О хромосомной формуле (n и с)

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

В очередной раз убеждаюсь как некоторые вопросы учащихся в комментариях помогают направлять  объяснение репетитором определенных вопросов в нужное русло.

В последние 2 года в заданиях ЕГЭ стало появляться всё больше и больше вопросов, связанных с определением хромосомной формулы в клетках различных организмов на разных этапах их деления (при митозе или мейозе).

Да, такие тестовые задания позволяют объективно выявлять полноту знаний учащимися процессов деления клетки. Вот только, к сожалению, сами составители таких заданий не всегда обладают этой полнотой знаний и указывают вместо правильных неверные ответы.

По вопросу Катерины в комментарии к статье «Митоз  и мейоз» мне стало ясно, что она не правильно понимала вообще, что означают буквы «n» и «с» в хромосомной формуле.

1. Катерина: Ну вот, я просто в ступоре! Борис Фагимович, что же получается: в профазе митоза мы имеем набор 2n4c (то есть две хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид), но на рисунках в учебниках нам наглядно рисуют четыре самостоятельные хромосомы? Каждая из которых по две хроматиды? В метафазе набор не меняется. В анафазе в момент разъединения мы получаем 4n4c (в сумме), но ведь было только 2n, откуда же ещё две хромосомы берутся?

Б.Ф.: Обратите внимание, что обозначение 2n4c – это ни в коем случае не означает: “то есть две хромосомы…” Так вот, 2n – это не “две хромосомы”, это весь диплоидный набор хромосом какого-то вида организмов, а n – его гаплоидный набор.

Этот “набор” n может быть, например, 4 как у дрозофилы, или 23, как у человека. На подробных рисунках схем митоза (или мейоза) изображают, как правило, не 23 пары хромосомы и даже не 4 пары (чтобы не загромождать схему), а для удобства, для схематичности,  всего 2 пары (одну тоже не изображают).

Таким образом, общим выражением 2n2c обозначают диплоидный набор хромосом (n) у любого вида организмов в интерфазной клетке (до репликации, до удвоения ДНК), указывая после “n” еще и букву “с” – количество хроматид в каждой хромосоме. То есть, если набор хромосом диплоидный 2n и все они однохроматидные, то при 2n рядом пишем, соответственно и 2с. Что тоже самое, что и 2(nс), но так не пишут.

При подготовке же клетки к делению, после того как осуществится процесс репликации ДНК в S периоде интерфазы, само количество будущих хромосом в клетке не меняется, но каждая хромосома становится двухроматидной. И в этом случае общее выражение набора хромосом в клетках любого вида организмов будет выглядеть 2n4c.

Выражением же 1n2c показывают набор и состав хромосом после первого редукционного деления мейоза: сам набор хромосом снизился в это время в два раза (но пока еще хромосомы ненормальные, а двухроматидные). После же второго эквационного мейотического деления хромосомы становятся 1n1c, то есть нормальными (однохроматидными) и набор их в каждой из четырех вновь возникших клеток будет гаплоидным (n).

Катерина:  Ну вот, до таких очевидных вещей я  не смогла докопаться…

Б.Ф.: Зато теперь, Катерина, после того, как Вы не постеснялись четко сформулировать, что Вам было непонятно, представьте, что еще кто-то сможет прояснить для себя этот вопрос. А кто-то и  не “знал”, что он этого не знает!

2. Влад: Объяснения по мейозу непонятны, все эти n и c скорее всего только запутывают.
Возьмем животное краказябр. У него три = ТРИ = 3 пары хромосом, у человека 23 а у него 3. То есть всего хромосом 6 = шесть = ШЕСТЬ. Пусть это будут А1,А2,Б1,Б2,В1,В2.
Что с ними происходит при мейозе?
Можно догадываться (репетитор скрывает или просто не знает), что сначала, на неназванной репетитором фазе, каждая из них просто создает свою копию. Т.е., в результате получаем в клетке 12 = ДВЕНАДЦАТЬ хромосом.
А1копия1 А1копия2 А2копия1 А2копия2 Б1копия1 Б1копия2 Б2копия1 Б2копия2 В1копия1 В1копия2 В2копия1 В2копия2.
Без общих слов и всякой n-c галиматьи репетитора почтительно просят продолжить по мейозу что происходит дальше — вплоть до момента соединения яйцеклетки и сперматозоида, без воды и глупых картинок.

Б.Ф.: Всю эту, как Вы пишите «галиматью», с «n и с» придумал не я. Уже более 30 лет такие буквенные обозначения количества хромосом (n) и количество ДНК в них (с) используются в школьных учебниках по Общей биологии для 10-11 классов. Вы, видимо, уж очень очень давно закончили школу? Теперь и в заданиях ЕГЭ в каждом контрольном варианте обязательно встречаются вопросы, когда от учащихся требуется расписывать хромосомную формулу (nc) на разных стадиях жизненного цикла клетки.
Текст в статье содержит всего две странички. Влад, прежде, чем писать откровенную чушь об увеличении числа хромосом вдвое после репликации ДНК (в S периоде интерфазы), прочтите ещё раз хоть один абзац статьи:
«В синтетический период интерфазы S, после удвоения каждой из хроматиновых нитей ДНК (или каждой из «хромосом»), их общий набор не меняется, он остается прежним диплоидным (2n), но они становятся двухроматидными — 2с (то есть после синтетического периода, имеем в 2n наборе «хромосом» уже не 2с, а 4с генетической информации)».
Если у Вашего гипотетического животного в G1 периоде интерфазы было 2n = 6 хромосом, то и после S периода, то есть после удвоения ДНК их останется 6, но они будут содержать уже не 6 ДНК, а 12 ДНК. Поэтому, Влад, уж извините, что на Вашу почтительную просьбу продолжить объяснение мейоза «без всякой n-c галиматьи» я не возьмусь.

3. Анастасия: Недавно столкнулась с задачей и мне не понятен  ответ. Не могли бы Вы помочь?
Диплоидный набор хромосом клетки равен 34. Необходимо определить количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза. Ответ дан 68, 34, 34, 17, соответственно.

Б.Ф.: Итак, для интерфазной клетки данного задания имеем: диплоидный набор хромосом 2n равен 34 и их качество, то есть количество молекул ДНК (2с)  равно 34. После репликации (удвоения)  ДНК в S периоде интерфазы перед митозом, формула примет вид 2n4с, то есть ДНК станет 68 молекул.                                                                     

Митоз завершается образованием из одной материнской клетки двух клеток 2n2с (то есть ДНК в каждой клетке будет 34 молекулы). После первого деления мейоза, называемого редукционным (уменьшительным делением), количество хромосом уменьшается вдвое, но, так как они еще двухроматидные и формула имеет вид 1n2с, то ДНК будет 34 молекулы.                                                                                                                          

После второго деления мейоза, называемого эквационным делением (уравнительным делением) — хромосомы станут нормальными однохроматидными и хромосомная формула примет вид 1n1с, то есть ДНК будет 17 молекул. Анастасия, изучите еще повнимательнее мою статью и я надеюсь Вам будет всё понятно.

4. Елена: Подскажите, пожалуйста, какой же будет генетическая формула анафазы 2 мейоза: 2п4с или 1п2с?

Б.Ф.:  И не так, и не так, а 2n2c. Прочтите внимательно мою статью на блоге.

Елена: Я опять все по тому же вопросу. Привожу ответ из досрочного ЕГЭ (ФИПИ) 2016 года на 39 вопрос: «В интерфазе I происходит репликация ДНК, количество хромосом постоянно, количество ДНК увеличивается в 2 раза — 48 хромосом, 96 ДНК. Хромосомный набор в профазе I равен интерфазе — 48 хромосом, 96 ДНК. В анафазе I к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид, количество хромосом уменьшается в 2 раза — 24 хромосомы, 48 ДНК». Из этого следует, что генетическая формула анафазы 1 — 1п2с. В Вашей таблице — 2п4с, я и сама так считала.

Б.Ф.: А кем составлен этот ответ? Почему Вы должны из-за него отказываться от своего правильного мнения? «В анафазе I к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид, количество хромосом уменьшается в 2 раза» — ну что за чушь! Да, количество хромосом снизится в два раза — в этом и суть первой фазы мейоза — редукционного деления. Но снизится то не в анафазу (когда все хромосомы ещё сидят в одной материнской клетке), а после телофазы. После телофазы 1 в каждой из дочерних клеток будет по 24 хромосомы. А если их уже в анафазу 24, то в телофазу, что же, их  будет 12… Да, это что-то новенькое…

5. Ольга: Борис Фагимович, спасибо Вам за разъяснения, разбираюсь. Плохо получается, снова вопрос: в анафазе митоза по картинке 4n4c, то есть, 92 хромосомы 92 ДНК?

Б.Ф.: Ольга, да всё хорошо Вы разбираетесь (надо бы ещё уверенности побольше и «верить» своим глазам). Конечно, раз написано 4n4с — значит сколько хромосом, столько же и ДНК. На рисунке, для удобства восприятия, изображены всего две пары хромосом какой-то гипотетической клетки, то есть n = 2. (Представляете, что это была бы за схема, если бы все 23 пары человеческих хромосом попытались бы изобразить?! Тогда действительно в анафазе пришлось бы их рисовать все 92 штуки).                                      

Здесь же показано, что эта диплоидная клетка до подготовки к делению имела всего 2n хромосом = 4 (и каждая хромосома была однохроматидная, сколько n столько и с). Раз клетка диплоидная, то есть 2(nc), что тоже самое, что и 2n2с, то и ДНК в ней было 4.                                                                                                          

Перед митозом в S периоде интерфазы происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК). При этом само количество хромосом не увеличивается их остается 2n=4, но они становятся иного качества — двухроматидные 4с, то есть ДНК будет уже 8. Поэтому в это время и пишем общую формулу 2n4с.              

В профазу и метафазу митоза мы видим 4-ре двухроматидные хромосомы, то есть 8 ДНК. А в анафазу, количество хромосом в материнской клетке увеличивается вдвое за счет того, что они разделяются на отдельные хроматиды и формула приобретает вид 4(nc) или 4n4c.                                                                         

К концу митоза в телофазе в материнской клетке обособятся два новых ядра (с 4-мя нормальными однохроматидными хромосомами каждое, то есть будут ядра как ядро у исходной материнской клетки 2n2c). Это и позволит после цитокинеза (деления самой материнской клетки надвое) получить две полноценные дочерние клетки с диплоидным (2n) набором однохроматидных хромосом каждая (2n2с).

6. Анна: Подскажите пожалуйста ответ на вопрос.Какова биологическая роль эквационного деления?

Б.Ф.: Эквационным или уравнительным делением называют мейоз II. Суть мейоза вообще — это создание клеток с гаплоидным — n (половинным от диплоидного) набором хромосом. Таковыми клетки становятся уже после мейоза I. Но, как Вы знаете, «нормальные» хромосомы должны быть однохроматидными (то есть, сколько n столько и с), а после мейоза I они имеют иное качество, они «не нормальные», а двухроматидные (на n штук хромосом приходится 2с штук хроматид). Чтобы клетки стали c гаплоидным набором (n) «нормальных» по строению хромосом (с) и необходим мейоз II. Анна, если Вам осталось что-то непонятным, изучите еще мою статью: «Митоз и мейоз в помощь к сдаче ЕГЭ».

Анна: Спасибо большое, но мой преподаватель по генетике, сказал мне на ваш ответ следующее: «Да вы движетесь в правильном направлении, но вы описали сам процесс эквационного деления, а мне нужно почему он именно в биологическом смысле происходит» Мы всей группой ломаем голову над этим, вероятно у него какая- то своя теория))) Если у вас есть еще какие-то догадки по этому поводу поделитесь, я и моя группа будет вам благодарна за это.

Б.Ф.: Анна, «хоть убейте», но никакого отдельного смысла в плане биологического значения эквационное деление не имеет. Биологическое значение эквационного деления соответствует в целом ответу на вопрос о биологическом значении мейоза вообще. А биологическое значение мейоза у животных (у растений мейозом образуются споры): образование гаплоидных половых клеток, обеспечивающих при половом размножении (оплодотворении) образование диплоидной зиготы.

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

У кого будут вопросы к репетитору биологии по Скайпу, не стесняйтесь, обращайтесь в комментариях.

У меня на блоге вы можете приобрести  ответы на все тесты ОБЗ ФИПИ за все годы проведения экзаменов  по ЕГЭ и ОГЭ (ГИА).