Генетический аппарат у эукариот.
Понятие о кариотипе.
Требования к материальному носителю генетической информации:
- постоянное присутствиев клетке
- способность к самоудвоению
- равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками в процессе деления.
Роль хромосом в наследственности:
· 1882 г. – Флеминг описал поведение хромосом во время митоза
· 1904 г. – Теодор Бовери, Вальтер Саттон – предположили, что гены находятся в хромосомах.
Хромосомная теория наследственности:
Каждая хромосома представляет собой уникальную группу сцепления генов. Число групп сцепления равно равно гаплоидному набору хромосом.
Гены в хромосоме располагаются в линейном порядке и занимают определенное место – локус.
Между гомологичными хромосомами возможен обмен аллельными генами – кроссинговер, который нарушает сцепление генов и обеспечивает перекомбинацию генов.
Частота кроссинговера является функцией расстояния между генами: чем больше расстояние, тем выше вероятность кроссинговера.
Две формы сцепления генов:
- полное сцепление генов (только у самцов мухи-дрозофилы, у самок тутового шелкопряда)
при полном сцеплении в потомстве не наблюдается перекомбинация родительских признаков.
- неполное сцепление – обуславливает перекомбинацию генов и признаков у потомства (там и происходит кроссинговер).
Химический состав хромосом:
· ДНК
· Гистоновые белки H1, H2a, H2b, H3, H4
· Негистоновые белки; более 100 фракций (20%)
· РНК (10%)
· Липиды (фосфолипиды, свободные жирные кислоты, холестерин)
· Полисахариды
· Ионы металлов
Хроматин – деспирализованная форма существования хромосом в неделящейся среде.
*ДНП – дезоксирибонуклеопротеиновый комплекс
Уровни компактизации ДНП:
*Репликация ДНК возможна только тогда, когда ДНП деспирализован
Чем меньше степень компактизации, тем выше степень активности хромосом.
L ядра = 10 мкм, деспирализованная ДНК = 187 см, поэтому нужно компактизовать ДНК.
1. Нуклеосомный – G1 период интерфазы (к/к (коэффициент компактизации) = 1; диаметр фибриллы = 10 нм
2. Нуклеомерный–G2 период интерфазы (к/к = 40; 30 нм)
3. Хромомерный–начало профазы (к/к = 200-400; 300 нм)
4. Хромонемный – конец профазы (к/к = 1000 раз; 700 нм)
5. Хромосомный – максимальная степень спирализации; метафаза; 104-105; d фибриллы = 1400 нм
Максимальная степень компактизации хромосом позволяетизучить их количество и структуру.
Подробнее:
1. Нуклеосомный уровень
· Единица – нуклеосома
· Образ – гистоновыйкор (8 молекул гистоновых белков - H1, H2a, H2b, H3, H4)
· Молекула ДНК " накручивается " на поверхность гистонового октамера, совершая 1,75 оборота (около 146 пар нуклеотидов)
Между октамерами есть свободный участок – линкерная ДНК (имеет вид бус)
2. Нуклеомерный уровень
· В свободную линкерную ДНК встраивается белок H1, сближаясоседние нуклеосомы (по 8-12 штук)
(вид соленоида)
3. Хромомерный уровень
· Укладка фибриллы (нити) в петли за счет негистоновых белков
4. Хромонемный уровень
· Укладывается в стопочки
5. Хромосомный
· Фосфорилирование гистоновых белков (вид хромосомы)
* Чем выше степень компактизации, тем ниже генетическая активность.
Хромосомы генетически активны только в период интерфазы, затем они выполняют лишь функцию хранения информации.
Рисунок
Строение метафазной хромосомы
1. Состоит из двух хроматид (вследствие репликации ДНК)
2. Хроматиды соединены первичной перетяжкой – цетромерой
· Расположение центромеры определяет форму хроматиды и делит ее на два плеча
· У некоторых хромосом есть видимая перетяжка, которой отделяют спутники
В районе вторичной перетяжки есть область ядрышкового органоида, где сосредоточены гены рибосомных РНК
Теломеры – концевые участки хромосом.
Функции:
1. Механическая (способность распределять хромосомы в ядре). С помощью теломер хромосома присоединяется ко внутренней оболочке ядра.
2. Стабилизационная (защищает хромосому от разрушения клеточными нуклеазами)
3. Индивидуальность хромосомы (препятствует слипанию хромосом или фрагментов)
4. Контролирует число клеточных делений
Еще рисунок
*Предел Хейфлика – лимит клеточных делений (теория старения за счет теломер)
Форма хромосом (С.Г. Навашин)
1. Метацентрические
2. Субметацентрические
3. Акроцентрические
Центромерный индекс
- отношение длины p плеча к длине всей хромосомы (х на 100%)
Разновидности хроматина
| Эухроматин слабо компактизован | Гетерохроматин сильнокомпактизован |
| 1 и 2 уровни компактизации (интерфаза) | 3 и 4 уровни компактизации (интерфаза) |
| Генетически активен | Неактивен |
| Реплицируется в начале S-периода | Реплицируется позднее |
| Преобладание А-Т | Преобладание Г-Ц |
| Входят все структурные гены (кодирует структурные белки) | Входят другие классы генов (имеют многокопий) |
| Потеря участков эухроматина сказывается на жизнедеятельности клетки или организма и отражается в фенотипе | Не влияет на жизнедеятельность организма |
| Синтез белков | Постоянный гетерохроматин и факультативный Постоянный (констуативный) -расположен в теломерных и центромерных участках хромосом -является разделителем структурных генов -участвует в образовании синаптического комплекса между гомологичными хромосомами в митозе Факультативный -временно переведенный в компактизованное состояние э ухроматин (образуется там, где отключены структурные гены) Пример: половой хроматин 1949 г. – М. Барр и Ч. Бертрам обнаружили в интерфазных ядрах нейронов кошек ! по морфологии выглядит в виде глыбки (тельце Барра) на периферии ядра соматической клетки у женских особей всех млекопитающих. В норме у женских особой одна глыбка половой хромосомы, у мужских особей глыбки нет. |
Определение типа полового хроматина:
· Определяется в соматических клетках (запускает половые хромосомы)
· Для диагностики хромосомных заболеваний, связанных с изменением числа половых хромосом (синдром трипло-Х (44 аутосомы + ХХХ, синдром Тернера (совместимый с жизнью, 44 аутосомы + Х), синдром клайнфельтера (44 аутосомы + ХХУ)
Число глыбок полового хроматина на единицу меньше, чем число Х-половых хромосом.
· Для определения истинного пола интерсексов
Кариотип
- хромосомный комплекс соматических клеток
Определение вида, расы у животных, с присущими для них морфологическими особенностями (величина, форма и размеры хромосом)
Правила хромосом:
· Видовое постоянство числа хромосом
· Парность хромосом (гомологичные хромосомы, различающиеся аллельным составом генов)
Аллель – форма существования генов.
· Индивидуальность (негомологичные хромосомы)
· Непрерывность (за счет способности к самоудвоению хромосома происходит от хромосомы)
Кариотип человека
· Женский кариотпи – 46, ХХ
· Мужской кариотпи – 46, ХУ
Для изучения кариотипа применяют цитогенетический метод (или кариологический анализ)
Материал – клетка с высокой митотической активностью – клетки костного мозга, фибробласты кожи, клетки амниотической жидкости плода.
Этапы кариологического анализа:
1. Отобранные клетки на питательной среде с добавлением стимулятора митоза
2. Остановка митоза на стадии метафазы колхицином (разрывается веретено деления)
3. Добавление в культуральную среду гипотонического раствора для получения препарата с раздельнолежащими хромосомами.
4. Приготовление микропрепарата (фиксация)
5. Окрашивание
-рутинное (сплошное окрашивание хромосом)
-дифференцированное (раздельное окрашивание)
6. Составление идеограммы
-соматическое обобщение кариотипа в порядке убывания хромосом по размерам и парам.
7. Полученную идеограмму сравнивают с эталоном (Денверская классификация (1968 г.), Международная цитогенетическая номенклатура (1995 г.) – ISCN.
