Химический и структурный состав хромосом.

Хромосомы – это плотные интенсивно окрашивающиеся структуры, которые становятся видимыми и изучаются на стадии метафазы митоза. Каждая метафазная хромосома состоит из двух хроматид.

Хроматиды– сильно спирализованные идентичные молекулы ДНК, образовавшиеся в результате репликации. Хроматиды соединяются между собой в области первичной перетяжки или центромеры. Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от положения центромеры различают метацентрические (срединное положение центромеры), субметацентрические (близкое к середине положение центромеры) и акроцентрические (близкое к одному из концевых участков положение центромеры) хромосомы. Иногда наблюдаются вторичные перетяжки, отделяющие спутники. Вторичные перетяжки участвуют в образовании ядрышка.

По своему химическому составу хромосомы являются нуклеопротеидами, т.е. в основном состоят из белков и нуклеиновых кислот (ДНК). При этом белки составляют примерно65% массы. Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки. Гистоны пред-ставлены5 фракциями: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Взаимодействуя с ДНК гистоны выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.

Уровни упаковки наследственного материала у эукариот.

В ядре клетки молекулы ДНК подвергаются компактизации (спирали- зации) (рис. 8). На первом уровне компактизации молекула ДНК взаимо­действует с белковыми комплексами образованными гистоновыми белка­ми Н2А, Н2В, Н3, Н4. При этом она делает 2,5 оборота вокруг одного бел­кового комплекса, затем вокруг другого такого же и т.д. На нуклеосомном уровне ДНК напоминает нитку бус, при этом «бусины» называются нук- леосомами, а промежутки ДНК между ними - линкерами или линкерны- ми участками. Этот уровень позволяет уменьшить размер ДНК в 6-7 раз. На втором уровне спирализации нуклеосомная нить закручивается в спираль. На этом этапе основную роль играет еще один гистоновый белок Н1, связанный с линкерами и стягивающий нуклеосомную нить в спираль. На этом уровне формируется соленоидная структура. На третьем уровне соленоиды образуют петли, которые крепятся уже к негистоновым белкам. Следующей стадией компактизации является образование метафазной хро­мосомы. Таким образом, суммарное уплотнение ДНК происходит пример­но в 10000 раз.

Морфологические особенности метафазной хромосомы.

На стадии метафазы митоза хромосомы состоят из двух продольных копий, которые называются сестринскими хроматидами и которые образуются при репликации. У метафазных хромосом сестринские хроматиды соединены в районе первичной перетяжки, называемой центромерой. Центромера отвечает за расхождение сестринских хроматид в дочерние клетки при делении. Центромера делит хромосомы на две части, называемые плечами. У большинства видов короткое плечо хромосомы обозначают буквой p, длинное плечо — буквой q. Длина хромосомы и положение центромеры являются основными морфологическими признаками метафазных хромосом.

В зависимости от расположения центромеры различают три типа строения хромосом:

 - акроцентрические хромосомы, у которых центромера находится практически на конце, и второе плечо настолько мало, что его может быть не видно на цитологических препаратах;

 - субметацентрические хромосомы с плечами неравной длины;

 - метацентрические хромосомы, у которых центромера расположена посередине или почти посередине.

Дополнительным морфологическим признаком некоторых хромосом является так называемая вторичная перетяжка. Вторичные перетяжки бывают различной длины и могут располагаться в различных точках по длине хромосомы. Вторичные перетяжки отделяют от основной хромосомы так называемые спутники, содержащие многократные повторы генов, кодирующих рибосомные РНК.

Эу- и гетерохроматин, их биологическое значение.

Следует особо подчеркнуть, что в интерфазном ядре хромосомы не различимы, а воспринимаются все вместе как хроматин. Выделяют эу- и гетерохроматин. Гетерохроматин– сильно спирализованные и функционально неактивные участки хромосом. Гетерохроматин локализован преимущественно на периферии ядра и прилежит к ядерной оболочке. Эухроматин – функционально активные, практически деконденсированные участки хромосом. Различают конститутивный (структурный) и факультативный гетерохроматин.

Конститутивный гетерохроматин содержится в околоцентромерных и теломерных участках всех хромосом, а также на протяжении некоторых внутренних фрагментов отдельных хромосом. Он образован только нетранскрибируемой ДНК. Вероятно, его роль заключается в поддержании общей структуры ядра, прикреплении хроматина к ядерной оболочке, взаимном узнавании гомологичных хромосом в мейозе, разделении соседних структурных генов, участии в процессах регуляции их активности.

Примером факультативного гетерохроматина служит тельце полового хроматина, образуемое в норме в клетках организмов гомогаметного пола (у человека гомогаметным является женский пол) одной из двух Х-хромосом. Гены этой хромосомы не транскрибируются. Образование факультативного гетерохроматина за счет генетического материала других хромосом сопровождает процесс клеточной дифференцировки и служит механизмом выключения из активной функции групп генов, транскрипция которых не требуется в клетках данной специализации. В связи с этим рисунок хроматина ядер клеток из разных тканей и органов на гистологических препаратах различается. Примером может служить гетерохроматизация хроматина в ядрах зрелых эритроцитов птиц.

Понятие о кариотипе (определение). Общая характеристика кариотипа человека.

Число хромосом видоспецифично. Систематизированный набор хромосом единичной соматической клетки, представленный в графическом виде называют кариотипом. Нормальный кариотип человека включает46

хромосом, из них 22 пары аутосом и 1 пара половых хромосом. В1960 г. была разработана первая международная классификация хромосом человека (Денверская). В соответствии с этой классификацией все хромосомы человека в зависимости от размера хромосомы и положения центромеры были разделены на7 групп (A,B,C,D,E,F,G). После открытия методов дифференциальной окраски хромосом, позволявших установить положение хромосомы внутри группы, в1971 г. принята унифицированная система идентификации хромосом (Парижская классификация) кодирующей ДНК уменьшается. Например, у человека кодирующая часть ДНК составляет всего 1,1-1,4% от длины тотальной ДНК, у дрозофилы доля кодирующих последовательностей– 20%, у дрожжей– 70%, а у бактерий– 86%. Эта избыточность генома эукариот объясняется существованием нуклеотидных последовательностей разной степени повторяемости. Все они либо сконцентрированы в определенных местах генома и образуют так называемый структурный (конститутивный) хроматин, либо более или менее равномерно распределены вдоль всего генома.