Наследственный материал эукариот преимущественно локализован в ядре и представлен хромосомами, состоящими из ДНК, связанной с белком.
Хромосомы имеют первичную перетяжку (утончённый неспирализованный участок), делящую хромосому на два плеча. В её области располагается центромера, которая участвует в клеточном делении.
Виды хромосом:
- равноплечие — с плечами равной длины;
- неравноплечие — с плечами неравной длины;
- палочковидные — с одним длинным и вторым очень коротким.
Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку (ядрышковый организатор), в её области формируется ядрышко.
Диплоидный набор хромосом — совокупность хромосом соматической клетки, в которой все характерные для данного биологического вида хромосомы представлены попарно.
Гаплоидный набор хромосом — совокупность хромосом зрелой половой клетки, в которой из каждой пары хромосом присутствует только одна.
Генетический код — последовательность нуклеотидов, посредством которой записана информация о синтезе определённых белков. Свойства кода: триплетный — каждая аминокислота кодируется известным сочетанием из трёх расположенных рядом нуклеотидов (кодон); множественный — одна и та же аминокислота может быть кодирована несколькими триплетами, но каждый триплет кодирует только одну аминокислоту; неперекрывающийся, т. е. один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соединений триплетов; не имеет «знаков препинания» — если произойдёт выпадение одного нуклеотида, его место займёт ближайший, что приведёт к изменению порядка считывания; универсальный — у всех живых организмов одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.
Биосинтез белка начинается в ядре со списывания информации о структуре белковой молекулы с ДНК на и-РНК по принципу комплементарности. Данный процесс называется транскрипцией. Образованная и-РНК поступает в цитоплазму, где к ней присоединяется рибосома. Одновременно в цитоплазме с помощью ферментов активируется т-РНК, на вершине которой находится триплет, соответствующий по коду определённой аминокислоте (антикодон), а на основании т-РНК крепится данная аминокислота. Т-РНК доставляет аминокислоту к рибосомам. Трансляция — по принципу комплементарности антикодон связывается со своим кодоном. При их соответствии аминокислота в активном центре рибосомы присоединяется к предыдущей аминокислоте. Далее т-РНК освобождается от аминокислоты, а рибосома продвигается по и-РНК на один триплет вперёд.
Клеточный цикл — время существования клетки от начала одного деления до начала следующего деления, состоит из интерфазы и митоза. Интерфаза — процесс роста, развития клетки, синтеза белков и ДНК. Митоз — процесс равномерного распределения между дочерними клетками ядерного наследственного материала.
Митоз состоит из 4 стадий.
- Профаза — спирализация хромосом, уменьшение их функциональной активности; репликация практически не идёт; разрушение оболочки ядра; образование веретена деления; прикрепление хромосом к нитям веретена деления.
- Метафаза — спирализация хромосом достигает максимума; хромосомы утрачивают свою функциональную активность, образуют экваториальную пластинку.
- Анафаза — деление центромер; расхождение по нитям веретена сестринских хромосом. Анафаза заканчивается, когда центромеры достигают полюсов клетки.
- Телофаза — деспирализация хромосом; образование ядерной оболочки; деление цитоплазмы; между дочерними клетками формируется клеточная стенка.
В результате митоза из одной материнской клетки с диплоидным (двойным) набором хромосом образуются две диплоидные дочерние клетки, содержащие полную генетическую информацию в том же объёме, что и родительская.
Митоз обеспечивает: сохранность наследственных признаков; увеличение количества клеток или одноклеточных организмов.
Амитоз — прямое деление клетки, при котором ядро делится путём перешнуровки без предшествующей перестройки: хромосомы не проходят цикла спирализации, не образуется веретено деления, клетка делится сразу после репликации ДНК, ДНК между дочерними клетками распределяется неравномерно.
Амитоз проходит быстрее, чем митоз. В результате амитоза увеличивается количество дочерних клеток, но одновременно могут появляться двух- и многоядерные клетки. Амитоз характерен одноклеточным и некоторым клеткам многоклеточных организмов (отжившие клетки и клетки при патологических состояниях).
Мейоз — деление клеток, в результате которого число хромосом в ядре уменьшается вдвое (половые клетки в период созревания).
Интерфаза предшествует мейозу. На этом этапе происходит репликация ДНК с последующим удвоением хромосом. Клетки с диплоидным набором хромосом, каждая состоит из одной хромосомной нити (хромонемы). После интерфазы хромосомы становятся удвоенными, а их диплоидное число сохраняется.
Мейоз I (редукционное деление). Профаза I — спирализация хромосом; конъюгация (сближение двух хромосом); кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом); хроматиды начинают расходиться; биваленты (пара удвоенных гомологичных хромосом, каждая из которых состоит из двух хроматид) обособляются и располагаются по периферии ядра; ядрышко исчезает. Метафаза I начинается с момента разрушения ядерной оболочки; биваленты располагаются в экваториальной плоскости, прикреплённые к нитям веретена деления. Анафаза I — центромеры каждой пары гомологичных хромосом разъединяются и к полюсам клетки отходят гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид. Телофаза I начинается с достижения хромосомами полюсов клетки (у каждого полюса располагается гаплоидный набор хромосом) — происходит редукция числа хромосом; образуется ядерная оболочка; делится цитоплазма; формируется клеточная стенка.
Завершение мейоза I сопровождается образованием двух дочерних клеток, содержащих гаплоидный набор хромосом, которые в свою очередь остаются удвоенными.
Кратковременная интерфаза, или интеркинез, — не происходит репликация ДНК, нет удвоения хромосом.
Мейоз II (по типу митоза — равное деление). Профаза II — непродолжительная, так как хроматиды спирализованы. Метафаза II — образуется экваториальная пластинка, хромосомы, состоящие из двух хроматид, центромерными участками прикрепляются к нитям веретена деления. Анафаза II — хроматиды расходятся к полюсам клетки. Телофаза II — образуется ядерная оболочка; делится цитоплазма; формируется клеточная стенка. Образуются 4 гаплоидные клетки.
В результате мейоза из одной клетки с диплоидным набором хромосом после двух последовательных делений образуются 4 гаплоидные клетки.
Для мейоза характерны:
- редукция числа хромосом;
- конъюгация гомологичных хромосом;
- рекомбинация генетического материала, обусловленная случайным расхождением материнских и отцовских гомологичных хромосом в дочерние клетки, а также кроссинговером.
