12 класс

Материалы к зачету по теме
"Размножение и развитие организмов. Основы генетики и селекции"

Деление клетки.
Каждую секунду на Земле гибнет от старости, болезней и хищников астрономическое количество живых существ, и только благодаря размножению, этому универсальному свойству организмов, жизнь на Земле не прекращается. Может показаться, что процессы размножения у живых существ очень разнообразны, однако все их можно свести к двум формам: бесполому и половому.

При половом размножении каждый организм развивается из одной клетки, образующейся от слияния двух половых клеток — мужской и женской.
В основе размножения и индивидуального развития организма лежит процесс деления клеток.
Период жизни клетки от одного деления до следующего называется клеточным циклом.
Интерфазы – подготовка к делению клеток, имеющих ядра.

Митоз.
В период интерфазы происходит процесс биосинтеза белка, удваиваются все важные структуры клетки. Вдоль исходной хромосомы из имеющихся в клетке химических соединений синтезируется её точная копия, удваивается молекула ДНК. Удвоенная хромосома состоит из двух половинок — хроматид. Каждая из хроматид содержит одну молекулу ДНК. Интерфаза продолжается 10–20 ч.

Затем наступает процесс деления клетки — митоз.

Различают следующие четыре фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. В результате митоза из одной клетки получаются две, каждая из которых имеет характерное для данного вида организма число и форму хромосом, а, следовательно, постоянное количество ДНК. Митоз длится 1–2 ч.

Биологическое значение митоза в том, что он обеспечивает постоянное число хромосом во всех клетках организма. В результате митоза все дочерние клетки получают одну и ту же генетическую информацию

Мейоз.
Половое размножение животных, растений и грибов связано с формированием специализированных половых клеток — гамет, которые при оплодотворении сливаются, объединяя свои ядра. Естественно, что в зиготе оказывается в два раза больше хромосом, чем в каждой из гамет. Такой же двойной набор хромосом будут иметь и клетки всего организма (соматические клетки от греч. «сома» — тело), выросшие из зиготы.

Особые тип деления клеток, в результате которого образуются половые клетки, называют мейозом.

В отличие от митоза, при котором сохраняется число хромосом, получаемых дочерними клетками, при мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое.

Основные закономерности явлений наследственности.
С незапамятных времён людей интересовал вопрос о причинах сходства потомков и родителей, о природе вновь возникающих изменений.

Первый шаг в познании закономерностей наследственности сделал выдающийся чешский исследователь Грегор Мендель (1822-1884). Его работа отличалась глубиной и математической точностью. Однако его работа оставалась неизвестной почти 35 лет — с 1865 до 1900 г. Переоткрытие законов Менделя вызвало стремительное развитие науки о наследственности и изменчивости организмов, получившей название генетики. Элементарные единицы наследственности стали называть генами. В настоящее время установлено, что ген представляет собой участок молекулы ДНК. Ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма.

Законы Менделя.
В том случае, когда родительские организмы отличаются друг от друга по одному изучаемому признаку, скрещивание называют моногибридным. Г. Мендель проводил опыты с горохом. Семена одного сорта были жёлтые, а другого — зелёные. Известно, что горох, как правило, размножается путём самоопыления.

Используя это свойство, Г. Мендель произвёл искусственное опыление, скрестив сорта, отличающиеся по цвету семян. В результате гибридные семена оказались только жёлтые. Следовательно, у гибридов первого поколения появились признаки только одного родителя. Такие признаки Г. Мендель назвал доминантными. Признаки, не проявляющиеся у гибридов первого поколения, он назвал рецессивными.

Первый закон Менделя — единообразие гибридов первого поколения.

Второй закон Менделя — закон расщепления.

В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается явление расщепления: четверть особей из гибридов второго поколения несёт рецессивный признак, три четверти — доминантный.

Установив закономерности наследования одного признака, Мендель начал изучать наследование признаков, за которые отвечают две пары аллельных генов.
Аллельные гены, определяют альтернативное развитие одного и того же признака и расположены в идентичных участках гомологичных хромосом.
Например, жёлтые или зелёные семена гороха, карие или голубые глаза человека, чёрные или белые волосы, низкий или высокий рост.

Скрещивание, в котором участвуют особи, отличающиеся по двум парам аллелей, называют дигибридным скрещиванием.

Например: в семенах гороха одна пара аллельных признаков — цвет жёлтый и зелёный, а вторая — кожица гладкая или морщинистая.
Или взять у человека два признака: глаза — карие или голубые, волосы — прямые или курчавые.

Третий закон Менделя — расщепление по каждой паре генов идёт независимо от других пар.

Сцепленное наследование генов.
Число генов у каждого организма гораздо больше, чем числа хромосом.
В одной хромосоме расположено много генов. Как наследуются гены, расположенные в одной паре гомологичных хромосом? (Гомологичные хромосомы — похожие, точнее парные).

Американский учёный Т. Морган и его ученики установили, что гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно, или сцепленно. Группы генов, расположенные в одной хромосоме, называют группами сцепления.

Томас Морган (1866–1945) американский биолог, один из основоположников генетики. Иностранный член корреспондент РАН (1923) и иностранный почетный член АН СССР (1932). Президент Национальной АН США (1927–1931). Лауреат Нобелевской премии (1933).

Число групп сцепления равно числу пар хромосом, т.е. гаплоидному числу хромосом. Гаплоидный набор хромосом равен числу хромосом в гамете (мужской — сперматозоид, или женской — яйцеклетка). У человека 23 пары хромосом в соматической клетке. Значит у него 23 группы сцепления.

Сцепление генов, локализованных в одной хромосоме, не бывает абсолютным. Перекрёст, происходящий между гомологичными хромосомами, постоянно осуществляет «перетасовку» — рекомбинацию генов. Изучив явление сцепления и перекреста, можно построить карты хромосом с нанесённым на них порядком расположения генов. Карты, построенные по этому принципу, созданы для многих хорошо изученных объектов: кукурузы, мыши, дрожжей, гороха, томата, плодовой мушки дрозофилы.

В результате возникла возможность сравнить строение генома, т.е. совокупности всех генов гаплоидного набора хромосом, у различных видов, что имеет значение для генетики, селекции, а также эволюционных исследований.

Генетика пола.
У многих видов соотношение между особями мужского и женского пола примерно равно.
Хромосомы бывают одинаковые для обоих полов, которые называют аутосомы и одна пара хромосом, различных у особей мужского и женского пола. Рождение мужских и женских особей зависит от половых хромосом.

В соматических клетках самок имеются две одинаковые половые хромосомы, которые условно обозначают как X–хромосомы. В соматических клетках самцов имеется одна X–хромосома, а другая половая хромосома отличается, и её назвали Y–хромосомой. Поэтому набор половых хромосом самки XX, а самца — XY.

При образовании гамет самка даёт в свою яйцеклетку только X–хромосомы, а самец может дать или X–хромосомы, или Y–хромосомы.

Наследование, сцепленное с полом.
Если гены, ответственные за формирование признака, расположены в аутосомах, наследование осуществляется независимо от того, кто из родителей является носителем изучаемого гена. Но некоторые признаки могут находиться в половых хромосомах.

Рассмотрим пример наследования черепаховой окраски у кошек (чередование чёрных и рыжих пятен). Коты бывают чёрного и рыжего цвета, а черепаховой окраски не бывает. Такая окраска есть только у кошек.

Европейская черепаховая кошка

Дело в том, что эта расцветка находится только в X-хромосомах. Чёрная окраска — доминантна (X^B), а рыжая окраска — рецессивная (X^b). В Y-хромосомах эти гены отсутствуют. Поэтому возможны такие комбинации:

XBXB – чёрная кошка	XBY – чёрный кот
XbXb – рыжая кошка	XbY – рыжий кот
XBXb – черепаховая кошка

У человека также известны признаки, сцепленные с полом. К ним относится, например, очень тяжёлое наследственное заболевание гемофилия, при котором кровь теряет способность свёртываться. Такой больной может умереть от потери крови, т.к. даже маленькая ранка приводит к большому кровотечению. Это заболевание встречается, за редким исключением, только у мужчин.

Вернуться на страницу "Биология"

вверх