КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

Строение и функции хромосом. Размножение в органическом мире. Строение половых клеток

КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

Хромосомы — структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию. Хромосома состоит из ДНК и белка. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Белки играют важную роль в упаковке молекул ДНК в ядре.

ДНК в хромосомах упакована таким образом, что умещается в ядре, диаметр которого обычно не превышает 5 мкм (5-10-4 см).

Упаковка ДНК приобретает вид петельной структуры, похожей на хромосомы типаламповых щеток амфибий или политенных хромосом насекомых.

Петли поддерживаются с помощью белков, которые узнают определенные последовательности нуклеотидов и сближают их. Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза.

Хромосома представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид, которые удерживаются центромерой в области первичной перетяжки. Каждая хроматида построена из хроматиновых петель. Хроматин не реплицируется. Реплицируется только ДНК.

Рис. 14. Строение и репликация хромосомы

С началом репликации ДНК синтез РНК прекращается. Хромосомы могут находиться в двух состояниях: конденсированном (неактивном) и деконденсированном (активном).

Диплоидный набор хромосом организма называют кариотипом. Современные методы исследования позволяют определить каждую хромосому в кариотипе.

Для этого учитывают распределение видимых под микроскопом светлых и темных полос (чередование AT и ГЦ-пар) в хромосомах, обработанных специальными красителями. Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов.

У родственных видов, например у человека и шимпанзе, очень сходный характер чередования полос в хромосомах.

Каждый вид организмов обладает постоянным числом, формой и составом хромосом. В кариотипе человека 46 хромосом — 44 аутосомы и 2 половые хромосомы. Мужчины гетерогаметны (ХУ), а женщины гомогаметны (XX).

У-хромосома отличается от Х-хромосомы отсутствием некоторых аллелей (например, аллеля свертываемости крови). Хромосомы одной пары называют гомологичными.

Гомологичные хромосомы в одинаковых локусах несут аллельные гены.

1.14. Размножение в органическом мире

Размножение — это воспроизведение генетически сходных особей данного вида, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.

Бесполое размножение осуществляется следующими путями:

  • простым делением на две или сразу на много клеток (бактерии, простейшие);
  • вегетативно (растения, кишечнополостные);
  • делением многоклеточного тела пополам с последующей регенерацией (морские звезды, гидры);
  • почкованием (бактерии, кишечнополостные);
  • образованием спор.

Бесполое размножение обычно обеспечивает увеличение численности генетически однородного потомства. Но когда ядра спор образуются в результате мейоза, потомство от бесполого размножения будет генетически разным.

Половое размножение — процесс, в котором объединяется генетическая информация от двух особей.

Особи разного пола образуют гаметы. Женские особи производят яйцеклетки, мужские — сперматозоиды, обоеполые особи (гермафродиты) производят и яйцеклетки, и сперматозоиды. А у некоторых водорослей сливаются две одинаковых половых клетки.

При слиянии гаплоидных гамет происходит оплодотворение и образование диплоидной зиготы.

Зигота развивается в новую особь.

Все вышеперечисленное справедливо только для эукариот. У прокариот тоже есть половой процесс, но происходит он по-другому.

Таким образом, при половом размножении происходит смешивание геномов двух разных особей одного вида. Потомство несет новые генетические комбинации, что отличает их от родителей и друг от друга.

Один из видов полового размножения — партеногенез, или развитие особей из неоплодотворенной яйцеклетки (тли, трутни пчел и др.).

Строение половых клеток

Яйцеклетки — круглые, сравнительно крупные, неподвижные клетки. Размеры — от 100 мкм до нескольких сантиметров в диаметре. Содержат все органоиды, характерные для эукариотической клетки, а также включения запасных питательных веществ в виде желтка. Яйцеклетка покрыта яйцевой оболочкой, состоящей в основном из гликопротеидов.

Рис. 15. Строение яйцеклетки птицы: 1 — халаза; 2 — скорлупа; 3 — воздушная камера; 4 — наружная подскорлуновая оболочка; 5 — жидкий белок; 6 — плотный белок; 7 — зародышевый диск; 8 — светлый желток; 9 — темный желток.

У мхов и папоротников яйцеклетки развиваются в архегониях, у цветковых растений — в семяпочках, локализованных в завязи цветка.

Яйцеклетки подразделяют следующим образом:

  • изолецитальные — желток распределен равномерно и его немного (у червей, моллюсков);
  • алецитальные — почти лишены желтка (млекопитающие);
  • телолецитальные — содержат много желтка (рыбы, птицы);
  • полилецитальные — содержат значительное количество желтка.

Овогенез — образование яйцеклеток у самок.

В зоне размножения находятся овогонии — первичные половые клетки, размножающиеся митозом.

Из овогониев после первого мейотического деления образуются овоциты первого порядка.

После второго мейотического деления образуются овоциты второго порядка, из которых формируется одна яйцеклетка и три направительных тельца, которые затем гибнут.

Сперматозоиды — мелкие, подвижные клетки. В них выделяют головку, шейку и хвост.

В передней части головки находится акросомальный аппарат — аналог аппарата Гольджи. В нем содержится фермент (гиалуронидаза), растворяющий оболочку яйцеклетки при оплодотворении. В шейке расположены центриоли и митохондрии.

Жгутики сформированы из микротрубочек. При оплодотворении в яйцеклетку попадают только ядро и центриоли сперматозоида. Митохондрии и другие органоиды остаются снаружи.

Поэтому цитоплазматическая наследственность у людей передается только по женской линии.

Половые клетки животных и растений, размножающихся половым путем, образуются в результате процесса, называемого гаметогенезом.

Сперматогенез — процесс превращения сперматогониев в сперматозоиды включает следующие этапы:

  • сперматогонии делятся на две дочерние клетки — сперматоциты первого порядка;
  • сперматоциты первого порядка делятся мейозом (1-е деление) на две дочерние клетки — сперматоциты второго порядка;
  • сперматоциты второго порядка приступают ко второму мейотическому делению, в результате которого образуются четыре гаплоидные сперматиды;
  • сперматиды после дифференцировки превращаются в зрелые сперматозоиды.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://kaz-ekzams.ru/biologiya/uchebnaya-literatura-po-biologii/biologia-repetitor/537-stroenie-i-funkcii-xromosom-razmnozhenie-v-organicheskom-mire-stroenie-polovyx-kletok.html

ПОИСК

КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

    Ш.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ [c.41]

    Жгутиковые — одноклеточные, и их хромосомы видны в течение всего биологического цикла. Они обнаруживают фибриллярную структуру, представляющуюся промежуточной между структурами бактериальных ядер и хромосом эукариотов — высших организмов [85].

Хромосомы жгутиковых состоят из нитей ДНК, которые отчетливо видны в тонких срезах. Гистоны, или основные белки, обычно ассоциированные с ДНК в клеточных ядрах и хромосомах высших организмов, в этом материале, по-видимому, отсутствуют [86—88].

Ультратонкие срезы этих хромосом выявляют наличие пачек параллельных арок, связанных с холестерической организацией [70, 89]. В продольном сечении полосы волокон, рассеченных под прямым углом, чередуются с волокнами, лежащими в плоскости сечения. В косых сечениях получаются ряды параллельных арок.

В поперечных (или близких к поперечным) сечениях волокна имеют постоянное” направление или образуют большие дуги. [c.303]

    Электронно-микроскопическая картина хромосом [490, 517]. Чтобы выявить тонкую структуру хромосом человека, были использованы многочисленные методы электронной микроскопии. Современные модели организации генетического материала эукариот будут обсуждаться в разд. 2.3, здесь же достаточно сказать, что данные электронной микроскопии не противоречат модели, предполагающей, что хроматин состоит из сверхспирализованных нитей, причем имеется несколько порядков спирализации (рис. 2.17). Обнаружено три типа хроматиновых фибрилл фибриллы первого типа имеют диаметр 250 A, фибриллы второго типа-100 A и третьего-только 30-50 A. Имеются довольно убедительные доказательства того, что фибриллы этого последнего типа представляют собой генетически активный хроматин. Двойная спираль чистой ДНК имеет диаметр 20 A, следовательно, фибриллы 30-50 A соответствуют диаметру нити ДНК вместе с белками (гистонами и негистонами). Фибриллы диаметром 100 A отражают, по-видимому, вторичную спирализа-цию фибрилл 30-50 A, а нити 250 A могут отражать третичный уровень спирализации. В метафазной хромосоме эти третичные спирали могут иметь примерно такую укладку, как указано на рис. 2.17. Примерно девять фибрилл 250 A, вероятно, каким-то образом связаны вместе, и два таких пучка образуют различимую [c.53]

    Многочисленные опыты по Р1-трансдукции большого числа генов, ранее нанесенных на карту хромосомы Е. соН, на основе данных о рекомбинации при конъюгации показали, что сцепление двух генов на бактериальной хромосоме может быть установлено по относительной частоте их совместной трансдукции. Чем выше эта частота, тем больше сцепление.

Это вполне естественно, так как чем ближе расположены два гена, тем больше вероятность того, что они окажутся в одном и том же фрагменте, вырезанном из генома бактерии (и составляющем от него 3%), и попадут, следовательно, в одну и ту же трансдуцирующую частицу.

Если, однако, проследить за трансдукцией генетических маркеров, настолько тесно сцепленных, что они почти неизбежно должны попасть в одну и ту же частицу фага, то мы убедимся в том, что все-таки не всегда бактерия-трансдуктант несет одновременно оба таких маркера.

Это расщепление по очень тесно сцепленным маркерам, происходящее при трансдукции, несомненно, отражает характер процесса генетической рекомбинации, в результате которого трансдуцированные локусы донорного генома включаются в геном клетки-реципиента. Как видно из фиг. 178, для каждого акта интеграции необходимо два кроссинговера.

Отсюда следует, что два тесно сцепленных генетических маркера донора, введенные в клетку-реципиент, могут попасть в один и тот же рекомбинантный геном только в том случае, если ни один из этих двух необходимых перекрестов не произойдет между ними. Вероятность того, что такой кроссинговер не произойдет между двумя маркерами, возрастает с увеличением их сцепления.

Следовательно, по частоте совместной трансдукции можно судить о расстоянии, разделяющем два очень тесно сцепленных локуса. Таким образом, изучение совместной трансдукции позволяет выявить тонкую структуру небольших фрагментов бактериальной хромосомы. [c.358]

    В Хромосоме Salmonella. Тонкая структура этих генов была подробно изучена и нанесена на карту [112]. Было подсчитано, что если отдельная молекула т-РНК соответствует целому гистидн-новому оперону, то ее константа седиментации должна составлять приблизительно 38 S. Если Hie каждому отдельному ферменту соответствует своя т-РНК, то молекулярные веса таких пг-РНК будут ниже. Экспериментальные данные показали, что коэффициент седиментации т-РНК для этой системы составляет 34 S. Полученная величина слишком велика для т-РНК, кодируюш,ей какой-либо один из известных ферментов, и хорошо согласуется с величиной, предсказанной для т-РНК, соответствующей целому оперону [113]. Отсюда следует, что т-РНК может образовать с рибосомами комплекс, который способен синтезировать все полипептиды, закодированные в одном опероне. [c.286]

    В процессе митотического деления хорошо различимы несколько фаз. В течение первой фазы, или профазы, в ядре появляются нитевидные структуры, хроматиды, а ядрышко исчезает. Эти хроматиды в конечном итоге путем сокращения и скручивания формируют интенсивно базофильные компактные хромосомы.

В течение этой фазы центросомы, расположенные вне ядра, делятся на две половины, которые расходятся к противоположным сторонам ядра. Ядерная мембрана и ядрышко исчезают, возникает структура, называемая веретеном. Она состоит из тонких нитей, расходящихся от каждой центросомы к экватору веретенообразной фигуры.

В течение метафазы хромосомы выстраиваются у экватора веретена, и каждая из них делится на две равные части, которые на протяжении анафазы расходятся к противоположным полюсам веретена. В результате этого процесса каждая дочерняя клетка получает тот хромосомный материал, который имелся у материнской клетки. В течение последней фазы деления— телофазы — образуются новые ядра.

При этом из каждой группы дочерних хромосом, теряющих свои очертания, формируется хроматин нового ядра одновременно образуются новая ядерная мембрана и ядрышко. [c.135]

    Возьмем классический пример — хромосомы. Теперь уже достаточно широко известно, что хромосомы — особые тельца в ядре клетки, в которых сконцентрировано наследственное вещество клетки, — поразительным образом меняют свою форму в зависимости от состояния клетки.

Хромосомы — это святая святых клетки, да и жизни вообше, н они, конечно, должны быть защищены больше любой другой структуры, из которых складывается живая система. Тут возникает некая психологическая аберрация.

В согласии с нашими обыденными представлениями защищенность как-то непременно связана с тяжеловесностью, неизменяемостью, своего рода закостенелостью. Поэто.

му наблюдателя интимных процессов в клетке и поражает та легкость, с которой хромосомы то формируются, собираются в изящные, плотна упакованные тельца, то распускаются, расплетаются на такие тонкие нити, которые даже становятся незримыми в обычном микроскопе. [c.154]

    Триптофансинтетаза (стр. 141) состоит из двух субъединиц А и В (или а и ), первая из которых содержит всего лишь 268 аминокислот. Тонкую структуру гена А удалось картировать следующим образом. Было выделено большое число мутантных бактерий, неспособных расти на среде, не содержаш,ей триптофана (ауксотрофы по триптофану).

Генетические скрещивания проводились с помощью специального трансдуцирующего бактериофага Pike [134]. В процессе размножения в чувствительных к ним бактериях трансдуцирующие бактериофаги иногда включают в собственную ДНК часть бактериальной хромосомы.

В дальнейшем, когда такой фаг заражает другие бактерии, часть его генетической информации может переноситься в результате рекомбинации 3 хромосомы бактерий, переживших инфекцию.

Используя серии мутантов с делециями аналогично тому, как это было сделано при картировании гена гЛ, удалось разделить ген А на ряд участков, а исследование частоты рекомбинаций позволило осуществить точное картирование. [c.251]

    Зачастую химизм связывания флуорохрома с клетками, их структурами или какими-либо веществами совершенно не ясен, но тем не менее и в этих случаях флуоресцентный метод ввиду высокой чувствительности и специфичности остается лучшим методом обнаружения и анализа различных тонких особенностей объекта. Так, несколько лет назад было обнаружено, что хромосомы человека и многих других организмов неравномерно окрашиваются но длине некоторыма флуорохромами, в первую очередь акрихином и акрихин-ипритом [c.293]

    Исследования, о которых идет речь, показали, что бороздки неравноправны. При построении хромосомы ДНК образует тесный комплекс с особым типом белков — ги-стонами. Этот комплекс обозначается как хроматин.

Применение тонких химических методов анализа позволило установить, что гистоны, несущие главным образом структурирующие, в известной мере пассивные функции, взаимодействуют с ДНК преимущественно по ее большой бороздке, а активной рабочей поверхностью служит малая бороздка.

Именно с нею взаимодействуют белки-регуляторы, открывающие или запирагощие считывание наследственной информации с генов, заключенных в структуре ДНК, то есть управляющие важнейшим процессом реализации генного эффекта.

С этой же, малой бороздкой реагируют и различные лекарственные вещества, в первую очередь из группы антибиотиков. Важнейшее биологическое сочетание структуры и функции, таким образом, здесь выступает с особой отчетливостью. [c.168]

    Митоз этапы деления диплоидной клетки. А. На схеме показаны две пары гомологичных хромосом (они выделены разным цветом). Каждый член пары проходит через митоз как независимая единица.

Во время интерфазы хромосомы имеют вцд тонких, диффузных нитей, которые в норме трудно визуализировать. В это время происходит дупликация хромосом.

Реплицированные хромосомы конденсируются в дискретные структуры, которые в стадии профазы легкоразличимы. В проме- [c.14]

Смотреть страницы где упоминается термин Тонкая структура хромосом: [c.490]    [c.305]    [c.142]    [c.69]    [c.289]    [c.289]    [c.104]    [c.168]    [c.22]    [c.162]    [c.180]    [c.194]    [c.22]    [c.21]    Смотреть главы в:

Современная биология -> Тонкая структура хромосом

Классификация и тонкая структура хромосомы

Тонкая структура

Хромосома хромосомы

Хромосомы

тонкой

© 2019 chem21.info Реклама на сайте

Источник: https://www.chem21.info/info/1748401/

III.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

Классификация и номенклатура равномерно окрашенных хро­мосом человека впервые были приняты на международном сове­щании в 1960 году в г. Денвере, в дальнейшем несколько изменен­ные и дополненные (1963 г., Лондон и 1966 г.

, Чикаго). Согласно классификации все хромосомы человека разделены на 7 групп, расположенных в порядке уменьшения их длины, и обозначаются буквами английского алфавита от А до G. Все пары хромосом ста­ли нумеровать арабскими цифрами.

Группа А (1-3-я) — самые большие хромосомы; 1 и 3-я — метацентрические, 2-я — субметацентрическая.

Группа В (4 и 5-я) — крупные субметацентрические хромосомы.

Группа С (6-12-я и Х-хромосома) — субметацентрические хро­мосомы среднего размера.

Группа В (13-15-я) — акроцентрические хромосомы средних размеров.

Группа Е (16 -18-я) — маленькие субметацентрические хро­мосомы.

Группа Р (19 и 20-я) — самые маленькие метацентрические хромосомы.

Группа О (21, 22-я и Y) — самые маленькие акроцентриче­ские хромосомы.

Предложенная классификация позволяла четко различать хро­мосомы, принадлежащие к различным группам (рис. III.3 и III.4).

С 1960 г. начинается бурное развитие клинической цитогенети-ки: в 1959 г. Дж.Лежен открыл хромосомную природу синдрома Дауна; К. Форд, П.Джекобе и Дж.

Стронг описали особенности кариотипа при синдромах Клайнфельтера и Тернера; в начале 70-х гг.

была открыта хромосомная природа синдромов Эдвардса, Патау, синдрома «кошачьего крика»; описана хромосомная не­стабильность при ряде наследственных синдромов и злокачествен­ных заболеваниях.

Вместе с тем применение метода получения равномерно окра­шенных хромосом оказалось недостаточно эффективным для иден­тификации хромосом.

В начале 70-х гг. были разработаны методы дифференциальной окраски хромосом, которые позволяли однозначно идентифици­ровать каждую хромосому.

Методы были основаны на способности некоторых красителей специфически связываться с конкретными участками хромосом в зависимости от их структурно-функциональ­ной организации. Предложенные методы выявляли линейную не­однородность (сегменты) хромосом.

На практике наибольшее при­менение получили методы дифференциальной окраски красителеv Гимза (G-окраска) и флюоресцирующим красителем акрихином или акрихинипритом (Q-окраска).

На рис. III.5 представлены хромосомы человека при G-окраске. Хорошо видно, что каждая хромосома человека имеет только ей свойственную последовательность разношироких полос. Это позво­ляет точно идентифицировать любую из хромосом и обнаруживать относительно крупные изменения в их структуре.

При анализе метафазных хромосом средней конденсации можно четко различить около 350-400 относительно крупных сегментов на гаплоидный набор. На стадиях, предшествующих метафазе, хромосомы менее спирализованы и поэтому имеют большую поперечную подразде-ленность. Были разработаны методы анализа хромосом на деля­щихся клетках в стадии прометафазы.

Использование этого мето­дического подхода позволило получить хромосомы с разной сте­пенью сегментации — от 800 до 2500 сегментов на гаплоидный набор. На рис. III.6 представлены дифференциально окрашенные X и Y-хромосомы с различными уровнями спирализации.

Использованный подход дает возможность точно устанавливать точки раз­рывов в перестроенных хромосомах, даже если в перестройку во­влечены небольшие участки хромосом.

Поперечная исчерченность, обнаруживаемая различными ме­тодами, в принципе выявляет одни и те же сегменты хромосомы и является результатом неравномерной конденсации хроматина по всей ее длине. В зависимости от степени спирализации ДНК в хро­мосоме выделяют гетерохроматиновые и эухроматиновыерайоны, для которых характерны различные функциональные и генетиче­ские свойства.

Гетерохроматиновый район представляет собой участок кон­денсированного хроматина (высокоспирализованная ДНК), кото­рый выявляется при дифференциальном окрашивании в виде тем­ных полос. Присутствие гетерохроматина можно обнаружить и в интерфазном ядре, где он отчетливо выявляется в виде интенсив­но окрашенных глыбок хроматина.

Считывания генетической ин­формации с данных участков не происходит. Различают структур­ный и факультативныйгетерохроматин. Структурный гетерохроматин постоянно присутствует в определенных регионах хромосомы. Например, он всегда обнаруживается вокруг центромер всех хро­мосом.

Факультативный гетерохроматин появляется в хромосоме при сверхспирализации эухроматиновых районов. Факультативной гетерохроматизацией может быть охвачена целая хромосома. Так, в клетках женского организма одна из Х-хромосом полностью инактивирована путем гетерохроматизации уже на ранних этапах эмб­рионального развития.

Ее можно обнаружить в виде глыбки гетеро­хроматина на периферии ядра. Такая инактивированная Х-хромосома называется половым хроматином, или тельцем Барра (рис. III.7).

Благодаря гетерохроматизации Х-хромосомы в клетках женского организма происходит выравнивание количества генов, функцио­нирующих в мужском и женском организмах, поскольку у мужчин имеется только одна Х-хромосома.

Эухроматиновые регионы хромосом в интерфазном ядре не видны, поскольку представлены хроматином в деконденсирован-ном состоянии. Это указывает на их высокую метаболическую активность. Дейст-

­вительно, эухроматиновые районы содержат уни­кальные гены, контролирующие синтез различных белков. При дифференциальном окрашивании метафазных хромосом они оп­ределяются как светлые полосы.

Изучение химического состава хромосом показало, что они состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), гистонов, негистонных белков и небольшого количества РНК. Молекула ДНК несет отрицательные заряды, распределенные по всей длине, а присоединенные к ней белки, гистоны, заряжены положительно.

В каждой хромосоме содержится только одна молекула ДНК. Однако размеры молекул ДНК хромосом огромны. Они могут достигать сотен микрометров и даже сантиметров.

В кариотитте чело­века самая большая хромосома — 1-я; длина ее полностью раскру­ченной ДНК составляет около 7 см, что значительно больше не только размеров ядра клетки, но и самой клетки.

Суммарная дли­на молекул ДНК всех хромосом одной клетки человека составляет более 170 см.

Несмотря на свои гигантские размеры, молекулы ДНК функ­ционируют в пределах таких микрообразований, как хромосомы. Поэтому хромосомы ядер клеток должны представлять собой сильно укороченные (конденсированные) структуры ДНК. Это достигает­ся за счет специфической укладки молекул ДНК — многоуровне­вой спирализации. Основной структурной единицей хромосомы является нуклеосома (рис. III.8).

Каждая нуклеосома содержит по две молекулы четырех различных типов гистонов, объединенных в октамер (восьмигранник), обвитый нитью ДНК. Нуклеосомы и соединяющие их участки ДНК формируют спиральную структуру — хроматиновое волокно. На каждый виток такой спирали приходит­ся 6 нуклеосом. Так формируется структура хромосомы (рис. III.9). Подобная организация позволяет упаковывать очень длинную молекулу ДНК в компактную структуру. При конденсации проис­ходит уменьшение длины молекулы ДНК в 10 тыс. раз, так что конденсированные хромосомы в среднем имеют длину порядка 200 нм (т. е. 200х10-9 м). Это обеспечивает возможность точного и быстрого деления генетического материала материнской клетки между дочерними клетками (митоз) и уменьшение числа хромо­сом вдвое при образовании половых клеток (мейоз). Хромосомы выполняют функцию основного генетического ап­парата клетки. В них в линейном порядке расположены гены, каждый Рис. III.8. Структура нуклеосом и их соотношение с хромосомой и моле­кулой ДНК

из которых занимает строго определенное место, называемое локусом. Альтернативные формы гена (т. е. различные его состоя­ния), занимающие один и тот же локус, называются аллелями (от греч. allelon — взаимно другой, иной). Любая хромосома содержит только единственный аллель в данном локусе, несмотря на то, что в популяции могут существовать два, три и более аллелей одного гена.

Рис. III.9. Общая схема строения хромосомы

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/12_193592_III-klassifikatsiya-i-tonkaya-struktura-hromosomi.html

Хромосомы: структура и классификация

КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

Лекция №3

Тема: Организация потока генетической информации

План лекции

1. Структура и функции клеточного ядра.

2. Хромосомы: структура и классификация.

3. Клеточный и митотический циклы.

4. Митоз, мейоз: цитологическая и цитогенетическая характеристика, значение.

Структура и функции клеточного ядра

Основная генетическая информация заключена в ядре клеток.

Клеточное ядро (лат. – nucleus; греч. – karyon) было описано в 1831г. Робертом Броуном. Форма ядра зависит от формы и функций клетки. Размеры ядер изменяются в зависимости от метаболической активности клеток.

Оболочка интерфазного ядра ( кариолемма) состоит из наружной и внутренней элементарных мембран. Между ними находится перинуклеарное пространство. В мембранах имеются отверстия – поры.

Между краями ядерной поры располагаются белковые молекулы, которые образуют поровые комплексы. Отверстие пор закрыто тонкой пленкой. При активных процессах обмена веществ в клетке большинство пор открыто.

Через них идет поток веществ – из цитоплазмы в ядро и обратно. Количество пор у одного ядра

Рис. Схема строения клеточного ядра

1 и 2 – наружная и внутренняя мембраны ядерной оболочки, 3

– ядерная пора, 4 – ядрышко, 5 – хроматин, 6 – ядерный сок

достигает 3-4 тысяч. Наружная ядерная мембрана соединяется с каналами эндоплазматической сети. На ней обычно располагаются рибосомы. Белки внутренней поверхности ядерной оболочки формируют ядерную пластинку. Она поддерживает постоянной форму ядра, к ней прикрепляются хромосомы.

Ядерный сок – кариолимфа, коллоидный раствор в состоянии геля, который содержит белки, липиды, углеводы, РНК, нуклеотиды, ферменты. Ядрышко – непостоянный компонент ядра.

Оно исчезает в начале клеточного деления и восстанавливается в конце его. Химический состав ядрышек: белок (~90%), РНК (~6%), липиды, ферменты. Ядрышки образуются в области вторичных перетяжек спутничных хромосом.

Функция ядрышек: сборка субъединиц рибосом.

Хроматин ядра – это интерфазные хромосомы. Они содержат ДНК, белки-гистоны и РНК в соотношении 1:1,3:0,2. ДНК в соединении с белком образует дезоксирибонуклеопротеин (ДНП). При митотическом делении ядра ДНП спирализуется и образует хромосомы.

Функции клеточного ядра:

1) хранит наследственную информацию клетки;

2) участвует в делении (размножении) клетки;

3) регулирует процессы обмена веществ в клетке.

Хромосомы: структура и классификация

Хромосомы (греч. – chromo – цвет, soma – тело) – это спирализованный хроматин. Их длина 0,2 – 5,0 мкм, диаметр 0,2 – 2 мкм.

Рис. Типы хромосом

Метафазная хромосома состоит из двух хроматид, которые соединяются центромерой (первичной перетяжкой). Она делит хромосому на два плеча. Отдельные хромосомы имеют вторичные перетяжки. Участок, который они отделяют, называется спутником, а такие хромосомы – спутничными.

Концевые участки хромосом называются теломеры. В каждую хроматиду входит одна непрерывная молекула ДНК в соединении с белками-гистонами. Интенсивно окрашивающиеся участки хромосом – это участки сильной спирализации ( гетерохроматин).

Более светлые участки – участки слабой спирализации ( эухроматин).

Типы хромосом выделяют по расположению центромеры (рис.).

1. Метацентрические хромосомы – центромера расположена посередине, и плечи имеют одинаковую длину. Участок плеча около центромеры называется проксимальным, противоположный – дистальным.

2. Субметацентрические хромосомы – центромера смещена от центра и плечи имеют разную длину.

3. Акроцентрические хромосомы – центромера сильно смещена от центра и одно плечо очень короткое, второе плечо очень длинное.

В клетках слюнных желез насекомых (мух дрозофил) встречаются гигантские, политенные хромосомы (многонитчатые хромосомы).

Для хромосом всех организмов существует 4 правила:

1. Правило постоянства числа хромосом. В норме организмы определенных видов имеют постоянное, характерное для вида число хромосом. Например: у человека 46, у собаки 78, у мухи дрозофилы 8.

2. Парность хромосом. В диплоидном наборе в норме каждая хромосома имеет парную хромосому – одинаковую по форме и по величине.

3. Индивидуальность хромосом. Хромосомы разных пар отличаются по форме, строению и величине.

4. Непрерывность хромосом. При удвоении генетического материала хромосома образуется от хромосомы.

Набор хромосом соматической клетки, характерный для организма данного вида, называется кариотипом.

Классификацию хромосом проводят по разным признакам.

1. Хромосомы, одинаковые в клетках мужского и женского организмов,называются аутосомами. У человека в кариотипе 22 пары аутосом. Хромосомы, различные в клетках мужского и женского организмов, называются гетерохромосомами, или половыми хромосомами. У мужчины это Х и Y хромосомы, у женщины – Х и Х.

2. Расположение хромосом по убывающей величине называется идиограммой. Это систематизированный кариотип. Хромосомы располагаются парами (гомологичные хромосомы). Первая пара – самые большие, 22-я пара – маленькие и 23-я пара – половые хромосомы.

3. В 1960г. была предложена Денверская классификация хромосом. Она строится на основании их формы, размеров, положения центромеры, наличия вторичных перетяжек и спутников.

Важным показателем в этой классификации является центромерный индекс (ЦИ). Это отношение длины короткого плеча хромосомы ко всей ее длине, выраженное в процентах. Все хромосомы разделены на 7 групп.

Группы обозначаются латинскими буквами от А до G.

Группа А включает 1 – 3 пары хромосом. Это большие метацентрические и субметацентрические хромосомы. Их ЦИ 38-49%.

Группа В. 4-я и 5-я пары – большие метацентрические хромосомы. ЦИ 24-30%.

Группа С. Пары хромосом 6 – 12: средней величины, субметацентрические. ЦИ 27-35%. В эту группу входит и Х-хромосома.

Группа D. 13 – 15-я пары хромосом. Хромосомы акроцентрические. ЦИ около 15%.

Группа Е. Пары хромосом 16 – 18. Сравнительно короткие, метацентрические или субметацентрические. ЦИ 26-40%.

Группа F. 19 – 20-я пары. Короткие, субметацентрические хромосомы. ЦИ 36-46%.

Группа G. 21-22-я пары. Маленькие, акроцентрические хромосомы. ЦИ 13-33%. К этой группе относится и Y-хромосома.

4. Парижская классификация хромосом человека создана в 1971 году. С помощью этой классификации можно определять локализацию генов в определенной паре хромосом.

Используя специальные методы окраски, в каждой хромосоме выявляют характерный порядок чередования темных и светлых полос (сегментов).

Сегменты обозначают по названию методов, которые их выявляют: Q – сегменты – после окрашивания акрихин-ипритом; G – сегменты – окрашивание красителем Гимза; R – сегменты – окрашивание после тепловой денатурации и другие.

Короткое плечо хромосомы обозначают буквой p, длинное – буквой q. Каждое плечо хромосомы делят на районы и обозначают цифрами от центромеры к теломеру. Полосы внутри районов нумеруют по порядку от центромеры. Например, расположение гена эстеразы D – 13p14 – четвертая полоса первого района короткого плеча 13-й хромосомы.

Функция хромосом: хранение, воспроизведение и передача генетической информации при размножении клеток и организмов.

Дата добавления: 2016-11-20; просмотров: 4931 | Нарушение авторских прав

Рекомендуемый контект:

Похожая информация:

Поиск на сайте:

© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление

Источник: https://lektsii.org/10-78219.html

Строение и классификация хромосом

КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ

Ядро клетки (от греч. nucleus — ядро) является мембранной структурой клетки.

Обычно эукариотическая клетка имеет одно ядро, но есть и многоядерные клетки. Ядро расположено в центре клетки и имеет овальную форму. Объем ядра составляет 10-15 % клетки. Ядро имеет две мембраны, пронизанные порами. Между мембранами находится перинуклеарное пространство. Наружная мембрана ядра связана с мембранами эндоплазматического ретикулума.

Обе мембраны имеют типичное строение — липидный бислой со встроенными белками. Перинуклеарное пространство через каналы эндоплазматического ретикулума сообщается с различными участками цитоплазмы.

Внутренняя мембрана не содержит рибосом и изнутри покрыта сетью белков, образующих ядерную ламину. Благодаря ей, к внутренней мембране прикрепляются теломерные участки хромосом.

Во время митоза ламина играет важную роль в процессе циклической разборки и восстановления ядерной оболочки. Ядерная ламина обуславливает форму и объем ядра.

Ядерная мембрана обладает свойством избирательной проницаемости. Потоки вещества регулируются специфическими свойствами белков мембран и ядерных пор. Количество ядерных пор колеблется от 1000 до 10 000 на каждое ядро. Это сложно организованные каналы. Внутрь ядра поступают белки, АТФ, нуклеотиды.

Из ядра в цитоплазму выходят субъединицы рибосомы, транспортная РНК, матричная РНК. Белки из цитоплазмы в ядро избирательно переносятся в несколько этапов. Сначала они связываются со специальными белками цитоплазмы и образуют комплексы. Эти комплексы связываются с белками-рецепторами порового комплекса.

На следующем этапе нужный белок отделяется и активно переносится через поры, а цитоплазматический белок возвращается в цитозоль. Перенос является энергозависимым, т. е. требует присутствия АТФ.

Перенос рибосомных субъединиц, РНК и ферментов также является специфичным и обусловлен избирательным связыванием с рецептором порового комплекса.

Кариоплазма (нуклеоплазма) ядра содержит большое количество воды (75-90 %), в которой располагаются: хроматин (гетерохроматин и эухроматин), миофиламенты, ядрышко, ферменты гликолиза, аминокислоты, свободные нуклеотиды, ферменты репликации ДНК и т. д.

Микрофиламенты ядра — цитоскелетные белки, пересекающие содержимое ядра, поддерживающие форму ядра, обеспечивающие транспортные процессы в кариоплазме, упорядоченное протекание основных процессов: репликации, транскрипции, процессинга.

В нуклеоплазме интерфазного (неделящегося) ядра находится молекула ДНК не в свободном состоянии, а в виде хроматина — комплекса ДНК и белков. Хроматиновые нити, переплетаясь внутри интерфазного ядра, образуют хроматиновую сеть.

Количество хроматиновых нитей соответствует диплоидному набору хромосом. Каждая нить обеими концевыми участками прикреплена к белкам ядерной оболочки. Хроматиновые нити представляют собой комплекс ДНК и белков в соотношении 1:1.

Белки хроматина представлены гистонами (основными) и протаминами (негистоновыми кислыми белками).

Структурной единицей хроматина являются нуклеосомы. Молекулы ДНК упаковываются при помощи гистонов в спираль меньшей длины. Нуклеосомы — дискообразные частицы диаметром около 11 нм. Каждая нуклеосома состоит из набора 8 молекул гистонов; по две молекулы Н2А, Н2В, Н3, Н4. Эти гистоны образуют протеиновый стержень, вокруг которого обвивается определенный сегмент двуспиральной молекулы ДНК.

Гистон Н1 соединяет Н1 друг с другом. Нить ДНК продолжается от нуклеосомы к нуклеосоме. Каждая нуклеосома отделяется от следующей участком линкерной ДНК, которая представляет собой приблизительно 60 пар азотистых оснований. Линкерная ДНК и определенная частица нуклеосомы составляют полную нуклеосому, которая содержит 200 пар азотистых оснований ДНК.

Хроматин обладает следующими свойствами: высокой стабильностью структуры, что обеспечивает постоянство генома из поколения в поколение; способностью связывать гистоновые и негистоновые белки в зависимости от активности генома; возможностью изменять структуру в различные периоды клеточного цикла; возможностью существовать в виде эухроматина и гетерохроматина; способностью формировать хромосомы при делении клетки.

Хроматин выполняет следующие функции:

1. Хранение генетической наследственной информации в виде строгой последовательности нуклеотидов ДНК, стабилизированной белками и специальной упаковкой.

2. Перенос наследственной характеристики от родителей к потомкам посредством формирования хромосом.

3. Обеспечение роста клеток, поддержание их структуры и функций путем управления синтезом структурных белков.

4. Контроль метаболизма путем регуляции образования необходимых ферментов.

5. Формирование ядрышек, где образуются субъединицы хромосом.

В зависимости от степени конденсации (спирализации) хроматин подразделяется на гетерохроматин и эухроматин.

Гетерохроматин сильно уплотнен и генетически неактивен. Обычно 90 % хроматина находится в такой форме. На электронно-микроскопических фотографиях гетерохроматин выглядит как сильноокрашенные темные области ядра.

Эухроматин — малоконденсированный, деспирализованный. Поэтому при электронной микроскопии выявляется в виде светлых участков ядра. С этих участков хроматина происходит считывание информации и образование РНК.

В клетках с интенсивным синтезом белка эухроматина больше.

Половой хроматин (тельца Барра) — небольшое хроматиновое тельце (d = 0,5 мкм), определяющееся в 70 % интерфазных ядер соматических клеток особей женского пола. Образуется в результате стойкой спирализации и инактивации одной из двух Х-хромосом. Исследование полового хроматина имеет диагностическое значение.

Ядрышко — округлая масса внутри ядра; содержит ДНК, рРНК и субъединицы хромосом. Оно не имеет мембраны. Ядрышки обнаруживаются только в интерфазных ядрах. На период деления клетки они временно исчезают, т. к.

хромосомные петли, их образующие, упаковываются в хромосомы, ядрышки могут быть разных размеров и крупнее в тех клетках, где синтезируется много белков. В ядрышках определяется три региона: фибриллярный, гранулярный и слабоокрашенный. Фибриллярный — место активного синтеза рРНК.

Гранулярный регион — это место объединения рРНК и рибосомальных белков, т. е. гранулы нуклеопротеидов. Слабоокрашенный регион содержит нетранскрибируемую (неактивную) ДНК.

Ядрышки образуются специальными частями некоторых хромосом, которые имеют гены рРНК. Эти участки хромосомы называются ядрышковым организатором, общая и главная функция ядрышек — образование субъединиц рибосомы.

Основными функциями ядра являются:

1. Хранение генетической информации в виде нуклеотидной последовательности молекул ДНК.

2. Реализация наследственной информации путем регуляции синтеза белков. За счет этого поддерживается структурная упорядоченность клеток, регулируется их метаболизм, функции, а также процессы деления.

3. Передача наследственной информации последующим поколениям в результате репликации ДНК, образование хромосом и их деление.

4. Важнейшими молекулярно-генетическими процессами, протекающими в ядре являются: репликация ДНК, транскрипция всех видов РНК, процессинг, образование рибосом.

Хромосомы (хромо + сома — тело) образуются из хроматина в начале митоза. В процессе деления клетки они претерпевают ряд структурных изменений. Основной составляющей хромосомы является молекула ДНК, она обнаруживается в ядре в виде ДНК-протеинового комплекса.

Размеры хромосом варьируют от вида к виду. Хромосомы (в метафазе митоза) обычно имеют длину от 0,1 до 33 мкм и толщину от 0,2 до 22 мкм. Хромосомы различных пар одной и той же клетки различаются по размеру. Длина хромосом зависит от количества ДНК и белков, степени скручивания хроматина.

Формы хромосом определяются по относительному положению центромеры (первичной перетяжки).

Существует специфичность набора хромосом для каждого вида. Растения и животные имеют постоянное число хромосом в каждой соматической клетке (для человека — 46). Гаметы содержат обычно только один набор хромосом. Гаплоидное число (n) для человека — 23.

Число хромосом используется для идентификации вида. Хромосомы разных видов имеют свои уникальные наборы генов, определяющих развитие индивидуумов только своего вида.

Хромосомный комплекс вида со всеми его особенностями: числом хромосом, их формой, наличием деталей строения отдельных хромосом — называется кариотипом.

Все хромосомы во время метафазы состоят из двух дочерних хроматид (образованных хроматином). Каждая хроматида — это связанная с гистонами единичная двунитевая суперспирализованная ДНК.

Две дочерние молекулы ДНК, которые находятся в двух хроматидах, удерживаются вместе в области центромеры — первичной перетяжки — наименее спирализованной части хромосомы. На ней расположены специальные белки, образующие кинетохоры (от греч.

kinesis — движение, phoros — несущий), к которым для деления генетического материала прикрепляются нити веретена. Место расположения первичной перетяжки у каждой пары хромосом индивидуально и постоянно, что обуславливает форму хромосом. Центромеры делят хромосомы на два плеча. Концы плеч хромосом получили название теломеров.

Они содержат тысячи повторяющихся последовательностей нуклеотидов (ТТАГГГ). Это генетически неактивные специализированные участки, которые препятствуют соединению хромосом между собой или с их фрагментами. Теломеры обеспечивают индивидуальность хромосом.

Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, часто отделяющие участки хромосом, называемые спутниками хромосом. Эти участки хромосом содержат гены рРНК. В плечах метафазных хромосом видны окрашенные участки — хромомеры (гетерохроматин, эухроматин).

На основании расположения центромеры можно классифицировать следующие 4 формы хромосом:

1. Метацентрическая. Хромосома имеет Х-образную форму, при которой центромера находится в середине так, что плечи равны по длине.

2. Субметацентрическая. Хромосома имеет форму «Х» с центромерой, удаленной от средней точки так, что плечи являются неравными по длине.

3. Акроцентрическая. Центромеры расположены очень близко к одному из концов хромосомы. Маленькие плечи часто имеют спутника.

4. Телоцентрическая. Центромера расположена на конце хромосомы.

Кариотип человека имеет все разновидности форм хромосом.

Петельная организация. Хроматин каждой метафазной хромосомы имеет несколько уровней петельной организации и упаковки. Благодаря этому 3-сантиметровая молекула ДНК укладывается в 10-микрометровую хромосому.

Гомологичные хромосомы — пары хромосом, идентичные по величине, форме, структуре и генетическому составу. В локусах (определенных местах хромосомы) одинаковых гомологичных хромосом расположены аллельные (видоизменения одного и того же гена). Негомологичные хромосомы гаплоидного набора имеют разные форму, размеры и индивидуальный набор генов.

Источник: https://lifelib.info/biology/lectures/12.html

Books-med
Добавить комментарий