Хромосомы и гены. Генетика для начинающих
Инна Шустрова,
кандидат биологических наук
Как мы помним, почти в каждой клетке живого организма находится полный набор генетических данных об этом самом организме. Трудно, однако, представить себе, что весь этот информационный запас так и хранится в клетке в виде спутанного клубка длиннющей нити ДНК. Природа избрала более компактный способ хранения информационных носителей жизни. ДНК организма поделена на несколько крупных "кусков", отрезков, которые, в свою очередь, плотно "упакованы" за счет вторичной и третичной спирализации, и, чтобы они не разворачивались без особой надобности, "пришиты" в некоторых местах специальными белками. Каждая такая конструкция носит название хромосомы, а полный комплект хромосом в клетке (точнее, не просто в клетке, а в клеточном ядре) у животного или растения называется хромосомным набором.
Число, форма и структура хромосом в наборе специфичны и постоянны для каждого вида живых организмов. Так, хромосомный набор домашней кошки состоит из 38 хромосом. Их обычно считают по парам, следовательно, в каждой клетке тела кошки содержится 19 пар хромосом. В каждой паре хромосом отрезки ДНК имеют одинаковую длину и почти одинаковую структуру. "Почти" означает, что в одних и тех же местах этих хромосом должны располагаться одни и те же гены, - но, как мы помним, один и тот же ген может быть представлен различными вариантами-аллелями. Именно поэтому хромосомы в парах являются не одинаковыми, а подобными друг другу, или, как говорят чаще - гомологичными. И поэтому же, говоря о положении (локализации) того или иного гена, используют термин локус - место, которое занимает какой-то ген, допустим, ген бесхвостости, на конкретной хромосоме (рис.1).
Причем из 19 пар хромосом восемнадцать - полные гомологи (так называемые аутосомы). Последняя пара - половые хромосомы - может быть представлена как двумя сходными хромосомами X (и это определит принадлежность животного у женскому полу), так и различными - X и Y (тогда перед нами особь мужского пола). Между Х-и Y- хромосомами есть только крайне небольшой участок подобия. В отличие от "обычных", соматических клеток организма, его половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) имеют "одинарный" хромосомный набор из 19 непарных хромосом. То есть каждая хромосома из обычного, "двойного" набора в половых клетках представлена в единственном экземпляре. Нетрудно понять, почему все соматические клетки организма обладают двойным набором хромосом: если в процессе оплодотворения сливаются две половые клетки, каждая из которых несет одинарный набор, то, естественно, новообразованный организм получает от матери и от отца по одной хромосоме из каждой гомологичной пары (рис. 2). Образование половых клеток с их одинарным хромосомным набором хромосом следует рассмотреть более детально. Перед тем, как какая-либо клетка организма приступит к делению (то есть, иначе говоря, размножению), ее молекула ДНК воспроизводит собственную копию. В итоге, после такого самоудвоения ДНК из "обычных" клеток первоначально образуются клетки с четверным набором хромосом. Затем в процессе деления половинки удвоенной хромосомы одновременно с делением ядра и цитоплазмы расходятся по двум новым клеткам, и двойной хромосомный набор восстанавливается.
При образовании половых клеток (так называемых гамет) процесс деления генетического материала отличается от обычного. Вначале, как и при простом делении клеток, в клетках-предшественницах гамет происходит удвоение молекул ДНК. Затем гомологичные хромосомы попарно соединяются на протяжении всей своей длины; при этом они могут взаимно обмениваться фрагментами (это называется кроссинговером, или рекомбинацией - рис.3). В каждую новую клетку расходятся не новообразованные "половинки" хромосом, а целые гомологичные хромосомы - по одной из каждой пары (рис. 2). После этого, уже без предварительного удвоения ДНК, следует второе деление, в результате которого и возникают половые клетки с одинарным набором хромосом (рис. 2). Итак, со сменой каждого поколения (родители-дети) происходит непрерывное перераспределение отцовских и материнских хромосом - а значит, и заключенной в них генетической информации.
Инна Шустрова,
кандидат биологических наук
Как мы помним, почти в каждой клетке живого организма находится полный набор генетических данных об этом самом организме. Трудно, однако, представить себе, что весь этот информационный запас так и хранится в клетке в виде спутанного клубка длиннющей нити ДНК. Природа избрала более компактный способ хранения информационных носителей жизни. ДНК организма поделена на несколько крупных "кусков", отрезков, которые, в свою очередь, плотно "упакованы" за счет вторичной и третичной спирализации, и, чтобы они не разворачивались без особой надобности, "пришиты" в некоторых местах специальными белками. Каждая такая конструкция носит название хромосомы, а полный комплект хромосом в клетке (точнее, не просто в клетке, а в клеточном ядре) у животного или растения называется хромосомным набором.
Число, форма и структура хромосом в наборе специфичны и постоянны для каждого вида живых организмов. Так, хромосомный набор домашней кошки состоит из 38 хромосом. Их обычно считают по парам, следовательно, в каждой клетке тела кошки содержится 19 пар хромосом. В каждой паре хромосом отрезки ДНК имеют одинаковую длину и почти одинаковую структуру. "Почти" означает, что в одних и тех же местах этих хромосом должны располагаться одни и те же гены, - но, как мы помним, один и тот же ген может быть представлен различными вариантами-аллелями. Именно поэтому хромосомы в парах являются не одинаковыми, а подобными друг другу, или, как говорят чаще - гомологичными. И поэтому же, говоря о положении (локализации) того или иного гена, используют термин локус - место, которое занимает какой-то ген, допустим, ген бесхвостости, на конкретной хромосоме (рис.1).
Причем из 19 пар хромосом восемнадцать - полные гомологи (так называемые аутосомы). Последняя пара - половые хромосомы - может быть представлена как двумя сходными хромосомами X (и это определит принадлежность животного у женскому полу), так и различными - X и Y (тогда перед нами особь мужского пола). Между Х-и Y- хромосомами есть только крайне небольшой участок подобия. В отличие от "обычных", соматических клеток организма, его половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) имеют "одинарный" хромосомный набор из 19 непарных хромосом. То есть каждая хромосома из обычного, "двойного" набора в половых клетках представлена в единственном экземпляре. Нетрудно понять, почему все соматические клетки организма обладают двойным набором хромосом: если в процессе оплодотворения сливаются две половые клетки, каждая из которых несет одинарный набор, то, естественно, новообразованный организм получает от матери и от отца по одной хромосоме из каждой гомологичной пары (рис. 2). Образование половых клеток с их одинарным хромосомным набором хромосом следует рассмотреть более детально. Перед тем, как какая-либо клетка организма приступит к делению (то есть, иначе говоря, размножению), ее молекула ДНК воспроизводит собственную копию. В итоге, после такого самоудвоения ДНК из "обычных" клеток первоначально образуются клетки с четверным набором хромосом. Затем в процессе деления половинки удвоенной хромосомы одновременно с делением ядра и цитоплазмы расходятся по двум новым клеткам, и двойной хромосомный набор восстанавливается.
При образовании половых клеток (так называемых гамет) процесс деления генетического материала отличается от обычного. Вначале, как и при простом делении клеток, в клетках-предшественницах гамет происходит удвоение молекул ДНК. Затем гомологичные хромосомы попарно соединяются на протяжении всей своей длины; при этом они могут взаимно обмениваться фрагментами (это называется кроссинговером, или рекомбинацией - рис.3). В каждую новую клетку расходятся не новообразованные "половинки" хромосом, а целые гомологичные хромосомы - по одной из каждой пары (рис. 2). После этого, уже без предварительного удвоения ДНК, следует второе деление, в результате которого и возникают половые клетки с одинарным набором хромосом (рис. 2). Итак, со сменой каждого поколения (родители-дети) происходит непрерывное перераспределение отцовских и материнских хромосом - а значит, и заключенной в них генетической информации.