Передача генів в процесі поділу клітини
крапельки життяЗміст
Найменші з живих організмів називаються protozoa, іліпростейшіе. Деякі з них ледь видно неозброєним оком, але більшість імеютмікроскопіческіе розміри. Саме тому вони вивчаються під мікроскопом.
Представник найпростіших, наприклад амеба, складається з крихітної краплі желеобразнойжідкості, званої протоплазми. Ця крапля протоплазми відділена від води, в которойжівет амеба, дуже тонкою мембраною. Протоплазма, відокремлена мембраною від зовнішньоїсередовища, називається клітиною.
Хоча амеба і має мікроскопічний розмір, вона виконує всі суттєві жізненниефункціі. Вона може захоплювати частинки їжі, які менше її за обсягом, переваріватьіх і викидати неперетравлені залишки. Вона може виявити небезпеку і в етомслучае переміститися, щоб уникнути її. Вона може рости, і коли вона доросте доопределении розміру, то може розділитися надвоє так, що на місці однієї амебисформіруются дві. Коли амеба розділиться надвоє, що з`явилися нові дочірні клеткібудут мати всі характеристики старої батьківської клітини.
Було б розумно вважати, що якби ми зрозуміли, як клітина ділиться на дві клітини, зберігаючи всі свої особливості, то це могло б стати відправною точкою для ізученіятого, як ці особливості передаються у більших організмів, істот, напримеру людей.
Найпростіші складаються з однієї-єдиної клітини. Тварини великі, ніж найпростіші, складаються з безлічі клітин, тісно прилеглих один до одного. Так як кожна з етіхклеток має приблизно той же розмір, що і клітка protozoa, то для того, чтобиобразовать велика тварина, їх потрібно досить багато. Людина, наприклад, состоітіз трильйонів і трильйонів мікроскопічних клітин. Кожна людська клітина состоітіз протоплазми- кожна оточена клітинною мембраною. Тварини, що складаються з множестваклеток, називаються metazoa. Людина теж належить до metazoa.
Єдина клітка protozoa - свого роду майстер на всі руки. Вона може сделатьвсе потроху. У metazoa клітини мають різну спеціалізацію. В людині, наприклад, є довгі тонкі клітини, складові м`язову тканину, які стають короткіміі товстими, коли мускул напружується. Є нервові клітини з нерівним контуром, коториепередают повідомлення від однієї частини тіла до іншої. Є клітини шкіри, які служатупругой захистом для інших частин тіла.
Деякі з цих різних клітин, наприклад, ті, які складають мозок і нерви, стали настільки спеціалізованими, що втратили здатність ділитися. Інші відиклеток, проте, продовжують ділитися протягом життя або, принаймні, могутделіться щоразу, коли це стає необхідним. Наприклад, зовнішні клеткікожі поступово зношуються протягом життя. З цієї причини клітини більш глубокіхслоев шкіри безперервно ростуть і діляться, щоб замінити втрачені клітини.
Процес поділу людських клітин є майже таким же, як і процес деленіяклеток protozoa. Людські клітини зберігають свої характеристики після деленіятак ж, Каю і клітини protozoa. Фактично, процес ділення приблизно одінаковво всіх клітинах. Щоб досліджувати цей процес, давайте ближче звернемося до клітки.
Спочатку все клітини, які ростуть і діляться, складаються з двох частин. Десь в пределахклеткі, часто біля її центру, є маленька пляма протоплазми, відокремлене отостальной частини клітини мембраною ще більш тонкої і ніжної, ніж зовнішня мембранаклеткі. Цю внутрішню частину клітини називають ядром. Протоплазма, що оточує ядро, називається цитоплазмою.
З цих двох частин клітини ядро є найбільш важливим. Припустимо, що амебаразделена надвоє мікроскопічним вістрям голки таким способом, що одна половінасодержіт ціле ядро, в той час як інша половина не містить ядра. Половина Сядро зможе відновити відсутню частину і буде після цього продовжувати жітьобичной життям, вирощуючи і ділячись. Половина без ядра живе лише протягом короткоговремені, але після цього висихає і вмирає. Вона не росте і ніколи не ділиться.
Отже, тепер давайте зупинимося детальніше на самому ядрі. Якщо ми зробимо оченьтонкіе зрізи тканин деяких органів і розмістимо їх під мікроскопом, то сможемувідеть окремі клітини і навіть, можливо, клітинні ядра в межах клітин. Есліми обмежимося тільки розгляданням, то нічого особливого ми в ядрі НЕ увідім.Но ми не будемо цим обмежуватися.
Ядро, як і клітина в цілому, складено з великого числа різних речовин. Некоториехіміческіе речовини при додаванні в воду, в яку поміщена пластина з тканиною, можуть проникнути в клітини і з`єднатися з деякими, але не з усіма речовинами, які там знаходяться. Отримані хімічні сполуки іноді пофарбовані в той ілііной колір. Додаючи необхідну хімічну речовину в клітинну тканину, ми окрашіваемнекоторие частини клітини і залишаємо недоторканими інші її частини. Коли, наприклад, препарат під назвою реактив Feulgen додається в клітку, розсіяні частини ядрапріобретают яскраво-червоне забарвлення (забарвлення по Фельгену). Ці частини називають хроматином (від грецького слова, що означає «колір»). Якщо препарат додається в клітини нарізних стадіях розподілу, поведінка хроматину може стати видимим для нас, і іменноего поведінку і є ключем до цікавить нас ситуації.
На самому початку процесу поділу клітини хроматин ядра начінаетсобіраться в маленькі ниткоподібні форми. Ці нитки хроматину називають хромосомамі.Чісло хромосом різний в клітинах різних видів тварин. У мухи, наприклад, тольковосемь хромосом в її клітинах, а у лангусти - понад сто. Всі клітини будь-якого жівотногоодного виду (про винятки ми будемо говорити в наступному розділі) мають той же самоечісло хромосом. В людських клітинах, наприклад, хроматин під час процесу деленіяклеткі збирається рівно в 48 хромосом.
Оскільки хроматин протягом поділу клітини збирається в невеликі ниткоподібні форми, процес поділу клітини називається митозом, від грецького слова «нитка».
Після того як сформувалися хромосоми, ядерна мембрана зникає, і речовини ізядра змішуються з цитоплазмою. Хромосоми тим часом витягуються поперек клеткіпосередіне.
Це - вирішальний момент. Його називають Метафаза. Хромосоми залишаються в середині клітини, і через деякий час кожна хромосома раптово дублюється хромосомою-компаньйоном, що вибудовується в лінію поруч з початковою хромосомою. У ділиться клітці человекачісло хромосом, таким чином, збільшується з 48 до 96 в метафазі.
Після метафази все відбувається досить-таки швидко. Спочатку хромосоми отделяютсядруг від одного. Один набір в 48 хромосом (в людських клітинах) переміщається водін кінець клітини. Інший набір в 48 хромосом - в інший кінець клітини.
Хромосоми в кожному кінці клітини потім охоплюються новими ядерними мембранами. Втечение короткого часу клітина володіє відразу двома ядрами. В межах каждогоядра хромосоми починають розгортатися і втрачають свою ниткоподібну форму. Але вони розпадаються і не розчиняються. Це можна порівняти з тим, як якщо б сильно натянутаяструна, після того як її відпустили, раптом ослабла і стала б довгою і закручівающейся.Іменно так хромосоми розгортаються в хроматин і перебувають в очікуванні следующегоразделенія клітини, коли вони ще раз формують хромосоми.
Після того як ці два ядра сформувалися в протилежних кінцях клітини, клетканачінает в середині звужуватися. Середина стає все більш і більш вузької, покаклеткі не відокремилися. У protozoa дві отримані клітини від`єднуються друг від Друган стають двома окремими індивідуумами. У metazoa дві дочірні клітини остаютсяна місці. Нова клітинна мембрана, проте, тепер відділяє дві частини того, чтокогда-то було однією клітиною.
Тепер повернемося до метафазі. Одна незвичайна річ, яка може нас заінтересоватьв процесі мітозу, - подвоєння хромосом. Все інше - просто питання розподілу веществаклеткі на дві рівні частини і відділення їх один від одного мембраною.
Ви можете запитати: «Чи не відбувається те ж саме і з хромосомами? Чи не ділиться лікаждая хромосома просто по її довжині, стаючи двома хромосомами? »
Щоб відповісти на це питання, нам недостатньо займатися розглядом толькосамой клітини або навіть ядра. Ми повинні звернути нашу увагу на саму хромосому.
Відео: Урок біології №28. Поділ клітини. Мітоз.
усередині хромосомиТепер ми маємо справу з об`єктами, які є настолькокрошечнимі, що ми повинні зупинитися, щоб обміркувати, до скільки маленьких размеровми взагалі можемо так чи інакше дістатися. Як всі ми, що живуть в століття атомної бомби, ймовірно, знаємо, весь світ складається з атомів. Атоми - надзвичайно малі об`екти.Хромосома, яка є досить великою, щоб бути поміченою з помощьюмікроскопа, містить в собі багато мільярдів атомів.
Атоми бувають ста різних типів, деякі з них є більш простими, чемдругіе. За рідкісними винятками атоми пов`язані разом в групи. Іноді така группасостоіт з атомів лише одного виду. Найчастіше група складається з двох або більше різнихвидів атомів. Іноді ці групи можуть бути складені тільки з двох атомів кожна, іноді з півдюжини, іноді з декількох мільйонів. У будь-якому випадку, групу атомів, складається вона з одного виду або з багатьох, чи містить вона два атома або два мільйони, називають молекулою.
Кожен з різних типів відомих нам речовин (а таких - багато сотень тисяч) состоітіз молекул свого власного виду. Кожен з різних видів молекули має свойсобственний набір властивостей і характеристик.
Наприклад, якщо ви ділите шматок того чи іншого речовини, наприклад цукру, надвоє, кожна його частина все ще буде цукром. Якщо ви продовжуєте ділити цукор на меншу менші частини, кожен фрагмент - все ще цукор. Навіть якщо було б можливо делітьсахар так точно, щоб розділити його на окремі молекули (мільярди трілліоновмолекул), кожна молекула залишалася б цукром. Молекула, однак, - наіменьшаячастіца, яка може зберегти характеристики речовини, яке вона составляет.Еслі б ви повинні були розділити молекулу цукру надвоє, ви залишилися б з двумягруппамі атомів, кожна з яких представляє собою половину розміру первоначальноймолекули. Пі одна з нових груп, однак, вже не була б цукром.
Це те ж саме, як якщо б ви взяли клас з 16 учнів і розділили б його надва. Ви тоді б мали два класи по 8 учнів у кожному. Ви могли продовжити ісделалось 4 класу але 4 учні в кожному, 8 класів по 2 учні в кожному або даже16 класів по 1 учню в кожному. Але на цьому ви повинні були б зупинитися. Якби ви спробували продовжити цей захоплюючий процес і сформувати 32 классапо половині учня в кожному, ви залишилися б без класів взагалі, без будь-лібоученіков, але зате з серйозними неприємностями з поліцією.
Тепер дозвольте нам повернутися до хромосомі. Хромосома складена з речовини, названногонуклеопротеіном. Нуклеопротеіновая молекула має величезний розмір але порівняно сбольшінством молекул. Вона в мільйон або більше разів більше, ніж, наприклад, сахарнаямолекула. (Навіть і в цьому випадку все ще занадто маленька для того, щоб бути замеченнойпод звичайними мікроскопами.) Хромосома - нитка з декількох тисяч цих гігантскіхнуклеопротеінових молекул, з`єднаних разом.
Тепер уявіть собі, що сталося б, якби кожна хромосома мала расколотьсяпосередіне в метафазі і стати двома хромосомами. Це скидалося на розрив жемчужногоожерелья. Ви не мали б більше двох перлинних намист, просто два набори з кучекжемчуга, і більше нічого.
Тепер ми можемо відповісти на питання, яким закінчили попередній розділ. Хромосомитак просто не розділяються посередині, стаючи двома хромосомами в метафазі. Якби хромосома була роздроблена посередині, кожна нуклеопротеіновая молекула билаби зруйнована. Замість того щоб мати дві хромосоми, ми не мали б жодної.
Отже, для того щоб кожній хромосомі стати вже двома хромосомами в метафазі, одна з них повинна бути створена заново з простіших матеріалів.
Як це робиться? Точно не знає ніхто. Багато вчених вивчають цей процес. Кактолько вони отримають повну відповідь, вони будуть мати в своєму розпорядженні один з важнихключей до знання природи самого життя.
У грубому наближенні проте це, здається, здійснюється наступним чином: протоплазма в клітці містить різні прості речовини, які можуть бути з`єднані, щоб сформувати хромосому. (Подібно частинам мозаїки, коли ви бачите, яка зних при правильному з`єднанні з іншими може скласти велику картину.) Деякіз цих речовин називають амінокислотами. Інші називають пуринами, піримідину, пентози і іонами фосфату. Деяким чином ці прості речовини витягіваютсяіз протоплазми і шикуються в лінію близько різних хромосом. Розташування веществтаково, що кожна амінокислота в кожній хромосомі має подібну амінокислоту рядомс собою-кожен пурин сусідить з подібним же пурином і т. Д. Коли построеніезакончено, всі ці маленькі молекули і іони з`єднуються разом, і в підсумку ми імеемвторую хромосому поряд з першою. Так як друга хромосома складена з точно такіхже молекул і іонів, що і перша, і вибудувана в лінію в тому ж самому порядку, томи маємо точний дублікат першої хромосоми. Перша хромосома діяла як свогороду модель, але якою виліплена друга.
Процес, яким хімічна структура формує іншу структуру тільки і непосредственноіз матеріалів в протоплазмі, відомий як самовідтворення.
Підсумовуючи, таким чином, то, що відбувається в делящейся клітці людини в метафазі, ми бачимо, що кожна з цих сорока восьми хромосом в клітині самовоспроізводітся.Сформірованний другий набір хромосом є точним дублікатом першого набора.Два набору рухаються в протилежні кінці клітини, і, коли клітина ділиться, каждаядочерняя клітина має свій власний набір хромосом.
Відео: Урок біології №31. Біосинтез білка.
Ферменти і гениМи побачили, що клітина містить безліч різних речовин, які можуть використовуватися як сировина в виготовленні складних структур твань хромосом.Каждая клітина, фактично, містить в межах своєї мікроскопічної структуримного тисяч різних хімікатів. Ці хімікати постійно стикаються і об`едіняютсядруг з одним, обмінюються атомами, розколюючи і відокремлюючи, перебудовують атомів межах своєї власної структури і т. Д. Дії подібного роду називаютсяхіміческімі реакціями.
Як вам може здатися з цього опису, події в межах клітини повинні битьочень заплутаними, молекули снують туди-сюди, подібно людям, що стикаються другс іншому на переповненій залізничної станції. Однак є один тип молекули, який привносить порядок і сенс в хімічні реакції, які відбуваються в пределахклеткі. Це - ферменти. Ферменти - порівняно великі молекули, які способниоказать вплив на перебіг деяких хімічних реакцій. Кожен фермент може вліятьна одну специфічну хімічну реакцію, тому що поблизу нього відбувається толькоона, і ніяка інша.
У межах однієї клітини різні ферменти, мабуть, розташовані впорядкованим образом.Напрімер, безліч ферментів - частини маленьких структур в межах цитоплазми клеткі.Еті структури називають мітохондріями. Подібно хромосомами, мітохондрії составлениіз нуклеопротеина. Нуклеопротеїн мітохондрії має, однак, хімічно відмінний отхромосомного тип.
Ми можемо розглянути клітину як щось подібне мікроскопічної фабриці. Молекуливсех видів надходять в наш організм з повітря і з їжі, яку ми їмо, і переносятсяк індивідуальним клітинам потоками крові. Це нагадує шлях, яким вугілля, сталь, каучук та іншу сировину поставляються на фабрики поїздами і судами.
У клітці ці молекули руйнуються, щоб в результаті віддати енергію, або ж онівистраіваются, щоб сформувати більш складні молекули. Це все подібно до того, як фабрики спалюють вугілля, щоб отримати енергію, або використовують сталь і другіематеріали, щоб створити складну структуру, подібну автомобілю або літаку. Каждаяхіміческая реакція в клітці управляється ферментом, подібно до того як кожна дія фабриці управляється будь-яким робочим. Ферменти організовані в мітохондріяхтак ж, як робочі поставлені уздовж складальних ліній.
Так само як фабрика не могла б зробити нічого суттєвого, наприклад, якби Всеробітничий страйкували, так і клітина не може нічого створити без тисяч її ферментов.Но тоді звідки ж беруться самі ферменти? Це - важливе питання. Найкращою відповіддю, которийми поки знаємо, наступний: ферменти формуються нуклеопротеіновимі молекулами в пределаххромосом.
Як ми сказали, хромосома складається не з єдиною нуклеопротеіновой молекули, але з тисяч таких розтягнутих молекул. Кожну нуклеоіротеіновую молекулу називаютгеном.
Гени мають дві важливі властивості. Перше - здатність самовідтворення в теченіемітоза, - процес, пояснений в розділах «Як діляться клітини» і «Усередині хромосоми» Друге - здатність зробити фермент. Точний процес виробництва ферменту ещенеізвестен. Можливо, весь ген використовується як модель для іншого гена, і тольконекоторая частина гена використовується як модель для ферменту.
Деякі вчені вважають, що кожен ген має здатність формувати один спеціфіческійфермент, і ніякий інший. Інші повністю не впевнені в тому, що гени настільки спеціалізірованни.Кажется досить обґрунтованим, однак, що характер генів, представлених в хромосомахклеткі, визначає характер ферментів в клітці. Так як ферменти контролюють хіміческіереакціі, гени управляють хімією клітини. Після поділу клітини кожна дочірня клеткаімеет ідентичні гени і тому ідентичний хімічний склад. Це результат самовоспроізводствав митозе: обидві дочірні клітини мають ідентичні гени.
Відео: Життєвий цикл клітини. Рішення генетичних задач-4
Гени і фізичні характеристикиТепер, коли ми показали, як клітини зберігають свої характерістікіпосле ділення, ви можете задатися питанням, як все це відноситься до проблеми человеческіхрас. Застосування всього цього наступне: фізичні характеристики, які ми упоміналів попередньому розділі, визначені хімією клітини. Все те, що якимось чином затрагіваетхімію клітини, може так чи інакше торкнутися тілесні фізичні характеристики.
Як приклад давайте розглянемо колір шкіри.
Велика молекула пігменту меланіну сформіровивается в клітинах шкіри з набагато меньшеймолекули, названої тірозіном. {Тирозин безбарвний і присутній у всіх клітинах.) Конкретні етапи цього процесу все ще невідомі, але один з відомих нам первихшагов вимагає присутності ферменту, званого ти-розіназой. У клітинах шкіри большінствалюдей є але принаймні один ген, робота якого повинна привести до образованіютірозінази. Якщо ген має вигляд, який може формувати значні колічестватірозінази, клітина шкіри походить на добре укомплектовану фабрику. Форміруютсязначітельние кількості меланіну, і людина, що володіє цим геном, має поетомутемно-коричневу шкіру, чорне волосся і темно-карі очі. Якщо ген має вигляд, которийпроізводіт тільки невелика кількість тирозинази, буде вірним зворотне. Будетсформіровано лише невелика кількість меланіну, і людина матиме бліду шкіру, світле волосся та світлі очі. Крім того, є деякі люди, чиї гени НЕ форміруюттірозінази взагалі. Так як в їх клітинах немає навіть невеликої кількості тирозинази, у них не може бути і меланіну. Такі люди мають дуже світлу шкіру, біле волосся, і у них немає взагалі ніякої пігментації райдужної оболонки очей. (Їх очі виглядяткрасноватимі, тому що маленькі кровоносні судини проступають через прозрачнуюбесцветную райдужну оболонку.) Таких людей називають альбіноса. Якщо ви коли-лібовстречалі альбіноса, то особисто змогли переконатися в тому, яке приголомшливе впливна фізичний стан людини може мати присутність або відсутність тільки одногог.
Є й інші ферменти, і тому багато інших гени залучені до формування меланіна.Цвет шкіри з цієї причини більш складний, ніж це могло б здатися з того, про Чеммі поки розповіли.
Інша фізична характеристика, яку ми могли б розглянути, - зростання. Одініз хімічних чинників, які впливають на зростання людини, відомий як гормон роста.Ето речовина формується в клітинах маленької структури, названої гіпофізом, которийрасположен прямо під мозком. Гормон росту проникає з гіпофіза в кров`яної поток.Кровь несе його до всіх частин тіла, так чи інакше (знову ми не знаємо точні деталі) заохочуючи клітини рости і ділитися.
Якщо немає інших факторів, які могли б бути розглянуті в поєднанні з ним (наприклад, дієти або хвороби), людина з великою кількістю гормону росту в крові буде растіболее швидко, ніж людина з меншою кількістю цього гормону. Він, ймовірно, станетбольшім і дуже високим. Є люди, у яких з різних причин гіпофізом проізводітсялішь дуже невелика кількість гормону росту. Така людина взагалі ледь росте, і в результаті він залишається карликом. Навпаки, деякі люди мають зайву виработкугормона зростання, і в результаті вони перетворюються в гігантів. Карлики і гіганти, которихми бачимо на уявленнях в цирку, - результат нестачі або надлишку гормону росту.
Гормон росту формується в гіпофізі під контролем ферментів. Кількість гормонароста тому залежить, принаймні частково, від кількості деяких ферментів, сформованих в клітинах. Це, в свою чергу, залежить від характеру генів, отвечающіхза формування цих ферментів. Так що зростання, подібно кольором шкіри, залежить від пріродигенов, якими людина володіє.
Подібні аргументи можуть бути висунуті для будь-якої фізичної характеристики. Етовсегда питання гена. З цієї причини логічно припустити, що, якщо ми хочемо преуспетьв розподілі людей на расові групи, ми повинні спочатку вивчити все, що ми можемо дізнаєтесь те, як гени передаються від батьків дітям.
