Структура хромосом

Відео: Хромосоми, хроматиди, хроматин і т.п

В ядрі кожної соматичної клітини організму людини міститься 46 хромосом. Набір хромосом кожного індивідуума, як нормальний, так і патологічний, називається каріотипом. З 46 хромосом, що становлять хромосомний набір людини, 44 або 22 пари представляють аутосомні хромосоми, остання пара - статеві хромосоми. У жінок конституція статевих хромосом в нормі представлена двома хромосомами X, а у чоловіків - хромосомами X і У. У всіх парах хромосом, як аутосомних, так і статевих, одна з хромосом отримана від батька, а друга - від матері. Хромосоми однієї пари називаються гомологами, або гомологічними хромосомами. У статевих клітинах (сперматозоїдах і яйцеклітинах) міститься гаплоїдний набір хромосом, т. Е. 23 хромосоми. Сперматозоїди діляться на два типи, в залежності від того, містять вони хромосому X або Y. Всі яйцеклітини в нормі містять тільки хромосому X.

Відео: Хромосоми

Хромосоми добре видно після спеціального фарбування під час ділення клітин, коли хромосоми максимально спіралізують. При цьому в кожній хромосомі виявляється перетяжка, яка називається центромерой. Центромера ділить хромосому на коротке плече (позначається літерою «р») і довге плече (позначається літерою «q»). Центромера визначає рух хромосоми під час клітинного поділу. Відповідно до положення центромери хромосоми класифікують на кілька груп. Якщо центромера розташовується посередині хромосоми, то така хромосома називається метацентрической, якщо центромера розташовується ближче до одного з кінців хромосоми, то її називають акроцентріческіе. Деякі акроцентріческіе хромосоми мають так звані супутники, які в клітці, що не формують ядерця. Ядерця містять численні копії РРН К. Крім того, розрізняють субметацентріческіе хромосоми, коли центромера розташована не посередині хромосоми, а кілька зрушена до одного з кінців, але не настільки значно, як в акроцентріческіх хромосомах.

Кінці кожного плеча хромосоми називають теломерами. Встановлено, що теломери грають важливу роль в збереженні стабільності хромосом. У теломерах міститься велика кількість повторів послідовності нуклеотидів, так званих тандемних повторів. У нормі під час клітинного поділу відбувається зменшення числа цих повторів в теломерах. Проте кожного разу вони добудовуються з допомогою спеціального ферменту, який називають теломеразой. Зменшення активності цього ферменту призводить до вкорочення теломер, що, як вважають, є причиною загибелі клітин, а в нормі супроводжує старіння.

До появи методів диференціальної забарвлення хромосом їх розрізняли подлине, положенню центромери і наявності супутників. Виділяли 5 груп - від А до G, які досить добре розділялися друг від друга. Однак всередині груп диференціація хромосом представляла певні труднощі. Це змінилося, коли були розроблені методи диференціальної забарвлення хромосом. Помітний внесок у розробку цих методів вніс вітчизняний вчений А. Ф. Захаров.

Препарати хромосом можна приготувати з будь-яких ядерних діляться соматичних клітин. Найчастіше їх отримують для лімфоцитів периферичної крові. Лімфоцити виділяють з венозної крові і переносять в невелику кількість живильного середовища з додаванням фитогемагглютинина. Фитогемагглютинин стимулює поділ лімфоцитів. Потім клітини культивуються при 37 ° С протягом трьох днів, після чого до культурі лімфоцитів додають колхіцин, який зупиняє поділ клітин на стадії метафази, коли хромосоми найбільш конденсована. Клітини переносять на предметне скло, до них додають гіпотонічний розчин NaCl. Клітини лопаються, і хромосоми випливають з них. Далі слід фіксація і забарвлення хромосом.

Відео: Генетичний код - головний скарб нації !!!

В останні роки з`явилися нові методи візуалізації хромосом або їх ділянок. Методи являють собою комбінацію з цитогенетичних і молекулярно-генетичних методів. Всі вони засновані на здатності однонитевой ДНК з`єднуватися з комплементарної послідовністю геномної ДНК, локалізованої в хромосомах. Однониткових ДНК, яка в цьому випадку є ДНК-зондом, навантажена спеціальним барвником, і після з`єднання з геномної ДНК зонд легко виявляється на хромосомному препараті (так звана метафазну пластинка) при його мікроскопірованіі в ультрафіолетовому світлі. Цей метод отримав назву «флюоресцентной гібридизації in situ».

Всі методи забарвлення хромосом дозволяють виявляти їх структурну організацію, яка виражається в появі смугастість, різної в різних хромосомах, а також деяких інших деталей.

Відео: компактизації ДНК в хромосоми

Кілька різних методів забарвлення використовують для ідентифікації окремих хромосом. Найбільш часто використовуваним є метод із забарвленням хромосом барвником Гімза. Препарати хромосом при цьому способі забарвлення спочатку обробляють трипсином, який видаляє білки, що містяться в хромосомі. Потім на препарат наносять барвник Гімза, який виявляє в хромосомах характерний для кожної з них малюнок зі світлих і темних сегментів. Зазвичай на гаплоїдний набір можна нарахувати до 400 сегментів. Якщо хромосоми перед фарбуванням Гимза спочатку нагрівають, то малюнок смуг зберігається, але їх колір змінюється на протилежний, тобто. Е. Темні смуги стають світлими, і навпаки. Цей метод забарвлення називається зворотним бендінгом, або R-методом. Якщо до застосування барвника Гімза препарат хромосом спочатку обробляють кислотою, а потім лугом, то забарвлюються переважно центромери і інші райони, багаті гетерохроматином, що містять високоповторяющіеся послідовності ДНК. Розроблено також високоразрешающем методи диференціальної забарвлення хромосом. Вони дозволяють виявляти до 800 поперечних смуг на гаплоїдний набір хромосом.

Поперечні смужки, які виявляються при диференціальної забарвленні, називають сегментами. Характер розташування сегментів по довжині хромосом різний, що дозволяє проводити досить точну ідентифікацію кожної хромосоми в каріотипі. Розроблено форму подання ідеального кариотипа з типовим малюнком смуг на кожній хромосомі. Така форма називається ідеограмою.

Для зручності опису каріотипу запропонована спеціальна система, в якій перш за все розрізняють плечі хромосоми: р - коротке і q - довге, - і центромеру - сеn. Кожне плече ділиться на області, причому рахунок йде від центромери. Кожну область поділяють на сегменти, рахунок яких також починається з сегмента, розташованого ближче до центромере.

Матеріал, з якого побудовані хромосоми, називається хроматином. Він складається з ДНК і оточуючих її гістонів та інших білків. Та частина хроматину, яка слабо забарвлюється спеціальними барвниками для хромосом, називається еухроматин, а та, яка забарвлюється інтенсивно, - гетерохроматином. Вважають, що еухроматіновие райони хромосом містять активно експресуються гени, гетерохроматіновие райони, навпаки, включають неактивні гени і неекспрессірующіеся послідовності ДНК.

Молекулярна структура хромосом досить складна. Функція цієї структури полягає в такій упаковці ДНК, щоб вона помістилася в хромосомі. Якби геномна ДНК була представлена у вигляді звичайної двунітевой спіралі, то вона простяглася б на 2 м. При упаковці ДНК використовується все той же принцип спіралі, але він представлений декількома рівнями. В результаті складної упаковки вихідна довжина молекули ДНК зменшується в 10 000 разів.