Митоз. Хромосомы. Диплоидный набор хромосом. Подготовка к ЕГЭ и вступительным испытаниям. ЕГЭ по биологии.
Сегодня хочу разобрать актуальную тему для всех абитуриентов, которым предстоит сдача ЕГЭ. Или же в данный момент времени Вы проходите эту тему в школе на уроках, а может даже будучи студентом. Тема не из легких, потому что она требует не заучивания, или обычного прочтения материала, а неординарного подхода к изучению.
Я преподаватель по химии и биологии с 10-летним стажем и могу с уверенностью сказать, что основа экзаменов – это клетка и ее процессы на биохимическом и физиологическом уровнях.
Я предлагаю немного запастись терпением, листком бумаги и цветными карандаши, потому что только через рисунок и визуальную память мы сможем преодолеть пугающую всех тему "Митоз"
P.S. В данной статье я пытаюсь досконально разжевать каждый термин, каждый процесс. Надеюсь, что кому-то это поможет разобраться в данной теме, а кому-то углубиться в нее и визуализировать процесс. Буду рада ответить на Ваши вопросы в коментариях.
Подписывайтесь на мой канал. здесь я пишу про химию и биологию, в дальнейшем будет тест по данной теме и чекапп по самоконтролю
Начнем с митоза.
Что такое митоз?
Если с биологической точки зрения и формулировки. которую надо запомнить для экзамена – это деление соматических клеток с сохранение диплоидного набора хромосом. Ключевые слова выделены в тексте и именно их надо разобрать по составу.
С латыни Soma переводится как тело (биология тесно связана с латинским и греческим языками, поэтому на некоторые слова, приставки и суффиксы надо обращать внимание для логического разбора слов). Приставка -ди- означает двойной, -плоидный- число повторений набора хромосом в клетке. Следовательно митоз – это деление клеток тела с сохранением двойного набора хромосом ( у человека. например, их 46). Грубо говоря, это деление любых клеток, кроме половых, о чем мы поговорим немного позже.
Чтобы понимать, о чем идет речь, попробуйте ответить на пару вопросов:
Сколько хромосом в клетках печени человека?
Сколько хромосом в клетках роговицы глаза человека?
Сколько хромосом в клетках корней волос человека?
Правильный ответ – 46! В каждой клеточки здорового человека- 46 хромосом. Исключением являются половые клетки.
Зачем вообще нужен процесс митоза? В данном процессе сохраняется набор хромосом, он не уменьшается, не увеличивается, а именно сохраняется. Т.е. копировать-вставить. Именно так работает митоз. Представьте, вы порезались. Через время рана зажила, и вы, смотря в точку пореза даже и не вспомните,, что это когда-то с вами произошло. Все очень просто, клетки затянули рану, а т.к. они делали себе подобных, то текстура кожи, цвет будет абсолютно такой же, как и ранее. Исключением является, если вы получили серьезную рану, и на месте образуется шрам. В этом месте клетки начинают экстренно делиться, перемещая информацию неравномерно, что называется – амитоз.
Все растет при помощи митоза, а некоторые одноклеточные организмы даже размножаются.
Я думаю не для кого ни секрет, кто хоть раз открывал сборник по биологии, что митоз имеет фазы, такие как: интерфаза, профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Многие их путают, или в принципе не могут запомнить названия. Для этого есть разные стишки по первым буквам фаз, но мне в школе помог такой: "И Пригласил Миша Аню Танцевать".
Итак, суть митоза и лайфхак запоминания фаз я Вам поведала, что же дальше? А дальше надо изучить, что происходит в каждой фазе, т.е. процесс самого митоза. Тут Вы можете достать свои карандаши и приниматься творить. Я буду это делать вместе с Вами, и если мое творчество кому-то не понраву, то я художник и я так вижу:)
Немного об Интерфазе
Жизненный цикл клетки – это последовательность событий, которые происходят в клетке до ее СМЕРТИ или НАЧАЛА ДЕЛЕНИЯ. Т.е. интерфаза – это жизненный цикл клетки! В интерфазе клетка живет, в ней происходит энергетический обмен, биосинтез белка, фотосинтез, если это растение (диссимиляция, ассимиляция). В интерфазе есть множество фаз, и конечно мы поговорим обо всех. Но самая важная фаза. которая нам нужна для изучения и ее букву лучше запомнить – это S фаза. Но все таки начнем по порядку (см. картинку выше):
G1 – это состояние, в котором живет клетка. Она может готовиться к делению или продолжительно стариться и умирать. Здесь клетка растет, происходят различные синтезы, метаболизм, появляются новые органеллы и т.д.
S (синтетическая фаза) – она для нас важна, т.к. здесь клетка интенсивно готовиться к делению . И здесь придется запомнить термины:
-Репликация ДНК- это удвоение, а точнее создание копии цепочки ДНК. Сейчас, возможно, будет немного не понятно, но эта информация будет доступна в последующих статьях. Надо запомнить один момент – в эукариотических клетках ДНК связана с белками- гистонами!!! Что же делают эти белки?! Они покрывают каждую молекулу ДНК. И пока все. Вот здесь мы просто запоминаем эти строчки, т.к. не однократно встречался данный вопрос на экзаменах.
Если дальнейшая информация вам покажется сложной, то лучше сначала пролистать чуть ниже и прочитать в принципе что такое хромосомы.
Итак, есть такое понятие как хроматида. а есть понятие - хромосома.
Не пугайтесь! Все очень просто. Хромосома – это крестик, хроматида – палочка (в каждой такой палочке заключена цепочка ДНК). Т.е. грубо говоря хромосома распутывается и превращается в хроматиду, параллельно делая себе подобную копию.Посмотрим внимательно на схему. Изначально красная палочка была одна, но в дальнейшем появилась ее копия. То же самое произошло с синей. В дальнейшем эти палочки объединяться между собой и станут крестиками, т.е. хромасомами
-Итак, одна хромосома создала себе одну копию. Но еще один момент – хромосомы гомологичны (информацию об этом читайте ниже). На этой стадии клетка содержит 2 копии ДНК в каждой паре гомологичных хромосом.
Другие стадии интерфазы можно перечислить в кратком списке:
G2: Клетка активно начинает подгатавливаться к делению, а это процесс не из легких. Поэтому она увеличивается в размерах, увеличивает свои органоиды, запасает питательные вещества. Все эти процессы происходят для того, чтобы новой клетки (впоследствии называть мы ее будем СЕСТРИНСКОЙ) достались органоиды для ее жизнедеятельности и начала жизненного цикла). Размножение- процесс энергозатратный, а энергия в клетках запасается в митохондриях в виде АТФ. Приходим к логичному выводу, что в данной фазе митохондрии и сами активно размножаются для сестринской клетки, и запасают большое количество энергии.
Одно из важных умений – это просчитать количесво хромосом, т.е. количество n, и количество молекул ДНК, т.е. c. Для этого вспомним, что n- это хромосома, c – хроматида.
Если посмотреть на данный схематичный рисунок, то приблизительно становится все понятно, как высчитываются хромосомы и ДНК.
Потренируйтесь, пожалуйста, на следующих схемах:
Итак, если с данными схемами более или менее все понятно, то что же делать со схемами, где просто изображены хроматиды, как было выше:
Все просто, постарайтесь к каждой хроматиде как бы дорисовать невидимую линию. Тогда вы получите количество возможных хромосом, но а количество хроматид вы изначально итак видите. Отсюда мы делаем вывод, что перед началом деления клетка находится в наборе 2n2c, а после репликации ДНК ее количество ДНК и хромосом удваивается до 2n4c, т.к. удваиваются именно хроматиды, которые в дальнейшем будут спиролизоваться в хромосомы.
Узнаем, что такое хромосома
Хромосома – это структура, содержащая одну молекулу ДНК. Для наглядности я буду использовать сейчас много материала, снятых при использовании микроскопа в разные фазы деления клетки и его жизненного цикла.
На протяжении всей жизни клетки и до начала ее деления хромосома – это сплошная тоненькая ниточка, в которой заключена молекула ДНК. На данный момент есть возможность увидеть их в микроскоп, т.к. они окрашены особым веществом, называемым ХРОМАТИНОМ. Но так было не всегда. Когда начинается процесс деления, эти самые ниточки (запоминаем, палочка-хроматида), кучкуются и становятся как крестиками, что позволяет хроматину сконцентрироваться, и именно тогда хромосомы очень отчетливы видны в микроскопе.
Мы уже говорили об интерфазе и репликации ДНК. Схематично тоже изобразили данный процесс. Теперь рассмотрим пример метафазы в микроскопе.
Что мы видим:
Мы видим, что у каждой хроматиды (палочка), появилась ее точная копия – сестра благодаря репликации ДНК;
Мы видим, что теперь хроматиды не просто нити в клубке, это объединенный брак двух сердец, соединенных между собой при помощи кольца, называемой ЦЕНТРОМЕРОЙ. Произошло такое соединение при помощи спирализации в профазе;
Мы видим хромосомы более четко, т.к. хроматин сконцентрировался в более сжатом состоянии, хромосомы отдалились друг от друга.
Такой рисонок хаотично разбросанных хромосом называется кариограммой, а весь набор хромосом в принципе – кариотипом. Но, в дальнейшем есть такая практика в ВУЗах давать вырезанные хромосомы, а задание заключается в том, чтобы расположить данные хромосомы в порядке их ГОМОЛОГИЧНОСТИ, т.е. по парам (чаще всего такие кариотипы идут с генномными заболеваниями).
На данной схеме кариотип абсолютно здорового человека, без мутаций. Посмотрим на 7 пару, к примеру. Мы видим, что хроматида, соединена с сестринской при помощи центромеры. Но также мы видим, что есть абсолютно идентичная ей пара, стоящая рядом. А это означает,что у рядом стоящей хромосомы примерно одинаковый набор генов, а так же одинаковая структура. Такие хромосомы называем ГОМОЛОГИЧНЫЕ (одинаковые).
Это информация больше пригодится в мейозе, но даже можно сейчас вырезать хромосомы и попытаться расположить их в правильном порядке.
Так же уже сейчас можно запоминать, что есть половые хромосомы (у человека Х-хромосома определяет женский пол, а У(она короткая, как будто недостроена) – мужской пол). Половых хромосом в кариотипе всего 2, все остальные, т.е. 45 штук, или правильней сказать 22гомологичные пары – аутосомные. Отсюда есть задания или задачи на определение генов, которые несут аутосомные или половые хромомсомы.
И последнее, раз я уже ненароком затронула эту тему – гены. Чем отличается ген, от хромосомы. Во первых, в биологии часто используется понятие "единица".Так вот единицей наследственно информации является ГЕН. Их безумное количество, и каждый отвечает за свой признак, они окружают хромосомы.Каждая хромосома может нести свой определенный ген. Так, к примеру 7 хромосома несет в себе ген фиброзно-кистозной дегенерации, а 21-я хромосома может нести в себе Альцгеймер или синдром Дауна.
4.М-фаза (в нее входят Профаза, Метафаза, Анафаза и Телофаза)
1)Профаза митоза
Что же происходит в профазе? Важно учесть, что все предыдущие процессы происходили в ЯДРЕ клетки. Профаза же считается фазой, с которой начинается процесс деления соматических клеток.
Снова изобразим схематично:
-Ядерная оболочка растворяется, что изображено пунктирной линией. А так же растворяются ядрышки.
-Хромосомы спирализуются, утолщаются. Эту фазу очень хорошо видно в микроскопе, т.к. хромосомы очень сильно набухают, компактизируются и хроматин виден четче. Что означает "спирализуются"? Хроматиды сворачиваются в хромосомы, их начинает держать между собой центромера.
-Образуются НВД (нити веретена деления). Дальнейшую их функцию мы опишем в следующих фазах. Гораздо важнее запомнить, что Веретено деления и Нити Веретена Деления образует немембранный органоид – клеточный центр, состоящий из центриолей. Если в коротко, то центриоли состоят из микротрубочек, а они есть нити, которые в дальнейшем будут тянуться к центромерам хромосом.
Обратите внимание, что набор хромосом и ДНК не изменился.
2)Метафаза митоза
В данной фазе хромосомы выстраиваются по экватору клетки, этот экватор не редко называют "метафазной пластинкой". Нити прикрепились к центромерам хромосом. Набор хромосом и количество ДНК остается неизменным.
3)Анафаза митоза
В этой фазе нити веретена деления прикрепляются к центромерам и оттягивают ХРОМАТИДЫ к полюсам клетки. Акцент сделайте на хроматидах!!!Нити сокращаются благодаря удалению субъединиц тубулина в центриолях. Митоз – процесс создания идентичных клеток, следовательно каждой должен достаться одинаковый набор. В схеме я указала, что можно посчитать набор как за общий набор клетки, так и за ее половинку, т.е. полюс. Почему так происходит? Разные источники запрашивают информацию по разному. Мы можем уже начинать мысленно делить клетку на две составляющие. И все же для ответов чаще всего требуется набор за один полюс.
Для правильного просчета анафазы, как всегда к хроматиде дорисуйте мысленно хромосому и поделите клетку на две части.
4)Телофаза митоза
Хроматиды двигаются к полюсам клетки и хромосомы ДЕСПИРАЛИЗУЮТСЯ (приставка -ДЕ- означает отрицание, обратный процесс). Т.е. хромосомы распутались. Хотя визуально это происходит в анафазе, но очень прошу вас запомните это момент: В ТЕЛОФАЗЕ ПРОИСХОДИТ ДЕСПИРАЛИЗАЦИЯ ХРОМОСОМ!!!!!
Вокруг хромосом формируется ядерная оболочка, появляются ядрышки, и клетка переходит в стадию С – цитокинез, т.е. деление цитоплазмы.
5. С-цитокинез.
В конечном счете образуются две одинаковые клетки,с одинаковым ДИПЛОИДНЫМ (2n) набором хромосом, и практически равномерным распределенными органоидами.
В школе должны проводиться опыты для наглядного изучения процесса деления. Обычно срезается кожица лука, окрашивается колхицином и рассматривается препарат под микроскопом. Кто смотрел "Сумерки" может вспомнить начала фильма, где Белла и Эдвард говорят друг другу какая фаза размножения видна в микроскопе. Но, современные реалии таковы, что в школах такого не показывают. Поэтому предлагаю хотя бы посмотреть на картинке. а заодно мысленно повторить каждую фазу и процессы, происходящие в ней.
А ниже я предлагаю Вам ознакомится с кратким конспектом и посмотреть на пример запоминания данной темы. Вы можете так же вырезать бумажечки, и рассказывать про себя весь процесс, или же взять цветные карандаши, и проводить эксперименты с ними.
P.S. Для того, чтобы статьи печатались быстрее и Вы как можно чаще получали новую информацию, текст не проходит модерацию. Поэтому, заранее извиняюсь за ошибки в тексте. Надеюсь, они не помешают понять общую суть и биологический смысл сказанного выше.
