Sąvokos:
branduolys, chromatinas, branduolio apvalkalas, DNR (deoksiribonukleorūgštis), baltymas, chromosoma, genas, chromosomų rinkinys
Šioje temoje jūs:
- pasikartosite ląstelės sandarą;
- analizuosite branduolio, kuriame saugoma ląstelės paveldimoji medžiaga, sandarą;
- sužinosite, kaip susidaro chromosomos;
- išnagrinėsite chromosomos sandarą ir sužinosite, kad joje yra genų, kuriuose saugoma informacija apie paveldimuosius požymius;
- nagrinėsite iliustracijas ir sužinosite, kas yra chromosomų rinkinys;
- pasigaminsite chromosomos modelį.
Jau mokėtės, kad ląstelė – mažiausia gyvybės dalelė, gebanti dalytis ir taip atsinaujinti, atlikti įvairius darbus ir, atėjus mirties laikui, sunykti. Kaip manote, kokia ląstelės organelė reguliuoja visus ląstelėje vykstančius procesus? Gal žinote, kaip vadinama medžiaga, sauganti paveldimąją informaciją apie ląstelę? Genetikos ir kitų biologijos mokslo sričių mokslininkai daugelį metų tyrinėjo ir vis dar tyrinėja, kaip reguliuojama ląstelės veikla, kaip ji virsta vieno ar kito audinio dalimi. Per tyrimus gautos žinios naudojamos įvairiose mokslų ir technologijų srityse, pavyzdžiui, medicinoje, maisto pramonėje, vaistų gamyboje. Pasvarstykite, kaip šios žinios pritaikomos medicinoje.
Ląstelės branduolys
Jau ankstesniame skyriuje mokėtės ir mikroskopu stebėjote augalo bei gyvūno ląsteles, nagrinėjote jų dalis, funkcijas. Sužinojote, kad daugumos organizmų ląstelėse yra branduolys.
Branduolys – didžiausia organelė, pavyzdžiui, žinduolių ląstelės branduolio skersmuo yra maždaug 6 mikrometrai (1 milimetras = 1 000 mikrometrų), todėl jį lengva stebėti optiniu mikroskopu. Branduolyje saugoma ląstelės paveldimoji medžiaga. Ji koduoja visą informaciją apie ląstelę ir joje vykstančius procesus. Paveldimoji medžiaga vadinama chromatinù. Ši dalis plūduriuoja branduolio skystyje. Visą branduolį gaubia bránduolio ãpvalkalas, sudarytas iš dviejų membranų (3.2.1 pav.)
Ląstelės paveldimoji medžiaga
Chromatinas – cheminių medžiagų junginys, saugantis visą paveldimąją informaciją apie ląstelę ir organizmą. Žmogaus organizmą sudaro milijardai ląstelių. Kiekvienos branduolyje yra ta pati paveldimoji medžiaga. Tik įsivaizduokite: paėmę bet kurią žmogaus kūno ląstelę ir perskaitę branduolio paveldimąją informaciją, galėtume viską žinoti apie to asmens paveldimuosius požymius.
Chromatiną sudaro dvi cheminės medžiagos: DNR (deoksiribonukleorūgštis) ir baltymai (3.2.2 pav.).
DNR reguliuoja ląstelės veiklą ir saugo visą paveldimąją informaciją apie organizmą. Mokslininkai nustatė, kad žmogaus ląstelės branduolyje saugoma 2 metrų ilgio DNR grandinė. Kodėl ji nesusipainioja, nesuplyšta? Ogi todėl, kad šis ilgas DNR siūlas būna apsisukęs aplink baltymus, o jie ir palaiko tvarką.
Chromatinas virsta chromosomomis
Ląstelės branduolyje, kol ji nesiruošia dalytis, chromatinas atrodo kaip vientisa siūliško pavidalo masė (3.2.2 pav.). Ląstelei ruošiantis dalytis, chromatinas susisuka į gerai mikroskopu įžiūrimas chromosomàs. Kodėl ląstelei dalijantis turi susidaryti chromosomos?
Ląstelei dalijantis svarbu, kad paveldimoji medžiaga patektų į naujas dukterines ląsteles. Dalijantis branduoliui, chromosomas lengviau tolygiai paskirstyti į kiekvieną naują dukterinę ląstelę. Taip išsaugoma visa paveldimoji informacija kiekvienoje dukterinėje ląstelėje.
Chromosomos dalis, koduojanti vieną organizmo požymį (pavyzdžiui, strazdanota ar nestrazdanota oda, riesta ar tiesi nosis), vadinama genù (3.2.3 pav.). Įdomu tai, kad kiekvienoje ląstelės chromosomoje genų gali būti nuo kelių iki kelių tūkstančių.
Kiekvienos rūšies organizmai turi tai rūšiai būdingą chromosomų skaičių. Visos vienos ląstelės chromosomos vadinamos chromosòmų riñkiniu (3.2.4 pav.). Pavyzdžiui, žmogaus ląstelėje susidaro 46 chromosomos, katės – 38, o bulvės ir šimpanzės chromosomų rinkiniuose yra po 48 chromosomas. Įvykus klaidai ir pasikeitus chromosomų skaičiui, ląstelė gali žūti arba pasikeičia jos požymiai, o kartu ir viso organizmo požymiai.
Kaip matote 3.2.4 paveiksle, visų chromosomų yra po dvi. Todėl sakoma, kad žmogaus chromosomų rinkinį sudaro 23 chromosomų poros.
Branduolių ir paveldimosios medžiagos įvairovė
Ląstelėje, pavyzdžiui, odos ar augalo dengiamojo audinio, paprastai būna vienas branduolys, tačiau kai kurios mūsų ląstelės jų turi daugiau, pavyzdžiui, griaučių raumens ląstelėje jų gali būti net daugiau nei 10. Raudonieji kraujo kūneliai, kaulų ląstelės yra praradusios branduolius, o nervinių ląstelių branduoliai beveik nesidalija.
Skiriasi branduolių forma ir dydis. Branduolių formos priklauso nuo ląstelės atliekamos funkcijos: baltųjų kraujo kūnelių branduoliai gali turėti nelygų branduolio apvalkalėlį su įvairių formų skiautėmis, gali būti susiskaidę į keletą dalių (3.2.5 pav.).
Bakterijos neturi branduolio apvalkalėlio, todėl jų paveldimoji medžiaga saugoma nukleoide (3.2.6 pav.), laisvai plaukiojančiame citoplazmoje.
Žmonių ir daugelio gyvūnų lytį koduojančios chromosomos vadinamos pagal formą X arba Y. Moterys turi po dvi X formos lytines chromosomas, o vyrų ląstelėse aptinkama po vieną X ir Y. Y chromosoma trečdaliu mažesnė už X (3.2.7 pav.). Tačiau ne visi gyvūnai turi lytinių chromosomų, pavyzdžiui, bitės ir skruzdėlės jų neturi.
Klausimai ir užduotys
- Išvardykite branduolio dalis.
- Kokias funkcijas ląstelėje atlieka branduolys?
- Apibūdinkite, kaip atrodo ląstelės chromatinas, kai ląstelė nesiruošia dalytis.
Kaip jis pasikeičia, kai ląstelė dalijasi?
- Remdamiesi vadovėlyje pateikta informacija, paaiškinkite, kodėl prieš dalijantis ląstelei chromatinas turi virsti chromosomomis.
- Apibūdinkite branduolių įvairovę skirtingose ląstelėse.
- Paaiškinkite, kas yra genas. Kiek genų gali būti vienoje chromosomoje?
Praktinė veikla
- Paaiškinkite, kokia DNR atradimo svarba įvairioms biologijos mokslo sritims, žmonėms.
- Pasidomėkite žymiausiais Lietuvõs genetikais. Kokius tyrimus jie jau yra atlikę, o kokius dar norėtų atlikti? Įdomiausia informacija pasidalykite su bendraklasiais.
Siūloma medžiaga
∘ Dokumentis filmas „Lietuvos mokslininkai. Genetikas Vaidutis Kučinskas“
- Sukurkite chromosomos modelį.
Darbo tikslas: sumodeliuoti chromosomą, atrasti ir pažymėti jos dalis. Dirbti galite grupėmis.
Priemonės ir medžiagos: iš kokių medžiagų gaminsite chromosomos modelį, priklauso nuo jūsų. Galite naudoti spalvotus siūlus, plastiliną, spalvotus pieštukus ar kitas priemones.
Darbo eiga:
- Įdėmiai apžiūrėkite įvairių chromosomų paveikslėlius vadovėlyje ir chromosomą sudarančias dalis (žr. p. 68–69).
- Gaminkite chromosomos modelį. Darbo eiga parodyta 3.2.8 pav.
- Pagamintame chromosomos modelyje pažymėkite jos dalis: DNR, baltymą, geną.
- Paieškokite informacijos ir paveikslėlių, kaip atrodo žmogaus lytį lemiančios chromosomos. Pagaminkite ir jų modelius.
- Nurodykite, iš kokių dviejų cheminių medžiagų sudarytas chromatinas.
- Išvardykite chromosomos dalis.
- Bulvės ląstelės branduolyje yra 38 chromosomos. Suskaičiuokite, kiek bus chromosomų porų jos chromosomų rinkinyje.
Saugiai dirbkite:
- atsargiai naudokite žirkles, klijus ir kitas pavojingas medžiagas;
- medžiagas naudokite taupiai;
- nepamirškite darbo pabaigoje susitvarkyti darbo vietos.
Apibendrinimas
- Branduolį sudaro branduolio apvalkalas ir skystis. Branduolio skystyje yra paveldimoji medžiaga, vadinama chromatinu.
- Chromatiną sudaro dvi cheminės medžiagos: DNR (deoksiribonukleorūgštis) ir baltymai.
- Ląstelei ruošiantis dalytis, chromatinas susisuka į gerai mikroskopu įžiūrimas chromosomas. Visos ląstelės branduolyje esančios chromosomos vadinamos chromosomų rinkiniu. Chromosomos dalis, koduojanti vieną organizmo požymį (pavyzdžiui, strazdanotą odą), vadinama genu.
LĄSTELĖS PAVELDIMOSIOS MEDŽIAGOS ATRADIMO ISTORIJA
Rozalinda Franklin (Rosalind Franklin, 1920–1958) (1 pav.) pirmoji naudodama rentgeno spindulius aptiko ir nufotografavo ląstelės paveldimąją medžiagą. 1951 m. konferencijoje mokslininkė skaitė pranešimą apie pirmuosius DNR tyrimo rezultatus, tačiau jos pranešimas nebuvo deramai įvertintas.
R. Franklin bendradarbis suprato, kad Rozalindos nufotografuotos DNR molekulės nuotraukos yra tikrai svarbus mokslo atradimas. Jis pakvietė bendradarbiauti Fransį Kriką (Francis Crick, 1916–2004) ir Džeimsą Diujį Votsoną (James Dewey Watson, 1928) (2 pav.), tyrusius DNR molekulės struktūrą. Įtariama, kad mokslininkai naudojo Rozalindos Franklin fotografuotus DNR molekulės vaizdus be mokslininkės žinios ir leidimo (3 pav.). 1953 m. žurnale „Nature“ D. D. Votsonas su F. Kriku paskelbė savo hipotezę apie DNR struktūrą, straipsnyje buvo panaudotos R. Franklin darytos DNR molekulės nuotraukos. Už šią hipotezę F. Krikui ir D. D. Votsonui buvo skirta Nobelio premija, o R. Franklin liko užmarštyje.
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"