Тема 1 Цитологические основы наследственности

 

1.1 Основные виды наследственности

Генетика – наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов.

Наследственность – это способность организмов повторять в поколениях сходные признаки и обеспечивать специфический характер индивидуального развития. Благодаря наследственности сохраняются однородность и единство вида. Основные виды наследственности можно представить в виде таблицы (табл. 1).

Изменчивость - это способность организмов приобретать различия в признаках друг от друга и от своих родителей. Изменчивость делает вид неоднородным и создает предпосылки для его дальнейшей эволюции.

Основоположник генетики – чешский ученый Грегор Мендель (1822-1884 гг.), опубликовал в 1865 г. труд «Опыты над растительными гибридами», где на примере скрещивания гороха показал закономерности передачи признаков в разных поколениях при половом размножении. Однако датой возникновения генетики принято считать 1900 г., когда ученые разных стран Г. де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак независимо друг от друга открыли законы генетики, свершив это повторно. Название новой науке было дано в 1906 г. английским ученым В. Бэтсоном (генетика от лат. geneo – порождаю), а в 1909 г. датский генетик В. Иогансен ввел такие понятия как ген, генотип и фенотип.

Таблица 1

Основные виды наследственности

Наследственность
Цитоплазматическая Связана с действием генов, расположенных в органоидах цитоплазмы, содержащих ДНК (митохондрии, пластиды, плазмиды). Такие гены способны к автономной репликации и равномерному распределению между дочерними клетками				Ядерная Связана с хромосомами, находящимися в ядре клетки, в состав которых входит ДНК и белковые компоненты, Хорошо изучена: для нее установлены закономерности наследования свойств и признаков
Плазмидная Связана с генами, расположенными в плазмидах (коротких кольцевых молекулах ДНК, находящихся вне нуклеотидабактериальной клетки), обеспечивает наследование устойчивости бактерий к действию лекарственных препаратов благодаря защитным белкам колицинам (к антибиотикам, сульфаниламидам и др.)	Пластидная Выявлена при наследовании пестролистности у растений ночной красавицы, львиного зева и др. (чередование окрашенных и неокрашенных участков в листьях). Связана с наличием в их клетках только зеленых или только бесцветных пластид или их смеси	Митохондриальная Связана с генами, локализованными в митохондриях. С нею связано наследование нарушений в действии дыхательных ферментов у дрожжей, а также устойчивости и чувствительности дрожжей к действию антибиотиков

1.2 Основные носители наследственности

Основными носителями ядерной наследственности являются хромосомы, расположенные в ядре клетки. У каждой хромосомы имеются химические компоненты: одна гигантская молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), достигающая иногда нескольких сантиметров в длину при микроскопических размерах клетки. Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Из хромосом человека самая большая – первая; ее ДНК имеет общую длину до 7 см. Суммарная длина молекул ДНК всех хромосом одной клетки человека составляет 170 см. Молекулы ДНК очень плотно упакованы в хромосомах. Такую укладку хромосомной ДНК обеспечивают белки, содержащиеся в хромосоме.

Хромосома ядерных организмов (эукариот) состоит из ДНК, белков и других химических веществ составляет 99% ДНК клетки, которая связана с белками. Содержание белков в хромосомах высших растений и животных достигает 65%. У доядерных (прокариот), к которым относятся бактерии и сине-зеленые водоросли, в качестве хромосом лежит одна кольцевая молекула ДНК. У вирусов носителем наследственности является либо молекула ДНК, либо молекула рибонуклеиновой кислоты РНК.

Хромосомы хорошо заметны только во время деления клеток в профазу, метафазу и анафазу в световом микроскопе. Они образуют тельца палочковидной формы. Хромосомы отличаются друг от друга порядком нуклеотидов ДНК и расположением первичной перетяжки – центромеры, делящей её на два плеча (рис. 1).

Рис. 1. Строение хромосомы: 1 - центромера; 2 - нити ДНК; 3 - хроматиды; 4 - плечи хромосом

 

Хромосомы могут состоять из одной нуклеопротеидной нити – хроматиды (однохроматидные хромосомы), либо из двух хроматид – сестринских хромосом(двухроматидные хромосомы) (рис. 2).

Метафазная хромосома состоит из двух продольных нитей ДНК – хроматид, соединенных друг с другом в области первичной перетяжки (центромера). В зависимости от расположения центромеры различают следующие типы хромосом:

• акроцентрические – центромера значительно смещена к одному концу хромосомы, в результате чего одно плечо очень короткое;

• субметацентрические – центромера умеренно смещена от середины хромосомы и плечи имеют разную длину;

• метацентрические – центромера расположена посередине и плечи примерно одинаковой длины (рис. 2.).

Участок каждого плеча вблизи центромеры называется проксимальным, удаленный от нее – дистальным. Концевые отделы дистальных участков называются теломерами. Теломеры препятствуют соединению концевых участков хромосом. Потеря этих участков может сопровождаться хромосомными перестройками. Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, отделяющие от тела хромосомы участок, называемый спутником (спутничные хромосомы).

Рис. 2. Схема строения метафазной хромосомы (а) и типы хромосом (б): а: I – хроматиды; 2 – спутник; 3 – вторичная перетяжка; 4 – центромера; 5 – плечо; 6  – теломеры; б: 7 – метацентрическая; 8 – еубметацентрическая, 9 – акроцентрическая

 

Каждая хромосома уникальна морфологически и генетически, она не может быть заменена другой и не может быть восстановлена при потере. При потере хромосомы клетка погибает.