Podziały i genetyka
Mejoza i crossing-over
Zmienność rekombinacyjna i jej źródła
Zmienność rekombinacyjna polega na powstawaniu nowych zestawień alleli już obecnych w puli genowej. Nie tworzy nowych alleli, lecz zmienia ich układ w chromosomach i kombinacje występujące u potomstwa.
W profazie I mejozy chromosomy homologiczne łączą się w biwalenty. Niesiostrzane chromatydy homologów mogą wymieniać odpowiadające sobie odcinki podczas crossing-over, dlatego chromatydy rekombinowane zawierają nowe zestawienia alleli genów sprzężonych.
W metafazie I każda para chromosomów homologicznych ustawia się niezależnie od pozostałych par. Ich losowy rozdział do komórek potomnych, a następnie losowe łączenie gamet podczas zapłodnienia, wielokrotnie zwiększają liczbę możliwych genotypów potomstwa.
- Crossing-over zachodzi między niesiostrzanymi chromatydami chromosomów homologicznych i dotyczy odpowiadających sobie odcinków DNA.
- Niezależna segregacja chromosomów wynika z losowej orientacji biwalentów w metafazie I mejozy.
- Losowe łączenie gamet podczas zapłodnienia łączy dwa niezależnie wytworzone zestawy alleli.
- Rekombinacja zwiększa różnorodność genetyczną potomstwa, ale sama nie jest źródłem nowych alleli — nowe allele powstają w wyniku mutacji.
Schemat: Zmienność rekombinacyjna i jej źródła
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: IV.4
Organizacja komórki i funkcje organelli
Kompartmentacja rozdziela reakcje w przestrzeni i pozwala utrzymywać odmienne warunki w organellach. Jądro przechowuje DNA, rybosomy syntetyzują białka, RER modyfikuje białka wydzielnicze i błonowe, a aparat Golgiego je sortuje.
Mitochondria i chloroplasty mają podwójną błonę, koliste DNA, rybosomy podobne do bakteryjnych i dzielą się przez przewężenie. Cechy te wspierają teorię ich endosymbiotycznego pochodzenia.
Lizosomy zawierają hydrolazy działające w kwaśnym środowisku, peroksysomy utleniają wybrane substraty i rozkładają H₂O₂, a wakuola roślinna magazynuje substancje i utrzymuje turgor.
- Otoczka jądrowa jest ciągła z siateczką śródplazmatyczną.
- Rybosomy 80S występują w cytozolu eukariontów, a 70S m.in. u bakterii i w organellach półautonomicznych.
- RER jest szczególnie rozwinięte w komórkach intensywnie wydzielających białka.
- SER uczestniczy w syntezie lipidów, detoksykacji i magazynowaniu Ca²⁺.
Schemat: Organizacja komórki i funkcje organelli
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: IV.5
Cykl komórkowy, mitoza i mejoza
W fazie G₁ komórka rośnie, w fazie S replikuje DNA, a w G₂ przygotowuje się do podziału. Po replikacji każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd siostrzanych, lecz liczba chromosomów liczona według centromerów nie wzrasta.
Mitoza rozdziela chromatydy siostrzane i zwykle daje dwie komórki o takim samym zestawie chromosomów. Jest podstawą wzrostu, regeneracji i rozmnażania bezpłciowego.
Mejoza obejmuje dwa podziały po jednej replikacji DNA. W profazie I chromosomy homologiczne tworzą biwalenty i może zachodzić crossing-over; niezależna segregacja homologów oraz rekombinacja zwiększają zmienność gamet.
- Mitoza: rozdział chromatyd siostrzanych.
- Mejoza I: rozdział chromosomów homologicznych.
- Mejoza II: rozdział chromatyd siostrzanych.
- Punkty kontrolne zatrzymują cykl przy uszkodzeniu DNA lub nieprawidłowym przyłączeniu wrzeciona.
Schemat: Cykl komórkowy, mitoza i mejoza
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: IV.7
Najczęstsze błędy
„Crossing-over zachodzi między chromatydami siostrzanymi”
Poprawnie: Wymiana odcinków zachodzi między niesiostrzanymi chromatydami chromosomów homologicznych w profazie I mejozy.
„Rekombinacja tworzy nowe allele”
Poprawnie: Rekombinacja tworzy nowe zestawienia istniejących alleli; źródłem nowych alleli są mutacje.
„Każda komórka eukariotyczna ma jądro”
Poprawnie: Dojrzałe erytrocyty ssaków i człony rurek sitowych są przykładami wyspecjalizowanych komórek bez jądra.
„Mitochondria są całkowicie niezależne od jądra”
Poprawnie: Mają własne DNA, lecz większość ich białek jest kodowana w jądrze i importowana z cytozolu.
Zadania z odpowiedziami
1. Źródła różnorodności gamet
Wyjaśnij, dlaczego gamety jednego osobnika mogą różnić się zestawem alleli mimo pochodzenia z tej samej komórki macierzystej.
- 1.Wskaż crossing-over w profazie I.
- 2.Uwzględnij losową orientację biwalentów w metafazie I.
- 3.Połącz oba procesy z różnym składem chromatyd i chromosomów w gametach.
Odpowiedź
Crossing-over tworzy chromatydy z nowymi zestawieniami alleli genów sprzężonych, a niezależna orientacja biwalentów powoduje losowy rozdział chromosomów matczynych i ojcowskich. W rezultacie powstają gamety o różnych kombinacjach alleli.
2. Komórka wydzielnicza
Wskaż organelle szczególnie rozwinięte w komórce produkującej i wydzielającej enzym białkowy.
- 1.Określ miejsce syntezy białka.
- 2.Wskaż drogę modyfikacji i sortowania.
- 3.Dodaj organellum dostarczające ATP.
Odpowiedź
Rozwinięte są rybosomy i RER, aparat Golgiego, pęcherzyki wydzielnicze oraz mitochondria. Białko przechodzi szlakiem RER → Golgi → pęcherzyki → błona.
3. Liczba chromosomów i DNA
Komórka diploidalna ma 2n=6. Podaj liczbę chromosomów i chromatyd po replikacji, przed mitozą.
- 1.Licz chromosomy według centromerów.
- 2.Uwzględnij dwie chromatydy w każdym chromosomie.
- 3.Nie utożsamiaj chromatyd z chromosomami.
Odpowiedź
Komórka ma nadal 6 chromosomów, ale 12 chromatyd i podwojoną ilość DNA.
Podsumowanie
- Crossing-over zachodzi między niesiostrzanymi chromatydami chromosomów homologicznych i dotyczy odpowiadających sobie odcinków DNA.
- Niezależna segregacja chromosomów wynika z losowej orientacji biwalentów w metafazie I mejozy.
- Zmienność rekombinacyjna polega na powstawaniu nowych zestawień alleli już obecnych w puli genowej. Nie tworzy nowych alleli, lecz zmienia ich układ w chromosomach i kombinacje występujące u potomstwa.
- Otoczka jądrowa jest ciągła z siateczką śródplazmatyczną.
- Rybosomy 80S występują w cytozolu eukariontów, a 70S m.in. u bakterii i w organellach półautonomicznych.
- Kompartmentacja rozdziela reakcje w przestrzeni i pozwala utrzymywać odmienne warunki w organellach. Jądro przechowuje DNA, rybosomy syntetyzują białka, RER modyfikuje białka wydzielnicze i błonowe, a aparat Golgiego je sortuje.
- Mitoza: rozdział chromatyd siostrzanych.
Słownik pojęć
- Zmienność rekombinacyjna
- Różnorodność wynikająca z powstawania nowych zestawień istniejących alleli.
- Crossing-over
- Wymiana odpowiadających sobie odcinków między niesiostrzanymi chromatydami chromosomów homologicznych w profazie I mejozy.
- Niezależna segregacja
- Losowy rozdział chromosomów homologicznych różnych par do komórek potomnych podczas pierwszego podziału mejotycznego.
- Kompartmentacja
- Podział wnętrza komórki na przedziały o różnych funkcjach i warunkach.
- Organelle półautonomiczne
- Mitochondria i chloroplasty mające część własnego aparatu genetycznego.
- Endosymbioza
- Trwałe współżycie, w którym jeden organizm żyje wewnątrz drugiego.
- Chromatydy siostrzane
- Kopie chromosomu powstałe w replikacji i połączone centromerem.
- Biwalent
- Para chromosomów homologicznych połączonych w profazie I mejozy.