Для успешного выполнения заданий ЕГЭ в линиях 5, 23, 27 и 28 нужно понимать процесс митоза. Этот процесс обеспечивает деление эукариотических клеток с сохранением точной копии исходного генетического материала. Митоз лежит в основе роста организмов, регенерации тканей и бесполого размножения. После изучения фаз цикла ты сможешь безошибочно определять хромосомные формулы в задачах.
Клеточный цикл и подготовка к делению
Клеточный цикл — период существования клетки от момента её образования из материнской клетки до собственного деления (включая это деление) или гибели. Клеточный цикл состоит из интерфазы и деления клетки.
Интерфаза — это период клеточного цикла между двумя последовательными делениями, когда клетка растёт, выполняет свою функцию. Во время интерфазы в клетке присутствует ядро. Состоит из G1 (пресинтетический), S (синтетический), G2 (постсинтетический) периодов. G0, или период покоя, характерен для высокоспециализированных клеток. В таких клетках не происходит репликации; как правило, они утрачивают способность к делению.
Буква n обозначает набор хромосом. Буква c обозначает количество молекул ДНК (или хроматид).
Детальный разбор фаз митоза
Деление клетки проходит по строго заданному алгоритму. Разберём пошагово каждую фазу.
Митозом могут делиться клетки с различными наборами хромосом — гаплоидные (n), диплоидные (2n), триплоидные (3n), клетки с любыми геномными мутациями (2n + 1, 2n − 1) и так далее.
Профаза
Набор генетического материала составляет 2n4c. Хромосомы укорачиваются и утолщаются — этот процесс называется спирализацией (конденсацией). Ядерная оболочка постепенно растворяется, а ядрышки полностью исчезают. Центриоли клеточного центра расходятся к противоположным полюсам клетки, начинается формирование нитей веретена деления.
Метафаза
Набор генетического материала сохраняется как 2n4c. Хромосомы достигают максимальной степени спирализации и выстраиваются строго по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам каждой хромосомы. В этот момент хромосомы лучше всего видны под микроскопом.
Анафаза
Набор генетического материала кратковременно меняется на 4n4c. Происходит разделение центромер, а нити веретена деления сокращаются. Сестринские хроматиды отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам клетки. Собираясь у полюсов, они становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами. Из-за этого количество хромосом в клетке вырастает ровно в два раза.
Телофаза
Финальная стадия, при которой у каждого полюса формируется диплоидный набор — 2n2c. Однохроматидные хромосомы раскручиваются (происходит деспирализация). Вокруг них формируются новые ядерные оболочки, восстанавливаются ядрышки. Нити веретена деления разрушаются. Завершается процесс этапом цитокинеза — разделением цитоплазмы. У животных клеток он происходит путём образования перетяжки из мембраны, а у растительных клеток внутри формируется плотная клеточная пластинка. Образуются две полноценные дочерние клетки, генетически идентичные исходной.
Решение задач с ЕГЭ
Рассмотрим алгоритмы решения для заданий из ЕГЭ.
Задача 1
Установите последовательность процессов митоза. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
- Расхождение однохроматидных хромосом к полюсам.
- Разрушение ядерной мембраны.
- Формирование новой ядерной мембраны.
- Разделение хроматид в области центромеры.
- Расположение хромосом по экватору клетки.
Решение:
Последовательность процессов митоза: 2) разрушение ядерной мембраны → 5) расположение хромосом по экватору клетки → 4) разделение хроматид в области центромеры → 1) расхождение однохроматидных хромосом к полюсам → 3) формирование новой ядерной мембраны.
Ответ: 25413.
В заданиях на распознавание митоза и мейоза ищи гомологичные (парные) хромосомы. Внимательно смотри на полюса при расхождении: при митозе двухроматидные хромосомы распадаются, и к полюсам направляются однохроматидные сестринские хроматиды.
Задание 2
Хромосомный набор клетки корня яблони домашней равен 34. Определите хромосомный набор (n) и число молекул ДНК (с) в клетке эндосперма яблони домашней перед началом деления, в метафазе митоза и в конце анафазы митоза. Объясните полученные результаты.
Решение:
- в жизненном цикле покрытосеменных преобладает спорофит; спорофит имеет диплоидный набор хромосом; соответственно, 34 хромосомы — диплоидный набор яблони домашней;
- эндосперм покрытосеменных имеет триплоидный набор хромосом; триплоидный набор хромосом яблони домашней равен 51;
- перед началом деления набор хромосом — 51; число молекул ДНК — 102;
- в метафазе митоза набор хромосом — 51; число молекул ДНК — 102;
- в конце анафазы митоза набор хромосом — 102; число молекул ДНК — 102;
- перед началом деления, в синтетическом периоде интерфазы, происходит репликация (удвоение) молекул ДНК; молекулы ДНК остаются связанными друг с другом в области центромер; хромосомы становятся двухроматидными, но их количество не увеличивается;
- в метафазе митоза хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, что не отражается на их количестве;
- в анафазе митоза к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды, которые становятся в этот момент самостоятельными хромосомами; число хромосом равно числу молекул ДНК.
Практикум
Задание 1
В исходной клетке содержится 80 хромосом. Сколько хромосом будет содержаться в клетке в профазе митоза? В ответе запишите только соответствующее число.
Ответ: 80.
Пояснение: события профазы митоза не влияют на количество хромосом. Таким образом, в профазе митоза в клетке будет содержаться 80 двухроматидных хромосом.
Задание 2
Все перечисленные ниже признаки, кроме трёх, можно использовать для описания митоза. Определите три признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
- в телофазе формируется новая ядерная оболочка
- в анафазе к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы
- происходит при образовании спор у растений
- происходит при образовании клеток гаметофита у папоротника
- в профазе компактизуются двухроматидные хромосомы
- происходит при образовании гамет у животных
Процессы, протекающие с участием мейоза:
2) в анафазе к полюсам расходятся двухроматидные хромосомы;
3) происходит при образовании спор у растений;
6) происходит при образовании гамет у животных.
Ответ: 236.
Заключение
После изучения этого материала можно смело приступать к задачам ЕГЭ по биохимии и клеточной теории. Теперь ты умеешь:
- восстанавливать хронологический порядок процессов деления;
- определять фазу митоза по схематичным рисункам;
- применять формулу набора nc для расчёта количества хромосом и ДНК на каждой стадии.
Для закрепления темы рекомендуем решить 8–10 тренировочных заданий с хромосомным набором из открытого экзаменационного банка. Обращай внимание на формулировки условий и внимательно читай, какой именно тип клетки (гаплоидный или диплоидный) указан в условиях.
