САДЫКОВ БОРИС ФАГИМОВИЧ, к.б.н., доцент. Приглашаю на занятия по биологии и генетике. boris.sadykov@gmail.com; +7 (927) 32-32-052
САДЫКОВ БОРИС ФАГИМОВИЧ, к.б.н., доцент. Приглашаю на занятия по биологии и генетике. boris.sadykov@gmail.com; +7 (927) 32-32-052

О наборе хромосом и хроматиновых нитей ДНК

Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора биологии по Скайпу biorepet-ufa.ru.

Уже почти три года как я веду свой блог. Некоторые темы вызывают особый интерес и комментарии к статьям становятся невероятно «раздутым». Понимаю, что читать такие длинные “портянки” со временем становится очень неудобно.
Поэтому решил часть вопросов читателей и мои ответы на них, имеющих, возможно, интерес для многих, размещать в этой отдельной рубрике блога, которую назвал «Из диалогов в комментариях».

Чем важна тема этой статьи?

В последние два года в тестах ЕГЭ стало много заданий, связанных с определением количества хромосом (n) и их качества, то есть  количества ДНК  (с) в разные периоды жизни клеток различных организмов.

Всегда полагал, что сложность в понимании этого вопроса учащимися связана с отождествлением большинством авторов школьных учебников (но лишь для удобства преподнесения информации) таких понятий как «хромосома» и «хроматиновые нити ДНК». В интерфазной клетке правильным будет называть состояние ДНК «хроматиновыми нитями», а лишь в состоянии деления ядра клетки (митозе или мейозе) называть состояние ДНК «хромосомами».

Но, как вы увидите из моего диалога с Ириной, оказывается, существуют еще и другие «заморочки». Например, гаплоидность ядра клетки, как я понял,  воспринималась ею как наличие в это время в ядре одноцепочечной ДНК. Думаю, кто дочитает наш диалог до конца, поймет как трудно  бывает «плавать в серной кислоте»

Ирина.
Здравствуйте, Борис Фагимович. Скажите пожалуйста, правильно ли я всё поняла? В предсинтетическом периоде интерфазы хромосом нет, а есть только их часть, две половинки двух хроматид, в каждой из которых содержится одна спираль ДНК — 2 молекулы ДНК.
В синтетическом периоде происходит удвоение молекул ДНК, их становится 4 и они достраивают хроматиды до конца, и это уже и есть сформировавшиеся хромосомы. Далее идет профаза: разрушается оболочка ядрышка или ядра?

Здравствуйте, Ирина!
Это где Вы, извините, “набрались” таких знаний??? О какой «одной спирали ДНК» Вы говорите? ДНК — всегда двухспиральная.

В предсинтетический период жизни клетки (G1) в ее ядре находится полный, то есть двойной (диплоидный) набор ХРОМАТИНОВЫХ НИТЕЙ ДНК (у человека их 46 штук или 23 пары – n=23, 2n=46, содержание ДНК, обозначаемое буквой “с” будет таким же с=23, 2с=46, поэтому и справедлива запись в это время 2n2c) – мы их не должны  пока называть хромосомами (а называем иногда так лишь для удобства), так как это именно хроматиновые нити ДНК не скрученные в состояние хромосом.

В таком состоянии ДНК и работает, с нее списывается информация на разные виды РНК и идут активно синтезы белков. Это основная часть жизни клетки.

Переход в синтетический период интерфазы (S) – это уже подготовка к будущему делению ядра клетки (митозу или мейозу). В S периоде идет удвоение молекул ДНК. Полное и именно удвоение (будет 92 нити ДНК). То есть из одной двухцепочечной материнской хроматиновой нити ДНК будет образовано две двухцепочечные дочерние (или их называют еще сестринскими) хроматиновые нити ДНК.

В G2 периоде интерфазы идет формирование из хроматиновых нитей ДНК,путем их наматывания на белки-гистоны, хромосом. Набор хромосом и их качество в это время будет выражаться формулой 2n4c.

Хромосомы – это бывшие нити ДНК только сильно, сильно спирализованные, укомплектованные  до состояния “палочек”, хорошо видимых даже в световой микроскоп структуры. Так вот, каждая хромосома в это время состоит из двух сестринских хроматид, то есть набор хромосом и после удвоения ДНК не изменился их 46 штук или 2n, но каждая хромосома состоит из двух сестринских или идентичных хроматид (2n4c).

В профазу исчезает оболочка ядра (ядрышки, кстати, тоже становятся невидимыми), что освобождает хромосомы из “тюремного заключения» и они в дальнейшем строго равномерно распределятся по разным полюсам клетки (и в анафазу их будет в клетке 4n4c), потом обособятся двумя самостоятельными ядерными оболочками (снова станет в каждом ядре по 2n2c), а после деления цитоплазмы материнской клетки (цитокинеза) образуется две новые дочерние клетки, идентичные материнской.

Ирина.
Получается в предсинтетическом периоде в ядре клетки находится 23 цепочки ДНК, и каждая состоит из 2-х нитей? n-одна цепочка, нить? И они не скрученные? А как это может выглядеть? Т.е. они просто лежат друг на друге?

В предсинтетический период в соматических клетках человека находится, как Вы пишите, не 23 цепочки ДНК (это в половых клетках так с гаплоидным набором хромосом), а 46 нитей ДНК (два набора ДНК: один доставшийся когда-то от мамы, другой — от папы). Сама каждая молекула ДНК, как я уже писал, всегда двухцепочечная. Никакие нити не «лежат друг на друге», они все 46 штук переплетены во всем пространстве нуклеоплазмы ядра.

И вот, чтобы, при делении ядра клетки, одинаковая генетическая информация совершенно равномерно распределилась по двух новым ядрам, молекулы  ДНК  сначала удваиваются. Бывшая  двухцепочечная однохроматидная материнская ДНК  становится двухроматидной (состоит из двух совершенно одинаковых дочерних молекул ДНК).

Потом каждая хроматиновая нить “комкается ” в отдельные “бобинки” (теперь их и можно уже с полным правом назвать «хромосомами»). Хромосомы в это время двойные, состоят из двух идентичных сестринских хроматид, соединенных в одной точке (центромере). Поэтому их и рисуют в виде буквы «Х» как прищепки.

Не путать с понятием о двойном наборе хромосом в соматических клетках, где каждой хромосоме, полученной клеткой от яйцеклетки матери соответствует гомологичная ей хромосома, полученная от отцовского сперматозоида. Гомологи содержат один и тот же набор признаков, но каждый то признак может быть как в одинаковом состоянии и мы говорим о гомозиготе, или в разных состояниях, тогда произносим «гетерозигота». А вот сестринские хроматиды у любой из гомологичных хромосом совершенно идентичны друг другу.

Ирина. И еще вопрос. Получается нельзя утверждать, что в G1 периоде существует однохроматидная хромосома?

В моем учебнике по биологии пишут, что в этом периоде каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК. Это мне тоже не очень понятно. Хромосомы же еще нет. Под молекулой ДНК они подразумевают одну нить этой ДНК?

Хроматиновые нити ядра клетки в период G1 (которые в это время под световым микроскопом представляют какую-то неоднородную “грязь”) лишь условно будто бы ДЛЯ УДОБСТВА в любом учебнике называют “хромосомами”. Отсюда и столько недоразумений при обучении. Да, в этот период хроматиновые нити ДНК однохроматидные – это обычная ДВУХСПИРАЛЬНАЯ молекула ДНК (две ниточки нуклеотидов, соединенные водородными связями друг с другом).

А вот при репликации ДНК в S периоде, водородные связи между нитями разрушаются ферментом геликазой и на каждой старой материнской нити ДНК (правой и левой или верхней и нижней – рисуют на схемах и так, и эдак) из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности азотистых оснований достраивается еще по одной дочерней нити. Образуется две (естественно двухцепочечные) хроматиновые нити совершенно идентичные друг другу и бывшей двухцепочечной материнской молекуле ДНК.

Эти две дочерние молекулы ДНК в G2 периоде интерфазы, после их упаковки превратятся в хромосому, состоящую из двух сестринских (совершенно одинаковых) хроматид.

Как видим, никаких однохроматидных настоящих хромосом до митоза (или мейоза) не существует вовсе. Только в анафазу митоза (или анафазу мейоза II) хромосомы станут на несколько минут однохроматидными (когда они расходятся по разным полюсам клетки), потому что уже в телофазе они потеряют свою плотную хромосомную “сущность” и превратятся в зернистую массу – хроматиновые нити ДНК.

Ирина.  В G1 периоде: в ядре клетки существует одна (двухцепочечная) молекула ДНК. То есть 2n показывает, что молекула ДНК именно ДВУХцепочечная, и этих молекул 23 штуки, и 46 нитей. Получается 1n-одноцепочечная ДНК? n-23 нити? А 2с показывает, что молекул ДНК 46 штук? с-23 двухцепочечных молекул ДНК?

Нет, нет, и нет!!! Совершенно не так Вы все поняли. У человека в соматических диплоидных клетках в G1 периоде существует 46 нормальных двухспиральных хроматиновых нитей ДНК (ДНК всегда двухспиральные у всех клеточных организмов, только у вирусов могут быть односпиральные ДНК). 23 нити достались его клеткам от мамы, а 23 нити достались от папы – это гомологичные нити. n – гаплоидный набор нитей равен у человека, равный 23, находится в гаметах — половых клетках.

Пишем 2n, так как в соматических клетках набор диплоидный. Итак, n – это гаплоидный набор хроматиновых нитей ДНК организма. У человека он равен 23. 2n – диплоидный набор. Буквой “с” обозначают “как бы” качество хроматид (хромосом). Например, 2n2c или 2(nc) – это диплоидный набор однохроматидных хромосом (такой набор всегда в любой соматической клетке).

После репликации ДНК формула запишется так: 2n4c – набор хромосом не изменился, у человека их было сорок шесть штук сорок шесть и останется, но качественно они другие, каждая хромосома состоит теперь из двух сестринских хроматид.

Ирина.   Хмм.. Так? В G1 периоде – 2 хроматиды (они соединены центромерой?), в каждой из которых по 23 цепочки ДНК, т.е. всего 2 хроматиды — 2с, и 46 цепочек ДНК — n+n=2n.
В S периоде — репликация ДНК, хроматид становится 4 штуки — 4с, в каждой из которых так же 23 цепочки ДНК, всего становится 96 цепочек. Значит 2n показывает кол-во цепочек (или хроматиновых нитей) ДНК в одной хроматиде? Если хроматид становится 4, то почему говорят, что хромосом еще не существует? Хромосома же состоит из двух хроматид.

Извините, я уже “осип”, описывать всю эту “галиматью” одно и тоже по много раз. В G1 периоде НЕТ ДВУХ ХРОМАТИД, так как еще не было репликации ДНК, а есть диплоидный (двойной) набор хроматиновых нитей ДНК (лишь условно, для удобства называемых «хромосомами». У каждой «хромосомы» есть ее гомолог и ничем они не соединены (вот и я пишу, что слово “хромосомы” используют лишь для удобства изложения, их то еще нет и в помине, а есть лишь хроматиновые нити ДНК).

Одно я понял, что я совершенно негодящийся “объяснитель”, если после двухчасового   описания у Вас сложилась совершенно немыслимая по невероятию фантазирования навороченная абсурдностью картина. Все, все, все не так!!! Посмотрите какие-нибудь обучающие фильмы что-ли, где всё Вы могли бы увидеть воочию и не создавать в своей голове совершенно немыслимые вещи. Ириночка, я уже скоро чокнусь от полной невозможности объяснить так, чтобы Вы поняли правильно.

Ирина. Извините за мою несообразительность. Спасибо за ваше терпение и стремление помочь. Последний вопрос. Хромосомы образуются в S-периоде, когда происходит репликация ДНК? Или в G2-периоде?

S-период не случайно называется синтетическим от слова синтез. В этот период идет только синтез (удвоение) ДНК. Само создание хромосом – этот сложнейший процесс компактизации ДНК – укладка их в хромосомы начинается лишь  в G2 периоде интерфазы (или в постсинтетический период). Считают, что этот процесс завершается  в профазе – первой стадии самого митоза.

**************************************************************

У кого будут вопросы  к репетитору биологии по Скайпу по материалам этого диалога, обращайтесь, пожалуйста, в комментариях.

Репетитор по биологии Садыков Борис Фагимович, 1956 г. рождения. Кандидат биологических наук, доцент. Живу в замечательном городе Уфе. Преподавательский стаж с 1980 года. Репетитор биологии по Скайпу.
б) Из диалогов в комментариях | гаплоидная клеткадвухспиральная молекула ДНКдиплоидная клетканабор ДНКнабор хромосомрепетитор биологии по Скайпурепликация ДНКхроматиновые нити ДНКхромосомы | Отзывов (8)
Отзывов (8)
  1. Kristina

    Спасибо большое! Долго мучилась, не могла понять, откуда что берется, а тут все так по полочкам разложено.

    Ответить
  2. Вадим

    ооо , наконец-то здравое объяснение всему!!))) огромное спасибо, всё понял)

    Ответить
    • Борис Садыков

      О-о-о! Наконец то откликнулись, что статья оказалась полезной. Спасибо, Вадим.

      Ответить
  3. Александр

    У меня есть пара вопросов?
    Все хромосомные нити в период G1 имеют совершенно разную длину и последовательность нуклеотидов, а под ДНК-кодом человека понимают непрерывный текст сложенный из 46-ти глав последовательности хромосомных нитей?
    И второе, парные хромосомные нити все же являются копиями друг друга, или все же только они равны по длине и содержат лишь одинаковые участки в которых прописаны таки вещи, как число ребер, число костей черепа?
    Ах, ну и да, Y хромосома получается так же содержит две идентичные сестринские нити, просто только два из четырех окончаний обычной хромосомы сплетаются в одно окончание?

    Ответить
    • Борис Садыков

      Не пойму, в чем ваш первый вопрос? Конечно же «текст» не непрерывный. Даже внутри одной нити ДНК между структурными генами есть, так называемые, «знаки препинания» и всевозможные регуляторные участки, которые занимают 90% всей ДНК.
      По второму вопросу. Что такое «парные хромосомные нити»? Можно говорить о хроматиновых нитях ДНК. Когда они спирализовались (уложились в хромосомы), то это уже не «нити», а хромосомы. Парные или гомологичные хромосомы одинаковы по самому набору признаков, но отличаются по аллельным состояниям их. Например, если в какой-то хромосоме мы имеет локусы, отвечающие за цвет глаз, цвет волос, форму носа, то у её гоимолога точно в этих же локусах «сидят» гены, отвечающие за эти же признаки, но их аллельные состояния в каждой из хромосом могут быть как одинаковыми (А и А — карий цвет глаз, или а и а — голубой цвет глаз, тогда мы говорим, что данный организм гомозиготный по данному признаку ), так и разными (А и а, тогда мы говорим, что данный организм гетерозиготный по данному признаку).
      Про Y хромосому я знаю лишь то, что она короткая, так как несет мало признаков и не те, которые есть в Х хромосоме (то есть они с Х хромосомой не являются гомологичными).

      Ответить
      • Александр

        Простите мою неграмотность в области микробиологии, но я физик теоретик, но микробиология меня интересует не меньше, я ищу и собираю информацию по крупинкам. И я долго не мог понять, что такое хромосомы, почему они разные по размеру, почему они парные, и что такое ДНК (не мог понять, почему говорят об одной ДНК, а пар хромосом 23). Про расплетенные нити, и комплементарность было ясно, химию знаю вроде.
        Сейчас я это вижу так: две книги, каждая их которых несет одно и тоже содержание, каждая состоит из 23-х глав, и каждая описывает одно и тоже, но главы могут различаться, глазами, волосами, и т.д.
        А последняя «мужская» хромосомная нить короче своей пары, поэтому превращается в более короткую Y хромосому, а не в X.
        В любом случае, спасибо вам за блог, вы мне помогли разобраться с вопросами, которые «чешут затылок». А учебникам бывает трудно разобраться.
        И спасибо Вам за столь не легкий труд, как внедрение знаний в эти неразумные головы.
        Сам занимаюсь с учениками, но только по физике, и понимаю, как это не легко.
        Вопрос на засыпку возник, митохондрии имеют собственную ДНК, так называемую митохондриальную ДНК, где она записана, как передается от поколения к поколению?

        Ответить
        • Борис Садыков

          Да, в митохондриях (и в хлоропластах у растений) есть собственная ДНК в виде нуклеоида (ДНК замкнута в кольцо как в клетках бактерий). Что значит «где она записана»? Митохондрии самостоятельно размножаются в клетке путем деления надвое (как и бактериальные клетки). Перед делением митохондрии, её единственная кольцевая молекула ДНК реплицируется (удваивается) и в двух новых митохондриях снова окажется по одной кольцевой ДНК. Это так передается митохондриальная ДНК от материнской митохондрии к дочерним митохондриям. Но Вы то, очевидно, спросили как передается мт.ДНК от одного многоклеточного организма (человека, например) к другому организму при половом размножении? Мт.ДНК передается лишь по материнской линии, так как будущий зародыш начинает развиваться из материнской яйцеклетки (которая имеет всё: и ядро с ядерной ДНК, и цитоплазму с митохондриями с собственными молекулами мт.ДНК), в ядро которой привнес свою генетическую (лишь ядерную) информацию сперматозоид. По митохондриальной ДНК ученые сделали вывод, что всё человечество на Земле произошло от одной первоматери (по библии её звали Евой).

          Ответить
          • Александр

            Борис Фагимович, спасибо Вам большое, Ваш пост помог мне разобраться с массой вопросов.
            Как я это все теперь вижу. В клетке находится 46 хроматиновых нитей ДНК: 23 папиных и 23 маминых. 23-я папина, короче 23-й маминой, и сворачивается/скручивается не в X а Y-хромосому. Так же клетка содержит 47-ю нить, кольцевую, находящуюся в митохондриях.
            Еще раз спасибо.

            Ответить
Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *