами белков — гистонами (основные белки) и негистонами (кислые белки). Гистоны — это небольшие по величине белки с высоким содержанием заряженных аминокислот (лизина и аргинина) они необходимы для сборки и упаковки нитей ДНК в хромосомы.
Прессинтетический G1 | Синтетический S | Постсинтетический G2 |
2-3 часа | 6-10 часов | 2-5 часов |
клетка растёт, накапливает (АТФ) и вещества для удвоения ДНК |
| накапливается энергия (АТФ) для митоза, синтез белков микротрубочек |
2n 1chr 2c | 2n 2chr 4c | 2n 2chr 4c |
Интерфаза — подготовка клетки к делению, состоит из трёх периодов.
Обозначения генетического материала.
1n – гаплоидный набор хромосом
2n – диплоидный набор хромосом
chr – количество
хроматид в одной хромосоме
c– количество хроматид в наборе хромосом
2c – количество ДНК, соответствующее диплоидному набору хромосом
В хромосомах человека содержатся гены (46 единиц), образующие 23 пары. Одна пара этого набора определяет пол человека. Набор хромосом женщины содержит две Х хромосомы, мужчины — одну Х и одну У. Во всех остальных клетках организма человека содержится вдвое больше, чем в сперматозоидах и яйцеклетки.
В анафазе (4) сестринские хроматиды разъединяются под действием веретена: сначала в области центромеры, а затем и по всей длине. С этого момента они становятся самостоятельными хромосомами. Нити веретена растягивают их к разным полюсам. Таким образом, за счёт идентичности дочерних хроматид у двух полюсов клетки оказывается одинаковый генетический материал: такой же, какой был в клетке до начала митоза.
Количество генетического материала 2n 1chr 2c у каждого полюса клетки.
1 этап – сближение сперматозоида и яйцеклетки | 2 этап – проникновение одного сперматозоида в яйцеклетку | 3 этап – слияние ядер сперматозоида и яйцеклетки, восстановление диплоидности |
Зигота — первая клетка нового организма, которая в ядре содержит генетический материал сперматозоида и яйцеклетки, т.е. восстанавливается диплоидный набор хромосом: =n + n = 2n.
Митоз — непрямое деление соматической эукариотической клетки, включает в себя четыре фазы. В результате митоза наследственный материал материнской клетки сначала удваивается, а затем равномерно распределяется между дочерними клетками. Продолжительность митоза у животных клеток составляет 30-60 минут, а у растительных — 2-3 часа.
Дождевой червь.
Фаза митоза | Схема | Количество генетического материала | Процессы |
Профаза | 2n 2chr 4c |
| |
Метафаза | 2n 2chr 4c |
| |
Анафаза | 2n 1chr 2c у каждого полюса клетки |
| |
Телофаза | 2n 1chr 2c |
| |
2n 1chr 2c |
|
Телофаза II. После завершения первого мейотического деления следует короткая интерфаза второго мейотического деления. Причём на этой стадии репликации (удвоения) ДНК не происходит, и, следовательно, диплоидность не восстанавливается.