2. Життєвий цикл клітини. Поділ клітини

Якщо всю ДНК одного ядра клітини людини витягнути, то вона буде довжиною близько 1,5 м. Укласти такий довгий ланцюг у 46 хромосом можна лише завдяки дуже ефективному упаковуванню. На поданий механізм упаковування хроматину аж до утворення хромосоми. При розподілі ядра хроматин ущільнюється в короткі спіральні нитки, що називаються хромосомами. Хромосоми несуть гени (ділянки ДНК), що є одиницями спадкової інформації.

Хроматин має такі властивості: 1) високу стабільність структури, що забезпечує сталість геному від покоління до покоління: 2) здатний зв'язувати гістонові та негістонові білки залежно від активності геному; 3) може змінювати структуру в різні періоди клітинного циклу, тобто розгортанням і витягуванням спіралі в інтерфазному ядрі, а потім згортанням у спіраль і вкороченням в ядрі,

щоділиться; 4) може існувати у вигляді еу- і гетерох-роматину; 5) здатний формувати хромосоми при поділі клітини.

Хроматин виконує такі функції: 1) збереження генетичної спадкової інформації у вигляді чіткої послідовності нуклеотидів ДНК, стабілізованої білками і спеціальним упакуванням; 2) перенесення спадкових характеристик від батьків до нащадків за допомогою формування хромосом; 3) забезпечення росту клітин, підтримка їх будови та функцій шляхом керування синтезом структурних білків; 4) контроль метаболізму шляхом регуляції утворення необхідних ферментів; 5) формування ядерець, де утворюються рибосоми.

Організація хроматину: 1 - нуклеосома; 2 - ДНК; 3 - гістони (8 субодиниць); 4 - хроматида;

5 - конденсована хромосома.

Типи хроматину. У залежності від ступеня конденсації (спіралізації), хроматин поділяють на гетерохроматин і еухроматин.

Гетерохроматин сильно ущільнений і генетично неактивний. Здебільшого до 90 %

хроматину знаходиться саме в такій формі. На електронно-мікроскопічних фотографіях гетерохроматин виглядає як сильнозабарвлені темні ділянки ядра

Еухроматин - малоконденсований, деспіралізова-ний. Тому під електронним мікроскопом він виявляється у вигляді світлих ділянок ядра. Еухроматин генетично активний. Із цих ділянок хроматину зчитується інформація й утворюється РНК. У

клітинах з інтенсивним синтезом білків еухроматину більше.

Статевий хроматин - генетично інактивована Х-хромосома, яка знаходиться в гетеропікнотично-му стані і міститься в ядрах клітин жіночої статі багатьох тварин і у людини.

При вивченні клітин крові у жінок встановлено (Девідсон і Сміт, 1954), що в деяких оліморфно-ядерних лейкоцитах міститься особливий додаток, який прикріплений тоненькою ниткою до ядра. Ця структура отримала назву "барабанна

паличка". Бу-лавоподібні палички - одна з форм статевого хроматину, і не що інше,

як одна з Х-хромосом, що перебуває в гетеропікнотичному стані.

Кількість тілець статевого хроматину завжди на одиницю менша від кількості Х-

хромосом, тобто nX — 1. Цю ознаку використовують для виявлення аномалій за числом Х-хромосом

Організація спадкового матеріалу

хромосомний рівень аутосоми та гетерохромосоми

Хромосома (від грец. хР^ца - колір, тіло) - це ниткоподібні щільні тільця, видимі у світловий мікроскоп тільки впродовж поділу клітини. Вони утворюються в результаті ущільнення і спіралізації хроматину. Довжина хромосом залежить від кількості ДНК і білків, а також від ступеня скручування хроматину. На різних ділянках однієї і тієї ж хромосоми спіралізація, компактність її основних елементів неоднакові, з цим пов'язана різна інтенсивність забарвлення окремих ділянок хромосоми. Ділянки, що інтенсивно сприймають барвники, одержали назву гетперохроматичних (утворених із ге-терохроматину), вони навіть у період між поділом клітин залишаються компактними, видимими у світловий мікроскоп. Ділянки, що слабко забарвлюються,

деконденсуються між поділами клітин,одержали назву еухроматичних (утворених із еухроматину). Встановлено, що еухроматин містить у собі активні гени, а

гетерохроматин виконує переважно структурну функцію. Він знаходиться в інтенсивно спіралізованому стані. Гетерохроматин займає однакові ділянки в гомологічних хромосомах: утворює ділянки, що прилягають до центромери і такі, що знаходяться на кінцях хромосом. Втрата ділянок ге-терохроматину або мутація може не відбиватися на життєдіяльності клітини. Розрізняють також факультативний гетерохроматин. Він виникає при спіралізації та інактивації однієї з двох гомологічних Х-хромосом. Таким

чином утворюється тільце Барра (статевий хроматин). Його утворює одна з двох Х-

хромосом у жіночих особин ссавців і людини.

Кожна молекула ДНК, що утворює хромосому, крім кодуючих послідовностей,

повинна містити центромеру, два теломери і точки початку реплікації. Теломерні послідовності запобігають укороченню хромосом, що без них відбувалося б при кожному циклі реплікації ДНК. Центромери служать для вибудовування молекул ДНК на мітотичному веретені під час мітозу. Точки початку реплікації потрібні для формування реплікаційних вилок у S-фазі.

Організація метафазної хромосоми: 1 - центромерна ділянка хромосоми; 2 -

теломерна ділянка; 3 - дочірні хроматиди; 4 - гетерохроматин; 5 - еухроматин; 6 - мале плече; 7- велике плече.

Структура метафазної хромосоми. Всі хромосоми під час метафази складаються із двох хро-матид, що утворені з максимально спіралізованого хроматину. Кожна хроматида - це зв'язана з гістонами одинарна двониткова суперспіралі-зована ДНК.

Дві дочірні молекули ДНК, що знаходяться у двох хроматидах, утримуються разом у ділянці центромери за допомогою нереплікованого сегмента ДНК. Будова хромосоми на різних ділянках неоднакова. У хромосомах розрізняють первинну перетяжку, що поділяє хромосому на два плеча. Первинна перетяжка (центромера) - найбільш спіралізована частина хромосоми. Центромера являє собою загальну,

нерепліковану ділянку ДНК. На ній розташовуються спеціальні білки, що утворюють

кінетохори, до яких при розподілі генетичного матеріалу прикріплюються нитки веретена. Це сприяє поділу дочірніх хроматид під час анафази. Місце розташування первинної перетяжки в кожній парі хромосом індивідуальне і стале, що зумовлює,

головним чином, її форму.

Кінці плечей хромосом одержали назву теломерів. Вони містять тисячі повторюваних послідовностей, наприклад, ТТАТТГ. Це генетично неактивні спіралізовані ділянки, що перешкоджають з'єднанню хромосом між собою або з їх фрагментами. Позбавлена теломери хромосома виявляється "липкою" і легко з'єднується з такими ж ділянками інших хромосом. Отже, теломери зберігають хромосому як індивідуальну дискретну одиницю, забезпечують її індивідуальність.

Деякі хромосоми мають вторинні перетяжки, що часто відокремлюють ділянки хромосом, названі супутниками. Ці ділянки хромосом містять гени рРНК. Такі хромосоми в ядрах клітин людини можуть наближатися одна до одної, вступають в асоціації, що сприяє формуванню ядерець. Ці ділянки у хромосомах називають

ядерцевими організаторами. У людини вторинні перетяжки є на кінцевих ділянках коротких плечей 13-15 і 21-22 пар хромосом, а також на довгому плечі 1-ї

пари хромосом. Хромосома на стадії ранньої профази набагато довша і тонша, ніж метафазні хромосоми, тому в них можна розпізнати більше сегментів. Показані на рисунку сегменти виявляються шля-хом фарбування препаратів барвниками, що зв'язуються переважно з А-Т - насиченими послідовностями ДНК. На рисунку представлено тільки по одній хромосомі з кожної гомологічн

Розподіл сегментів у кожній з хромосом, що складають каріотип людини на стадії метафази

(перша хроматида) і ранньої профази

(друга хроматида) мітозу.

Аутосоми та гетерохромосоми. Було відмічено, що практично в будь-якому каріотипі існує одна пара хромосом, що істотно відрізняється від інших. У самок ця пара була однакова, але різна в представників протилежної статі (самців).

Хромосома, що була присутня двічі в парі в каріотипі самки й один раз у самця, була названа як Х-хромосома. Друга хромосома в самця була названа Y-хромо-сомою. X-

і Y-хромосоми називаються статевими хромосомами, або гетерохромосомами.

Інші хромосоми з даного набору, що є однаковими для обох статей, називаються

аутосомам

Чоловіки мають X- і Y-хромосоми і 22 пари ауто-сом. Жінки мають дві Х-хромосоми і 22 пари ауто-сом. Статеві хромосоми розподіляються при мейозі так само, як і інші хромосоми. Таким чином, кожний сперматозоїд одержує тільки одну статеву хромосому: або X, або Y. Оскільки чоловіча особина продукує два типи гамет, вона називається гете-рогаметною. Жіноча особина продукує тільки один тип гамет, що мають тільки Х-хромосому, і називається гомогаметною. Стать майбутньої дитини

визначається під час запліднення яйцеклітини. Якщо яйце запліднене сперматозоїдом,

що містить Y-xpo-мосому, зигота буде мати X- і Y-хромосоми і дасть початок розвитку чоловічої особини. Якщо яйце запліднене сперматозоїдом, що містить Х-

хромосому, то зигота буде мати дві Х-хромосоми, що зумовить розвиток жіночої особини.

Значення і функції хромосом. Хромосоми утворюються з хроматину на початку мітозу. Впродовж поділу клітини вони зазнають ряду структурних змін і знову утворюють хроматин в ядрах дочірніх клітин.

Біологічне значення утворення хромосом та їх перетворень - рівномірний розподіл спадкового матеріалу в клітини, що утворюються. Потрібно відзначити, що поділ хромосом - це лише спосіб розподілу ДНК на рівні частини і передачі його дочірнім клітинам.

В інтерфазній клітині хромосоми виконують такі функції: 1) збереження спадкової інформації у вигляді суворої послідовності нуклеотидів ДНК; 2) контроль метаболізму шляхом регуляції утворення необхідних ферментів; 3) забезпечення росту клітин,

підтримка їхньої структури і функцій шляхом керування синтезом структурних білків; 4) контроль клітинного диференціювання під часрозвитку; 5) забезпечення умов подвоєння ДНК.

У клітинах, що діляться, утворюються візуально помітні хромосоми, що необхідні для таких функцій: 1) компактизація (ущільнення) спадкового матеріалу в тисячі разів, при цьому генетичний матеріал "консервується" і втрачає спроможність до експресії; 2) утворення структур, зручних для маніпуляцій при поділі (метафазна хромосома, що складається з двох хроматид); 3) рівномірний розподіл компактизованого неактивного генетичного матеріалу між дочірніми клітинами у вигляді окремих хроматид; 4) декомпактизація (розпушення) спадкового матеріалу й утворення активного інтерфаз-ного хроматину.

	Хромосоми людини
•	морфофункціональна характеристика
•	класифікація хромосом, каріотип людини

У 50-х роках XX ст. стало можливим спостерігати і було описано кожну хромосому людини у вигляді самостійної одиниці. Загальна довжина молекули ДНК у хромосомі людини (середньої за розміром) досягає 4 см, а сумарна довжина цих молекул у клітині з диплоїдним (подвійним) набором -близько 180 см. У 1956 р. Дж. Тийо, А.

Леван установили, що у людини хромосомний набір складається з 46 хромосом. Через три роки були відкриті хромосомні хвороби.

В основу ідентифікації хромосом покладено такі ознаки: загальна довжина хромосоми,

розміщення центромери, вторинна перетяжка та ін. Але за цими ознаками не завжди можна розрізнити індивідуальні особливості хромосоми. Останнім часом проводять диференційне забарвлення хромосом, яке дозволяє чітко розрізнити кожну з хромосом.

Сукупність хромосом клітини, яка характеризується їх числом, розмірами і формою, називається каріотипом. Ідіограма – це систематизований каріотип, коли хромосоми розташовуються в порядку зменшення їх довжини.

За Денверською класифікацією (Денвер, США, 1960 p.) всі аутосоми людини поділяються на 7 груп залежно від довжини хромосом і розміщення центромери.

Кожна група позначається латинськими літерами від А до G. Крім того, всі аутосоми в порядку зменшення нумеруються (від 1 до 22). Визначені також статеві хромосоми X і Y.

Група 1-3 (А): великі хромосоми, які чітко відрізняються одна від одної;

центромери розташовані посередині.

Група 4-5 (В): великі хромосоми, які мало відрізняються одна від одної;

центромери зміщені до одного з кінців хромосоми.

Група 6-12 (С): хромосоми середніх розмірів, мало різняться між собою;

центромери розташовані ближче до одного з кінців. Найбільша за довжиною з цієї групи хромосом - 6-а, вона схожа з Х-хромосомою.

Група 13-15 (D): хромосоми середніх розмірів; центромери майже повністю зміщені до одного з кінців хромосоми (акроцентричні хромосоми). У всіх трьох хромосом виявлені супутники.

Група 16-18 (Е): короткі хромосоми; у 16-ї хромосоми центромера розташована майже посередині, у 17-ї і 18-ї хромосом центромери зміщені.

Група 19-20 (F): маленькі (короткі) хромосоми; центромери розташовані посередині.

Група 21-22 (G): найменші хромосоми; центромери знаходяться на кінцях хромосом (акроцентричні хромосоми). 21-а хромосома має сателіт на короткому плечі. З хромосомами цієї групи схожа Y-хромосома.

Статеві хромосоми виділяються окремо.

В основу Паризької класифікації (1971) покладено диференційне забарвлення хромосом, коли кожній парі властивий характерний тільки для неї порядок чергування темної і світлої посмугованості - гетеро- й еухроматинових ділянок.

Каріотип людини: а - хромосомний комплекс; б - ідіограма чоловіка; в - ідіограма жінки.

Хромосомний аналіз

Хромосомний аналіз - це дослідження й аналіз морфології, кількості і структури

хромосом.