Основные аспекты биологии

 

.Ядерный и внеядерный аппарат клетки

Ядро - главный  обязательный органоид клетки у многоклеточных и многих одноклеточных организмов

По характеру  организации ядерного аппарата живые  организмы разделяются на две  группы: прокариотические и эукариотиче-ские. У эукариот ядерный аппарат представлен  клеточным ядром, а у прокариот - кольцевой молекулой ДНК.

Основными функциями  ядра клетки являются: 1) хранение генетической (наследственной) информации клетки; 2) обеспечение реализации генетической информации, контролирующей разнообразные процессы в клетке; 3) воспроизведение и передача генетической информации при делении клетки.

Ядро интерфазной клетки состоит из 4-х компонентов: кариоплазмы, хроматина, ядрышка и кариолеммы. Кариоплазма представляет собой жидкий компонент ядра, состоящий из воды и растворённых в ней веществ.

Хроматин имеет  вид мелких зёрнышек и глыбок, окрашиваемых основными красителями. Он состоит из ДНК и белков. Хроматин является, по сути, интерфазным состоянием хромосом и представляет собой длинные и тонкие перекрученные нити, степень спирализации которых различается по их длине. Последнее обстоятельство послужило основанием для выделения двух разновидностей хроматина: эухроматина и гетеро-хроматина.

Эухроматин  представляет собой деспирализованные  и участвующие в транскрипции сегменты хромосом. Он плохо окрашивается и практически не виден в световой микроскоп.

Гетерохроматин - это спирализованные сегменты хромосом, лишённые активности. Гетерохроматин хорошо окрашивается основными красителями и при наблюдении с помощью светового микроскопа имеет вид гранул и глыбок. Основные скопления гетерохроматина располагаются по периферии ядра, а также вокруг ядрышек. Более мелкие глыбки хроматина разбросаны по всему ядру.

При повышении  синтетической активности клетки, предполагающей интенсификацию процессов транскрипции, количество эухроматина увеличивается, а содержание гетерохроматина уменьшается. Снижение синтетической активности клетки выражается в увеличении содержания гетерохроматина. Полное угнетение функции ядра ведёт к уменьшению его размеров, исчезновению эухроматина, интенсивному и равномерному окрашиванию основными красителями.

Упаковка ДНК  включает несколько уровней.

Первый уровень  заключается в образовании нуклеосомной нити: двойная спираль ДНК наматывается на октамер дисковидной формы, как  бы дважды обвивая его, и уходит к  очередному октамеру. Октамер состоит  из 8 глобулярных молекул гистонов. Обвитый двумя витками молекулы ДНК октамер назван нуклеосомой. Нуклеосомы разделены короткими участками связывающей ДНК. ДНК хроматина связана также с негистоновыми белками, которые регулируют избирательную активность генов. В такой регуляции могут участвовать и гистоны, ограничивая доступность ДНК для других ДНК-связывающих белков.

Второй уровень  упаковки приводит к скручиванию  нуклеосомной нити в спираль диаметром 30-36 нм, именуемую хроматиновой фибриллой.

Третий уровень  упаковки ДНК сводится к образованию хроматиновыми фибриллами петель диаметром около 300 нм .

 

 

 

 

 

 

 

 

Химическая  организация хромосом

ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в  себе биологическую информацию —  программу развития клетки, организма, записанную с помощью особого кода.

Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65% массы  этих структур. Все хромосомные белки  разделяются на две группы: гистоны  и негистоновые белки.

Гистоны представлены пятью фракциями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Являясь положительно заряженными основными белками, они достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, чем препятствуют считыванию заключенной в ней биологической информации. эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах

РНК хромосом представлена отчасти продуктами транскрипции, еще  не покинувшими место синтеза. Некоторым  фракциям свойственна регуляторная функция.

Регуляторная  роль компонентов хромосом заключается в «запрещении» или «разрешении» списывания информации с молекулы ДНК.

Первый уровень нуклеосомная нить. ДНК+белки-гистоны Н2А,Н2В,Н3,Н4. Степень укорочения в 6-7раз. Второй: хроматиновая фибрилла. Нуклеосомная нить+белок-гистонН1. Укорочение в 42раза. Третий:интерфазная хромосома. Хроматиновая фибрилла с помощью негистоновых белков укладывается в петли. Укорочение в 1600раз. Четвертый. Метафазная хромосома. Суперконденсация хроматина. Укорочение в 8000раз.

 

Строение  и функции метафазных хромосом человека

Метафаза занимает значительную часть периода митоза, и отличается относительно стабильным состоянием. Все это время хромосомы  удерживаются в экваториальной плоскости  веретена за счёт сбалансированных сил  натяжения микротрубочек.

В метафазе, также как и в течение других фаз митоза, продолжается активное обновление микротрубочек веретена путём интенсивной сборки и деполимеризации молекул тубулина. К окончанию метафазы наблюдается чёткое обособление сестринских хроматид, соединение между которыми сохраняется лишь в центромерных участках. Плечи хроматид располагаются параллельно друг другу, и становится отчетливо заметной разделяющая их щель.

 

Кариотип  и идиограмма человека

Кариотипом  называется хромосомный комплекс вида со всеми его особенностями: числом хромосом, их формой, наличием видимых под световым микроскопом деталей строения отдельных хромосом.

 Можно построить  идиограмму, т. е. расположить  хромосомы в порядке уменьшения  их длины.  Среди методов наиболее  распространены С-метод и G-метод.  В обоих случаях в качестве красителя используют реактив Гимза, а различия в расположении полос проявляются вследствие особенностей предфиксационной обработки.

 В составе  хромосом в виде темных полос  С-метод позволяет выявить гетерохроматические  районы, т. е. участки, которые в ядрах интерфазных клеток остаются компактными и под микроскопом выглядят как плотно окрашенные глыбки. Темные С-полосы располагаются чаще всего в прицентромерных участках хромосом, что указывает на внутрихромосомное распределение гетерохроматических районов.  Природа G-окрашенных полос пока не ясна, однако регулярность их расположения в хромосомах и их видоспецифичность дают основание полагать, что G-полосы отражают строго определенные черты хромосомной организации. Чем длиннее одни и те же хромосомы, тем больше полос можно идентифицировать методами дифференциального окрашивания

каждая хромосома  имеет центромеру, или первичную перетяжку - место прикрепления нитей веретена. Иногда наблюдаются вторичные перетяжки, не связанные с функциями митотических движений хромосом. Первая перетяжка делит хромосомы на плечи. ЕЕ положение в середине, близко к середине или почти у концевых участков хромосомы, называемых теломерами, позволяет классифицировать хромосомы на метацентрические, субметацинтрические и акроцентрические соответственно.

 

.Характеристика крупных хромосом человека.

гигантские хромосомы формируются в результате эндомитоза т.е. это многократная репликация ДНК в одной и той же клетке и последующем нерасхождением хромосомных нитей. По длине неоднородны – состоят из чередующихся дисков, междисков, создавая поперечную видоспецифическую  очередность. Диски- более конденсированные участки. междиски менее конденсированные участки.

 

.Характеристика полового хроматина человека.

Хроматин половой - небольшое тельце, расположенное  на периферии ядра соматической клетки; имеет треугольную, округлую или палочковидную форму.

Различают Y-хроматин и Х-хроматин. Y-хроматин - структурный  конденсированный участок Y-хромосомы, выявляющийся у мужчин в интерфазном  ядре с помощью флюорохромов в  ультрафиолетовом свете. X- хроматин, или  тельце Барра, — интенсивно красящаяся основными красителями структура, представляющая собой инактивированную Х-хромосому.

Определение хроматина  полового используется для диагностики  хромосомных заболеваний, в частности  при подозрении на хромосомные нарушения, связанные с половыми хромосомами.

При нарушениях полового развития, связанных с увеличением  числа половых хромосом, обнаруживается дополнительный хроматин половой. Так, при кариотипе 47, XXX в клетках женщин обнаруживаются два, а при кариотипе 48, XXXY - три Х-хроматина; при кариотипе 47, XYY - два Y-хроматина.

По наличию  хроматина полового может быть определён  генетический пол ребёнка.

Наиболее простым  и широко используемым методом является цитологическое исследование полового хроматина в клетках эпителия полости рта. Взяв металлическим шпателем соскоб со слизистой оболочки полости рта, из полученного материала готовят мазок, который фиксируют в спирте или в смеси спирта с эфиром. Препарат окрашивают гематоксилином и эозином и просматривают под микроскопом с помощью иммерсионного объектива. В препаратах мазков из полости рта мужчин половой хроматин встречается только в 0,5–0,7% клеточных ядер; у женщин этот процент равен 40-60. При окраске ядра клеток окрашиваются в зеленоватый цвет, причем структура их становится очень четкой и резко выделяется половой хроматин, наличие которого удается установить без труда.

   Возможно  определение полового хроматина  и в мазках крови, взятой  уколом из  мякоти пальца. Причиной хромосомных болезней является нарушение хромосомного набора в той зиготе, из которой развился организм. Встречаются женщины с 4 X-хромосомами (ХХХХ) и мужчины  резко выраженным синдромом Клайнфельтера, обладающие, помимо определяющей мужской пол Y-хромосомы, еще 3 или даже 4 Х-хромосомами (XXXY и XXXXY). При избыточном числе X-хромосом наблюдается идиотия и ряд морфологических аномалий.

 

X и  Y хромосомы человека

  Хромосома – это структурная составляющая ядра клетки, которая содержит дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) – носитель наследственной информации, а также белок и немного РНК.  Набор хромосом в ядре соматической клетки, как патологический, так и нормальный называется кариотипом. В половой клетке человека хромосом в два раза меньше – их 23, то есть клетки являются гаплоидными, но при оплодотворении диплоидность клетки восстанавливается. Половые хромосомы могут быть двух типов: X и Y. Женская половая клетка имеет две Х хромосомы, а мужская – одну X и одну Y. Во всех парах хромосом, как половых, так и аутосомных одна из хромосом получена от матери, а другая – от отца. Следовательно, половая принадлежность ребенка зависит от того какой тип половой клетки мужчины (Y или Х) соединится с женской (Х).

Строение хромосомы  отчетливо видно во время клеточного деления, когда она сильно спирализована. Внешний вид хромосом существенно изменяется на разных этапах клеточного цикла. В хромосоме выделяют длинное концы которых называются теломерами. В результате аномалии числа либо структуры хромосом человека возникают патологические состояния, которые называют хромосомными синдромами, которые не лечатся. Описано и изучено более трехсот хромосомных аномалий. Клинические проявления при аномалиях хромосом наблюдаются с рождения.

 

 

Половые хромосомы кариотипа человека

Кариотип человека — диплоидный хромосомный набор  человека, представляющий собой совокупность морфологически обособленных хромосом, внесённых родителями при оплодотворении.

Хромосомы набора генетически неравноценны: каждая хромосома  содержит группу разных генов. Все хромосомы  в кариотипе человека делятся  на аутосомы и половые хромосомы. В кариотипе человека 44 аутосомы - 22 пары гомологичных хромосом и одна пара половых хромосом — XX у женщин и ХУ у мужчин. По форме и размерам все аутосомы-гомологи делятся на 7 групп, обозначаемых латинскими буквами от А до G.Кроме того, все гомологи в порядке уменьшения общей длины нумеруются от 1 до 22, а по положению центромеры все хромосомы в кариотипе человека делятся на метацентрические, субметацентрические, акроцентрические.

 

Основные  показания для исследования кариотипа  человека

Современные методы кариотипирования обеспечивают детальное обнаружение внутрихромосомных и межхромосомных перестроек, нарушения порядка расположения фрагментов хромосом - делеции, дупликации, инверсии, транслокации. Такое исследование кариотипа позволяет диагностировать ряд хромосомных заболеваний, вызванных как грубыми нарушениями кариотипов (нарушение числа хромосом), так и нарушением хромосомной структуры или множественностью клеточных кариотипов в организме. Показания и контингента лиц для проведения хромосомного анализа и кариотипирования:

- множественные  пороки развития,

- лица с выявленной  патологией полового хроматина, 

- выраженная  задержка физического развития  в сочетании с микроаномалиями  развития - у плода при беременности  с высоким риском рождения  ребенка с хромосомной патологией,

- нарушение  репродуктивной функции неясного  генеза (бесплодный брак, первичная  аменорея и др.),

- лица, имеющие  профессиональные вредности, для  оценки мутагенных влияний (химических, радиационных, физических),

- лейкозы.

 

Рутинный  и дифференциальный методы окрашивания  метафазных хромосом для последующего кариотипирования. их  решающая способность.

Рутинный метод: краситель - ацетокармин, ацетоорсии; участки хромосом-равномерная окраска по всей длине хромосомы. Основные применения-групповая идентификация хромосом;

Дифференциальные  методы- С-метод: краситель-гимза, орсеин, кармин; уч.хром-гетерохроматин; основ.прим-выявление структурного гетерохроматина.

G-метод: крас-гимза. Уч.хром-G-сегменты. Основ.прим-индивидуализация метафазных хромосом и их фрагментов.

 Ag-метод: крас.-нитрат серебра. Уч.хром-ядрышкообраующие районы. Основ.прим-выявление полиморфизма хромосом по ядрышкообразующим районам.