§27. Хромосомы. Хромосомный набор клетки

Определения и обозначения

Хромосома — структура из ДНК и связанных с ней белков, в которой находится наследственная информация. ДНК содержит гены — участки, влияющие на признаки организма и работу клетки. Упаковка ДНК в хромосомы позволяет хранить длинные молекулы компактно и распределять их при делении.

Хромосомный набор — совокупность хромосом клетки, характеризуемая их числом и особенностями. В нём учитывают, сколько хромосом есть в клетке и какие они по форме и размеру. Это понятие нужно, чтобы сравнивать клетки и организмы, а также отслеживать передачу наследственной информации.

Гомологичные хромосомы — сходные по строению хромосомы, содержащие гены одних и тех же признаков. Обычно одна из пары получена от матери, а другая — от отца; варианты генов при этом могут различаться. Понятие пары помогает понять, почему в диплоидных клетках наследственная информация представлена двумя наборами.

Диплоидный набор обозначают 2n: хромосомы в нём образуют пары гомологов. Гаплоидный набор обозначают n: в нём находится по одной хромосоме из каждой пары. Эти обозначения нужны для описания деления клеток и оплодотворения: при слиянии гамет наборы n объединяются и образуют 2n.

Кариотип — характерный для вида набор признаков хромосом: их число, размеры и форма. Например, кариотип человека включает 46 хромосом в большинстве клеток тела. Сравнение кариотипов помогает находить различия между видами и выявлять изменения хромосомного набора.

Как это устроено

Основа хромосомы — молекула ДНК, но сама по себе она слишком длинная, чтобы свободно размещаться в ядре. Белки помогают ей упаковываться и менять степень компактности. Поэтому в клетке ДНК одновременно защищена, занимает меньше места и при необходимости доступна для считывания генов.

В период между делениями хромосомы обычно менее компактны: клетке нужно считывать содержащиеся в ДНК инструкции. Перед делением молекула ДНК удваивается, поэтому каждая хромосома становится представленной двумя одинаковыми копиями — сестринскими хроматидами. Они удерживаются вместе в области центромеры, а затем расходятся к разным дочерним клеткам, чтобы те получили копии наследственной информации.

У диплоидного организма хромосомы объединяются в пары гомологов, потому что при оплодотворении один набор поступает от одного родителя, а второй — от другого. Гомологи несут гены одних и тех же признаков, но не обязательно одинаковые варианты этих генов. Благодаря этому клетка получает по две копии наследственной информации для многих признаков.

При образовании половых клеток число хромосом должно уменьшиться вдвое. Иначе при каждом оплодотворении оно удваивалось бы, поскольку две гаметы сливаются. В результате мейоза гаметы получают гаплоидный набор n, а после оплодотворения восстанавливается диплоидный набор 2n, характерный для клеток организма.

Число хромосом остаётся характерным для вида, но не показывает сложность организма. У разных видов оно может быть как меньше, так и больше человеческого; само по себе большое число не означает более сложное устройство. Поэтому при изучении наследственности учитывают не только количество хромосом, но и их строение, расположение генов и особенности кариотипа.

Гаплоидный и диплоидный наборы

Сопоставляй наборы, обращая внимание на наличие пар гомологичных хромосом, а не только на числа. Запись 2n относится к диплоидной клетке, n — к гаплоидной; для одного вида n составляет половину от 2n. Таблица помогает определить, какой набор ожидается в клетках тела и в гаметах.

Разбор задач

Задача. У дрозофилы в клетках тела диплоидный набор равен 2n = 8. Сколько хромосом будет в гамете и сколько пар гомологичных хромосом содержится в клетке тела? Нужно не просто разделить число на два, а сначала понять, к каким типам клеток относятся данные величины: гаметы гаплоидны, а клетки тела диплоидны.

1. Записываем известное: в клетке тела 2n = 8. Это означает, что в ней находятся восемь хромосом, объединённых в гомологичные пары.

2. Находим число пар: каждая пара состоит из двух хромосом, поэтому 8 : 2 = 4. Значит, в клетке тела четыре пары гомологичных хромосом.

3. Определяем набор гаметы: он гаплоидный, то есть содержит по одной хромосоме из каждой пары. Следовательно, n = 8 : 2 = 4, и в гамете четыре хромосомы.

4. Проверяем смысл результата: при оплодотворении две гаметы соединятся, и их наборы дадут 4 + 4 = 8 хромосом. Это соответствует диплоидному числу, указанному в условии.

Ответ: в гамете дрозофилы 4 хромосомы; в клетке тела 4 пары гомологичных хромосом. Проверка через слияние гамет подтверждает, что соотношение n и 2n использовано верно. Такой способ подходит для задач, где дано число хромосом в клетках одного вида и нужно найти число в другом типе клеток.

Типичные ошибки

• Путать число хромосом и число пар. Если дано 2n = 8, некоторые отвечают, что хромосом четыре, потому что делят число на два. Так получают количество пар или гаплоидное число, а не общее количество хромосом в диплоидной клетке. Проверь себя: в каждой паре две хромосомы, значит, четыре пары — это восемь хромосом.

• Считать, что после удвоения ДНК число хромосом удваивается. Ошибка возникает из-за того, что одна хромосома становится двумя хроматидами. Число хромосом обычно считают по числу центромер, поэтому до разделения сестринских хроматид хромосома остаётся одной, хотя ДНК в ней стало вдвое больше. Проверь ответ, различая хромосомы и их копии-хроматиды.

• Считать гомологичные хромосомы совершенно одинаковыми. Они похожи по размеру и содержат гены одних и тех же признаков, но могут нести разные варианты генов. Это заблуждение появляется из-за сходства пар на схемах. Проверь себя: формулируй сходство как «одинаковые гены для соответствующих признаков», а не как «полностью одинаковая ДНК».

• Связывать число хромосом со сложностью организма. Большое число не означает, что организм устроен сложнее. Такой вывод делают, если сравнивают только числа и не учитывают особенности генома и строения хромосом. Проверка проста: число хромосом характеризует набор, но само по себе не измеряет сложность организма.

Связь с другими темами

Строение хромосом связано с темой ДНК и генов: хромосомы упаковывают ДНК, а гены являются её участками. Понимание гаплоидного и диплоидного наборов помогает объяснить мейоз и оплодотворение: при образовании гамет число хромосом уменьшается вдвое, а при слиянии гамет восстанавливается.

Хромосомный набор также связан с наследственностью и изменчивостью. Родители передают потомству хромосомы, а различия между вариантами генов могут влиять на признаки. Изменения числа или строения хромосом относятся к генетическим нарушениям и изучаются при анализе кариотипа.

Что запомнить

• Хромосомы состоят из ДНК и белков; в ДНК расположены гены.
• Диплоидный набор обозначают 2n, гаплоидный — n; n вдвое меньше 2n.
• Гомологичные хромосомы содержат гены одних и тех же признаков, но их варианты могут различаться.
• Большинство клеток тела имеет диплоидный набор, а гаметы — гаплоидный.
• После оплодотворения два гаплоидных набора объединяются и восстанавливают диплоидный.
• Число хромосом характерно для вида, но не является мерой сложности организма.