§27. Хромосомы. Хромосомный набор клетки

Определения и обозначения

Хромосома — компактная структура из ДНК и белков, содержащая гены и обеспечивающая хранение и передачу наследственной информации. Упаковка ДНК в хромосому позволяет разместить длинную молекулу в ядре и точно распределить её копии при делении клетки.

Хроматин — комплекс ДНК и белков, из которого формируются хромосомы; степень его уплотнения зависит от состояния клетки. В менее плотном виде с участками хроматина клетка может считывать гены, а перед делением ДНК сильнее уплотняется.

Хроматида — одна из двух копий удвоенной хромосомы, соединённых в области центромеры. Это понятие помогает отличать одну хромосому от двух её копий и правильно считать генетический материал перед делением.

Хромосомный набор — совокупность всех хромосом клетки, характеризуемая их числом, формой и размерами. Для каждого вида характерен определённый набор, поэтому по нему можно описывать клетки и сравнивать нормальный набор с изменённым.

Как это устроено

Молекула ДНК очень длинная, поэтому в ядре она взаимодействует с белками и наматывается на них. Так образуются всё более компактные уровни упаковки: сначала белково-ДНКовый комплекс, затем хроматиновая нить и, наконец, плотная хромосома. Уплотнение нужно не только для экономии места, но и для защиты ДНК от повреждений и её перемещения при делении клетки.

Перед делением клетке необходимо передать дочерним клеткам одинаковую наследственную информацию. Поэтому каждая молекула ДНК реплицируется, и у хромосомы появляются две одинаковые копии — сестринские хроматиды. Они соединены центромерой, чтобы сначала оставаться вместе, а затем разойтись к разным дочерним клеткам.

Хромосомы различают по положению центромеры, длине и форме. Центромера может находиться примерно посередине или быть смещена к краю, поэтому плечи хромосомы бывают равными или разной длины. Сочетание этих признаков относительно постоянно у представителей одного вида и позволяет распознавать отдельные хромосомы в наборе.

Гомологичные хромосомы — парные хромосомы диплоидной клетки, одна из которых получена от матери, а другая от отца. Они имеют одинаковые участки для генов одних и тех же признаков, но могут нести разные варианты генов. Сестринские хроматиды, напротив, являются копиями одной хромосомы и обычно совпадают по генетической информации.

Гаплоидный набор содержит по одной хромосоме каждого типа и обозначается n. Диплоидный набор содержит две такие хромосомы, то есть пары гомологов, и обозначается 2n. В соматических клетках организма обычно сохраняется диплоидный набор, а в гаметах — гаплоидный, чтобы после оплодотворения восстановилось число 2n.

Сравнение хромосомных наборов и состояний хромосомы

Сначала определите, о чём спрашивается: о наборе клетки или об одной хромосоме. Для набора используйте обозначения n и 2n, а для отдельной хромосомы после репликации помните соотношение: одна хромосома, две хроматиды и две молекулы ДНК.

Слово «до» или «после удвоения» относится к количеству ДНК и хроматид, но не меняет число хромосом. Число хромосом считают по центромерам, пока соединённые хроматиды не разошлись.

Разбор задач

Задача 1

В клетке организма 2n = 46 хромосом. Определите число хромосом в гамете и число хроматид в одной хромосоме после удвоения ДНК.

1. Гамета имеет гаплоидный набор, поэтому её число хромосом вдвое меньше диплоидного: n = 46 : 2 = 23.
2. После удвоения одна хромосома сохраняет одну центромеру, но состоит из двух сестринских хроматид.

Ответ: в гамете 23 хромосомы; после удвоения в одной хромосоме 2 хроматиды.

Задача 2

После удвоения ДНК в клетке насчитывается 48 хроматид. Определите число хромосом и плоидность клетки, если её гаплоидный набор равен 12.

1. После репликации число хроматид вдвое больше числа хромосом: 48 : 2 = 24 хромосомы.
2. Гаплоидное число равно 12, а в клетке 24 хромосомы, значит, это 2n = 24.
3. Следовательно, клетка диплоидная, потому что содержит два гаплоидных набора: 12 + 12.

Ответ: 24 хромосомы; клетка диплоидная, 2n = 24.

Задача 3

Сравните две клетки одного организма: в первой 2n = 16, во второй n = 8. Определите число гомологичных пар, молекул ДНК и хроматид в каждой клетке после репликации.

1. В первой клетке 16 хромосом, поэтому гомологичных пар 16 : 2 = 8. После репликации каждая хромосома содержит две молекулы ДНК и две хроматиды: 16 × 2 = 32.
2. Во второй клетке 8 хромосом, по одной каждой разновидности, поэтому гомологичных пар нет. После репликации число молекул ДНК и хроматид равно 8 × 2 = 16.
3. Репликация увеличивает количество ДНК и хроматид, но не число хромосом в каждой клетке.

Ответ: первая клетка — 8 пар, 32 молекулы ДНК и 32 хроматиды; вторая — 0 пар, 16 молекул ДНК и 16 хроматид.

Типичные ошибки

Считать сестринские хроматиды двумя хромосомами. Внешне удвоенная хромосома похожа на пару отдельных структур, но до расхождения у неё одна центромера. Проверьте себя: считайте центромеры, а не концы хроматид.

Путать гомологичные хромосомы и сестринские хроматиды. Гомологи происходят от разных родителей, а хроматиды — копии одной хромосомы. Уточните, сравниваются ли две родительские хромосомы или результат репликации одной из них.

Увеличивать число хромосом после удвоения ДНК. Репликация создаёт вторую молекулу ДНК, но хроматиды остаются соединёнными. Число хромосом меняется после их расхождения и образования дочерних клеток.

Называть любой набор кариотипом. Кариотип описывает не только число, но и форму, размеры и особенности хромосом определённого вида или клетки. Если указано только количество, это ещё не полная характеристика кариотипа.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении ДНК, генах, клеточном цикле и репликации. Далее эти понятия применяются при изучении митоза и мейоза: там прослеживается поведение хромосом и хроматид.

Хромосомный набор связан с наследованием признаков, кариотипом человека, хромосомными мутациями и генетическими заболеваниями. Нарушения числа или строения хромосом могут изменять работу генов и развитие организма.

Что запомнить

• Хромосома состоит из ДНК и белков.
• Хроматин — менее или более уплотнённая форма комплекса ДНК с белками.
• После удвоения одна хромосома состоит из двух сестринских хроматид.
• Центромера соединяет сестринские хроматиды и участвует в их расхождении.
• Диплоидный набор содержит пары гомологичных хромосом и обозначается 2n.
• Гаплоидный набор содержит по одной хромосоме из каждой пары и обозначается n.
• Число хромосом является видовым признаком и не определяет напрямую сложность организма.