Строение хромосомы.

История открытия

В разных статьях и книгах приоритет открытия хромосом отдают разным людям, но чаще всего годом открытия хромосом называют 1882 год, а их первооткрывателем — немецкого анатома В.Флеминга. Однако справедливее было бы сказать, что он не открыл хромосомы, а в своей фундаментальной книге «Клеточное вещество, ядро и деление клетки» собрал и упорядочил сведения о них, дополнив результатами собственных исследований. Термин «хромосома» был предложен немецким гистологом Генрихом Вальдейером в 1888 году, «хромосома» в буквальном переводе означает «окрашенное тело», поскольку оснóвные красители хорошо связываются хромосомами.

Сейчас сложно сказать, кто сделал первое описание и рисунок хромосом. В 1872 годушвейцарский ботаник Карл фон Нэгили опубликовал работу, в которой изобразил некие тельца, возникающие на месте ядра во время деления клетки при образовании пыльцы у лилии и традесканции. Однако его рисунки не позволяют однозначно утверждать, что К.Нэгили видел именно хромосомы. В том же 1872 году ботаник Э.Руссов привёл свои изображения деления клеток при образовании спор у папоротника из рода ужовник и пыльцы лилии. На его иллюстрациях легко узнать отдельные хромосомы и стадии деления. Некоторые же исследователи полагают, что первыми увидел хромосомы немецкий ботаник Вильгельм Гофмайстер задолго до К.Нэгили и Э.Руссова, еще в 1848-1849 годах. При этом ни К.Нэгили, ни Э.Руссов, ни тем более В.Гофмейстер не осознавали значения того, что видели.

После переоткрытия в 1900 году законов Менделя потребовалось всего один-два года для того, чтобы стало ясно, что хромосомы ведут себя именно так, как это ожидалось от "частиц наследственности". В 1902 году Т.Бовери и в 1902-1903 годах У.Сеттон независимо друг от друга первыми выдвинули гипотезу о генетической роли хромосом. Т.Бовери обнаружил, что зародыш морского ежа Paracentrotus lividus может нормально развиваться только при наличии хотя бы одного, но полного набора хромосом. Также он установил, что разные хромосомы не идентичны по своему составу. У.Сеттон изучал гаметогенез у саранчового Brachystola magna и понял, что поведение хромосом в мейозе и при оплодотворении полностью объясняет закономерности расхождения менделевских факторов и образования их новых комбинаций.

Экспериментальное подтверждение этих идей и окончательное формулирование хромосомной теории было сделано в первой четверти XX века основателями классической генетики, работавшими в США с плодовой мушкой: Т.Морганом, К.Бриджесом, А.Стёртевантом и Г.Мёллером. На основе своих данных они сформулировали «хромосомную теорию наследственности», согласно которой передача наследственной информации связана с хромосомами, в которых линейно, в определенной последовательности, локализованы гены. Эти выводы были опубликованы в 1915 году в книге «Механизмы менделевской наследственности». В 1933 году за открытие роли хромосом в наследственности Т.Морган получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Строение хромосомы.

У всех эукариот ДНК связана с большим количеством разнообразных белков, и их комплекс называется хроматином.

Нуклеосома – первый уровень организации, комплекс ДНК с белками, который состоит из 8 гистонов и участка ДНК размером в 200 п.н.
Ядро нуклеосомы содержит по две молекулы гистонов H2А, H2В, H3, H4. Они образуют частицы в форме диска, на которые намотано примерно два витка спирали ДНК таким образом, что около 150 п.н. связаны с нуклеосомой, а другие 50 п.н. находятся между двумя соседними нуклеосомами. В результате нить ДНК уплотняется примерно в 6-7 раз. Гистон 1 присоединен к внешней стороне октамерного комплекса ДНК с гистонами.
Следующий уровень сворачивания – волокна диаметром в 30 нанометров. Нить плотно упако­ванных нуклеосом диаметром 10 нм образует витки с шагом спирали около 10 нм. На один виток такой су­перспирали приходится 6—7 нуклеосом.
Третий уровень структурной организации хроматина — хромомерный. В высших уровнях организации хроматина специфические белки свя­зываются с особыми участками ДНК, которая в местах связы­вания образует большие петли, или домены.
Более плотная упаковка ДНК (хроматидный и хромосомный уровень) достигается за счет дальнейшей компактизации хромомеров и наблюдается в делящихся клетках — в них хромосомы настолько плотны, что становятся видны в световой микроскоп как отдельные образования. В неделящейся клетке хромосомы деспирализованы (деконденсированы), границ между ними не видно.
Хроматин делится на гетерохроматин и эухроматин.Эухроматин транскрипционно активен, геторохроматин — в основном молчащие участки ДНК, а также теломеры и центромеры — структурные элементы хромосом, не содержащие генов. Центромерные и теломерные участки относятся к облигатому (обязательному) гетерохроматину. Факультативный гетерохроматин может образовываться или не образовываться в данной области ДНК в том или ином типе клеток

Участки хромосомы.

Центромера (первичная перетяжка) - это место соединения двух хроматид;

к центромере присоединяются нити веретена деления

По сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы. В зависимости от места расположения центромеры хромосомы делят на:

1.равноплечие (метацентрические)

2.неравноплечие (субметацентрические)

3.палочковидные (акроцентрические) – имеется только одно плечо.

Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК, имеется у одной – двух хромосом в геноме.

Теломеры – концевые участки хромосом, содержащие до 10 тысяч пар нуклеотидов с повторяющейся последовательностью ТТАГГГ. Теломеры не содержат генов, они

защищают концы хромосом он действия нуклеаз – ферментов, разрушающих ДНК

обеспечивают прикрепление концов хромосом изнутри к ядерной оболочке

защищают гены от концевой недорепликации.

Геном человека

Задолго до того, как ДНК признали генетическим материалом, с помощью светового микроскопа были изучены хромосомы благодаря тому преимуществу, что в метафазе хромосомы сильно конденсированы и физически отделены друг от друга. На заре цитогенетики было множество недоразумений касательно общего числа хромосом в клетках человека. Метафазную пластинку хорошего качества было нелегко получить. Известный цитолог Теофилус Пейнтер, изучая сперматоциты, пришёл в 1923 г к выводу, что у человека 48 хромосом. Эта цифра не подвергалась сомнению почти 30 лет. Много позже был разработан метод получения разбухших клеток в гипотонических растворах, а др. исследователи открыли в-ва, способные блокировать деление клеток на стадии метафазы. Эти два технических новшества резко повысили качество хромосомных препаратов, и с их использованием в 1956 г учёные получили несомненные доказательства того, что истинное число хромосом у человека 46. (Авторами этого эпохального доказательства были яванец китайского происхождения цитогенетик Джо Хин Тджио и шведский ботаник и генетик Альберт Леван). Наш диплоидный геном оформлен в виде 23 пар хромосом, размер которых варьирует от 45 миллионов до 280 миллионов пар нуклеотидов. Из них 22 пар – аутосомы и одна пара – половые хромосомы.

Хромосомные мутации (аберрации) характеризуются изменением структуры отдельных хромосом. При них последовательность нуклеотидов в генах обычно не меняется, но изменение числа или положения генов при аберрациях может привести к генетическому дисбалансу, что пагубно сказывается на нормальном развитии организма.

Внутрихромосомные аберрации — аберрации в пределах одной хромосомы. К ним относятся делеции, инверсии и дупликации.
Делеция — утрата одного из участков хромосомы (внутреннего или терминального), что может стать причиной нарушения эмбриогенеза и формирования множественных аномалий развития (например, делеция в регионе короткого плеча хромосомы 5, обозначаемая как 5р-, приводит к недоразвитию гортани, ВПР сердца, отставанию умственного развития). Этот симптомокомплекс обозначен как синдром кошачьего крика, поскольку у больных детей из-за аномалии гортани плач напоминает кошачье мяуканье.
Инверсия — встраивание фрагмента хромосомы на прежнее место после поворота на 180°. В результате нарушается порядок расположения генов.
Дупликация — удвоение (или умножение) какого-либо участка хромосомы (например, трисомия по короткому плечу хромосомы 9 приводит к появлению множественных ВПР, включая микроцефалию, задержку физического, психического и интеллектуального развития).

Межхромосомные аберрации — обмен фрагментами между негомологичными хромосомами. Различают три варианта:
Реципрокные - обмен фрагментами двух хромосом.
Нереципрокные - перенос фрагмента одной хромосомы на другую.
Изохромосома – аномальная хромосома, которая образуется на стадии анафазы деления клеток, когда центромер делится горизонтально, а не продольно. В результате образуются одна хромосома с двумя длинными плечами и одна с двумя короткими.

Геномные мутации характеризуются изменением числа хромосом. У человека известны полиплоидия (в том числе тетраплоидия и триплоидия) и анеуплоидия.

Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (Зn, 4n, 5n и т.д.). Причины: двойное оплодотворение и отсутствие первого мейотического деления. У человека полиплоидия, а также большинство анэуплоидий приводят к формированию леталей.

Анэуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числа хромосом в диплоидном наборе, т.е. не кратное гаплоидному (2n+1, 2n-1 и т.д.).
Механизмы возникновения: нерасхождение хромосом (хромосомы в анафазе отходят к одному полюсу, при этом на каждую гамету с одной лишней хромосомой приходится другая — без одной хромосомы) и «анафазное отставание» (в анафазе одна из передвигаемых хромосом отстаёт от всех других).
Трисомия — наличие трёх гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, что приводит к развитию синдрома Дауна; по 18-й паре — синдрома Эдвардса; по 13-й паре — синдрома Патау).
Моносомия — наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная совместимая с жизнью моносомия у человека — по хромосоме X — приводит к развитию синдрома Шерешевского—Тернера - кариотип ребенка состоит из 45 хромосом (одна из Х-хромосом отсутствует или имеет дефекты).

Полисомия по Х-хромосоме — включает трисомию (кариотии 47, XXX), тетрасомию (48, ХХХХ), пентасомию (49, ХХХХХ), отмечается незначительное снижение интеллекта, повышенная вероятность развития психозов и шизофрении с неблагоприятным типом течения;

Полисомия по Y-хромосоме — как и полисомия по X-хромосоме, включает трисомию (кариотии 47, XYY), тетрасомию (48, ХYYY), пентасомию (49, ХYYYY), клинические проявления также схожи с полисомией X-хромосомы;

Синдром Клайнфельтера — полисомия по X-хромосомам у мальчиков (47, XXY), признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: