Деление клетки: подготовка к ЕГЭ по биологии
Деление клетки — одна из ключевых тем в биологии, которая встречается в заданиях ЕГЭ как в первой, так и во второй части. Понимание процессов митоза, мейоза и кроссинговера необходимо для решения задач на хромосомный набор, генетику и цитологию.
В этом разборе мы пройдём по всем подразделам темы: от жизненного цикла клетки до разбора реальных заданий ЕГЭ. Вы узнаете, как отличить митоз от мейоза, как определить количество хромосом и ДНК в разных фазах, и как кроссинговер влияет на генетическое разнообразие.
Материал рассчитан на учеников 10-11 классов, которые готовятся к экзамену. Мы будем использовать чёткие схемы и примеры, чтобы вы могли уверенно решать задачи.
Без карты, без кредитки. Выбери персонажа — учи голосом, побеждай в баттлах.
Жизненный цикл клетки
Жизненный цикл клетки — это период от её образования до деления или гибели. Он состоит из интерфазы и митотического деления.
Интерфаза включает три периода:
- G1 (пресинтетический): клетка растёт, синтезирует РНК и белки, количество хромосом 2n, ДНК 2c.
- S (синтетический): репликация ДНК, хромосомы становятся двухроматидными. К концу периода: хромосом 2n, ДНК 4c.
- G2 (постсинтетический): клетка готовится к делению, накапливает энергию.
После интерфазы начинается митоз. Важно запомнить: в интерфазе хромосомы не конденсированы, поэтому в световой микроскоп их не видно.
Пример: клетка с диплоидным набором 2n=46 (человек). В G1 — 46 хромосом, 46 молекул ДНК. После S — 46 хромосом, 92 молекулы ДНК. После митоза — 46 хромосом, 46 ДНК.
В клетке листа вишни 32 хромосомы. Сколько хромосом и молекул ДНК будет в клетке в конце синтетического периода интерфазы?
Исходно клетка диплоидная, 2n=32, ДНК=2c=32. В S-периоде происходит репликация ДНК, хромосомы становятся двухроматидными, но число хромосом не меняется. Количество ДНК удваивается.
Ответ: хромосом — 32, ДНК — 64.
Митоз: фазы и значение
Митоз — деление соматических клеток, в результате которого образуются две дочерние клетки с одинаковым набором хромосом (2n2c). Фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.
- Профаза: хромосомы спирализуются, ядерная оболочка разрушается, образуется веретено деления.
- Метафаза: хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, к центромерам прикрепляются нити веретена.
- Анафаза: центромеры делятся, хроматиды расходятся к полюсам. Каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. Набор у полюсов: 2n2c (временный, до образования ядер).
- Телофаза: хромосомы деспирализуются, формируются ядерные оболочки, происходит цитокинез.
Значение митоза: рост организма, замена старых клеток, бесполое размножение.
Сколько хромосом и молекул ДНК в клетке в анафазе митоза, если диплоидный набор равен 20?
В анафазе митоза центромеры делятся, и хроматиды расходятся. В клетке временно 4n хромосом (40), каждая хроматида — отдельная хромосома, но ДНК остаётся 4c (40 молекул). К концу анафазы у каждого полюса по 2n2c (20 хромосом, 20 ДНК).
Ответ: в анафазе 40 хромосом, 40 молекул ДНК.
Мейоз: фазы и значение
Мейоз — деление, приводящее к образованию гамет с гаплоидным набором хромосом (n1c). Состоит из двух последовательных делений: мейоз I и мейоз II.
Мейоз I (редукционное):
- Профаза I: хромосомы конденсируются, гомологичные хромосомы конъюгируют, образуются биваленты, происходит кроссинговер.
- Метафаза I: биваленты выстраиваются на экваторе.
- Анафаза I: гомологичные хромосомы расходятся к полюсам (каждая из двух хроматид). Набор у полюсов: n2c.
- Телофаза I: образуются два ядра с гаплоидным набором, но каждая хромосома состоит из двух хроматид.
Мейоз II (эквационное) — как митоз, но без репликации. В анафазе II хроматиды расходятся. Итог: 4 гаплоидные клетки n1c.
Значение мейоза: образование гамет, обеспечение генетического разнообразия.
В клетке животного 2n=40. Сколько хромосом и ДНК в клетке после первого деления мейоза?
После мейоза I образуются две клетки с гаплоидным набором, но каждая хромосома состоит из двух хроматид. n=20, ДНК=2c=40.
Ответ: 20 хромосом, 40 молекул ДНК.
Кроссинговер
Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами в профазе I мейоза. Он увеличивает генетическое разнообразие гамет.
Механизм: гомологичные хромосомы конъюгируют, образуя биваленты. В местах перекреста (хиазмы) происходит разрыв и воссоединение хроматид, ведущие к рекомбинации аллелей.
Кроссинговер может быть одиночным или множественным. Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами: чем дальше, тем выше вероятность.
Для ЕГЭ важно уметь определять, какие гаметы образуются при кроссинговере. Если гены сцеплены, то без кроссинговера образуются только родительские гаметы, а с кроссинговером — ещё и рекомбинантные.
У особи с генотипом AaBb гены A и B сцеплены, расстояние между ними 10 морганид. Какие гаметы и в каком соотношении образуются?
Сцепленные гены наследуются вместе, но кроссинговер нарушает сцепление. Родительские гаметы: AB и ab (по 45% каждая, т.к. 100%-10%=90%, делим на 2). Рекомбинантные гаметы: Ab и aB (по 5% каждая, т.к. 10% делим на 2).
Ответ: AB — 45%, ab — 45%, Ab — 5%, aB — 5%.
Типичные ошибки и сложные моменты
На ЕГЭ часто встречаются задачи, где нужно определить количество хромосом и ДНК в разных фазах. Главные ошибки:
- Путают число хромосом и хроматид. Запомните: хромосома может состоять из одной хроматиды (после анафазы) или из двух (после S-периода).
- Не учитывают, что в анафазе митоза хромосом становится вдвое больше, но ДНК остаётся столько же.
- В мейозе I после анафазы I хромосомный набор n, а ДНК 2c.
Ещё одна сложность — задачи на кроссинговер. Важно помнить, что проценты рекомбинантных гамет равны частоте кроссинговера (в морганидах).
Для закрепления рекомендуется решать задачи из открытого банка ФИПИ. Если остаются вопросы, можно обратиться к Наставнику — AI-репетитору, который разберёт тему в диалоге, задаст наводящие вопросы и поможет разобраться с любым заданием.
Примеры задач ЕГЭ с решениями
Разберём несколько реальных заданий из ЕГЭ прошлых лет. Они помогут увидеть, как применяются знания на практике.
В клетке листа кукурузы 20 хромосом. Сколько хромосом и молекул ДНК будет в клетке в профазе митоза?
В профазе митоза хромосомы уже двухроматидные (после S-периода). Количество хромосом не меняется: 20. Количество ДНК удвоено: 40.
Ответ: 20 хромосом, 40 молекул ДНК.
В соматической клетке дрозофилы 8 хромосом. Какой набор хромосом и ДНК в клетке в анафазе II мейоза?
В анафазе II мейоза хроматиды расходятся. До анафазы II клетка имеет n=4 хромосомы, каждая из двух хроматид (ДНК=8). В анафазе II центромеры делятся, хроматиды становятся хромосомами. В клетке временно 8 хромосом, 8 ДНК. К концу анафазы у каждого полюса по 4 хромосомы, 4 ДНК.
Ответ: 8 хромосом, 8 молекул ДНК.
У особи генотип AaBb. Гены A и B находятся в одной хромосоме, расстояние 20 морганид. Определите вероятность образования гаметы AB.
Родительские гаметы: AB и ab. Кроссинговер 20% даёт рекомбинантные гаметы Ab и aB по 10% каждая. Родительские гаметы: (100%-20%)/2 = 40% каждая. Вероятность AB = 40%.
Ответ: 40%.
Частые вопросы
Без карты, без кредитки. Выбери персонажа — учи голосом, побеждай в баттлах.