МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА НА ТЕМУ: «ХРОМОСОМЫ – НОСИТЕЛИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАДАТКОВ»

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА НА ТЕМУ: «ХРОМОСОМЫ – НОСИТЕЛИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАДАТКОВ» Цель:  систематизировать   и  углубить   знания  о   хромосомах  –  носителях наследственных   задатков   и   об   их   роли   в   определении   пола   человека; познакомить с историей открытия хромосом.  Формы и методы: семинар. Ход занятия 1. Вступление. Учитель.  Наблюдения   и   открытия   Бэра   были   верны,  хотя   информация только   о   внешнем   строении   яйцеклеток   и   сперматозоидов   млекопитающих никак не помогала решить загадку определения пола зародышей у человека. Внешне все яйцеклетки были одинаковы, так же как и все спермии. Для того чтобы   ответить   на   вопрос,   чем   именно   определяется   развитие   зародышей, исследователям   пришлось   пройти   долгий   путь,   полный   удивительных открытий.   В   частности,   они   обнаружили   в   ядрах   делящихся   клеток компактные   тела   –   хромосомы,   и   выяснили,   что   именно   они   являются хранилищами   наследственных   задатков.   Как   именно   были   сделаны   эти открытия, расскажут ваши товарищи. 2. Выступления учащихся. 1. История открытия хромосом. В   XIX   в.   чудесный   прибор   –   микроскоп,   столь   необходимый   в исследовательской   работе,   стал   принадлежностью   не   только   научных лабораторий.   Находилось   немало   образованных   людей,   которые   с удовольствием   коротали   вечера   у   микроскопа   за   любительскими исследованиями невидимого невооруженным глазом мира. Именно   таким   любителем   был   лейпцигский   книготорговец,   в   будущем известный ботаник Вильгельм Гофмейстер (1824–1877). Едва успев закрыть свой   магазин,   он   спешил   сесть   за   микроскоп,   чтобы   заняться   изучением препаратов растительных тканей. А надо сказать, что у него была неплохая коллекция их образцов. Каждый   раз   особое   внимание   Гофмейстера   привлекало   ядро   клетки, напоминавшее   собой   своего   рода   большой   остров,   заполненный   какими­то темными крупинками. Когда клетка начинала делиться, темные крупинки в ядре   превращались   в   искривленные   ленточки,   которые   затем   разделялись почти   точно   так   же,   как   мы   разрезаем   пополам   рогалик.   Эти   половинки ленточек устремлялись к противоположным краям клетки до тех пор, пока клетка   не   разделялась   на   две   части.   Таким   образом,   из   одной   клеткиобразовывались две новые, каждая со своими ленточками. Как только деление клетки заканчивалось, ленточки неожиданно исчезали, и ядра обеих клеток вновь становились похожи на острова с темными крупинками. Рис. 8. Так выглядят клетки боба на разных  стадиях деления Впервые замеченные В. Гофмейстером темные крупинки в ядре клетки, преобразующиеся   при   ее   делении   в   ленточки,   позже   получили   название хромосом,   поскольку   они   легко   окрашиваются   в   разные   цвета,   а   «хрома» (хроматос)   по­гречески   означает  цвет.   Термин   «хромосома»   предложен   в 1888 г. немецким гистологом Вильгельмом Вальдейером (1836–1921). Описание же процесса деления клеток, данное Гофмейстером, определило направление   исследования   целого   поколения   специалистов­биологов.   Ведь нужно было выяснить, для чего служат хромосомы. И вскоре биологи пришли к мысли, что хромосомы, содержащиеся в каждой клетке, прежде всего нужно подсчитать.   Так   было   установлено,   что   для   каждого   вида   животных   или растений характерно строго определенное неизменное число хромосом: Горилла Дождевой червь Карп Осел Человек 48 36 104 66 46 Горох Липа Свекла Огурец Картофель 14 82 18 14 18 Одним   из   последователей   Гофмейстера,   занимавшихся   изучением хромосом,   был   известный   немецкий   ученый,   профессор   зоологии Фрейбургского университета Август Вейсман (1824–1914). Для   своих   опытов   Вейсман   выбрал   розового   червя,   паразитирующего   в кишечнике людей и животных, – аскариду. В каждой клетке аскариды имеется только   две   хромосомы.   Этот   факт   был   хорошо   известен   Вейсману, неоднократно наблюдавшему различные препараты аскарид. Но однажды он не  насчитал   в клетках   этого  червя   привычных  двух  хромосом.  В половых клетках   аскарид­самок   и   в   сперме   аскарид­самцов   было   только   по   одной хромосоме. Ошибки   в   подсчете,   разумеется,   исключались.   Тогда   А.   Вейсман заинтересовался, почему существует различие между половыми и остальными (соматическими)   клетками   аскарид.   Неожиданно   он   вспомнил   пример   из курса арифметики: 1 + 1 = 2.Основываясь на этом простейшем примере, Вейсман пришел к следующему выводу: одна хромосома в клетке аскариды происходит от отца, а другая – от матери. В момент оплодотворения, при слиянии яйца и спермы, образуется первая клетка новой аскариды, которая становится и первой обладательницей обеих хромосом. В дальнейшем все новообразующиеся клетки, возникающие при   делении   этой   первой   клетки,  уже   обладают   набором   хромосом   обоих родителей. из спермы аскариды­ отца Одним словом: 1 хромосома           +        1 хромосома         =        2 хромосомы из яйца аскариды­ матери В   то   время,   когда   Вейсман   занимался   изучением   хромосом   у   аскарид, научному миру еще не были известны ни имя Грегора Менделя, ни открытый им   закон   о   передаче   наследственных   качеств   через   «задатки»,   скрытые   в половых   клетках.   Неудивительно   поэтому,   что   тайна   наследственности продолжала волновать многих ученых, которые, пытаясь ее разгадать, нередко выдвигали при этом противоречившие друг другу теории. первой клетки новой аскариды Загадка наследственности не давала покоя и Вейсману. При наблюдении за хромосомами аскарид ученый предположил, что они могут быть своего рода посланцами,   передающими   наследственные   признаки   от   поколения   к поколению. Вейсман   убедился   в   том,   что   половые   клетки   аскарид   по   сравнению   с другими   ее   клетками   обладают   только   половинным   числом   хромосом. Позднее   было   установлено,   что   это   относится   и   ко   всем   другим   живым организмам: половые клетки обладают лишь половинным числом хромосом. Таким образом, если в клетках тела человека имеется по 46 хромосом, то в его половых клетках насчитывается 23 хромосомы. Этот вывод полностью соответствовал теории наследственности, разработанной Вейсманом. Но кто же   прав?   А.   Вейсман,   утверждающий,   что   наследственные   качества передаются   хромосомами,   или   Г.   Мендель,   согласно   теории   которого наследственность скрыта в «задатках», которые в 1909 г. датский ботаник Иогансен назвал генами. 2. Хромосомы. Носителями   наследственной   информации   являются   хромосомы. Хромосомы   в   делящейся   клетке   имеют   форму   прямых   или   изогнутых двойных палочек. Эти   две   половинки   разделены   узкой   щелью   вдоль   оси   хромосомы   и называются  хроматидами.   Каждая   хроматида   состоит   из   двух   или нескольких спирально закрученных тонких нитей, называемых хромонемами. По   химическому   составу   хромонемы   на   85 %   представленыдезоксирибонуклеопротеидами и на 15 % – рибонуклеопротеидами, то есть в основном это молекулы ДНК в комплексе с белками. Хроматиды   соединяются   между   собой   в   области   первичной   перетяжки, или   центромеры.   Это   неспирализованный   участок   хромосомы,   который выглядит как её утонченная часть  (рис. 9Б, В). Центромера служит местом прикрепления нитей веретена деления и делит хромосому на две части – два плеча. В зависимости от положения первичной перетяжки различают три типа хромосом (рис. 9А): 1) палочковидные (акроцентрические) – центромера смещена к одному из концов   хромосомы,   поэтому   одно   плечо   очень   длинное,   другое   –   очень короткое, иногда почти незаметное; 2) неравноплечие (субметацентрические) – центромера немного сдвинута от центра, поэтому одно плечо больше другого; 3)  равноплечие   (метацентрические)  –   центромера   расположена посередине, поэтому плечи имеют равную длину. Рис. 9. Строение хромосом: А – типы хромосом: 1 – палочковидная, 2 – неравноплечая, 3 – равноплечая;  Б, В – тонкое строение хромосом: 1 – центромера, 2 – спирально закрученная нить ДНК, 3 – хроматиды, 4 – ядрышко Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку. Вторичная перетяжка –   это   место,   где   в   интерфазном   ядре   образуется   ядрышко,   так   как   здесь находятся   гены,   кодирующие   р­РНК.   Поэтому   вторичную   перетяжку называют ядрышковым организатором.   Биологическая   роль   хромосом   связана   с   хранением   и   передачей наследственной   информации.   С   хромосомами   как   с   носителями наследственной   информации   связывают   хромосомную   теорию наследственности. Изучение деталей строения хромосом, особенно на стадии метафазы митоза, когда они лучше всего различимы, имеет большое значение для   диагностики   наследственных   заболеваний   человека,   обусловленных именно нарушением строения хромосом. 3. Кариотип человека.Для клеток каждого биологического вида характерны определенное число, форма   и   размеры   хромосом.   Эта   закономерность   носит   название  правила видового постоянства числа хромосом. Рис. 10. Сорок шесть хромосом человека, как они видны с помощью электронного микроскопа Хромосомный   набор,   характерный   для   вида,   называется  кариотипом (термин предложен советским генетиком Г. А. Левитским в 1924 г.); хромосомный набор, полученный от родителей, называется генотипом; хромосомный набор гаметы – это геном. Диплоидный  набор хромосом (двойной) – в соматических клетках (2n). Гаплоидный набор хромосом (одинарный) – в половых клетках (n). Хромосомы, содержащиеся в ядрах соматических клеток, парные, то есть имеется по две одинаковых хромосомы каждого вида –по размеру, форме и составу   (порядку   расположения   генов).   Такие   парные   (одинаковые) хромосомы   называют  гомологичными,   а   хромосомы   из   разных   пар   – негомологичными. Гомологичные хромосомы различны по происхождению, так как одна из них унаследована от отца, а другая – от матери.КАРИОТИП МУЖЧИНЫ И ЖЕНЩИНЫ Рис. 11. Кариотип человека: А – мужчины, Б – женщины В самом начале второй половины XX в. ученым удалось доказать, что все 46   хромосом   человека   можно   разбить   на   две   группы.   Большую   из   них составляют   парные   соматические   хромосомы,   не   имеющие   никакого отношения к определению пола. Во вторую группу входит всего одна пара половых хромосом. Последние немного отличаются по внешнему виду друг от друга,   поэтому   несколько   условно   их   стали   называть   Х­хромосомой   и   У­ хромосомой. При   образовании   половых   клеток   в   процессе   редукционного   деления (мейоза) число хромосом уменьшается вдвое. В результате каждая будущая яйцеклетка   несет   по   одной   половой   Х­хромосоме.   В   этом   плане   все яйцеклетки   одинаковы.   Сперматозоиды,   напротив,   разделяются   на   две группы. Одни из них содержат Х­хромосому, а другие – У­хромосому. Пол будущего   зародыша   и   новорожденного   определяется   тем,   сперматозоид какого типа успеет первым достичь яйцеклетки и оплодотворить ее. Если это будет сперматозоид с Х­хромосомой, на свет появится особь женского пола. В   противном   случае   оплодотворенная   яйцеклетка   будет   обладать хромосомным набором ХУ, и из нее разовьется мужская особь.  Учитель.  В   свете   только   что   сказанного   определение   пола   у млекопитающих   и   человека   представляется   очень   простым.   Однако   эта простота   обманчива.   Почему?   Об   этом   пойдет   разговор   на   следующем занятии. Рис. 12. Хромосомный набор мужчины. Обратите внимание, что каждая хромосома имеет  такую же парную, только хромосомы последней пары отличаются друг от друга.  Вытянутая хромосома обозначается как X, а меньшая около нее – Y. Эти хромосомы  играют очень важную роль, поскольку определяют, кто родится – мальчик или девочка.