Всеки вид има свой собствен набор от хромозоми; човек има четиридесет и шест.

Съвкупността от всички структурни и количествени характеристики на пълния набор от хромозоми, характерни за клетките на определен вид живи организми, се нарича кариотип.

Кариотипът на бъдещия организъм се формира в процеса на сливане на 2 полови клетки - яйцеклетка и сперма. В този случай хромозомните комплекти се комбинират.

Фиг .. За да се изготви кариотип, разделящите се клетки се разпределят върху плоча, така че техните хромозоми да са ясно видими и снимани (а). След това хомоложните хромозоми на снимката се сдвояват и оразмеряват, за да улеснят значително тяхното изследване.

Ядрото на зряла клетка съдържа половината от набора от хромозоми - 23 - единичен набор от хромозоми се нарича хаплоиден; по време на оплождането в тялото се пресъздава кариотип, специфичен за този вид. Пълен набор от хромозоми (46) на нормална соматична клетка, диплоиден (2p)

Човешките хромозоми, подобно на много животни, могат да бъдат сдвоени. Четиридесет и шест човешки хромозоми образуват 23 двойки (Фигура 5.36). Подреждайки ги в ред на снимката, получаваме кариотип, тоест набор от хромозоми, с които е възможно да се диагностицират някои генетични заболявания.

Наричат се две външно идентични хромозоми хомоложни (те не само са сходни на външен вид, но и съдържат гени, отговорни за същите черти).

Ако ги подредим по ред, започвайки с най -дългата, тогава стигаме до най -късата двойка, от която зависи разликата между мъжете и жените.

Жените имат точно 23 двойки хромозоми, но при мъжете последните две хромозоми остават неспарени, а една от тях е изключително къса.

Тази къса хромозома се нарича Y-хромозома,и по -дългият е Х хромозома.

При жените 23 -та двойка съдържа две Х хромозоми.

Ясно е, че Х и Y хромозомите определят пола на човек (пол). Останалите 22 двойки хомоложни хромозоми се наричат автозоми.

Очевидно всеки човек има две еднакви хромозоми, защото всеки има двама родители.

Развитието на човешкото тяло започва с оплождането на яйцеклетка със сперма; всяка гамета съдържа 23 хромозоми, по една от всеки тип, а получената зигота вече съдържа две хромозоми от всеки тип.

Всички автозоми са разделени на 7 групи: A (1,2,3), B (4,5), C (6-12), D (13-15), E (16-18), F (19-20 ), G (21-22).

Наследствената информация на организма е строго подредена от отделни хромозоми. Криотип - паспорт на вида. Човешкият кариотип е представен от 24 хромозоми, 22 автозоми, х и хромозоми.

Кариотипният анализ ви позволява да идентифицирате нарушения, които могат да доведат до аномалии в развитието, наследствени заболявания или смърт на плода и ембриона в ранните етапи на развитие. Тези. за нормално развитие е необходим набор от гени от пълен хромозомен набор.

Митоза, нейната същност. Патология на митозата

Поведението на хромозомите по време на митоза осигурява строго равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните и майчините клетки

Митоза- непрекъснат процес с 4 етапа:

Профаза- хроматиновите нишки започват да се усукват, спирализират. Хромозомите се скъсяват и удебеляват, стават достъпни за микроскопия. Ядрото изчезва, ядрената обвивка се разпада. Центризомае разделен на 2 центриола, които се придвижват към различни полюси на клетката. От протеин t убилинсе образуват микротубули - нишки на ахроматиновото вретено. Хромозомите са концентрирани в центъра.

Метафаза- максималните хромозоми са спирализирани и разположени в равнината на клетъчния екватор - удобно е да се гледа през светлинен микроскоп. Влакнените нишки от различни полюси са прикрепени към центромерите на всички хромозоми.

Анафаза- Har-Xia, разделящ хромозомите в центромерата на 2 хроматиди. Влакнените нишки се свиват и изтеглят хроматидите на всяка хромозома към различни полюси на клетката. Най -кратката фаза на митозата.

Телофаза- деспирализация на хромозомите, превръщането им отново в тънки нишки от хроматин, невидими в светлинен микроскоп. Около всяка група дъщерни клетки се образува ядрена обвивка, появяват се ядра. Нишките на делящото се вретено се разпадат

Разделянето на цитоплазмата в животински клетки се предхожда от появата на CPM стеснение.

Митозата завършва с образуването на 2 клетки количествено и качествено идентични с майчината клетка.

Удвояването на хромозомите и в интерфазата на митозата, разпределението на еднакви хроматиди между дъщерята и клетките гарантира поддържането на постоянството на генната информация в поредица от клетъчни поколения, служи като основа за растежа и развитието на организма.

Патология на митозата

Различни фактори на околната среда могат да нарушат процеса на митоза и да доведат до появата на анормални клетки.

Има 3 вида нарушения:

Промени в структурата на хромозомите –

А)появата на хромозомни счупвания, наличието на малки хромозомни фрагменти. Протича под въздействието на радиация, химикали, вируси, както и в ракови клетки (мутации).

Б)хромозомите могат да изостават от другите в анафазата и да не попадат в собствената си клетка. Това ще доведе до промяна в броя на хромозомите в дъщерните клетки - анеуплоидия.

Увреждане на вретеното делене- ф -цията на разпределението на хромозомите между дъщерните клетки е нарушена - възможно е появата на клетки, съдържащи значителен излишък от хромозоми (например 92). Подобен ефект е характерен за противораковите лекарства - така растежът на туморните клетки се инхибира.

Нарушение на цитотомията- т.е. липсата на разделяне на цитоплазмата на клетката по време на телофазния период. Така се образуват двуядрени клетки

Патологията на митозата може да доведе до появата мозайка- в един организъм можете да намерите клонове на клетки с различен набор от хромозоми (например някои клетки съдържат 46 хромозоми, а други - 47).

Мозайката се формира в ранните етапи на разцепването на зародишните клетки.

По правило нарушенията на кариотипа при хората са придружени от множество малформации; повечето от тези аномалии са несъвместими с живота и водят до спонтанни аборти в ранните етапи на бременността.

Въпреки това, доста голям брой фетуси (~ 2,5%) с анормални кариотипове узряват преди края на бременността.

Мейоза

Вид разделяне, при което броят на хромозомите се намалява наполовина от диплоиден до хаплоиден, състоящ се от 2 последователни деления на ядрото.

Наречен мейоза.При всяко оплождане първоначалният брой хромозоми се възстановява.

По този начин сексуалното възпроизвеждане може да се разглежда като следния голям цикъл от събития:

В половите жлези (половите жлези) на възрастен организъм - тестиси и яйчници - някои клетки се размножават чрез мейоза, образувайки съответно сперматозоиди и яйцеклетки, тоест хаплоидни клетки. Тези гамети съдържат един набор от 23 хромозоми. По време на оплождането се образува зигота с двоен набор от хромозоми; и по време на митотичното делене от него израства възрастен организъм и цикълът започва отначало.

Механизмът на делене - образуването на центриол, вретено и т.н. - при мейозата е същият като при митозата, само хромозомите се държат малко по -различно.

Мейоза

Ориз. 5.4. Процес на мейоза(най -общо казано) в клетка с две двойки хромозоми; едната от сдвоените хромозоми е обозначена с удебелена линия, другата с пунктирана линия.

Профаза I: хромозомите стават видими и образуват двойки.

Метафаза I: Сдвоените хромозоми се подреждат една срещу друга в средата на клетката.

Анафаза I: всяка от сдвоените хомоложни хромозоми напълно се отклонява към един от полюсите на клетката. Моля, обърнете внимание: хроматидите не се разминават и все още са свързани чрез центромери.

Телофаза I: Първоначалното разделяне е завършено.

Профаза II: хромозомите стават отново видими, както при митотичното делене.

Метафаза II: Хромозомите се подреждат отново в средата на клетката.

Анафаза II: Този път хроматидите се отделят една от друга и се отклоняват към противоположни полюси.

Телофаза II: разделянето завършва с образуването на четири хаплоидни клетки

Биологично значение на мейозата:

Полово размножаване - този процес осигурява последователността на броя на хромозомите в поредица от поколения полово размножаващи се организми.

Генетична вариация - създава възможност за нови генни комбинации. Това води до промени в генотипа и фенотипа на потомството.

Патология на мейозата: под въздействието на външни увреждащи фактори: просто, последователно и двойно неразделяне.

Просто неотклонение:

При патология на мейоза 1 всички зрели гамети ще имат пат. Набор от хромозоми

Мейоза 2 - броят на хромозомите се променя само в част от гаметите.

Последователнонеразделяне - засяга и двете участъци 1 и 2, нормалните гамети не се образуват.

Двойно неразделяне- изключително рядко - мейозата се уврежда и при двамата родители.

Можете също така да разграничите първичното, вторичното и третичното неразделяне на хромозомите.

Процесът на мейоза може да бъде нарушен под въздействието на различни външни неблагоприятни фактори.

Балансираните промени в хромозомите в кариотипа на човек не увреждат човешкото здраве.

Хромозоми (от гръцки. Chromamoc - цветно, сом - тяло) - структури на ядрото, които са материални носители на наследствена информация.Тези органели на ядрото се образуват в резултат на кондензация и спирализация на хроматин и стават видими по време на клетъчното делене. На етапа на метафазата хромозомите се подреждат в екватора на клетката, образувайки метафазна плоча.Хромозомите се състоят от ДНК, РНК, ядрени протеини и ензими, необходими за тяхното дублиране или синтез на тРНК.

Количество хромозомите в клетките на организми от различни видове са различни и не зависят от височината на организацията, а също така не винаги показват филогенетична връзка.

Броят на хромозомите при някои видове

Структура . В структурата на метафазната хромозома се разграничават хроматиди, първично свиване, рамене, вторично свиване, спътници, нуклеоларни организатори, теломери и др. Всяка такава хромозома се състои от две надлъжни части - хроматиди. Първично свиване(центромера) - най -спираловидната част на хромозомата, разделя я на две рамо.На него са разположени специални протеини (кинетохори), към които по време на разпределението на генетичния материал са прикрепени нишките на делящото се вретено. Някои хромозоми имат вторични стеснения,често се наричат отделни участъци от хромозоми сателити.Такива хромозоми в ядрата на клетките могат да се доближат една до друга и да се образуват нуклеоларни организатори,съдържащи рРНК гени. Краищата на раменете са кръстени теломери.Това са генетично неактивни спираловидни участъци, които пречат на хромозомите да се съединяват помежду си или с техните фрагменти.

Сортове . Хромозомите се различават по размер, форма, местоположение на стеснения, степен на спирализация и други подобни. По размер и форма хромозомите могат да бъдат групирани по двойки и тези сдвоени хромозоми се наричат отивам-

1- центромерна област на хромозомата; 2 - теломерна област; 3 - дъщерни хроматиди; 4 - хетерохроматин; 5-еухроматин; 6 - малко рамо, 7 - голямо рамо.

са логически,и хромозомите на различни двойки ще бъдат относителни една към друга нехомологичен.Разположението на стесненията също позволява хромозомите да бъдат разделени на групи. Ако свиването е разположено в средата, а раменете са със същия размер, тогава хромозомите се наричат ръжено-раменни, ако размерът на раменете е значително различен, те са не-раменно-раменни. Хромозомите могат да бъдат в две състояния: в спирален изован ( митозна хромозома) и обезсърчен ( междуфазна хромозома). Когато се сравняват хромозомните набори от мъже и жени от един и същи вид, има разлика в една двойка хромозоми. Тази двойка беше кръстена полови хромозоми,или хетерохромозома.Останалите двойки хомоложни хромозоми, идентични при двата пола, имат общо име автозоми.За да се изясни работата на наследствения апарат, е необходимо да се изследват хромозомите не само по време на митоза, но и на междуфазния етап. При някои насекоми и други организми междуфазните хромозоми са много по -дебели и могат ясно да се видят под светлинен микроскоп. Политенихромозоми -хромозоми, които са сноп от множество (повече от 1000) хроматиди, разтегнати по дължина. Тези хромозоми се образуват в резултат на множествена репликация и неразделяне на дъщерни хромозоми. По време на експеримента със специално оцветяване в тях бяха открити редуващи се светли (декондензация на площ) и тъмни (кондензирани области) ивици. Броят, размерът и местоположението на тези ленти са специфични за вида. Политенови хромозоми има при някои насекоми, в ендосперма на семена, ембрионални тъкани на растения и други подобни. Те изучават политенови хромозоми за: а) изясняване на работата на гените, които са необходими в даден момент от клетката (леки разгънати ДНК ленти - вдлъбнатини - са достъпни за транскрипция) б) изграждане на генетични карти; в) идентифициране на хромозомни пренареждания; г) идентификация на видовете организми и др.

Организация . Хромозомите имат няколко нива на организация.

1. Организация на ламеномите. ДНК молекулите на това ниво на хромозомна организация спирално се преплитат отвън специални ядрени частици от молекули хистони, които се наричат нуклеозоми. Всяка нуклеозома съдържа 8 протеинови молекули. Нишките на нуклеозомите с ДНК се усукват по двойки, за да образуват хромонеми (ДНК + нуклеозоми = хромонеми).

2. Организация на хроматиди. Хромонемите се спирализират с образуването на компактни хроматиди.

3. Организация на хромозомите. Хроматидите, след самоудвояване и суперсвиване, образуват двухроматидни хромозоми.

Биологично значениехромозомите се определят от техните функции като: а) запазване на наследствена информация; б) контрол на метаболизма чрез регулиране на образуването на необходимите ензими; в) осигуряване на клетъчен растеж чрез контролиране на синтеза на структурни протеини; г) осигуряване на развитието на клетките чрез контролиране на процесите на диференциация; д) осигуряване на условия за удвояване на ДНК и клетъчно делене.

Концепцията за кариотип

Кариотип - набор от характеристики на хромозомния набор (брой хромозоми, форма, размер). Всеки тип организъм има специфичен кариотип. Основните правила, характеризиращи кариотипа, са:

правило за специфичност -характеристиките на кариотипа на индивиди от определен вид зависят от броя, размера и формата на хромозомите;

правило за стабилност -всеки тип еукариотни организми има определен и постоянен брой хромозоми (например при дрозофила - 8 хромозоми, при хора - 46);

правило за сдвояванев диплоиден набор всяка хромозома има двойка, сходна по размер и форма;

правило за индивидуалност -всяка двойка хомоложни хромозоми се характеризира със свои характеристики;

правило за наследяване (приемственост) - поради способността на хромозомите да се възпроизвеждат автоматично по време на клетъчното делене в следващите поколения клетки от същия вид, се запазва не само постоянният брой хромозоми, но и техните индивидуални характеристики.

Случва се набор от хромозоми диплоиден, хаплоиден, полиплоиден.

■ Хаплоиден комплект -това е половин набор, в който всички хромозоми се различават една от друга по структура (условно се нарича ln).

■ Диплоиден комплект -това е сдвоен набор, в който всяка хромозома има сдвоена хромозома, сходна по структура и размер (условно е обозначена като 2n).

■ Полиплоиден комплект -това е набор от хромозоми, който е кратен на хаплоидната (той обикновено се нарича 3p, 4p, 5n и т.н.).

БИОЛОГИЯ + Американските учени Елизабет Блекбърн, Карол Грейдър и Джак Шостак са открили с кой чип хромозомите запазват целостта си по време на клетъчното делене. Те открили, че причината за това е в върховете на хромозомите, известни като теломери. (техния ензим - теломераза) ... Тези учени предполагат, че раковите клетки използват ензима теломераза, за да осигурят неконтролираното си делене. В допълнение, постепенното намаляване на размера на теломерите с възрастта се счита за един от основните механизми на стареене. Теломерните дефекти също са свързани с причини за няколко наследствени заболявания на кожата и белите дробове. За тези изследвания тези учени спечелиха Нобелова награда за медицина и физиология за 2009 г.

Omnis cellula e cellula

латинска поговорка

Концепцията за човешкия кариотип.

Броят, размерът и формата на хромозомите са специфични характеристики за всеки тип жив организъм. По този начин клетките от раци отшелници съдържат 254 хромозоми, докато комарът има само 6. Човешките соматични клетки съдържат 46 хромозоми.

Съвкупността от всички структурни и количествени характеристики на пълния набор от хромозоми, характерни за клетките на определен тип жив организъм, се нарича кариотип.

Кариотипът на бъдещия организъм се формира по време на сливането на две зародишни клетки (сперма и яйцеклетка). В този случай техните хромозомни набори се комбинират. Ядрото на зряла зародишна клетка съдържа половината набор от хромозоми (за хора - 23). Подобен единичен набор от хромозоми, аналогичен на този в зародишните клетки, се нарича хаплоидени се обозначава - н. Когато яйцеклетката е оплодена със сперма, специфичен за този вид кариотип се пресъздава в нов организъм, който включва 46 хромозоми при хора. Пълният състав на хромозомите на обикновена соматична клетка е диплоиден (2н) .

В диплоиден набор всяка хромозома има друга сдвоена хромозома, която е сходна по размер и центромерно местоположение. Тези хромозоми се наричат хомоложен... Хомоложните хромозоми не само са сходни помежду си, но и съдържат гени, които са отговорни за едни и същи белези.

Когато се анализират соматичните клетки на женското тяло, обикновено могат да бъдат ясно разграничени 23 двойки хомоложни хромозоми. В същото време в кариотипа на мъж се открива една двойка хромозоми, които се различават една от друга по размер и форма. Едната от тях е доста голяма субметацентрична хромозома, която е означена с X, другата е малка акроцентрична хромозома, Y. Доказано е, че тези хромозоми определят пола на тялото и съдържат повечето от гените, отговорни за образуването на гениталиите, поради което са кръстени полови хромозоми.

Женският кариотип обикновено съдържа две Х хромозоми и може да бъде записан като 46, XX.

Мъжкият кариотип включва X и Y хромозоми (46, XY).

Всички останали 22 двойки хромозоми бяха кръстени автозоми.На всяка двойка автозоми в низходящ ред на техния размер се присвоява номер от 1 до 22. Най -дългите са хромозомите от 1 -ва двойка, а най -късите са 21 -ва.

През 1960 г. в Денвър (САЩ) е приета първата класификация на човешките хромозоми, която отчита техния размер и местоположение на центромерата. Универсалната система за записване на резултатите от хромозомния анализ обедини клиничната оценка на човешкия кариотип, независимо от цитогенетичната лаборатория, в която е проведено изследването. От 1995 г. в цял свят се използва Международната система за човешка цитогенетична номенклатура или ISCN (1995), която се основава на най -новите постижения в молекулярно -генетичната диагностика.

Всичко автозомиразделени на 7 групи, обозначени с латински букви. Група А включва 3 двойки най -дълги хромозоми (1 -ва, 2 -ра, 3 -та); група В обединява 2 двойки големи субметацентрични хромозоми (4 и

5 -ти). Най -многобройната е група С, която включва 7 двойки средни субметацентрични автозоми (от 6 -ти до 12 -ти). По морфологични характеристики Х -хромозомата е трудно да се разграничи от тази група. Средните акроцентрични хромозоми 13, 14 и 15 са в група D. Три двойки малки субметацентрични хромозоми съставят група Е (16, 17 и 18). Най -малките метацентрични хромозоми (19 и 20) съставляват група F. 21 -вата и 22 -рата двойки къси акроцентрични хромозоми са включени в група G. Y хромозомата е морфологично много подобна на автозомите от тази група.

Анализ на човешка кариограма

1. Понятието за кариотип и кариограма.

Кариотип- набор от всички хромозоми от диплоидния набор от клетка, който се характеризира с броя на хромозомите и структурните особености на всяка хромозома. За нормален кариотип е характерно следното:

има нормален брой хромозоми,
всички хромозоми са представени от двойки хромозоми, хомоложни една на друга,
всяка хромозома има нормална структура: характерното й местоположение на центромера, съотношението и структурата на раменете, няма хромозомни мутации.

Кариограма- Това е изображение на всички хромозоми от диплоидния набор от клетка, които са разпределени в групи и разположени една след друга в низходящ ред по размер, като се вземат предвид индивидуалните характеристики на всяка хромозома.

Организмите от различни видове се различават по кариотип: по броя и / или индивидуалните характеристики на определени хромозоми. Човешкият кариотип и хромозомите имат много общи характеристики, характерни за кариотипа и хромозомите на други организми.

Хромозомите са изградени от хроматин, комплекс от ДНК с множество протеини.
Структурната единица на хроматина е нуклеозома - комплекс от четири двойки хистонови протеини, около които са навити около два завъртания на ДНК молекула. В една хромозома има само една молекула ДНК, която е навита върху хиляди хистонови комплекси.
Различните области на хроматина се различават по степента на кондензация или опаковане в пространството. Евхроматинът е слабо кондензиран и съдържа активно функциониращи гени. Хетерохроматинът е силно кондензиран и съдържа нефункциониращи гени и ДНК области, които не съдържат гени. Областите на хетерохроматин са оцветени с багрила по -силно от областите на еухроматин и изглеждат по -тъмни под микроскоп.
По време на клетъчното делене хроматинът, кондензиращ се, приема формата на плътни пръчковидни структури, които са особено ясно видими в метафазата на митозата.
Диплоиден набор от хромозоми е набор от двойки хромозоми, които са хомоложни една на друга. Хромозомите на всяка двойка са хомоложни една на друга и нехомоложни на всички останали хромозоми. Човешкият кариотип включва 46 хромозоми: 22 двойки автозоми и две полови хромозоми: две Х хромозоми при жените, Х и Y хромозоми при мъжете.
Нехомоложните хромозоми се различават по дължина и форма и имат приблизително еднаква дебелина.
Всички хромозоми имат две рамена и изтънен участък, разположен между тях - центромера или първично свиване. В областта на първичното свиване има кинетохора, плоска структура, чиито протеини, взаимодействайки с микротубулите на делителното вретено, осигуряват движението на хромозомите по време на клетъчното делене.
Някои хромозоми имат вторична констрикция, в областта на която се намират рибозомни РНК гени, синтезира се рРНК и се образува ядрото на ядрото. При хората хромозомите 13, 14, 15, 21 и 22 имат вторично свиване.
Кариотипът съдържа хромозоми от три типа, различни по местоположението на центромерата и съответно по съотношението на раменете.
Краищата на всяка хромозома са теломери. При хората ДНК на теломерната област е повтаряща се нуклеотидна последователност 5 "TTAGGG 3" в една от нуклеотидните вериги на ДНК.
След всеки акт на клетъчно размножаване и делене, теломерните области на хромозомите се скъсяват.
Диплоиден набор от жени има две Х хромозоми, а диплоиден набор от мъже има една Х хромозома и една Y хромозома. Х и Y хромозомите се различават по дължина, форма и набор от гени. При хората генът SRY на Y хромозомата определя развитието на мъжкия пол.
По време на профазата и метафазата на митозата всяка хромозома се състои от две еднакви хроматиди - идентични копия на майчината хромозома, образувани след репликация на ДНК.

^ 2. Получаване на кариограма.

За изследване на кариотипа обикновено се използват левкоцити от периферна кръв, клетки на червения костен мозък и някои други клетки. Ако е необходимо, се изследват клетките на мембраните на ембриона и плода, тъй като те имат същия кариотип и генотип като клетките на неродения организъм, тъй като те също са потомци на зиготата.

Клетките се намесват в хранителната среда и ги стимулират да се делят с помощта на специални стимуланти на делене. Фитохемаглутининът (PHA), вещество от растителен произход, е един от стимулаторите на делене. Фитохемаглутининът е въглехидрат от боб Phaseolus vulgaris, способен да аглутинира еритроцити. Фитохемаглутинине силен митоген - вещество, което стимулира клетъчното делене чрез митоза.

Под влияние на PHA, клетките започват да се делят чрез митоза. След това колхицинът се добавя към хранителната среда с разделящи се клетки. Това е алкалоид от растителен произход, обикновено получен от есенния минзухар (зимуване) ( Colchicum autumnale) или други членове на семейството на лилиите. Колхицинът инхибира образуването на микротубули от протеина тубулин. В деляща се клетка микротубулите са част от вретеното за деление и обикновено първо осигуряват придвижването на всички хромозоми до екватора на вретеното за разделяне, а след това участват в разминаването на хроматидите на всяка хромозома в различни посоки, към различни полюси на вретено за клетъчно делене. Следователно, в присъствието на колхицин, разделянето на всички клетки спира на същия етап на митоза: в края на профазата, непосредствено преди метафазата. В чуждестранната научна литература този етап се нарича прометафаза. На този етап всички хромозоми са напълно кондензирани и са ясно видими под светлинен микроскоп под формата на пръчковидни структури, разположени в една и съща равнина. Събира се всички такива хромозоми на една клетка метафазна плоча(Фиг. 1).

За удобство на изследването живите клетки се поставят в хипотоничен разтвор на натриев хлорид. В такъв разтвор водата влиза в клетката, клетката се увеличава по размер, а хромозомите се разпределят по -свободно в цитоплазмата - на по -голямо разстояние един от друг от преди.

След това хромозомите се оцветяват, фотографират и изследват под микроскоп. Оцветяването се извършва с прости, диференциални или флуоресцентни багрила, които помагат за идентифициране на хромозоми.

Фиг. 1. Човешка метафазна плоча.

1 - голяма метацентрична хромозома

2 - малка акроцентрична хромозома

3 - голяма субметацентрична хромозома

4 - малка метацентрична хромозома

5 - средна акроцентрична хромозома.

Както се вижда на фигура 1, хромозомите се различават по размер и форма. Всички те са X- или Y -образни, което се дължи на факта, че дъщерните хроматиди - копия на майчината хромозома - остават свързани в областта на първичната констрикция.

В метафазната плоча всяка хромозома се състои от две еднакви хроматиди. За всяка хромозома от диплоидния набор има само една, сдвоена хромозома. Сдвоените хромозоми се наричат хромозоми, хомоложни една на друга. Хомоложните хромозоми имат същите външни характеристики: дължина; форма (местоположението на първичното свиване и съответствието на раменете, наличието или отсъствието на вторично свиване) и същата степен на кондензация на хроматин в определени области: областите със силно кондензиран хроматин изглеждат тъмни, а областите със слабо кондензиран хроматин - по -лек. По същия начин хромозомите, които не са хомоложни една на друга, се различават една от друга. Съществуват следните видове човешки хромозоми (фиг. 2):

Метацентричен, равни рамена на хромозомата: първичната констрикция (центромера) се намира в центъра (средата) на хромозомата, раменете на хромозомата са еднакви.
Субметацентричен, почти равна хромозома: центромерата се намира близо до средата на хромозомата, рамената на хромозомата се различават леко по дължина.
Акроцентричен, много неравни хромозоми: центромерата е много далеч от центъра (средата) на хромозомата, хромозомните рамена се различават значително по дължина.

Фиг. 2. Видове човешки хромозоми.

Тъй като всяка двойка хромозоми, хомоложни помежду си, има характерни за тях характеристики, това прави възможно идентифицирането на специфични хромозоми. След като идентифицира хромозомите, се изгражда кариограма: те подреждат хромозомите в низходящ размер, като ги подреждат в групи в зависимост от техния размер и форма. При конструирането на кариограма половите хромозоми се поставят отделно от автозомите, въпреки че Х хромозомата принадлежи към С хромозомите, а Y хромозомата принадлежи към G хромозомите.

Кариограма се конструира при изучаване на кариотипа на определено лице. Обобщена, идеализирана кариограма, в която са представени особеностите на кариотипа на даден вид, се нарича идиограма... Когато идентифицира хромозоми и изгражда кариограма на конкретен човек, генетикът винаги има проба пред себе си - идиограма на вида Homo sapiens.

На фиг. 3 показва кариограма на мъж с нормален кариотип. Правоъгълната рамка показва половите хромозоми на жена с нормален кариотип.

Ориз. 3. Нормална човешка кариограма.

В първите седем реда на кариограмата са представени автозоми от групи А - Г. Те са еднакви в кариотипите на мъжки и женски организми. Последният ред съдържа половите хромозоми. При мъжкия кариотип това е Х хромозомата от група С и Y хромозомата от група Г. При женския кариотип това са две Х хромозоми. По този начин кариограмите на мъжките и женските организми са лесни за разграничаване: кариограмата на женското тяло съдържа две еднакви метацентрични хромозоми със среден размер - Х хромозоми, а кариограмата на мъжкото тяло съдържа две хромозоми с различен размер и форма: една метацентрична хромозома със среден размер - Х -хромозома и една малка акроцентрична хромозома - Y -хромозома.

Ръчната процедура за съставяне на кариограма е трудоемка и изисква определена последователност от действия. Съставянето на кариограма е част от лабораторната работа, извършвана от студенти от първа година на медицинския университет.

През последните години се използват компютърни програми за идентифициране на хромозоми и конструиране на кариограма. В този случай изображението на метафазната плоча влиза в компютъра чрез видеокамера, свързана към флуоресцентен микроскоп.

^ 3. Лабораторна работа „Съставяне на човешка кариограма“.

В лабораторната работа всеки ученик получава плик с набор от 45-47 изображения на човешки хромозоми и лист хартия с имената на хромозомни групи. Задачата на ученика е правилно да разложи хромозомите на групи.

Всички хромозоми, в зависимост от формата си, са разделени на две големи групи:
- акроцентрични хромозоми
- метацентрични и субметацентрични хромозоми
Обърнете внимание на акроцентричните хромозоми. Разделете всички акроцентрични хромозоми на две малки групи в зависимост от техния размер:
- средни акроцентрични хромозоми.
- малки акроцентрични хромозоми
Малките акроцентрични хромозоми са хромозоми от група G. При нормален кариотип може да има 4-5 хромозоми, в зависимост от пола на човека. В нормалния женски кариотип това са 2 двойки автозоми, в нормалния мъжки кариотип има 2 двойки автозоми и една Y хромозома. Хората с s. Даун и С. допълнителна Y хромозома, G групата може да съдържа 5-6 хромозоми. За съжаление, обичайното оцветяване на хромозомите не ни позволява надеждно да правим разлика между хромозома 21 и Y хромозома. Поради тази причина набор от изображения от 5 хромозоми от група G може също да принадлежи на жена с c. Долу и мъж със С. Klinefelter и наборът от изображения на 6 хромозоми от група G може да принадлежи както на мъж със село Даун, така и на мъж с допълнителна Y хромозома в кариотипа. Ако имате само 2 двойки хромозоми от тази група, поставете техните изображения на лист с имената на групи от хромозоми срещу името на група G. Ако имате още две хромозоми от тази група, поставете една от тях до хромозомите на 21 -та двойка, а другата - на мястото на половите хромозоми, считайки я за Y -хромозома. Ако имате 5 хромозоми от тази група, тогава до края на кариограмата можете да я считате за хромозома на 21 -ва двойка или Y хромозома. В зависимост от вашия предварителен подбор, поставете 5-та хромозома от тази група на подходящото място на листа с имената на хромозомните групи.
Средните акроцентрични хромозоми са хромозоми от група D. Има 3 двойки от тях в нормалния кариотип. С c. Патау в човешкия кариотип, 7 хромозоми от тази група се откриват поради допълнителната хромозома на 13 -та двойка. Поставете изображенията на D хромозомата върху листа с имената на хромозомните групи на подходящото място.
Разложили сте всички акроцентрични хромозоми. Сега обърнете внимание на останалите некомплексирани метацентрични и субметацентрични хромозоми. Всички тези хромозоми, в зависимост от техния размер, са разделени на две малки групи:
- големи и средни хромозоми
- къси и малки хромозоми.
Обърнете внимание на късите и малките хромозоми на последната група. Изберете от тях 2 двойки от най -малките метацентрични хромозоми. Това са хромозоми от група F. Поставете изображенията на хромозомите от тази група на листа с имената на групите хромозоми на съответното място. Останалите хромозоми са хромозоми от група Е. В нормалния кариотип има 3 двойки от тях. С c. Едуардс, 7 хромозоми от тази група се намират в човешкия кариотип поради допълнителната хромозома на 18 -та двойка. Поставете изображенията на хромозомите от тази група върху листа с имената на хромозомните групи на съответното място.
Обърнете внимание на големите и средни хромозоми, които не са разложени. Изберете от тях 3 чифта от най -големите хромозоми. Това са метацентрични хромозоми от група А. Поставете техните изображения на листа с имената на хромозомните групи.
От останалите хромозоми изберете 2 -те най -големи двойки хромозоми. Това са метацентрични хромозоми от група В. Поставете техните изображения на листа с имената на хромозомни групи на подходящото място.
Всички останали хромозоми са субметацентрични хромозоми от група С. 7 двойки хромозоми от тази група са автозоми. Поставете техните изображения на лист с имената на хромозомни групи срещу името на група С. Всички останали хромозоми в тази група са Х хромозоми. Броят на Х хромозомите в кариотипа на определено лице може да бъде 1-3. Поставете изображенията на Х хромозомите на листа с имената на хромозомните групи на подходящото място.
Проучете внимателно кариограмата си. Кариограмата не трябва да съдържа две големи аномалии едновременно, тъй като това не се случва в реалния живот. Това може да се случи, ако погрешно идентифицирате Y хромозомата, като я сбъркате с хромозома 21. Например, кариограмата не може едновременно да съдържа трисомия за 21 -ва хромозома и монозомия за Х -хромозомата, тоест кариограмата не може да принадлежи на човек, който страда едновременно с. Даун и С. Шерешевски-Търнър. Най -вероятно имате на разположение нормална мъжка кариограма. За да се коригира грешката, е достатъчно да се прехвърли една от 3 -те хромозоми на 21 -та двойка до местоположението на половите хромозоми, като се постави до Х -хромозомата. При съставянето на кариограма на конкретно лице тази ситуация не възниква, тъй като още преди началото на съставянето на кариограма се знае пола на лицето и предварителната диагноза.

^ 3. Анализ на човешката кариограма.

Когато анализира кариограма, ученикът е длъжен да:

може да идентифицира пола на дадено лице
може да идентифицира нормалния кариотип на човек
да могат да идентифицират наличието на хромозомно заболяване, свързано с аномалия в броя на хромозомите (S. Down, S. Klinefelter, S. Shereshevsky -Turner, S. Trisomy - X, S. Patau, S. Edwards, S. допълнителна Y-хромозома).

Анализирайки кариограма, обърнете внимание на следните й характеристики:

общият брой на хромозомите;
сдвояване или несдвояване на определени хромозоми;
броя и вида на половите хромозоми;
наличието на определени аномалии в броя на хромозомите.

При анализ на кариограмата на човек трябва да се следва следната последователност от действия.

Номерирайте двойките хомоложни хромозоми; номерирайте ги, дори ако хомоложните хромозоми са представени не от две, а от една или три хромозоми.
Намерете автозоми и полови хромозоми на кариограмата. Половите хромозоми обикновено се намират отделно от автозомите. Нормалната кариограма съдържа 22 двойки автозоми и 1 двойка полови хромозоми. Кариограма на болен човек може да съдържа 45-46 автозоми и 1-3 полови хромозоми.
Определете пола на човек по неговата кариограма. За да направите това, внимателно изследвайте половите хромозоми.
Ако всички те са еднакви, средни по размер и метацентрични, тогава всички те са Х хромозоми и това е кариограма на женското тяло.
Ако сред половите хромозоми има малка акроцентрична хромозома, това е Y хромозомата и това е кариограма на мъжкото тяло.
Вижте дали всички хромозоми са по двойки.
Ако кариограмата съдържа 23 двойки хромозоми, тогава имате нормална човешка кариограма.
Ако в кариограма определени хромозоми са представени с 1 или 3 хромозоми, тогава имате кариограма с геномна мутация - отсъствие или излишък на хромозоми. В този случай кариограмата съдържа 45 или 47 хромозоми.
Определете серийния номер на двойката хромозоми, в които е открита геномната мутация. Най -честите аномалии са:
аномалии в броя на автозомите:

- допълнителна хромозома от 13 -та двойка в р. Патау

Допълнителна хромозома от 18 -та двойка в р. Едуардс

Допълнителна хромозома на 21 -та двойка в р. Надолу

аномалии на половите хромозоми:

- допълнителна Х -хромозома в женската кариограма на р. Тризомия-X

Допълнителна Х хромозома в мъжката кариограма на р. Клайнфелтер

Допълнителна Y хромозома в мъжкия кариотип при р. допълнителна Y хромозома

Липса на Х-хромозома в женския кариотип при р. Шерешевски-Търнър.

Анализът на кариограмата завършва със запис на формулата на кариотипа. Формулата на кариотипа включва следното:

а) записване на общия брой хромозоми,

б) запис на комбинацията от полови хромозоми,

В) информация за аномалията на броя на хромозомите (ако има такива): посочете хромозомата и вида на аномалията. Например:

Формула кариотип на жена със синдром на Даун: 47, XX, 21+;

Формула на кариотип на мъж със синдром на Клайнфелтер: 47, XXY,

Формулата на кариотипа на жена със синдром на Шерешевски-Търнър: 45, X0.

^ 4. Пример за анализ на човешка кариограма.

Упражнението.Анализирайте кариограмата на лицето (Фигура 4).

Ориз. 4. Човешка кариограма.

Човешката кариограма съдържа 47 хромозоми. Повечето от хромозомите са подредени в низходящ ред на техния размер. Това са автозоми. В долния ред от тях има три хромозоми. Това са полови хромозоми. Всички автозоми са представени по двойки. В кариограмата има 22 двойки автозоми. Полови хромозоми - 3. Две от тях са големи и първото им свиване - центромера - е разположено почти в средата. Това са Х хромозомите. До тях има малка хромозома с първично стеснение, разположено по -близо до ръба на хромозомата. Това е Y хромозомата. Кариограмата принадлежи на мъж, тъй като има Y хромозома. Кариограмата съдържа аномалия: допълнителна Х хромозома. Подобна кариограма е характерна за мъжете, страдащи от синдрома на Klinefelter: пациентите имат евнухоидно телосложение, понякога млечните жлези са уголемени, слаба коса по лицето, умствена изостаналост, инфантилизъм са често стерилни. Формула човешки кариотип - 47, XXY.

^ 5. Задание за самостоятелна работа.

Анализирайте следните кариограми.

Кариограма 1.

Кариограма 2.

Кариограма 3.

Кариограма 4.

^ 6. Подобрение в изследването на човешката кариограма.

6.1. Диференциално хромозомно оцветяване

Съвременните цитогенетични техники позволяват да се идентифицират всички двойки хромозоми върху проба по морфология. Същността на тези техники се състои в диференциалното оцветяване на хромозомите по дължината, което се осигурява от сравнително прости температурно-солеви ефекти върху фиксирани хромозоми или използването на специфични багрила. Диференциалното оцветяване води до линеен модел по дължината на хромозомата.

Въпреки голямото разнообразие от методи за обработка на хромозомни препарати и багрила, откритият линеен модел на хромозомата винаги е един и същ. Променя се само в зависимост от степента на кондензирано състояние на хромозомата. Сегмент, видим като единична лента в метафазната хромозома, в по -малко кондензирана прометафазна хромозома, може да изглежда като няколко малки ивици.
Диференциалното оцветяване, в зависимост от използвания метод, може да обхване или цялата дължина на хромозомата, или нейната центромерна област.
Идея за модела на хромозомите, които са различно оцветени по цялата дължина, може да бъде получена чрез оцветяване на препарати съгласно G-метода с помощта на багрилото на Giemsa (фиг. 5). В този случай изглежда, че хромозомите са съставени от напречно набраздени, различно оцветени сегменти. Всяка двойка хромозоми има индивидуален модел на ивици поради неравномерни размери на сегмента. При малките хромозоми моделът се формира от единични сегменти, при големите хромозоми има много сегменти. Общият брой оцветени и неоцветени сегменти в метафазата за нормален набор от хромозоми е около 400. При прометафазните хромозоми той се увеличава до 850 и повече.

Ориз. 5. Схематично представяне хромозомичовек в G-оцветяванеспоред международната класификация

^ 6.2. Метод на флуоресцентна in situ хибридизация.

Напредъкът в молекулярната цитогенетика на човека направи възможно разработването на нови методи за изследване на хромозомите. Един от тях е методът на флуоресцентна in situ хибридизация (FISH). Този метод се основава на допълващото взаимодействие на ДНК на обекта, който се изследва с малка изкуствена последователност от ДНК нуклеотиди, наречена ДНК сонда. ДНК сондата е свързана с флуоресцентно вещество. Допълващото взаимодействие на ДНК на обекта, който се изследва, и ДНК сондата се нарича ДНК хибридизация... Ако настъпи хибридизация, това събитие се записва от флуоресцентен микроскоп и показва наличието на ДНК фрагмент в изследваната проба, която е допълваща ДНК сондата. Използвайки този метод, разполагащ с набор от различни ДНК сонди, е възможно дори в неделима клетка да се открие аномалия в броя на хромозомите и наличието на патологичен ген, както и да се идентифицират малки хромозомни мутации, които са трудни за откриване по конвенционални методи. В този случай различните хромозоми или техните части изглеждат като многоцветни структури (фиг. 6, 7).

Ориз. 6. Нормална женска кариограма, получена чрез техниката на спектрално кариотипиране.

Ориз. 7. Кариограма на мъж с прехвърляне на сайт от 1 -ва хромозома в 3 -та и загуба на сайт от 9 -та хромозома.

Дълго време биолозите свързват генетични явления, характеризиращи наследствеността и биологичната променливост, със специални ядрени образувания - хромозоми, които с основание се считат за структури, в които се намират гените. В историята на генетиката като наука за дълго време, при липса на реални познания за материалния носител на свойствата на наследствеността и променливостта и поради напредналото развитие на микроскопичната технология, хромозомите всъщност бяха единственият обект за директно наблюдение. Това доведе до появата на цитогенетичния метод за генетичен анализ, който все още заема важно място, както и на специално понятие - кариотип.

Кариотип- това е диплоиден набор от хромозоми (2n), характерен за соматичните клетки на организмите от този вид, който е специфична за вида комплексна черта и се характеризира с определен брой, структура и генен състав на хромозомите.

Кариотипове организми от различни видове: I - скерда; II - плодова муха; III - мъж

Ако броят на хромозомите в един хаплоиден набор от хромозоми от зародишни клетки е обозначен с n, тогава формулата на кариотипа ще изглежда като 2n. Стойността на n обикновено е различна за различните видове. Така хаплоидният брой хромозоми в човешките гамети е 23 (n = 23), а диплоидното число, съответстващо на кариотипа, е 46 (2n = 46).

Всяка хромозома е представена в кариотип чифт хомолози. Една от хомоложните хромозоми на двойката е наследена от бащата, другата от майката чрез репродуктивните клетки на родителите, участвали в оплождането. Състав на генадвойки хомоложни хромозоми са еднакви. В същото време един и същ ген в хомолози може да бъде представен от неговите различни алтернативни форми или алели (алелни гени). Като се има предвид известната връзка между алелите в формата на господство и рецесия, както и наличието в хомоложни хромозоми на същите, или доминантни, или рецесивни алели или различни алели (доминантни и рецесивни), са възможни следните състояния:

доминираща хомозиготност,
рецесивна хомозиготност,
хетерозиготност.

При кариотипите, строго хомоложни хромозоми ( автозоми) всички двойки са представени, с изключение на една (хетерохромозоми или полови хромозоми). В клетките двойка полови полови хромозоми при индивиди от същия пол (хомогаметичен пол, при хора - женски) е представена от две еднакви хромозоми (при хора - XX), докато в другата (хетерогаметичен пол, при хора - мъжки) от две различни хромозоми (при хората - XY). В първия случай генният състав на двойка полови хромозоми е един и същ. Следователно, в зависимост от съвпадението или несъответствието в две хромозоми NSалели на съответните гени възпроизвеждат известните състояния на доминантна или рецесивна хомозиготност и хетерозиготност. Повечето от гените на различните полови хромозоми на индивидите от хетерогаметичния пол са различни. В тази връзка условието хемизиготност, когато при индивиди от хетерогаметичния пол (при хора, мъжки - XY), генът на Х хромозомата, без хомолог в Y хромозомата, присъства в кариотипа в едно копие. Такъв ген задължително ще се прояви във фенотипа, дори ако е представен от рецесивен алел. Има видове, при които женските и мъжките се различават съответно по броя на хетерохромозомите XXи XO.

Правила на кариотипа :

постоянство,
сдвояване,
индивидуалност,
приемственост.

Броят на хромозомите в клетки от определен тип винаги е непроменен. Броят на хромозомите - видова черта... Тази функция е известна като правило за постоянство хромозомни номера ... В соматичните клетки на представители на всеки биологичен вид броят на хромозомите е четен, според това колко хромозоми са двойки. Свързани хромозоми се наричат хомоложен.Те съвпадат по размер, форма, други детайли на структурата, реда на подреждане на наследствен материал. Това правило е валидно за всички автозоми и хетерозоми от хомогаметичния пол. Половите хромозоми на хетерогаметичния пол не съвпадат във всички подробности за структурата и набора от гени. Нехомоложните хромозоми винаги имат морфологични и функционални различия.