Fiecare specie biologică are propriul său set de cromozomi; o persoană are patruzeci și șase.

Totalitatea tuturor caracteristicilor structurale și cantitative ale setului complet de cromozomi caracteristice celulelor unui anumit tip de organisme vii se numește cariotip.

Cariotipul viitorului organism se formează în procesul de fuziune a 2 celule germinale - ovulul și sperma. În acest caz, seturile de cromozomi sunt combinate.

Fig. Pentru a compila un cariotip, celulele care se divide sunt distribuite pe o placă, astfel încât cromozomii lor să fie clar vizibili și fotografiați (a). Cromozomii omologi din fotografie sunt apoi împerecheați și aranjați în dimensiune, astfel încât să fie mult mai ușor de studiat.

Nucleul unei celule mature conține jumătate din setul de cromozomi - 23 - un singur set de cromozomi se numește haploid; atunci când este fertilizat în organism, este recreat un cariotip specific acestei specii. Setul complet de cromozomi (46) al unei celule somatice obișnuite este diploid (2p)

Cromozomii umani, ca multe animale, pot fi împărțiți în perechi. Patruzeci și șase de cromozomi umani formează 23 de perechi (Fig. 5.36). Așezându-le în fotografie în ordine, obținem un cariotip, adică un set de cromozomi cu care poți diagnostica unele boli genetice.

Se numesc doi cromozomi identici omoloage (nu numai că sunt similare ca aspect, dar conțin și gene responsabile pentru aceleași trăsături).

Daca le aranjam in ordine, incepand cu cea mai lunga, atunci vom ajunge la cea mai scurta pereche, de care depinde diferenta dintre barbati si femei.

Femeile au exact 23 de perechi de cromozomi, dar la bărbați ultimii doi cromozomi rămân nepereche, iar unul dintre ei este extrem de scurt.

Acest cromozom scurt se numește Y-cromozom, iar cea mai lungă cromozomul X.

La femei, a 23-a pereche conține doi cromozomi X.

Este clar că cromozomii X și Y determină sexul unei persoane (sexul). Restul de 22 de perechi de cromozomi omologi sunt numite autozomi.

Evident, fiecare persoană are doi cromozomi identici, pentru că fiecare are doi părinți.

Dezvoltarea corpului uman începe cu fecundarea unui ovul de către un spermatozoid; fiecare gamet conține 23 de cromozomi, câte unul de fiecare tip, iar zigotul rezultat conține deja doi cromozomi de fiecare tip.

Toți autozomii sunt împărțiți în 7 grupe: A (1,2,3), B (4,5), C (6-12), D (13-15), E (16-18), F (19-20). ), G (21-22).

Informațiile ereditare ale unui organism sunt ordonate strict în funcție de cromozomi individuali. Un criotip este un pașaport de specie. Cariotipul uman este reprezentat de 24 de cromozomi, 22 de autozomi, cromozomi x și y.

Analiza cariotipului relevă tulburări care pot duce la anomalii de dezvoltare, boli ereditare sau moartea fătului și a embrionului în stadiile incipiente ale dezvoltării. Acestea. pentru dezvoltarea normală, este necesar un set de gene dintr-un set complet de cromozomi.

Mitoza, esența ei. Patologia mitozei

Comportamentul cromozomilor în timpul mitozei asigură o distribuție strict egală a materialului ereditar între celulele fiice și cele mamă.

Mitoză este un proces continuu cu 4 etape:

Profaza- firele de cromatină încep să se răsucească, să se spiraleze. Cromozomii se scurtează și se îngroașă, devenind disponibili pentru microscopie. Nucleolul dispare, învelișul nuclear se dezintegrează. Centrizom se împarte în 2 centrioli, care se deplasează la diferiți poli ai celulei. Din proteina t ubulina se formează microtubuli - fire ale fusului de acromatină. Cromozomii sunt concentrați în centru.

metafaza- Cromozomii max sunt spiralați și localizați în planul ecuatorului celulei - este convenabil să fie vizualizați la microscop cu lumină. Firele fusului de la diferiți poli sunt atașate de centromerii tuturor cromozomilor.

Anafaza- caracterizată prin divizarea cromozomilor din regiunea centromerului în 2 cromatide. Fibrele fusului se contractă și trag cromatidele fiecărui cromozom către diferiți poli ai celulei. Cea mai scurtă fază a mitozei.

Telofază- despiralizarea cromozomilor, transformându-i înapoi în filamente subțiri de cromatină, invizibile la microscopul optic. În jurul fiecărui grup de celule fiice se formează o înveliș nuclear, apar nucleoli. Filamentele fusului de fisiune se dezintegrează

Diviziunea citoplasmei în celulele animale este precedată de apariția unei constricții CMP.

Mitoza se încheie cu formarea a 2 celule identice cantitativ și calitativ cu celula mamă.

Dublarea cromozomilor și în interfaza mitozei, distribuția uniformă a cromatidelor între celulele fiice și celulele asigură menținerea constantă a informațiilor genetice într-un număr de generații de celule, servește ca bază pentru creșterea și dezvoltarea organismului.

Patologia mitozei

Diferiți factori de mediu pot perturba procesul de mitoză și pot duce la apariția celulelor anormale.

Există 3 tipuri de încălcări:

Modificarea structurii cromozomilor –

DAR) apariția ruperilor cromozomiale, prezența fragmentelor cromozomiale mici. Apare sub influența radiațiilor, substanțelor chimice, virușilor, precum și în celulele canceroase (mutații).

B) cromozomii pot rămâne în urma altora în anafază și nu pot intra în celula lor. Acest lucru va duce la o modificare a numărului de cromozomi din celulele fiice - aneuploidie.

Deteriorarea axului- funcția de distribuție a cromozomilor între celulele fiice este perturbată - este posibilă apariția celulelor care conțin un exces semnificativ de cromozomi (de exemplu, 92). O acțiune similară este tipică pentru medicamentele anticanceroase - așa este inhibată creșterea celulelor tumorale.

Încălcarea citotomiei– adică absența diviziunii citoplasmei celulei în perioada telofazei. Așa se formează celulele binucleate

Patologia mitozei poate duce la apariție mozaicism- într-un organism pot fi găsite clone de celule cu un set diferit de cromozomi (de exemplu, unele celule conțin 46 de cromozomi, iar altele - 47).

Mozaicismul se formează în stadiile incipiente ale clivajului celulelor germinale.

De regulă, tulburările cariotipului la om sunt însoțite de multiple malformații; majoritatea acestor anomalii sunt incompatibile cu viata si duc la avorturi spontane in primele faze ale sarcinii.

Cu toate acestea, un număr destul de mare de fetuși (~2,5%) cu cariotipuri anormale suferă înainte de sfârșitul sarcinii.

Meioză

Un tip de diviziune în care numărul de cromozomi este redus la jumătate de la diploid la haploid, constând din 2 diviziuni consecutive ale nucleului.

numit meioză. Cu fiecare fertilizare, numărul inițial de cromozomi este restabilit.

Reproducerea sexuală poate fi gândită astfel ca următorul mare ciclu de evenimente:

În glandele sexuale (gonadele) unui organism adult - testiculele și ovarele - unele celule se înmulțesc prin meioză, formând respectiv spermatozoizi și ouă, adică celule haploide. Acești gameți conțin fiecare un set de 23 de cromozomi. În timpul fecundației se formează un zigot cu un set dublu de cromozomi; iar în timpul diviziunii mitotice, un organism adult crește din el și ciclul începe din nou.

Mecanismul de divizare - formarea unui centriol, fus etc. - este același în timpul meiozei ca și în timpul mitozei, doar cromozomii se comportă oarecum diferit.

Meioză

Orez. 5.4. procesul de meioză(în termeni generali) într-o celulă cu două perechi de cromozomi; unul dintre cromozomii perechi este indicat printr-o linie groasă, celălalt printr-o linie punctată.

Profaza I: Cromozomii devin vizibili și formează perechi.

Metafaza I: cromozomii perechi se aliniază unul față de celălalt în mijlocul celulei.

Anafaza I: fiecare dintre cromozomii omologi perechi se îndepărtează complet către unul dintre polii celulei. Rețineți că cromatidele nu se separă și sunt încă conectate prin centromeri.

Telofaza I: Diviziunea inițială este finalizată.

Profaza II: Cromozomii devin vizibili din nou, ca în diviziunea mitotică.

Metafaza II: Cromozomii se aliniază din nou în mijlocul celulei.

Anafaza II: De data aceasta cromatidele se separă unele de altele și diverg către polii opuși.

Telofaza II: diviziunea se termină cu formarea a patru celule haploide

Semnificația biologică a meiozei:

Reproducerea sexuală - acest proces asigură constanța numărului de cromozomi într-un număr de generații de organisme cu reproducere sexuală.

Variabilitatea genetică - creează posibilitatea unor noi combinații de gene. Acest lucru duce la modificări ale genotipului și fenotipului descendenților.

Patologia meiozei: sub influența factorilor negativi externi: nedisjuncție simplă, secvențială și dublă.

Nedisjuncție simplă:

Cu patologia meiozei 1, toți gameții maturi vor avea un set patologic de cromozomi

Meioza 2 - numărul de cromozomi se modifică doar în parte din gameți.

Secvenţial nondisjuncție - afectează ambele diviziuni 1 și 2, gameți normali nu se formează.

Dubla nondisjuncție- extrem de rar - meioza este deteriorată la ambii părinți.

De asemenea, este posibil să se distingă nondisjuncția primară, secundară și terțiară a cromozomilor.

Procesul de meioză poate fi perturbat sub influența diverșilor factori externi adversi.

Modificările echilibrate ale cromozomilor din cariotipul uman nu afectează starea sănătății umane.

Cromozomii (din greacă Chromoc - pictat, soma - corp) - structurile nucleului, care sunt purtătoarele materiale ale informaţiei ereditare. Aceste organite nucleare se formează ca rezultat al compactării și spiralizării cromatinei și devin vizibile în timpul diviziunii celulare. În stadiul de metafază, cromozomii se aliniază la ecuatorul celulei, formându-se placa metafazica. Cromozomii constau din ADN, ARN, proteine nucleare și enzime necesare pentru duplicarea sau sinteza ARNm.

Cantitate cromozomii din celulele organismelor de diferite specii este diferit și nu depinde de înălțimea organizației și, de asemenea, nu indică întotdeauna o relație filogenetică.

Numărul de cromozomi la unele specii

Structura . În structura cromozomului metafază se disting cromatide, constricție primară, umerii, constricție secundară, sateliți, organizatori nucleolari, telomeri etc.. Fiecare astfel de cromozom este format din două părți longitudinale - cromatide. Constricție primară(centromer) - partea cea mai spiralată a cromozomului, o împarte în două umăr. Pe el sunt situate proteine speciale (kinetocor), la care, în timpul distribuției materialului genetic, sunt atașate firele fusului de fisiune. Unii cromozomi au curele secundare, adesea segmente separate de cromozomi numite sateliți. Astfel de cromozomi din nucleele celulelor se pot apropia unul de celălalt și se pot forma organizatori nucleolari, conţinând gene ARNr. Capetele umerilor sunt numite telomerii. Acestea sunt regiuni de spiralizare inactive genetic care împiedică conectarea cromozomilor între ei sau cu fragmentele lor.

Soiuri . Cromozomii diferă în mărime, formă, aranjare a constricțiilor, gradul de spiralizare și altele asemenea. Cromozomii pot fi grupați în perechi în funcție de dimensiune și formă, iar acești cromozomi perechi se numesc merge-

1- regiunea centromeră a cromozomului; 2 - regiunea telomerică; 3 - cromatide fiice; patru - heterocromatină; 5-eucromatină; 6 - umăr mic, 7 - umăr mare.

molologic, iar cromozomii diferitelor perechi vor fi relativ unul față de celălalt neomologice. Dispunerea constricțiilor permite, de asemenea, împărțirea cromozomilor în grupuri. Dacă constricția este situată în mijloc, iar brațele sunt de aceeași dimensiune, atunci cromozomii se numesc braț egal, dacă dimensiunile brațelor sunt semnificativ diferite, acestea sunt cu braț neuniform. Cromozomii pot fi în două stări: într-o spirală; cromozom de mitoză) și despiralizat ( cromozom de interfaza). Când se compară seturile de cromozomi ale indivizilor masculin și feminin din aceeași specie, se observă o diferență la o pereche de cromozomi. Acest cuplu se numește cromozomi sexuali, sau heterocromozomi. Perechile rămase de cromozomi omologi, la fel la ambele sexe, au un nume comun autozomi. Pentru a elucida funcționarea aparatului ereditar, este necesar să se studieze cromozomii nu numai în timpul mitozei, ci și în stadiul de interfază. La unele insecte și alte organisme, cromozomii de interfază sunt mult mai groși și pot fi observați clar la microscopul luminos. Politenicromozomi - cromozomi, care sunt un mănunchi de numeroase (mai mult de 1000) cromatide întinse în lungime. Acești cromozomi sunt formați ca urmare a replicării multiple și a nedisjuncției cromozomilor fiice. În timpul experimentului de colorare specială, în ele s-a găsit alternanță de benzi luminoase (zona de decondens) și întunecate (zone condensate). Numărul, mărimea și aranjamentul acestor benzi sunt specifice speciei. Există cromozomi politenici la unele insecte, în endospermul semințelor, în țesuturile embrionare ale plantelor și altele asemenea. Ei studiază cromozomii politenilor pentru: a) aflarea funcționării genelor de care celula are nevoie în acest moment (benzile de ADN ușoare desfășurate - puf-uri - sunt disponibile pentru transcripție) b) construirea hărților genetice; c) detectarea rearanjamentelor cromozomiale; d) identificarea speciilor aparținând organismelor etc.

Organizare . Cromozomii au mai multe niveluri de organizare.

1. Organizarea cromonemelor. Moleculele de ADN la acest nivel de organizare a cromozomilor împletesc spiralat din exterior particule nucleare speciale din moleculele de histonă, care se numesc nucleozomi. Fiecare nucleozom conține 8 molecule de proteine. Catenele de nucleozomi cu ADN se răsucesc în perechi, formând cromoneme (ADN + nucleozomi = cromoneme).

2. Organizarea cromatidelor. Cromonemele se spiralizează pentru a forma cromatide compacte.

3. Organizarea cromozomilor. Cromatidele după autoduplicare și supraînfăşurare formează cromozomi cu două cromatide.

semnificație biologică Cromozomii sunt determinați de funcții precum: a) păstrarea informațiilor ereditare; b) controlul metabolismului prin reglarea formării enzimelor necesare;c) asigurarea creşterii celulare prin controlul sintezei proteinelor structurale; d) asigurarea dezvoltării celulelor prin controlul proceselor de diferenţiere; e) asigurarea condiţiilor pentru duplicarea ADN-ului şi diviziunea celulară.

Conceptul de cariotip

Cariotip - un set de caracteristici ale setului de cromozomi (numărul de cromozomi, formă, mărime). Fiecare tip de organism are un cariotip specific. Principalele reguli care caracterizează cariotipul sunt:

regula de specificitate - caracteristicile cariotipului indivizilor unei anumite specii depind de numărul, dimensiunea și forma cromozomilor;

regula de stabilitate - fiecare tip de organisme eucariote are un număr cert și constant de cromozomi (de exemplu, la Drosophila - 8 cromozomi, la om - 46);

regula de împerechere-în setul diploid, fiecare cromozom are o pereche, asemănătoare ca mărime și formă;

regula individualității fiecare pereche de cromozomi omologi se caracterizează prin propriile caracteristici;

regula de succesiune (continuitate) - datorită capacității cromozomilor de a se auto-reproduce în timpul diviziunii celulare, în următoarele generații de celule din aceeași specie se păstrează nu numai un număr constant de cromozomi, ci și caracteristicile lor individuale.

Setul de cromozomi este diploid, haploid, poliploid.

■ set haploid - acesta este o jumătate de set în care toți cromozomii diferă unul de celălalt ca structură (în mod convențional este desemnat 1p).

■ set diploid - acesta este un set pereche în care fiecare cromozom are un cromozom pereche similar ca structură și dimensiune (este denumit în mod convențional 2n).

■ set poliploid - acesta este un set de cromozomi care este multiplu al celui haploid (este desemnat convențional 3p, 4p, 5p etc.).

BIOLOGIE + Oamenii de știință americani Elizabeth Blackburn, Carol Greider și Jack Szostak au descoperit ce cip cromozomii își mențin integritatea în timpul diviziunii celulare. Ei au descoperit că motivul pentru aceasta se află la capetele cromozomilor, cunoscuți sub numele de telomeri. (enzima lor - telomeraza) . Acești oameni de știință au emis ipoteza că celulele canceroase folosesc enzima telomeraza pentru a asigura diviziunea lor necontrolată. În plus, reducerea treptată a mărimii telomerilor odată cu vârsta este considerată unul dintre principalele mecanisme ale îmbătrânirii. Defectele telomerilor sunt, de asemenea, cauza mai multor boli ereditare ale pielii și plămânilor. Pentru aceste studii, acești oameni de știință au câștigat în 2009 Premiul Nobel pentru Medicină și Fiziologie.

Omnis cellula e cellula

proverb latin

Conceptul de cariotip uman.

Numărul, mărimea și forma cromozomilor sunt caracteristici specifice fiecărui tip de organisme vii. Deci, celulele de crab pustnic conțin 254 de cromozomi, în timp ce țânțarii au doar 6. Celulele somatice umane conțin 46 de cromozomi.

Totalitatea tuturor caracteristicilor structurale și cantitative ale setului complet de cromozomi caracteristici celulelor unui anumit tip de organisme vii se numește cariotip.

Cariotipul viitorului organism se formează în procesul de fuziune a două celule germinale (sperma și ovulul). În același timp, seturile lor de cromozomi sunt combinate. Nucleul unei celule germinale mature conține o jumătate de set de cromozomi (pentru oameni - 23). Se numește un singur set similar de cromozomi, similar cu cel din celulele germinale haploidși este marcat - n. Atunci când un ovul este fertilizat de un spermatozoid într-un organism nou, este recreat un cariotip specific acestei specii, care include 46 de cromozomi la om. Compoziția completă a cromozomilor unei celule somatice obișnuite este diploid (2n) .

Într-un set diploid, fiecare cromozom are un alt cromozom pereche similar ca mărime și locație a centromerului. Astfel de cromozomi se numesc omolog. Cromozomii omologi nu numai că sunt similari între ei, dar conțin și gene responsabile pentru aceleași trăsături.

Când se analizează celulele somatice ale corpului feminin, în normă se pot distinge clar 23 de perechi de cromozomi omologi. În același timp, în cariotipul unui bărbat, se găsește o pereche de cromozomi, care diferă unul de celălalt ca mărime și formă. Unul dintre ele este un cromozom submetacentric destul de mare, care a fost desemnat X, celălalt este un cromozom mic acrocentric, Y. S-a dovedit că acești cromozomi determină sexul organismului și conțin majoritatea genelor responsabile de formarea organelor genitale. , așa că au fost chemați cromozomi sexuali.

Cariotipul unei femei conține în mod normal doi cromozomi X și poate fi scris - 46, XX.

Cariotipul masculin include cromozomii X și Y (46, XY).

Toate celelalte 22 de perechi de cromozomi sunt numite autozomi. Fiecărei perechi de autozomi, în ordinea descrescătoare a mărimii, i se atribuie un număr de la 1 la 22. Cei mai lungi sunt cromozomii primei perechi, iar cei mai scurti sunt a 21-a.

În 1960, la Denver (SUA), a fost adoptată prima clasificare a cromozomilor umani, care a luat în considerare dimensiunea acestora și localizarea centromerului. Sistemul universal de înregistrare a rezultatelor analizei cromozomilor a unificat evaluarea clinică a cariotipului uman, indiferent de laboratorul citogenetic în care a fost efectuat studiul. Din 1995, Sistemul Internațional pentru Nomenclatura Citogenetică Umană sau ISCN (1995) a fost utilizat în întreaga lume, care se bazează pe cele mai recente realizări în diagnosticul genetic molecular.

Toate autozomiîmpărțit în 7 grupuri, care sunt desemnate cu litere latine. Grupa A include 3 perechi de cromozomi cei mai lungi (1, 2, 3); grupa B combină 2 perechi de cromozomi mari submetacentrici (4 și

a 5-a). Cel mai numeros este grupul C, care include 7 perechi de autozomi medii submetacentrici (de la a 6-a la a 12-a). După caracteristicile morfologice, cromozomul X este greu de distins de acest grup. Cromozomii acrocentrici medii ai perechilor a 13-a, 14-a și a 15-a sunt incluși în grupa D. Trei perechi de cromozomi mici submetacentrici alcătuiesc grupa E (al 16-lea, al 17-lea și al 18-lea). Cei mai mici cromozomi metacentrici (19 și 20) alcătuiesc grupa F. Perechile 21 și 22 de cromozomi acrocentrici scurti sunt incluse în grupa G. Cromozomul Y este morfologic foarte asemănător cu autozomii acestui grup.

Analiza cariogramei umane

1. Conceptul de cariotip și cariogramă.

Cariotip- aceasta este totalitatea tuturor cromozomilor din setul diploid al celulei, care se caracterizează prin numărul de cromozomi și caracteristicile structurale ale fiecărui cromozom. Cariotipul normal se caracterizează prin următoarele:

există un număr normal de cromozomi,
toți cromozomii sunt reprezentați de perechi de cromozomi omologi între ei,
fiecare cromozom are o structură normală: locația sa caracteristică a centromerului, raportul și structura brațelor, nu există mutații cromozomiale.

Kariograma- aceasta este o imagine a tuturor cromozomilor unui set diploid al unei celule, care sunt împărțiți în grupuri și aranjați unul după altul în ordinea descrescătoare a dimensiunii, ținând cont de caracteristicile individuale ale fiecărui cromozom.

Organismele din diferite specii diferă cariotip: prin numărul și/sau caracteristicile individuale ale anumitor cromozomi. Cariotipul și cromozomii umani au multe caracteristici comune cariotipului și cromozomilor organismelor din alte specii.

Cromozomii sunt alcătuiți din cromatină, un complex de ADN cu numeroase proteine.
Unitatea structurală a cromatinei este nucleozomul - un complex de patru perechi de proteine histone, în jurul căruia sunt înfășurate aproximativ două ture ale moleculei de ADN. Există o singură moleculă de ADN pe cromozom, care este înfășurată în jurul a mii de complexe histonice.
Diferite secțiuni ale cromatinei diferă în ceea ce privește gradul de condensare sau împachetarea în spațiu. Eucromatina este slab condensată și conține gene care funcționează activ. Heterocromatina este foarte condensată și conține gene nefuncționale și secțiuni de ADN care nu conțin gene. Regiunile heterocromatine sunt colorate cu coloranți mai puternic decât regiunile eucromatine și arată mai închis la microscop.
În timpul diviziunii celulare, cromatina, condensându-se, ia forma unor structuri dense în formă de tijă, care sunt vizibile în mod deosebit în metafaza mitozei.
Un set diploid de cromozomi este un set de perechi de cromozomi omologi. Cromozomii fiecărei perechi sunt omologi între ei și neomologi cu toți ceilalți cromozomi. Cariotipul uman include 46 de cromozomi: 22 de perechi de autozomi și doi cromozomi sexuali: doi cromozomi X la femei, cromozomi X și Y la bărbați.
Cromozomii neomologi diferă în lungime și formă, au aproximativ aceeași grosime.
Toți cromozomii au două brațe și o secțiune subțire situată între ele - centromerul sau constricția primară. În regiunea constricției primare, există un kinetocor - o structură plată, ale cărei proteine, interacționând cu microtubulii fusului de diviziune, asigură mișcarea cromozomilor în timpul diviziunii celulare.
Unii cromozomi au o constricție secundară, în regiunea căreia se află genele ARN ribozomal, are loc sinteza ARNr și se formează nucleolul nuclear. La om, cromozomii 13, 14, 15, 21 și 22 au o constricție secundară.
Cariotipul conține trei tipuri de cromozomi, care diferă în ceea ce privește localizarea centromerului și, în consecință, raportul brațelor.
Capetele fiecărui cromozom sunt telomeri. La om, ADN-ul regiunii telomerice este o secvență de nucleotide 5 „TTAGGG 3” repetă în mod repetat într-unul dintre lanțurile de nucleotide ADN.
După fiecare act de replicare și diviziune celulară, regiunile telomerice ale cromozomilor sunt scurtate.
Setul diploid de femele are doi cromozomi X, în timp ce setul diploid de masculi are un cromozom X și un cromozom Y. Cromozomii X și Y diferă ca lungime, formă și seturi de gene. La om, gena SRY de pe cromozomul Y determină dezvoltarea masculină.
În timpul profazei și metafazei mitozei, fiecare cromozom este format din două cromatide identice - copii identice ale cromozomului matern format după replicarea ADN-ului.

^ 2. Obținerea unei cariograme.

Pentru a studia cariotipul, se folosesc de obicei leucocitele din sângele periferic, celulele roșii ale măduvei osoase și unele alte celule. Dacă este necesar, sunt studiate celulele membranelor embrionului și fătului, deoarece au același cariotip și genotip ca și celulele unui organism nenăscut, deoarece sunt și descendenți ai zigotului.

Celulele vor fi plasate într-un mediu nutritiv și stimulate să se divizeze cu ajutorul unor stimulatori speciali de diviziune. Fitohemaglutinina (PHA) este unul dintre stimulatorii diviziunii. Fitohemaglutinina este un carbohidrat al fasolei comune Phaseolus vulgaris, capabil să aglutineze eritrocite. Fitohemaglutinină este un mitogen puternic – o substanță care stimulează diviziunea celulară prin mitoză.

Sub influența PHA, celulele încep să se dividă prin mitoză. Colchicina este apoi adăugată în mediul de cultură cu celule în diviziune. Este un alcaloid de origine vegetală, obținut de regulă din colchicum de toamnă (iarnă) ( Colchicum autumnale) sau alți membri ai familiei crinilor. Colchicina previne formarea microtubulilor din proteina tubulină. Într-o celulă în diviziune, microtubulii fac parte din fusul de diviziune și în mod normal asigură mai întâi mișcarea tuturor cromozomilor către regiunea ecuator a fusului de diviziune și apoi participă la divergența cromatidelor fiecărui cromozom în direcții diferite, către diferiți poli de fusul de diviziune celulară. Prin urmare, în prezența colchicinei, diviziunea tuturor celulelor se oprește în același stadiu de mitoză: la sfârșitul profazei, imediat înainte de metafaza. În literatura științifică străină, această etapă se numește prometafază. În această etapă, toți cromozomii sunt complet condensați și sunt vizibili clar la microscopul luminos sub formă de structuri în formă de tijă situate în același plan. Totalitatea tuturor acestor cromozomi ai unei celule se numește placa metafazica(Fig. 1).

Pentru ușurința studiului, celulele vii sunt plasate într-o soluție salină hipotonică. Într-o astfel de soluție, apa intră în celulă, celula crește în dimensiune, iar cromozomii sunt mai liber distribuiți în citoplasmă - la o distanță mai mare unul de celălalt decât înainte.

Cromozomii sunt apoi colorați, fotografiați și examinați la microscop. Colorarea se realizează cu coloranți simpli, diferențiați sau fluorescenți care ajută la identificarea cromozomilor.

Fig.1. Placă metafază umană.

1 - cromozom metacentric mare

2 - cromozom mic acrocentric

3 - cromozom mare submetacentric

4 - cromozom metacentric mic

5 - cromozom acrocentric mijlociu.

După cum se poate observa din Fig. 1, cromozomii diferă ca mărime și formă. Toate au formă X sau Y, ceea ce se datorează faptului că cromatidele fiice - copii ale cromozomului matern - rămân conectate în regiunea constricției primare.

În placa de metafază, fiecare cromozom este format din două cromatide identice. Pentru fiecare cromozom al setului diploid, există doar un cromozom asociat cu acesta. Cromozomii perechi se numesc cromozomi omologi. Cromozomii omologi au aceleași caracteristici externe: lungimea; forma (locația constricției primare și corespondența umerilor, prezența sau absența unei constricții secundare) și același grad de condensare a cromatinei în anumite zone: zonele cu cromatina puternic condensată par întunecate, iar zonele cu cromatina slab condensată apar mai usoara. Conform acelorași caracteristici, cromozomii neomologi diferă unul de celălalt. Există următoarele tipuri de cromozomi umani (Fig. 2):

Metacentric, cromozomi cu brațe egale: constricția primară (centromerul) este situată în centrul (în mijlocul) cromozomului, brațele cromozomului sunt aceleași.
Submetacentric, cromozomi aproape egali: centromerul este situat nu departe de mijlocul cromozomului, brațele cromozomului diferă ușor în lungime.
Acrocentric, cromozomi foarte inegali: centromerul este foarte departe de centrul (mijlocul) cromozomului, bratele cromozomilor difera semnificativ ca lungime.

Fig.2. Tipuri de cromozomi umani.

Deoarece fiecare pereche de cromozomi omologi unul cu celălalt are trăsături caracteristice, acest lucru face posibilă identificarea cromozomilor specifici. După ce au identificat cromozomii, ei construiesc o cariogramă: aranjează cromozomii în ordinea descrescătoare a mărimii, descompunându-i în grupuri în funcție de dimensiune și formă. La construirea unei cariograme, cromozomii sexuali sunt localizați separat de autozomi, deși cromozomul X aparține cromozomilor grupului C, iar cromozomul Y aparține cromozomilor grupului G.

O cariogramă este construită atunci când se studiază cariotipul unei anumite persoane. O cariogramă generalizată, idealizată, în care sunt prezentate caracteristicile cariotipului unei specii, se numește idiogramă. Când identifică cromozomi și construiește o cariogramă a unei anumite persoane, un genetician are întotdeauna o probă în fața sa - o idiogramă din specia Homo sapiens.

Pe fig. Figura 3 prezintă o cariogramă a unui bărbat cu un cariotip normal. Caseta prezintă cromozomii sexuali ai unei femei cu un cariotip normal.

Orez. 3. Cariograma normală a unei persoane.

În primele șapte rânduri ale cariogramei sunt prezentați autozomi din grupele A - G. Sunt aceleași în cariotipurile organismelor masculine și feminine. Ultimul rând arată cromozomii sexuali. În cariotipul masculin, acesta este cromozomul X din grupul C și cromozomul Y din grupul G. În cariotipul feminin, aceștia sunt doi cromozomi X. Astfel, cariogramele organismelor masculine și feminine sunt ușor de distins unele de altele: cariograma corpului feminin conține doi cromozomi metacentrici identici de dimensiune medie - cromozomi X, iar cariograma corpului masculin conține doi cromozomi de dimensiuni diferite. si forma: un cromozom metacentric de marime medie - cromozomul X- si un cromozom mic acrocentric - cromozomul Y.

Procedura de compilare manuală a unei cariograme este laborioasă și necesită o anumită secvență de acțiuni. Întocmirea unei cariograme face parte din munca de laborator efectuată de studenții din anul I ai Universității de Medicină.

În ultimii ani, programele de calculator au fost folosite pentru a identifica cromozomii și pentru a construi cariograme. În acest caz, imaginea plăcii metafazate intră în computer printr-o cameră video conectată la un microscop fluorescent.

^ 3. Lucrări de laborator „Compilarea unei cariograme a unei persoane”.

Pentru munca de laborator, fiecare elev primește un plic cu un set de 45-47 de imagini ale cromozomilor umani și o coală de hârtie cu numele grupelor de cromozomi. Sarcina elevului este descompunerea corectă a cromozomilor în grupuri.

Toți cromozomii, în funcție de formă, sunt împărțiți în două grupuri mari:
- cromozomi acrocentrici
- cromozomi metacentrici și submetacentrici
Observați cromozomii acrocentrici. Împărțiți toți cromozomii acrocentrici în două grupuri mici, în funcție de dimensiune:
- cromozomi acrocentrici medii.
- cromozomi mici acrocentrici
Cromozomii acrocentrici mici sunt cromozomi de grup G. Într-un cariotip normal, pot exista 4-5 cromozomi, în funcție de sexul persoanei. Într-un cariotip feminin normal, acestea sunt 2 perechi de autozomi, într-un cariotip normal masculin, 2 perechi de autozomi și un cromozom Y. La persoanele cu s. Downa și s. grupul extra de cromozomi Y G poate conține 5-6 cromozomi. Din păcate, colorarea convențională a cromozomilor nu ne permite să distingem cu certitudine între cromozomul 21 și cromozomul Y. Din acest motiv, setul de imagini a 5 cromozomi din grupa G poate aparține și unei femei cu s. Jos, și un bărbat din s. Klinefelter și setul de imagini de 6 cromozomi din grupa G pot aparține atât unui om cu s.Down, cât și unui om cu un cromozom Y suplimentar în cariotip. Dacă aveți doar 2 perechi de cromozomi din acest grup, atunci puneți imaginile lor pe o foaie cu numele grupurilor de cromozomi vizavi de numele grupului G. Dacă mai aveți doi cromozomi din acest grup, atunci puneți unul dintre ei lângă cromozomii celei de-a 21-a perechi, iar celălalt - în locul cromozomilor sexuali, considerându-l un cromozom Y. Dacă aveți 5 cromozomi din acest grup, atunci până la sfârșitul cariogramei, îl puteți considera un cromozom din a 21-a pereche sau un cromozom Y. În funcție de alegerea dvs. preliminară, puneți cromozomul al 5-lea din acest grup în locul potrivit pe foaia cu numele grupelor de cromozomi.
Cromozomii acrocentrici medii sunt cromozomi din grupa D. Există 3 perechi de ei într-un cariotip normal. Cu s. Patau în cariotipul uman, 7 cromozomi din acest grup se găsesc datorită cromozomului suplimentar al celei de-a 13-a perechi. Puneți imaginile cromozomilor grupului D pe foaia cu numele grupurilor de cromozomi la locul potrivit.
Ai descompus toți cromozomii acrocentrici. Acum acordați atenție cromozomilor metacentrici și submetacentrici necompusi rămași. Toți acești cromozomi, în funcție de dimensiune, sunt împărțiți în două grupuri mici:
- cromozomi mari și medii
- cromozomi scurti și mici.
Acordați atenție cromozomilor scurti și mici din ultimul grup. Alege dintre ele 2 perechi de cei mai mici cromozomi metacentrici. Aceștia sunt cromozomi din grupa F. Puneți imaginile cromozomilor acestui grup pe foaia cu numele grupelor de cromozomi la locul potrivit. Cromozomii rămași sunt cromozomii grupului E. Există 3 perechi de ei într-un cariotip normal. Cu s. Edwards în cariotipul uman, 7 cromozomi din acest grup se găsesc datorită perechii suplimentare de cromozomi 18. Pune imaginile cromozomilor acestui grup pe foaia cu numele grupelor de cromozomi la locul potrivit.
Acordați atenție cromozomilor mari și medii care nu au fost descompuse. Alege dintre ele 3 perechi de cromozomi cei mai mari. Aceștia sunt cromozomii metacentrici ai grupului A. Puneți imaginile lor pe o foaie cu numele grupelor de cromozomi.
Din cromozomii rămași, selectați cele 2 perechi ale celor mai mari cromozomi. Aceștia sunt cromozomii metacentrici ai grupului B. Puneți imaginile acestora pe foaia cu numele grupelor de cromozomi la locul potrivit.
Toți cromozomii rămași sunt cromozomi submetacentrici din grupa C. 7 perechi de cromozomi din acest grup sunt autozomi. Puneți imaginile lor pe o foaie cu numele grupelor de cromozomi vizavi de numele grupului C. Toți ceilalți cromozomi din acest grup sunt cromozomi X. Numărul de cromozomi X din cariotipul unei anumite persoane poate fi 1-3. Pune imaginile cromozomilor X pe foaia cu numele grupelor de cromozomi la locul potrivit.
Studiați cu atenție cariograma pe care ați compilat-o. Cariograma nu trebuie să conțină două anomalii mari în același timp, deoarece acest lucru nu se întâmplă în viața reală. Acest lucru se poate întâmpla dacă ați identificat greșit cromozomul Y ca fiind cromozomul 21. De exemplu, o cariogramă nu poate conține atât trisomie pe cromozomul 21, cât și monosomie pe cromozomul X, adică o cariogramă nu poate aparține unei persoane care suferă simultan. Down și S. Shereshevsky-Turner. Cel mai probabil, aveți la dispoziție o cariogramă normală a unui bărbat. Pentru a corecta eroarea, este suficient să transferați unul dintre cei 3 cromozomi ai celei de-a 21-a perechi în locația cromozomilor sexuali, plasându-l lângă cromozomul X. La compilarea unei cariograme a unei anumite persoane, această situație nu apare, deoarece chiar înainte de începerea compilării unei cariograme, se cunosc sexul persoanei și diagnosticul preliminar.

^ 3. Analiza cariogramei umane.

Când analizează o cariogramă, studentul trebuie să:

să poată identifica sexul unei persoane
să poată identifica un cariotip uman normal
să poată identifica prezența unei boli cromozomiale asociată cu o anomalie a numărului de cromozomi (p. Down, p. Klinefelter, p. Shereshevsky-Turner, p. Trisomy - X, p. Patau, p. Edwards, p. cromozom Y suplimentar).

Analizând cariograma, acordați atenție următoarelor caracteristici:

numărul total de cromozomi;
împerecherea sau neîmperecherea anumitor cromozomi;
numărul și tipul de cromozomi sexuali;
prezenţa anumitor anomalii ale numărului de cromozomi.

Când se analizează o cariogramă umană, trebuie urmată următoarea secvență de acțiuni.

Numerotează perechile de cromozomi omologi; numerotati-le chiar daca cromozomii omologi sunt reprezentati nu prin doi, ci prin unul sau trei cromozomi.
Localizați autozomii și cromozomii sexuali pe cariogramă. Cromozomii sexuali sunt de obicei localizați separat de autozomi. O cariograma normală conține 22 de perechi de autozomi și 1 pereche de cromozomi sexuali. Cariograma unei persoane bolnave poate conține 45-46 de autozomi și 1-3 cromozomi sexuali.
Determinați sexul unei persoane prin cariograma sa. Pentru a face acest lucru, studiați cu atenție cromozomii sexuali.
Dacă toți sunt la fel, de dimensiuni medii și metacentrici, atunci toți sunt cromozomi X, iar în fața ta este o cariogramă a unui corp feminin.
Dacă există un mic cromozom acrocentric printre cromozomii sexuali, atunci acesta este un cromozom Y, iar în fața ta este o cariogramă a corpului masculin.
Vedeți dacă toți cromozomii sunt în perechi.
Dacă cariograma conține 23 de perechi de cromozomi, atunci aveți o cariograma umană normală.
Dacă anumiți cromozomi sunt reprezentați în cariogramă de 1 sau 3 cromozomi, atunci aveți o cariogramă cu o mutație genomică - absența sau excesul de cromozomi. În acest caz, cariograma conține 45 sau 47 de cromozomi.
Determinați numărul de serie al perechii de cromozomi în care se găsește mutația genomică. Cele mai frecvente anomalii sunt:
anomalii ale numărului de autozomi:

- cromozom suplimentar al celei de-a 13-a perechi la s. Patau

Cromozom suplimentar al celei de-a 18-a perechi la s. Edwards

Cromozom suplimentar al celei de-a 21-a perechi la s. Jos

anomalii ale numărului de cromozomi sexuali:

- cromozom X suplimentar în cariograma feminină cu s. Trisomia-X

Cromozom X suplimentar în cariograma masculină cu s. Klinefelter

Cromozom Y suplimentar în cariotipul masculin în c. cromozom Y suplimentar

Lipsa X-xpromozomilor în cariotipul feminin în s. Shereshevsky-Turner.

Analiza cariogramei se încheie cu înregistrarea formulei cariotipului. Formula cariotipă include următoarele:

a) înregistrarea numărului total de cromozomi,

b) înregistrarea unei combinații de cromozomi sexuali,

C) informații despre anomalia în numărul de cromozomi (dacă există): indicați cromozomul și tipul anomaliei. De exemplu:

Formula cariotipului unei femei care suferă de sindrom Down: 47, XX, 21+;

Formula cariotip a unui bărbat care suferă de sindromul Klinefelter: 47, XXY,

Formula cariotip a unei femei cu sindrom Shereshevsky-Turner: 45, X0.

^ 4. Exemplu de analiză a cariogramei umane.

Un exercitiu. Faceți o analiză a cariogramei umane (Fig. 4).

Orez. 4. Kariograma unei persoane.

O cariograma umană conține 47 de cromozomi. Majoritatea cromozomilor sunt aranjați în ordinea descrescătoare a dimensiunii. Aceștia sunt autozomi. În rândul de jos, departe de ele, sunt trei cromozomi. Aceștia sunt cromozomii sexuali. Toți autozomii sunt prezentați în perechi. În total, există 22 de perechi de autozomi în cariogramă. Există 3 cromozomi sexuali, doi dintre ei sunt mari, iar constricția lor primară - centromerul - este situat aproape în mijloc. Aceștia sunt cromozomi X. Lângă ele se află un mic cromozom cu o constricție primară situată mai aproape de marginea cromozomului. Acesta este cromozomul Y. Cariograma aparține bărbatului, deoarece există un cromozom Y. Cariograma conține o anomalie: un cromozom X în plus. O astfel de cariogramă este tipică pentru bărbații care suferă de sindromul Klinefelter: pacienții au un fizic eunucoid, uneori glandele mamare mărite, păr facial slab, retard mental, infantilism sunt adesea observate, sunt infertile. Formula cariotipului uman - 47, XXY.

^ 5. Sarcina pentru muncă independentă.

Analizați următoarele cariograme.

Cariograma 1.

Cariograma 2.

Cariograma 3.

Cariograma 4.

^ 6. Îmbunătățirea studiului cariogramei umane.

6.1. Colorarea diferențială a cromozomilor

Tehnicile citogenetice moderne fac posibilă identificarea tuturor perechilor de cromozomi de pe preparat după morfologie. Esența acestor metode este colorarea diferențială a cromozomilor de-a lungul lungimii, care este asigurată de efecte relativ simple temperatură-sare asupra cromozomilor fixați sau utilizarea coloranților specifici. Colorarea diferențială are ca rezultat un model liniar de-a lungul lungimii cromozomului.

În ciuda varietății mari de metode de procesare a preparatelor și coloranților cromozomi, modelul liniar revelat al cromozomului este întotdeauna același. Se modifică numai în funcție de gradul de stare condensată a cromozomului. Un segment văzut ca o singură bandă pe un cromozom de metafază poate apărea ca mai multe benzi mici pe un cromozom de prometafază mai puțin condensat.
Colorația diferențială, în funcție de metoda utilizată, poate acoperi fie întreaga lungime a cromozomului, fie regiunea sa centromeră.
O idee despre modelul cromozomilor care sunt colorați diferențial pe toată lungimea poate fi obținută prin colorarea preparatelor prin metoda G folosind colorarea Giemsa (Fig. 5). În acest caz, cromozomii par să fie formați din segmente striate încrucișate, colorate diferit. Fiecare pereche de cromozomi are un model individual de striare din cauza dimensiunii inegale a segmentelor. La cromozomii mici, modelul este format din segmente unice, în cromozomii mari există multe segmente. Numărul total de segmente colorate și necolorate în metafază pentru un set de cromozomi normal este de aproximativ 400. În cromozomii de prometafază, crește la 850 sau mai mult.

Orez. 5. Reprezentare schematică cromozomii persoana la G-colorare conform clasificării internaționale

^ 6.2. Metoda de hibridizare fluorescentă in situ.

Progresele în citogenetica moleculară umană au făcut posibilă dezvoltarea de noi metode pentru studierea cromozomilor. Una dintre ele este metoda de hibridizare fluorescentă in situ (FISH). Această metodă se bazează pe interacțiunea complementară a ADN-ului obiectului studiat cu o mică secvență de nucleotide ADN artificială, numită sondă ADN. Sonda ADN este conectată la o substanță fluorescentă. Se numește interacțiunea complementară a ADN-ului obiectului studiat și a sondei ADN Hibridarea ADN-ului. Dacă are loc hibridizarea, acest eveniment este înregistrat cu un microscop fluorescent și indică prezența în proba de testare a unui fragment de ADN complementar sondei de ADN. Folosind această metodă, având un set de diferite sonde ADN, chiar și într-o celulă nedivizabilă, este posibil să se detecteze o anomalie în numărul de cromozomi și prezența unei gene patologice, precum și să se detecteze mici mutații cromozomiale dificil de detectat. detectarea prin metode convenționale. În același timp, diferiți cromozomi sau părțile lor arată ca niște structuri multicolore (Fig. 6, 7).

Orez. 6. Cariograma umană feminină normală obţinută prin tehnica cariotipării spectrale.

Orez. 7. Cariograma unui om cu transferul unui segment al cromozomului 1 pe al 3-lea și pierderea unui segment al cromozomului 9.

Biologii au asociat de mult fenomene genetice care caracterizează ereditatea și variabilitatea biologică cu formațiuni nucleare speciale - cromozomii, care pe bună dreptate sunt considerate structuri în care se află genele. În istoria geneticii ca știință pentru o lungă perioadă de timp, în absența cunoștințelor reale despre purtătorul material al proprietăților eredității și variabilității și datorită dezvoltării avansate a tehnologiei microscopice, cromozomii au fost de fapt singurul obiect pentru directă. observare. Acest lucru a condus la apariția metodei citogenetice de analiză genetică, care încă deține un loc important, precum și un concept special - cariotip.

Cariotip- acesta este un set diploid de cromozomi (2n), caracteristic celulelor somatice ale organismelor unei specii date, care este o trăsătură complexă specifică speciei și se caracterizează printr-un anumit număr, structură și compoziție genică a cromozomilor.

Cariotipuri ale organismelor de diferite specii: I - skerda; II - Drosophila; III - om

Dacă numărul de cromozomi dintr-un singur set haploid de cromozomi de celule germinale este notat cu n, atunci formula cariotipului va arăta ca 2n. Valoarea lui n variază de obicei între specii. Astfel, numărul haploid de cromozomi din gameții umani este 23 (n = 23), iar numărul diploid corespunzător cariotipului este 46 (2n = 46).

Fiecare cromozom este reprezentat într-un cariotip pereche de omologi. Unul dintre cromozomii omologi ai perechii este moștenit de la tată, celălalt - de la mamă prin celulele germinale ale părinților care au luat parte la fertilizare. Compoziția genelor perechile de cromozomi omologi sunt la fel. În același timp, aceeași genă la omologi poate fi reprezentată prin diferitele sale forme alternative sau alele (gene alelice). Având în vedere relațiile cunoscute dintre alele în dominanta si recesiva, precum și prezența în cromozomii omologi a acelorași alele, sau dominante sau recesive, sau alelelor diferite (dominante și recesive), sunt posibile următoarele condiții:

homozigote dominantă,
homozigot recesiv,
heterozigote.

În cariotipuri, cromozomii strict omologi ( autozomi) sunt reprezentate toate perechile, cu excepția uneia (heterocromozomi sau cromozomi sexuali). În celule, o pereche de cromozomi sexuali la indivizi de același sex (sex homogametic, la om - feminin) este reprezentată de doi cromozomi identici (la om - XX), în timp ce în celălalt (sex heterogametic, la om - masculin) de doi cromozomi diferiți (la om - XY). În primul caz, compoziția genică a unei perechi de cromozomi sexuali este aceeași. Prin urmare, în funcție de potrivirea sau nepotrivirea celor doi cromozomi X Sunt reproduse alele genelor corespunzătoare, stările cunoscute de homozigoză dominantă sau recesivă și heterozigoză. Majoritatea genelor diferiților cromozomi sexuali ai indivizilor de sex heterogametic sunt diferite. Ca urmare, este posibil hemizigozitate, când la indivizii de sex heterogametic (la om, bărbat - XY), gena cromozomului X, fără un omolog pe cromozomul Y, este prezentă în cariotip într-o singură copie. O astfel de genă se va manifesta cu siguranță în fenotip, chiar dacă este reprezentată de o alelă recesivă. Există specii la care femelele și masculii diferă ca număr de heterocromozomi, respectiv. XXși HO.

Reguli cariotipului :

constanţă,
asociere,
personalitate,
continuitate.

Numărul de cromozomi din celulele unui anumit tip este întotdeauna același. Numărul de cromozomi - semn specific. Această caracteristică este cunoscută ca regula constanței numărul de cromozomi . În celulele somatice ale reprezentanților oricărei specii biologice, numărul de cromozomi este egal, în funcție de câți cromozomi formează perechi. Se numesc cromozomi perechi omolog. Ele coincid în mărime, formă, alte detalii ale structurii, ordinea materialului ereditar. Această regulă este valabilă pentru toți autozomii și heterozomii sexului homogametic. Cromozomii sexuali ai sexului heterogametic nu se potrivesc în toate detaliile structurii și setului de gene. Cromozomii neomologi au întotdeauna diferențe morfologice și funcționale.