Κεφάλαιο 5.3 – Κυτταρική διαίρεση – Απαντήσεις – Λύσεις (σελ. 138-154)

Ας σκεφτούμε

ΑΣ ΣΚΕΦΤΟΥΜΕ (σελ. 138) — Κυτταροπλασματική διαίρεση

Μια χημική ουσία (cytochalasin B) εμποδίζει την κυτταροπλασματική διαίρεση, καταστρέφοντας τα μικροϊνίδια του περιφερικού δακτυλίου. Ποιες συνέπειες μπορεί να έχει αυτό για τη μίτωση;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ξεχωρίζουμε την πυρηνική από την κυτταροπλασματική διαίρεση: η ουσία επηρεάζει μόνο τη δεύτερη, άρα η πυρηνική διαίρεση θα ολοκληρωθεί κανονικά, αλλά η κυτταροπλασματική δεν θα προχωρήσει.

Απάντηση: Η πυρηνική διαίρεση (πρόφαση-μετάφαση-ανάφαση-τελόφαση) θα ολοκληρωθεί κανονικά, αφού δεν εξαρτάται από τα μικροϊνίδια ακτίνης του περιφερικού δακτυλίου. Επειδή όμως καταστρέφεται ο μηχανισμός της αυλάκωσης, η κυτταροπλασματική διαίρεση δεν θα πραγματοποιηθεί: θα προκύψει ένα διπύρηνο κύτταρο, με δύο πλήρεις, γενετικά πανομοιότυπους πυρήνες μέσα στο ίδιο, αδιαίρετο κυτταρόπλασμα.

ΑΣ ΣΚΕΦΤΟΥΜΕ (σελ. 138) — Κολχικίνη και άτρακτος

Υπάρχει μια χημική ουσία, η κολχικίνη, την οποία παίρνουμε από τους σπόρους ενός μικρού φυτού που μοιάζει με κρόκο. Η ουσία αυτή χρησιμοποιείται στα βιολογικά εργαστήρια λόγω της ιδιότητάς της να εμποδίζει το σχηματισμό της ατράκτου. Στην περίπτωση που θα χρησιμοποιηθεί, με δεδομένο ότι η κολχικίνη δε θανατώνει τα κύτταρα, ποια στάδια του κυτταρικού κύκλου θα υποστούν μεταβολές και ποια θα μείνουν ως έχουν;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η άτρακτος χρειάζεται για τη μετακίνηση των χρωμοσωμάτων στη μετάφαση και τον διαχωρισμό τους στην ανάφαση· η μεσόφαση και η πρόφαση δεν εξαρτώνται από αυτήν.

Απάντηση: Η μεσόφαση (αύξηση όγκου, αυτοδιπλασιασμός DNA) και η πρόφαση (συμπύκνωση χρωματίνης σε χρωμοσώματα) θα εξελιχθούν κανονικά, αφού δεν προϋποθέτουν την άτρακτο. Χωρίς όμως τον σχηματισμό ατράκτου, δεν είναι δυνατή ούτε η μετακίνηση των χρωμοσωμάτων στο ισημερινό επίπεδο (μετάφαση) ούτε ο διαχωρισμός των αδελφών χρωματίδων προς τους πόλους (ανάφαση) — το κύτταρο θα «κολλήσει» πριν τη μετάφαση, με τα χρωμοσώματα ήδη διπλασιασμένα αλλά χωρίς να μπορούν να διανεμηθούν, με αποτέλεσμα, αν το κύτταρο συνεχίσει τον κύκλο, να προκύψει διπλασιασμός του αριθμού χρωμοσωμάτων (πολυπλοειδία).

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 4 (σελ. 151)

Οι γαμέτες περιέχουν ένα χρωμόσωμα από κάθε ζευγάρι χρωμοσωμάτων, γιατί: α. Τα ομόλογα χρωμοσώματα διαχωρίζονται κατά τη διάρκεια της μείωσης β. Οι αδελφές χρωματίδες δε διαχωρίζονται κατά τη διάρκεια της μείωσης γ. Συμβαίνουν δυο διπλασιασμοί του DNA κατά τη διάρκεια της μείωσης δ. Γίνεται επιχιασμός κατά τη διάρκεια της πρόφασης I

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ο βασικός λόγος που κάθε γαμέτης παίρνει ένα μόνο μέλος από κάθε ζεύγος ομολόγων είναι ο διαχωρισμός των ομολόγων χρωμοσωμάτων στην ανάφαση Ι· οι υπόλοιπες επιλογές είτε περιγράφουν κάτι λάθος (δύο διπλασιασμοί DNA δεν συμβαίνουν), είτε δεν εξηγούν από μόνες τους τον απλοειδισμό.

Απάντηση: α. Ο μειωμένος (απλοειδής) αριθμός χρωμοσωμάτων στους γαμέτες οφείλεται στο ότι κατά την ανάφαση Ι τα ομόλογα χρωμοσώματα κάθε ζεύγους διαχωρίζονται και κατευθύνονται σε αντίθετους πόλους, χωρίς νέο αυτοδιπλασιασμό του DNA πριν από τη μείωση ΙΙ.

Άσκηση 6 (σελ. 151)

Η κολχικίνη είναι μια χημική ουσία η οποία, όταν επιδράσει στο κύτταρο, καταστρέφει την κυτταρική άτρακτο. Εάν σ' ένα κύτταρο επιδράσει η κολχικίνη: α. Ποια φάση του κυτταρικού κύκλου αναστέλλεται; β. Αν το κύτταρο δε νεκρωθεί και προχωρήσει σε νέο κυτταρικό κύκλο, ποιος θα είναι ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στην επόμενη γενιά κυττάρων; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Χωρίς άτρακτο δεν μπορεί να ολοκληρωθεί η μετάφαση/ανάφαση· αν το κύτταρο συνεχίσει σε νέο κύκλο έχοντας ήδη διπλασιάσει το DNA χωρίς να το έχει διανείμει, ο αριθμός χρωμοσωμάτων θα διπλασιαστεί.

Λύση:

1. α. Αναστέλλεται η μετάφαση (και κατ' επέκταση η ανάφαση), αφού η μετακίνηση και ο διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων προϋποθέτουν λειτουργική άτρακτο.
2. β. Αν το κύτταρο προχωρήσει σε νέο κύκλο χωρίς να έχει διανείμει το ήδη διπλασιασμένο γενετικό υλικό, ο αριθμός χρωμοσωμάτων θα διπλασιαστεί (από 2n σε 4n), αφού θα γίνει νέος αυτοδιπλασιασμός πάνω σε ένα κύτταρο που ποτέ δεν ολοκλήρωσε τη διανομή του προηγούμενου διπλασιασμένου υλικού του.

Απάντηση: α. Αναστέλλεται η μετάφαση, αφού χωρίς άτρακτο δεν είναι δυνατή ούτε η μετακίνηση ούτε ο διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων. β. Ο αριθμός χρωμοσωμάτων στην επόμενη γενιά κυττάρων θα διπλασιαστεί (πολυπλοειδία, π.χ. από 2n σε 4n), γιατί το κύτταρο θα ξαναδιπλασιάσει το DNA του σε νέο κύκλο, πάνω σε γενετικό υλικό που δεν είχε ποτέ διανεμηθεί σωστά.

Άσκηση 7 (σελ. 151)

Σε ποια φάση της ζωής του κυττάρου τα χρωμοσώματα γίνονται περισσότερο ορατά;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανακαλούμε ότι η συμπύκνωση της χρωματίνης είναι σταδιακή και κορυφώνεται σε συγκεκριμένο στάδιο της μίτωσης.

Απάντηση: Στη μετάφαση, όπου η συμπύκνωση της χρωματίνης φτάνει στο μέγιστο βαθμό της και τα χρωμοσώματα είναι πιο ευδιάκριτα από όσο σε κάθε άλλο στάδιο του κυτταρικού κύκλου· γι' αυτό η παρατήρηση/φωτογράφηση χρωμοσωμάτων (καρυότυπος) γίνεται σ' αυτό το στάδιο.

Άσκηση 8 (σελ. 151)

Αναφέρετε δυο διαφορές που παρατηρούνται στη μίτωση ενός ζωικού και ενός φυτικού κυττάρου.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Οι κύριες διαφορές αφορούν τον τρόπο οργάνωσης της ατράκτου (παρουσία/απουσία κεντροσωματίου) και τον τρόπο κυτταροπλασματικής διαίρεσης.

Απάντηση: 1) Στα ζωικά κύτταρα η άτρακτος οργανώνεται με τη βοήθεια του κεντροσωματίου, ενώ στα φυτικά κύτταρα η άτρακτος σχηματίζεται χωρίς κεντροσωμάτια, αφού δε διαθέτουν τέτοια οργανίδια. 2) Στα ζωικά κύτταρα η κυτταροπλασματική διαίρεση γίνεται με αυλάκωση (περιφερικός δακτύλιος ινιδίων ακτίνης που στενεύει προς τα μέσα), ενώ στα φυτικά κύτταρα γίνεται με τον σχηματισμό φραγμοπλάστη στο ισημερινό επίπεδο, από τον οποίο προκύπτουν τα νέα κυτταρικά τοιχώματα.

Άσκηση 9 (σελ. 151)

Αναφέρετε πέντε διαφορές μεταξύ ενός κυττάρου που βρίσκεται στη μεσόφαση και ενός κυττάρου που βρίσκεται στη μίτωση.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Συγκρίνουμε συστηματικά τη μορφή της χρωματίνης, την παρουσία/απουσία ατράκτου, την κατάσταση του πυρηνικού φακέλου, τη μεταβολική δραστηριότητα και τη διάρκεια των δύο φάσεων.

Απάντηση: 1) Στη μεσόφαση το γενετικό υλικό έχει τη μορφή δικτύου χρωματίνης, ενώ στη μίτωση έχει συμπυκνωθεί σε ευδιάκριτα χρωμοσώματα. 2) Στη μεσόφαση δεν υπάρχει άτρακτος, ενώ στη μίτωση σχηματίζεται και λειτουργεί. 3) Στη μεσόφαση ο πυρηνικός φάκελος και ο πυρηνίσκος είναι ακέραιοι, ενώ στη μίτωση (από την πρόφαση έως την τελόφαση) αποδιοργανώνονται και μετά επανασχηματίζονται. 4) Στη μεσόφαση γίνεται αυτοδιπλασιασμός του DNA (φάση S) και έντονη μεταβολική δραστηριότητα, ενώ στη μίτωση δεν παράγεται νέο DNA. 5) Η μεσόφαση διαρκεί το 90-95% του κυτταρικού κύκλου, ενώ η μίτωση είναι το συντομότερο τμήμα του.

Άσκηση 10 (σελ. 151)

Αναφέρετε τέσσερις διαφορές μεταξύ μίτωσης και μείωσης.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Συγκρίνουμε τον αριθμό διαιρέσεων, τον αριθμό/είδος προϊόντων, τη γενετική τους σχέση με το μητρικό κύτταρο και τον τύπο κυττάρων στα οποία συμβαίνουν.

Απάντηση: 1) Η μίτωση περιλαμβάνει μία διαίρεση, ενώ η μείωση δύο διαδοχικές διαιρέσεις. 2) Η μίτωση δίνει 2 θυγατρικά κύτταρα, ενώ η μείωση δίνει 4. 3) Τα προϊόντα της μίτωσης είναι διπλοειδή (2n) και γενετικά πανομοιότυπα με το μητρικό, ενώ τα προϊόντα της μείωσης είναι απλοειδή (n) και γενετικά διαφορετικά μεταξύ τους (λόγω ανεξάρτητου συνδυασμού και επιχιασμού). 4) Η μίτωση συμβαίνει σε σωματικά κύτταρα (ανάπτυξη, ανανέωση, μονογονική αναπαραγωγή), ενώ η μείωση συμβαίνει σε άωρα γεννητικά κύτταρα, για την παραγωγή γαμετών.

Άσκηση 11 (σελ. 151)

Γιατί δυο γαμέτες ενός ατόμου είναι πολύ σπάνιο να είναι γενετικά όμοιοι;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Θυμόμαστε τον τεράστιο αριθμό δυνατών συνδυασμών (2ⁿ) που δημιουργεί ο ανεξάρτητος συνδυασμός χρωμοσωμάτων στη μετάφαση Ι.

Απάντηση: Επειδή κατά τη μετάφαση Ι της μείωσης κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων κατευθύνεται τυχαία και ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα ζεύγη προς τον έναν ή τον άλλο πόλο (ανεξάρτητος συνδυασμός χρωμοσωμάτων). Για n ζεύγη ομολόγων προκύπτουν 2ⁿ διαφορετικοί δυνατοί συνδυασμοί ανά γαμέτη (στον άνθρωπο 2²³, δηλαδή πάνω από 8 εκατομμύρια). Είναι επομένως στατιστικά εξαιρετικά απίθανο δύο γαμέτες του ίδιου ατόμου να πάρουν ακριβώς τον ίδιο συνδυασμό χρωμοσωμάτων.

Άσκηση 12 (σελ. 151)

Ένα κύτταρο που διαιρείται μιτωτικά έχει στη μετάφαση 4ngr DNA και 10 χρωματίδες. Να προσδιορίσετε τον αριθμό των χρωμοσωμάτων του και την ποσότητα του γενετικού υλικού σε κάθε θυγατρικό κύτταρο.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Στη μετάφαση κάθε χρωμόσωμα αποτελείται από 2 αδελφές χρωματίδες, άρα ο αριθμός χρωμοσωμάτων είναι οι μισές χρωματίδες. Στην ανάφαση οι αδελφές χρωματίδες διαχωρίζονται και κάθε μία γίνεται ανεξάρτητο χρωμόσωμα, ώστε κάθε θυγατρικό κύτταρο να πάρει τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων με το μητρικό, αλλά με τη μισή ποσότητα DNA.

Λύση:

1. Αριθμός χρωμοσωμάτων = 10 χρωματίδες / 2 (αδελφές χρωματίδες ανά χρωμόσωμα) = 5 χρωμοσώματα.
2. Στο τέλος της μίτωσης κάθε θυγατρικό κύτταρο παίρνει τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων με το μητρικό: 5 χρωμοσώματα.
3. Η ποσότητα DNA στο μητρικό κύτταρο στη μετάφαση είναι 4ngr· κάθε θυγατρικό κύτταρο παίρνει τις μισές χρωματίδες (5 από τις 10), άρα τη μισή ποσότητα DNA: 4ngr / 2 = 2ngr.

Απάντηση: Το κύτταρο έχει 5 χρωμοσώματα (10 χρωματίδες / 2). Κάθε θυγατρικό κύτταρο μετά τη μίτωση θα έχει 5 χρωμοσώματα (έναν, μη διπλασιασμένο κλώνο DNA το καθένα) και ποσότητα γενετικού υλικού 2ngr DNA.

Πρόσεξε: Μη μπερδεύεις αριθμό χρωμοσωμάτων με αριθμό χρωματίδων· στη μετάφαση κάθε χρωμόσωμα έχει 2 χρωματίδες.

Άσκηση 13 (σελ. 152)

Ένα ανθρώπινο κύτταρο έχει στον πυρήνα του 46 χρωμοσώματα: α. Πόσα ομόλογα ζευγάρια υπάρχουν; β. Πόσα χρωμοσώματα υπάρχουν στην πρόφαση I; γ. Πόσα χρωμοσώματα υπάρχουν σε κάθε θυγατρικό κύτταρο μετά τη μίτωση; δ. Πόσα χρωμοσώματα υπάρχουν σε κάθε θυγατρικό κύτταρο μετά τη μείωση I; ε. Πόσες χρωματίδες υπάρχουν σε κάθε θυγατρικό κύτταρο μετά τη μείωση I; στ. Πόσες χρωματίδες υπάρχουν σε κάθε θυγατρικό κύτταρο μετά τη μείωση II;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Εφαρμόζουμε διαδοχικά τους κανόνες: 2n=46 → n=23 ζεύγη· η πρόφαση Ι δεν αλλάζει τον αριθμό χρωμοσωμάτων (μόνο τα κάνει ορατά, ήδη διπλασιασμένα σε χρωματίδες)· η μίτωση διατηρεί το 2n· η μείωση Ι υποδιπλασιάζει τον αριθμό χρωμοσωμάτων αλλά διατηρεί από 2 χρωματίδες σε καθένα· η μείωση ΙΙ διαχωρίζει τις χρωματίδες.

Λύση:

1. α. Ομόλογα ζευγάρια = 46/2 = 23 ζεύγη.
2. β. Στην πρόφαση Ι (μείωση) τα χρωμοσώματα είναι ήδη διπλασιασμένα (μετά τη μεσόφαση) αλλά ο αριθμός τους παραμένει 46 (23 ζεύγη ομολόγων, καθένα με 2 αδελφές χρωματίδες).
3. γ. Μετά τη μίτωση κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει 46 χρωμοσώματα (διατηρείται η διπλοειδία).
4. δ. Μετά τη μείωση Ι κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει 23 χρωμοσώματα (απλοειδές, n=23) — διαχωρίστηκαν τα ομόλογα, όχι οι αδελφές χρωματίδες.
5. ε. Μετά τη μείωση Ι κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει 23 χρωμοσώματα × 2 αδελφές χρωματίδες το καθένα = 46 χρωματίδες.
6. στ. Μετά τη μείωση ΙΙ διαχωρίζονται οι αδελφές χρωματίδες, άρα κάθε τελικό κύτταρο (γαμέτης) έχει 23 χρωμοσώματα, δηλαδή 23 χρωματίδες (καθεμιά πλέον ανεξάρτητο χρωμόσωμα, όχι ζευγαρωμένη).

Απάντηση: α. 23 ζεύγη. β. 46 χρωμοσώματα. γ. 46 χρωμοσώματα. δ. 23 χρωμοσώματα. ε. 46 χρωματίδες (23 χρωμοσώματα × 2). στ. 23 χρωματίδες (= 23 χρωμοσώματα, μετά τον διαχωρισμό των αδελφών χρωματίδων στη μείωση ΙΙ).

Πρόσεξε: Ο αριθμός χρωμοσωμάτων δεν αλλάζει στην πρόφαση/μετάφαση της μίτωσης ή της μείωσης Ι· αλλάζει μόνο στην ανάφαση, όταν διαχωρίζονται ομόλογα (μείωση Ι) ή αδελφές χρωματίδες (μίτωση, μείωση ΙΙ).

Άσκηση 15 (σελ. 152)

(Δίνονται δύο σχήματα κυττάρων στη μετάφαση: στο σχήμα Α τα χρωμοσώματα είναι διατεταγμένα το καθένα χωριστά στο ισημερινό επίπεδο, ενώ στο σχήμα Β είναι διατεταγμένα σε ζεύγη ομολόγων.)

α. Ποιο από τα δυο σχήματα παρουσιάζει τη μετάφαση I; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

β. Τι είναι ο επιχιασμός;

γ. Το κύτταρο στο σχήμα Α έχει ποσότητα DNA 20 αυθαίρετες μονάδες. Πόσες μονάδες θα υπάρχουν σε κάθε θυγατρικό κύτταρο μετά το τέλος:

i) της μίτωσης

ii) της μείωσης

Σκέψη / Μεθοδολογία: Στη μετάφαση Ι τα ομόλογα χρωμοσώματα είναι διατεταγμένα σε ζεύγη στο ισημερινό επίπεδο, ενώ στη μιτωτική μετάφαση τα χρωμοσώματα διατάσσονται το καθένα χωριστά. Το κύτταρο του σχήματος Α βρίσκεται στη μετάφαση, άρα έχει ήδη διπλασιάσει το DNA του: οι 20 μονάδες μοιράζονται στα 2 θυγατρικά κύτταρα της μίτωσης, ενώ στη μείωση ακολουθούν δύο διαιρέσεις χωρίς νέο διπλασιασμό.

Λύση:

1. α. Η μετάφαση Ι είναι το σχήμα Β, γιατί τα χρωμοσώματα είναι διατεταγμένα σε ζεύγη ομολόγων στο ισημερινό επίπεδο. Το σχήμα Α δείχνει μιτωτική μετάφαση, αφού τα χρωμοσώματα είναι διατεταγμένα το καθένα χωριστά.
2. β. Ο επιχιασμός είναι το φαινόμενο κατά το οποίο, στην πρόφαση Ι, οι μη αδελφές χρωματίδες ομόλογων χρωμοσωμάτων ανταλλάσσουν μεταξύ τους αντίστοιχα τμήματα, δημιουργώντας νέους συνδυασμούς γονιδίων.
3. γ. Το κύτταρο στη μετάφαση έχει ήδη διπλασιασμένο DNA (20 μονάδες). i) Με τη μίτωση το διπλασιασμένο DNA μοιράζεται εξίσου στα δύο θυγατρικά κύτταρα: 20 / 2 = 10 μονάδες σε καθένα. ii) Με τη μείωση ακολουθούν δύο διαδοχικές διαιρέσεις χωρίς νέο διπλασιασμό, οπότε κάθε ένα από τα 4 τελικά κύτταρα έχει 20 / 4 = 5 μονάδες.

Απάντηση: α. Το σχήμα Β, γιατί τα χρωμοσώματα είναι διατεταγμένα σε ζεύγη ομολόγων (το Α δείχνει μιτωτική μετάφαση). β. Ο επιχιασμός είναι η ανταλλαγή αντίστοιχων τμημάτων μεταξύ μη αδελφών χρωματίδων ομόλογων χρωμοσωμάτων στην πρόφαση Ι. γ. i) 10 μονάδες DNA μετά τη μίτωση. ii) 5 μονάδες DNA μετά τη μείωση.

Πρόσεξε:

• Στη μετάφαση το DNA είναι ήδη διπλασιασμένο· γι' αυτό μετά τη μίτωση κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει τις μισές μονάδες από το κύτταρο της μετάφασης (10) και όχι όσες αυτό (20).

Άσκηση 16 (σελ. 153)

Το σχήμα δείχνει ένα ζωικό κύτταρο που υφίσταται μείωση: α. Αναφέρετε το διπλοειδή αριθμό των χρωμοσωμάτων του κυττάρου. β. Ποια φάση της κυτταρικής διαίρεσης δείχνει το στάδιο Β; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. γ. Σχεδιάστε μέσα στα κύτταρα τα χρωμοσώματα με το σωστό μέγεθος και χρώμα. δ. Εξηγήστε δυο μηχανισμούς με τους οποίους η μείωση συνεισφέρει στην ποικιλομορφία. Σε ποια φάση της μείωσης συμβαίνουν;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Μετράμε τα χρωμοσώματα στο κύτταρο Α του σχήματος και εξετάζουμε τη διάταξή τους στο στάδιο Β (ζευγαρωμένα ομόλογα ή όχι). Για το ερώτημα δ ανατρέχουμε στους δύο μηχανισμούς γενετικής ποικιλομορφίας της μείωσης.

Απάντηση (ενδεικτική): α. Στο κύτταρο Α υπάρχουν 6 χρωμοσώματα, τρία ζεύγη ομολόγων (ένα μεγάλο, ένα μεσαίο και ένα μικρό ζεύγος, με το ένα ομόλογο σκούρο και το άλλο ανοιχτό σε κάθε ζεύγος)· άρα 2n = 6. β. Το στάδιο Β είναι η πρόφαση Ι της μείωσης, γιατί τα ομόλογα χρωμοσώματα έχουν συζευχθεί ανά ζεύγη (τετράδες) και διακρίνεται ανταλλαγή τμημάτων (επιχιασμός) ανάμεσα σε μη αδελφές χρωματίδες. γ. Μετά τη μείωση Ι: 2 κύτταρα, το καθένα με 3 χρωμοσώματα (ένα μεγάλο, ένα μεσαίο, ένα μικρό), καθένα με 2 αδελφές χρωματίδες, με τυχαίο συνδυασμό σκούρων και ανοιχτών ομολόγων. Μετά τη μείωση ΙΙ: 4 κύτταρα, το καθένα με 3 απλά χρωμοσώματα (ένα από κάθε μέγεθος, μία χρωματίδα το καθένα). δ. 1) Ο ανεξάρτητος συνδυασμός των ομόλογων χρωμοσωμάτων, που συμβαίνει στη μετάφαση Ι, όταν κάθε ζεύγος ομολόγων προσανατολίζεται τυχαία προς τους πόλους· 2) ο επιχιασμός, που συμβαίνει στην πρόφαση Ι, όταν μη αδελφές χρωματίδες ομόλογων χρωμοσωμάτων ανταλλάσσουν τμήματα.

Πρόσεξε: Στο γ τα χρωμοσώματα κάθε θυγατρικού κυττάρου πρέπει να είναι ένα από κάθε ζεύγος ομολόγων (μεγάλο, μεσαίο, μικρό) — ποτέ δύο του ίδιου μεγέθους μετά τη μείωση Ι.

Άσκηση 17 (σελ. 153)

Το ακόλουθο διάγραμμα παρουσιάζει τη μεταβολή της ποσότητας του γενετικού υλικού ενός ευκαρυωτικού κυττάρου κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου του. Αν α και 2α είναι η ποσότητα του γενετικού υλικού του και ΑΒ, ΒΓ, ΓΔ κτλ. οι διαφορετικές φάσεις του κύκλου του, να απαντήσετε στις ακόλουθες ερωτήσεις: (Στο διάγραμμα η ποσότητα είναι α από το Α έως το Β, 2α από το Β έως το ΣΤ, με ενδιάμεσα σημεία Γ, Δ, Ε, και ξανά α από το ΣΤ έως το Ζ.)

1. Με ποιο είδος κυτταρικής διαίρεσης διαιρείται το συγκεκριμένο κύτταρο και γιατί;

2. Ποια η βιολογική σημασία αυτού του είδους της κυτταροδιαίρεσης;

3. Σε ποιο από τα στάδια ΑΒ, ΒΓ, ΓΔ κτλ. το γενετικό υλικό παρουσιάζεται με τη μορφή δικτύου χρωματίνης, χρωμοσωμάτων που αποτελούνται από 2 χρωματίδες και χρωματίδων που αντιπροσωπεύουν χρωμοσώματα;

4. Να συγκρίνετε τα δύο βασικά είδη κυτταροδιαίρεσης που χρησιμοποιούν οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ποσότητα του γενετικού υλικού διπλασιάζεται (από α σε 2α) κατά την αντιγραφή του DNA στη μεσόφαση και επανέρχεται στο α μετά από μία μόνο διαίρεση· άρα πρόκειται για μίτωση. Στη μεσόφαση (πριν και μετά την αντιγραφή) το γενετικό υλικό έχει τη μορφή δικτύου χρωματίνης· στην πρόφαση και τη μετάφαση υπάρχουν χρωμοσώματα με 2 αδελφές χρωματίδες· στην ανάφαση και την τελόφαση οι χρωματίδες έχουν χωριστεί και καθεμία αντιπροσωπεύει ένα χρωμόσωμα.

Λύση:

1. 1. Πρόκειται για μίτωση, γιατί η ποσότητα του γενετικού υλικού διπλασιάζεται (α → 2α) και στη συνέχεια, με μία μόνο διαίρεση, επανέρχεται στην αρχική τιμή α σε κάθε θυγατρικό κύτταρο. Στη μείωση, μετά τις δύο διαδοχικές διαιρέσεις, η ποσότητα θα έπεφτε στο α/2.
2. 2. Η μίτωση εξασφαλίζει γενετική σταθερότητα: τα θυγατρικά κύτταρα είναι γενετικά πανομοιότυπα με το μητρικό, βάση για ανάπτυξη, ανανέωση κυττάρων και μονογονική αναπαραγωγή.
3. 3. ΑΒ (μεσόφαση πριν την αντιγραφή), ΒΓ (μεσόφαση μετά την αντιγραφή) και ΣΤΖ (μεσόφαση των νέων κυττάρων): δίκτυο χρωματίνης. ΓΔ και ΔΕ (πρόφαση και μετάφαση): χρωμοσώματα που αποτελούνται από 2 αδελφές χρωματίδες. ΕΣΤ (ανάφαση και τελόφαση): χωρισμένες χρωματίδες, καθεμία από τις οποίες αντιπροσωπεύει ένα χρωμόσωμα.
4. 4. Η μίτωση περιλαμβάνει μία διαίρεση, δίνει 2 διπλοειδή και γενετικά πανομοιότυπα κύτταρα, γίνεται σε σωματικά κύτταρα. Η μείωση περιλαμβάνει δύο διαδοχικές διαιρέσεις, δίνει 4 απλοειδή και γενετικά διαφορετικά κύτταρα (λόγω ανεξάρτητου συνδυασμού και επιχιασμού), γίνεται σε άωρα γεννητικά κύτταρα για την παραγωγή γαμετών.

Απάντηση: 1. Μίτωση, αφού η ποσότητα του γενετικού υλικού επανέρχεται στο α με μία διαίρεση. 2. Εξασφαλίζει γενετικά όμοια θυγατρικά κύτταρα (ανάπτυξη, ανανέωση ιστών, μονογονική αναπαραγωγή). 3. ΑΒ, ΒΓ, ΣΤΖ: δίκτυο χρωματίνης· ΓΔ, ΔΕ: χρωμοσώματα με 2 χρωματίδες· ΕΣΤ: χρωματίδες που αντιπροσωπεύουν χρωμοσώματα. 4. Μίτωση: 1 διαίρεση, 2 γενετικά όμοια κύτταρα με τον ίδιο αριθμό χρωμοσωμάτων με το αρχικό, σωματικά κύτταρα· Μείωση: 2 διαδοχικές διαιρέσεις, 4 κύτταρα με το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων και γενετικά διαφορετικά μεταξύ τους, παραγωγή γαμετών.

Πρόσεξε:

• Στη μεσόφαση, ακόμη και μετά την αντιγραφή του DNA (2α), το γενετικό υλικό έχει τη μορφή δικτύου χρωματίνης· τα χρωμοσώματα γίνονται ορατά μόνο από την πρόφαση.

Άσκηση 18 (σελ. 154)

Στο σχήμα παρουσιάζεται ένα κύτταρο στη διάρκεια της μείωσης. (Στο σχήμα φαίνονται δύο ζεύγη ομόλογων χρωμοσωμάτων συζευγμένα σε τετράδες —σε κάθε ζεύγος ένα μαύρο και ένα λευκό χρωμόσωμα, το καθένα με 2 χρωματίδες—, ο πυρηνικός φάκελος σε διάλυση και τα κεντρόσωμα στους πόλους.) Να απαντήσετε στις ακόλουθες ερωτήσεις:

1. Το κύτταρο ανήκει σε απλοειδή ή σε διπλοειδή οργανισμό και γιατί;

2. Σε ποιο στάδιο της μειωτικής διαίρεσης βρίσκεται και γιατί;

3. Σχεδιάστε τα διάφορα μειωτικά προϊόντα που μπορεί να δώσει, εξηγώντας σχηματικά το μηχανισμό με τον οποίο παράγονται.

4. Αν το κύτταρο έχει 4 μονάδες μάζας DNA στο στάδιο που εικονίζεται, ποια είναι η ποσότητα του DNA του κατά τη μετάφαση I και II, την ανάφαση I και II, την πρόφαση I και II, την τελόφαση I και II;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Τα χρωμοσώματα του σχήματος είναι σε ζεύγη ομολόγων, άρα ο οργανισμός είναι διπλοειδής (2n = 4). Η σύζευξη των ομολόγων σε τετράδες και η διάλυση του πυρηνικού φακέλου δείχνουν πρόφαση Ι. Για την ποσότητα DNA θυμόμαστε ότι αλλάζει ανά κύτταρο μόνο όταν ολοκληρώνεται η διαίρεση του κυττάρου (τελόφαση και κυτταροπλασματική διαίρεση), όχι στην ανάφαση, όπου τα χρωμοσώματα απομακρύνονται αλλά βρίσκονται ακόμη στο ίδιο κύτταρο.

Λύση:

1. 1. Το κύτταρο ανήκει σε διπλοειδή οργανισμό, γιατί τα χρωμοσώματά του είναι σε ζεύγη ομολόγων (2 ζεύγη, 2n = 4)· σε απλοειδή οργανισμό δεν υπάρχουν ομόλογα χρωμοσώματα, άρα ούτε μείωση.
2. 2. Βρίσκεται στην πρόφαση Ι (στο τέλος της), γιατί τα ομόλογα χρωμοσώματα, με 2 χρωματίδες το καθένα, έχουν συζευχθεί σε τετράδες και ο πυρηνικός φάκελος διαλύεται.
3. 3. Κάθε μειωτικό προϊόν παίρνει ένα χρωμόσωμα από κάθε ζεύγος ομολόγων. Επειδή τα ομόλογα διαχωρίζονται ανεξάρτητα, σε ένα σχήμα απεικονίζουμε τους 4 δυνατούς συνδυασμούς: μαύρο 1 – μαύρο 2, μαύρο 1 – λευκό 2, λευκό 1 – μαύρο 2, λευκό 1 – λευκό 2. Από κάθε μείωση προκύπτουν 4 κύτταρα με 2 τύπους συνδυασμών (ανάλογα με τη διάταξη των ζευγών στη μετάφαση Ι).
4. 4. Πρόφαση Ι, μετάφαση Ι, ανάφαση Ι: 4 μονάδες (το κύτταρο δεν έχει ακόμη διαιρεθεί). Τελόφαση Ι: 2 μονάδες σε κάθε θυγατρικό κύτταρο. Πρόφαση ΙΙ, μετάφαση ΙΙ, ανάφαση ΙΙ: 2 μονάδες. Τελόφαση ΙΙ: 1 μονάδα σε κάθε τελικό κύτταρο.

Απάντηση: 1. Σε διπλοειδή, γιατί τα χρωμοσώματα είναι σε ζεύγη ομολόγων. 2. Στην πρόφαση Ι, γιατί τα ομόλογα έχουν συζευχθεί σε τετράδες και ο πυρηνικός φάκελος διαλύεται. 3. Γαμέτες με ένα χρωμόσωμα από κάθε ζεύγος: 4 δυνατοί συνδυασμοί (ανεξάρτητος διαχωρισμός των ομολόγων). 4. Πρόφαση Ι, μετάφαση Ι, ανάφαση Ι: 4 μονάδες· τελόφαση Ι: 2 μονάδες ανά κύτταρο· πρόφαση ΙΙ, μετάφαση ΙΙ, ανάφαση ΙΙ: 2 μονάδες· τελόφαση ΙΙ: 1 μονάδα ανά κύτταρο.

Πρόσεξε:

• Στην ανάφαση τα χρωμοσώματα απομακρύνονται προς τους πόλους, αλλά βρίσκονται ακόμη στο ίδιο κύτταρο· η ποσότητα DNA ανά κύτταρο μειώνεται μόνο όταν ολοκληρωθεί η κυτταροπλασματική διαίρεση.