В биологии термин «плоидность» используется для определения количества наборов хромосом, содержащихся в ядре клетки. У разных организмов разное количество хромосом. Двумя типами клеток эукариот являются гаплоидные и диплоидные клетки, основное отличие которых заключается в количестве наборов хромосом в их ядрах.
Диплоидные клетки представляют собой клетки с двумя наборами хромосом. В диплоидных организмах каждый родитель передает один набор хромосом, которые объединяются в два набора у потомства. Большинство млекопитающих являются диплоидными организмами, что означает наличие двух гомологичных копий каждой хромосомы в клетках. У людей 46 хромосом. Клетки большинства диплоидных организмов, за исключением гамет (половых клеток) являются диплоидными и содержат два набора хромосом.
Диплоидные клетки делятся с помощью митоза, в результате которого образовывается полностью идентичная копия клетки. У людей соматические клетки (или неполовые клетки) — все диплоидные клетки. К ним относятся клетки, которые составляют органы, мышцы, кости, кожу, волосы и любую другую часть тела, кроме яйцеклеток (у женщин) или сперматозоидов (у мужчин).
Содержание
Деление клеток
Хромосомный набор
Хромосомный набор — совокупность хромосом, содержащихся в ядре. В зависимости от хромосомного набора клетки бывают соматическими и половыми.
Соматические и половые клетки
| Тип | Хромосомный набор | Характеристика |
| Соматические | 2n | Диплоидны — содержат двойной набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены парами. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. |
| Половые | 1n | Гаплоидны — содержат одинарный набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы. |
Клеточный цикл
Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) — существование клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до её собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, её функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя.
В период покоя (G0) клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу — погибает либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.
Митотический цикл состоит из четырёх периодов: пресинтетического (постмитотического) — G1, синтетического — S, постсинтетического (премитотического) — G2, митоза — М. Первые три периода — это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвёртый период — само деление (митоз).
Интерфаза — подготовка клетки к делению — состоит из трёх периодов.
Периоды интерфазы
| Периоды | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Пресинтетический (G1) | 2n2c | Увеличивается объем цитоплазмы и количество органоидов, происходит рост клетки после предыдущего деления. |
| Синтетический (S) | 2n4c | Происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды. |
| Постсинтетический (G2) | 2n4c | Усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли. |
Деление эукариотических клеток
Основой размножения и индивидуального развития организмов является деление клетки.
Эукариотические клетки имеют три способа деления:
- амитоз (прямое деление),
- митоз (непрямое деление),
- мейоз (редукционное деление).
Амитоз — редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток. При амитозе ядро делится путём перетяжки и равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. После амитоза клетка не способна вступать в митотическое деление.
Митоз
Митоз — тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке. В результате митоза из одной диплоидной клетки образуется две диплоидные, генетически идентичные материнской.
Митоз состоит из четырёх фаз.
Фазы митоза
| Фазы | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Профаза | 2n4c | Хромосомы спирализуются, центриоли (у животных клеток) расходятся к полюсам клетки, распадается ядерная оболочка, исчезают ядрышки, и начинает формироваться веретено деления. |
| Метафаза | 2n4c | Хромосомы, состоящие из двух хроматид, прикрепляются своими центромерами (первичными перетяжками) к нитям веретена деления. При этом все они располагаются в экваториальной плоскости. Эта структура называется метафазной пластинкой. |
| Анафаза | 2n2c | Центромеры делятся, и нити веретена деления растягивают отделившиеся друг от друга хроматиды к противоположным полюсам. Теперь разделённые хроматиды называются дочерними хромосомами. |
| Телофаза | 2n2c | Дочерние хромосомы достигают полюсов клетки, деспирализуются, нити веретена деления разрушаются, вокруг хромосом образуется ядерная оболочка, ядрышки восстанавливаются. Два образовавшихся ядра генетически идентичны. После этого следует цитокинез (деление цитоплазмы), в результате которого образуются две дочерние клетки. Органоиды распределяются между ними более или менее равномерно. |
Биологическое значение митоза:
- достигается генетическая стабильность;
- увеличивается число клеток в организме;
- происходит рост организма;
- возможны явления регенерации и бесполого размножения у некоторых организмов.
Мейоз
Мейоз — тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных, генетически отличающиеся от материнской. В ходе мейоза происходит два клеточных деления (первое и второе мейотические деления), причём удвоение числа хромосом происходит только перед первым делением.
Как и митоз, каждое из мейотических делений состоит из четырёх фаз.
Фазы мейоза
| Фазы | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Профаза I | 2n4c | Происходят процессы, аналогичные процессам профазы митоза. Кроме того, гомологичные хромосомы, представленные двумя хроматидами, сближаются и «слипаются» друг с другом. Этот процесс называется конъюгацией. При этом происходит обмен участков гомологичных хромосом — кроссинговер (перекрест хромосом), то есть обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга. |
| Метафаза I | 2n4c | Происходят процессы, аналогичные процессам метафазы митоза. |
| Анафаза I | 1n2c | В отличие от анафазы митоза, центромеры не делятся и к полюсам клетки отходит не по одной хроматиде от каждой хромосомы, а по одной хромосоме, состоящей из двух хроматид и скреплённой общей центромерой. |
| Телофаза I | 1n2c | Образуются две клетки с гаплоидным набором. |
| Интерфаза | 1n2c | Короткая. Репликации (удвоения) ДНК не происходит и, следовательно, диплоидность не восстанавливается. |
| Профаза II | 1n2c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Метафаза II | 1n2c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Анафаза II | 1n1c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Телофаза II | 1n1c | Аналогичны процессам во время митоза. |
Биологическое значение мейоза:
- основа полового размножения;
- основа комбинативной изменчивости.
Деление прокариотических клеток
У прокариот митоза и мейоза нет. Бактерии размножаются бесполым путём — делением клетки при помощи перетяжек или перегородок, реже почкованием. Этим процессам предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК.
Кроме того, для бактерий характерен половой процесс — конъюгация. При конъюгации по специальному каналу, образующемуся между двумя клетками, фрагмент ДНК одной клетки передаётся другой клетке, то есть изменяется наследственная информация, содержащаяся в ДНК обоих клеток. Поскольку количество бактерий при этом не увеличивается, для корректности используют понятие «половой процесс», но не «половое размножение».
Диплоидное число
Диплоидным числом клетки является количество хромосом в ядре клетки. Это число обычно обозначается как 2n , где n равно количеству хромосом. Для человека это уравнение имеет следующий вид 2n=46 . У людей есть 2 набора из 23 хромосом, в общей сложности 46 хромосом:
- Неполовые хромосомы: 22 пары аутосом.
-
Половые хромосомы: 1 пара гоносом.
Особенности гаплоидного и диплоидного хромосомного набора
С набором хромосом неразрывно связано понятие «плоидность».
Определение 4
Плоидность – это общее количество одинаковых хромосом в кариотипе.
Выделяют следующие формы плоидности:
- гаплоидность (одинарный набор хромосом);
- диплоидность (двойной набор хромосом).
Диплоидный набор характерен для соматических клеток, гаплоидным набором обладают половые клетки. При половом размножении в процессе оплодотворения объединяются геномы двух родительских половых клеток, образуя генотип нового организма. Все соматические клетки такого организма обладают двойным набором генов, полученных от обоих родителей в виде определенных аллелей. Таким образом, генотип — это генетическая конституция организма, представляющая собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в их хромосомном наборе — кариотипе.
Гаплоидный набор хромосом характерен для водорослей, грибов и растений. Он представляет собой набор совершенно разных хромосом. Другими словами, в гаплоидном организме присутствует несколько нуклеопротеидных структур, которые не похожи друг на друга и не имеют пар.
Что касается диплоидного набора хромосом, то он является таким собранием хромосом, при котором у каждой из них имеется двойник, а нуклеопротеидные структуры расположены попарно. Диплоидный набор хромосом характерен для всех животных организмов, а также человека. Он является парным.
У здорового человека 46 хромосом или 23 пары хромосом. Пол человека определяют половые хромосомы Х и Y. Их наличие и расположение определяется еще в эмбриональном периоде. Если схема таких хромосом представлена, как XX, то на свет появляется девочка, если же схема выглядит как XY, то рождается мальчик. При каждом оплодотворении пол определяется случайным образом.
Зачастую нарушается плоидность, что ведет к разнообразным негативным изменениям и усугубляет состояние здоровья человека. Например, существует нарушения диплоидного набора хромосом, которые именуются синдромом Дауна. При этом появляется лишняя 47 хромосома в 21 – ой паре хромосом.
Также можно выделить синдром Кляйнфельтера — лишняя половая Х-хромосома. Эти и другие отклонения имеют генетический характер, излечить их не представляется возможным. Дети, у которых наблюдается подобные нарушения не могут вести полноценный образ жизни, но иногда доживают до взрослого возраста.
Следует отметить тот факт, что каждый вид растений и животных имеет строго определённый наследственный набор хромосом. Они могут различаться по форме и размеру. Можно сказать, что число хромосом и их морфологическое разнообразие являются характерным видовым признаком. Такую особенность называют постоянством числа хромосом. Число хромосом не зависит от уровня филогенетического развития организма. Например, у водоросли спирогиры и у сосны имеется по 24 хромосомы, у человека — 46, а у гориллы — 48.
Если поколения организмов последовательно сохраняются друг за другом, то сохраняются также и их индивидуальные особенности. Это возможно потому, что каждая хромосома при делении воспроизводит себе подобных. Такое явление называют авторепродукцией. В этом выражается правило преемственности хромосомного набора.
Замечание 1
Таким образом, хромосомы являются важнейшей частью генетического аппарата организмов. У различных видов организмов наблюдается разнообразное количество хромосом, а также разные виды плоидности.
Изменения в генетическом наборе влекут за собой следующие последствия:
- отклонения в интеллектуальном развитии (плохая память, ослабленное внимание, отсутствие концентрации, неспособность к выполнению логических операций и пр.);
- заторможенность в росте (несоответствие роста органов и тканей нормативными показателем, нарушение физиологии и пр.);
- отклонения в развитии половых органов (что вызывает также невозможность репродукции следующих поколений).
Среди причин генетического сбоя выделяют различные экологические нарушения, плохую наследственность, неправильный образ жизни, дефицит сна, стрессы, вредные привычки. Врачи никогда не дают стопроцентной гарантии рождения здорового ребенка даже тем родителям, которые ведут исключительно правильный образ жизни и живут в экологически благополучных районах. Безусловно, на изменение хромосомного набора влияет также и мутационный фактор.
 (Пока оценок нет) Загрузка... |