Хромосомы и их роль в наследственности

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Хромосомы, их роль в наследственности, морфологическая и молекулярная структура

Хромосомами называются постоянные компоненты ядра клетки, имеющие особую организацию, функциональную специфичность, способные к самовоспроизведению и сохранению свойств на протяжении всего онтогенеза. Выполняя функции сохранения, передачи и реализации наследственной информации, они способны к изменению своей структуры и морфологии. В интерфазном ядре они выполняют функции транскрипции и репликации, поэтому находятся в деконденсированном (неуплотненном) состоянии, имеют вид тонких деспирализованных нитей, представляющих собой комплексы ДНК и основных белков - гистонов. Во время деления клетки основная функция хромосом - сохранение и передача наследственной информации в дочерние клетки, поэтому они находятся в компактном (конденсированном) состоянии, обусловленном максимальной спирализацией хроматиновых нитей.

Размеры хромосом у разных организмов варьируют в широких пределах. Число хромосом у различных объектов также значительно колеблется, но характерно для каждого вида животных или растений.

Хромосомы животных и растений представляют собой палочковидные структуры разной длины с довольно постоянной толщиной, у большей части хромосом удается легко найти зону первичной перетяжки, которая делит хромосому на два плеча. В области первичной перетяжки находится центромера, где расположен кинетохор. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку.

В конце интерфазы каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Каждая из них, в свою очередь, состоит из двух половинок - полухроматид или хромонем. Хромонемы содержат уплотненные участки - хромомеры, которые в световом микроскопе имеют вид темноокрашенных гранул. Их число, положение и величина в обеих хроматидах одинаковы и для каждой хромосомы относительно постоянны. Расстояния между хромомерами называются межхромомерными участками.

Спутник - это хромосомный сегмент (сферическое тельце) с диаметром, равным диаметру хромосомы или меньше его, которое связано с хромосомой тонкой нитью. Выделяют следующие 5 типов спутников:

1. микроспутники - сфероидальной формы, маленькие спутники с диаметром вдвое или еще меньше диаметра хромосомы;

2. макроспутники - довольно крупные формы спутников с диаметром, превышающим половину диаметра хромосомы;

3. линейные спутники, имеющие форму длинного хромосомного сегмента. Вторичная перетяжка значительно удалена от терминального конца;

4. терминальные спутники, локализованные на конце хромосомы;

5. интеркалярные спутники, локализованные между двумя вторичными перетяжками.

Вторичная перетяжка, соединяющая спутник с телом хромосомы, способна к участию в процессе формирования и сборки ядрышек. Такая вторичная перетяжка называется еще ядрышковым организатором.

Спутник вместе с вторичной перетяжкой составляют спутничный район. Вторичные перетяжки могут быть у одних хромосом на длинном плече, у других - на коротком. Концевые участки хромосомы называют теломерами. Особенность их состоит в том, что они не способны к соединению с другими участками хромосом.

Нормальная длина каждой хромосомы и суммарная длина всех хромосом кариотипа постоянна. Морфология хромосомы определяется в первую очередь положением центромеры. В соответствии с местом расположения центромеры выделяют основные формы хромосом: метацентрические, субметацентрические, акроцентрические и изохромосомы.

Метацентрические хромосомы отличаются тем что плечи у них одинаковой или почти одинаковой длины. Субметацентрические хромосомы имеют плечи разной длины. У акроцентрических хромосом центромера расположена к близко к одной из теломер.

Изохромосомы - моноцентрические хромосомы с двумя генетически идентичными плечами, появляющиеся как результат неправильного деления центромеры после разрыва и воссоединения сестринских хроматид в области центромеры. Изохромосома имеет одинаковые плечи в результате деления центромеры по горизонтали.

Хроматин - основной компонент клеточного ядра. В среднем в хроматине 40% приходится на ДНК и около 60% на белки. В структурном отношении хроматин представляет собой нитчатые комплексные молекулы дезоксирибонуклеопротеида, которые состоят из ДНК, ассоциированной с гистонами и иногда еще с негистоновыми белками. Способность к дифференциальному окрашиванию легла в основу выявления двух фракций хроматина - гетеро - и эухроматина. Эухроматиновые зоны окрашиваются слабо, их рассматривают как активные зоны хромосом, содержащие основной комплекс работающих генов. Гетерохроматиновые зоны окрашиваются более интенсивно, предполагается, что в них находятся блоки идентичных генов, обладающих сходным действием и малоактивных в онтогенезе. Однако гетерохроматин имеет определенное генетическое влияние, к примеру, определяющие пол хромосомы не могут рассматриваться как генетически неактивные, хотя они часто полностью состоят из гетерохроматина.

Молекулярная структура хромосом достаточно сложная. Функция этой структуры заключается в такой упаковке ДНК, чтобы она поместилась в хромосоме. Если бы геномная ДНК была представлена в виде обычной двунитевой спирали, то она протянулась бы на 2 метра. Упаковка ДНК в хроматин обеспечивает многократное сокращение линейных размеров ДНК, необходимое для размещения её в ядре, которая происходит в первых три наиболее изученных уровня упаковки:

1) накручивание ДНК на нуклеосомы с образованием нуклеосомной нити диаметром 10 нм (нанометров),

2) компактизация нуклеосомной нити с образованием так называемой 30-нм фибриллы,

3) сворачивание фибриллы в гигантские петли, закреплённые на белковой скелетной структуре ядра -- ядерном матриксе.

Одним из самых последних уровней упаковки в митотическую хромосому некоторые исследователи считают уровень так называемой хромонемы, толщина которой составляет около 0,1 -- 0,3 мкм (микрометра). В результате дальнейшей компактизации диаметр хроматиды достигает ко времени метафазы 700 нм. Значительная толщина хромосомы (диаметр 1400 нм) на стадии метафазы позволяет, наконец, увидеть её в световой микроскоп. Конденсированная хромосома имеет вид буквы X (часто с неравными плечами), поскольку две хроматиды, возникшие в результате репликации, соединены между собой в районе центромеры.

2. Корреляционная изменчивость

Коррелятивная (соотносительная) изменчивость - взаимосвязанное изменение различных признаков и свойств: связь между ростом и весом особей (положительная корреляция) или темпом клеточного деления и величиной клеток (отрицательная корреляция). Например, увеличение длины колоса злаков ведет к уменьшению длины стебля. Так, получая хороший урожай, теряем солому. Увеличение конечностей у насекомых приводит к увеличению мышц. И таких примеров известно много.

Различают следующие типы корреляции:

1) Морфогенетические корреляции приурочены преимущественно к эмбриональной фазе онтогенеза. Именно на примерах этих корреляций четко выявляется природа коррелятивных зависимостей. С первых стадий развития (дробления) яйца и последующего-органогенеза морфогенетические или формообразовательные корреляции играют ведущую роль в эмбриогенезе. Морфогенетические коррелятивные изменения происходят вследствие возникновения первичных изменений, которые влекут за собой соответственные зависимые вторичные изменения.

2) Эргонтические корреляции по преимуществу относятся к постэмбриональному периоду онтогенеза, но особенно характерны для ювенильного периода. Их значение: окончательная моделировка индуцируемых частей. Эргонтические (рабочие) корреляции возникают в результате контакта между соответственными частями организма. Особенно отчетливо выявляются эргонтические корреляции во взаимоотношениях между работающей мышцей и подлежащей костной опорой. Чем сильнее развита мышца, тем резче развиваются гребни на участках кости, к которым мышца прикрепляется. Поэтому по развитию костных гребней можно судить о степени развития мышцы, служащей эргонтическим индуктором.

Корреляции могут быть обусловлены чисто генетическими причинами (плейотропия) или взаимозависимостями процессов становления определенных признаков и свойств в индивидуальном развитии особей (онтогенетические корреляции), а также сходными реакциями разных признаков и свойств на одни и те же внешние воздействия (физиологические корреляции). Наконец, корреляции могут отражать историю происхождения популяций из смеси двух или более форм, каждая из которых привносит не отдельные признаки, а комплексы взаимосвязанных признаков и свойств (исторические корреляции). Изучение коррелятивной изменчивости имеет важное значение в палеонтологии (например, при реконструкции вымерших форм по отдельным ископаемым остаткам), в антропологии (например, при восстановлении черт лица на основе изучения черепа), в селекции и медицине. молекулярный хромосома спутник популяция

3. Изменение структуры популяций под влиянием изоляции. Влияние миграции и отбора

Популяция - это длительно существующие группы особей, устойчиво сохраняющиеся на протяжении жизни многих поколений. Именно здесь активно происходят обмен генетическим материалом, процессы естественного отбора и другие изменения. Именно здесь интенсивно осуществляется случайное, свободное скрещивание. В то же время популяция так или иначе изолирована от соседних совокупностей особей данного вида.

Под изоляцией в генетике популяций понимается любое нарушение случайного скрещивания (панмиксии). Изоляция - широко распространенное всеобщее явление природы. Популяций, которые не были бы в той или иной степени изолированы друг от друга, в природе не существует.

Изоляция, ограничивая панмиксию или величину популяции, представляет собой тем самым один из важных факторов эволюции. Для обособления какой-либо группы организмов внутри вида и образования новой расы необходимо, чтобы особи, входящие в эту группу, не могли скрещиваться с другими особями своего вида и обмениваться с ними вновь возникающими генами. Единственный способ осуществления этого - любая форма изоляции.

Изоляцию делят на три основные формы: географическую, биологическую и экологическую.

Географическая изоляция - результат разделения группы родственных организмов какой-либо физической преградой (морем, рекой, горой, пустыней, ледником и т. д.).

Биологическая изоляция делится на генетическую и физиологическую. При генетической изоляции ограничивается или полностью исключается свободное комбинирование генов. К факторам генетической изоляции относятся: полиплоидия, хромосомные перестройки, несовместимость ядра и цитоплазмы, различные нарушения нормального течения мейоза, приводящие к образованию нежизнеспособных гамет, возникновение мутаций, вызывающих стерильность или летальный эффект, и т. д. Физиологическая изоляция, будучи генетически обусловленной, проявляется, например, в избирательности спаривания или опыления, специфического опыления насекомыми, в действии безусловных рефлексов, под влиянием которых птицы ежегодно возвращаются к прежним местам гнездовий, а рыбы уходят на нерест в определенные реки, в различиях в строении половых органов, отсутствии полового влечения между самцами и самками разных популяций и т. д.

Экологическая изоляция возникает в результате того, что разные группы организмов, обитающие в одной географической области, занимают различные местообитания. Она может быть обусловлена и тем, что у разных групп организмов одной популяции период размножения не совпадает во времени, то есть приходится на различные сезоны года.

Различные формы изоляции, ограничивающие обмен генами между группами организмов или препятствующие такому обмену, действуют не только отдельно, но часто и в сочетании друг с другом.

В любую популяцию путем скрещивания могут включиться, мигрировать генотипы из другой популяции. При этом быстро изменяется частота имеющихся в популяции аллелей или появляются новые гены, ранее в ней отсутствовавшие. Следовательно, популяция может подвергаться давлению миграции, в результате которого границы между популяциями сглаживаются, а генетическое разнообразие возрастает.

При однократной миграции в результате стабилизирующего скрещивания в исходной популяции установится генетическое равновесие. Если же миграция происходит систематически, то концентрации генов будут меняться с каждым новым стабилизирующим скрещиванием.

Естественный отбор является основным фактором, направляющим эволюционные изменения. Именно он определяет магистральную линию исторического развития живого, формирует у живых организмов оптимальные способности к выживанию и самовоспроизведению. Результаты естественного отбора проявляются в ходе смены многих поколений. Объектом отбора являются отдельные виды живого. Особь, прошедшая отбор, вносит свой вклад в генофонд популяции. Отбору подвергаются все признаки свойства живого. Он действует на всех стадиях развития особи и имеет четкую направленность - повышение способности к выживанию, к оставлению потомства. Причем отбор закрепляет и те особенности, которые полезны данному виду как целому. Эти признаки могут быть вредны для особи, но полезны для популяции: отгоняя врага, ужалившая его пчела гибнет, но спасает пчелиную семью, семейный запас меда.

Используемые источники

1. Меттлер Л., Грегг Т., Генетика популяций и эволюция, пер. с англ., М., 1972;

2. Холден Дж., Факторы эволюции, пер. с англ., М. -- Л., 1935;

3. Лобашев М. Е., Генетика, 2 изд., Л., 1967;

4. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика, тт. 1-3, М., 1988

Размещено на Allbest.ru