Класифікація хромосом людини

Група	Номер хромосоми	Будова хромосоми
А	1-3	Великі 1, 3- метацентрична, 2- субметацентрична
В	4-5	Великі субметацентричні
С	6-12	Середні субметацентричні
D	13-15	Середні акроцентричні
E	16-18	Малі субметацентричні
F	19-20	Самі малі метацентричні
G	21-22	Самі малі акроцентричні
Х	23	Середня метацентрична
Y	23	Мала акроцентрична

Уся сукупність генетичної інформації кожного клітинного ядра називається геномом, тобто це повний набір генів, що визначає зовнішній вигляд та внутрішню будову. З допомогою генів зафіксовані всі еволюційні досягнення нашого виду. Одні гени появилися, коли наші предки були ще червами, інші – коли стали рибами. Є гени, з допомогою яких ми маємо змогу прослідкувати міграцію людей по Землі за останні тисячеріччя. Наш геном – це запис виду, розпочатий чотири міліарди років тому і який продовжується до теперішнього дня. Людський організм складається приблизно із 100 триліонів клітин. В середині кожної клітини в ядрі знаходиться два геноми – один від матері, інший від батька (винятком є статеві клітини, що містять лише один геном та еритроцити, які взагалі не мають ядра). Здійснення копії генома називається реплікацією. Кожна хромосома - це це параспірально закручених ниток ДНК, в яких нуклеотиди (аденін, цитозин, гуанін, тимін) виходять як бокові розгалуження, що повернуті один до одного. При участі інформаційної РНК в організмі здійснюється синтез білків (протеїнів). Під час реплікації генів може виникати помилка, яка називається мутацією(попущений нуклеотид чи замінений іншим). Людство накопичує близько 100 нових мутацій за одне покоління. Такі помилки можуть бути фатальними.

Разом з тим, не всі гени людини знаходяться на його 23 хромосомах.

Частина генів міститься в мітохондріях. Вони успадковані ще з давнього еволюційного періоду. Не всі гени є фрагментами ДНК, бо гени деяких вірусів записані в молекулі РНК.

1. Не всі генпи кодують білки. Кінцевими продуктами деяких генів є молекули рибосомальних та транспортної РНК.

2. Не всі біохімічні реакції керуються білками. В деяких реакціях в якості каталізаторів виступають молекули РНК.

3. Не всі білки кодуються геном. В побудові деяких білків приймають участь кілька генів. В той же час один ген може кодувати кілька білків в результаті альтернативного сплайсинку інформаційної РНК. Ї

4. Не всі 64 кодона визначають амінокислоти. Три із них, що названі стоп-кодонами, визначають кінець трансляції.

5. Крім того не всі фрагменти ДНК є частинами генів. Більша частина ДНК в хромосомах – це випадкові послідовності нуклеотидів чи численні повтори, які рідко транскрипуються в інформаційні РНК або ніколи не транскрипуються. Така ДНК має назву безсмислової або егоїстичної (Метт Ридлі, 2006).

Сукупність генів, які визначають спадкову конституцію, називаються генотипом. Реальні властивості особи (сукупність усіх індивідуальних особливостей організму) - фенотип - виникають в результаті взаємодії генотипу та впливу оточуючого середовища.

Компонентами стабільності геному є:

1. Дублювання структурних елементів геному.

2. Матричний принцип біосинтезу ДНК (реплікація) й РНК (транскрипція).

3. Здатність до репарації - відновлення ушкоджених гене­тичних структур.

4. Генетичний контроль генної активності.

Загальні властивості генетичного коду:

-універсальність (ідентичний для всіх живих організмів);

-триплетний (кожна амінокислота кодується трьома нуклеотидами);

-не перекривається (кожний кодон складається з трьох нуклеотидів і наступний представлений наступними трьома нуклеотидами);

-не містить будь-яких розділових знаків між триплетами (без ком);

-колінеарний (порядок розташування кодонів у мРНК збігається з порядком кодованих ними амінокислот у білку, що синтезується);

-має фіксовану стартову точку (зчитування починається на одному кінці, а закінчується на іншому);

-вироджений (всі амінокислоти, за винятком метіоніну та триптофану, мають більше, ніж один кодон);

-із трьох нуклеотидів кодона переважне значення мають два перших, третій може варіювати;

-у середньому кожна амінокислота кодується трьома триплетами.

Перенесення генетичної інформації здійснюється:

-від ДНК до ДНК шляхом реплікації,

-від ДНК через мРНК до білка,

-від РНК до ДНК за допомогою процесу зворотної транскрипції.

Несприятливі чинники можуть призводити до структурних змін ДНК і навіть загибелі клітин. Мутації спричиняють значні різноманітні прояви спадкової патології, а в деяких випадках можлива внутрішньоутробна смерть ембріона чи плода. Однак ДНК здатна репарувати (відновлювати) ушкодження у своїй структурі.

Виділяють 4 механизми репарації (відновлення) ДНК:

1. Фотоактивація. В деяких клітинах, наприклад кишкової палички, є фермент, який активується світлом та виправляє пошкодження в ДНК.

2. Ексцизія чотирьохступеневий процес відновлення (одна ниттка ДНК розрізується ферментом (УФ-ендонуклеазою), а фермент ДНК-полімераза видаляє нуклеотиди біля розрізу, включаючи пошкоджені ділянки.

3. ДНК-полімераза замінює видалені нуклеотиди вірними, використовуючи нерозрізану комплементарну нитку як матрицю.

4. SOS-репарація. Дефекти в ДНК інколи можуть бути замінені без урахування компліментарності основ. Це здійснюється при масивних пошкодженнях в ДНК і дозволяє клітині відновити пошкодження та вижити, але збільшує ризик утворення мутацій.

Мутації розділяють на три класи:

1) мутації, що призводять до повної втрати функції (loss-of-function),

2) мутації, що супроводжуються кількісними змінами відповідних мРНК і первинних білкових продуктів,

3) домінантно - негативні мутації, що змінюють властивості білкових субодиниць, які мають пошкоджуючу дію на життєздатність або функціонування експресивних типів клітин (gain-of- function).

Є багато причин мутацій. Деякі виникають спонтанно, в результаті помилок при реплікації та репарації ДНК. Інші індукуються, виникають в результаті дії мутагенів та факторів навколишнього середовища. Існують три типи мутагенів:

-іонізуюча радіація, яка порушує нормальну послідовність основ ДНК, вибиваючи із нех пари основ;

-неіонізуюча радіація (ультрафіолетове опромінення, яке веде до зшивання двох розташованих поряд вимінів в нитки ДНК, що блокує реплікацію ДНК та вимагає її репарації);

-хімічні мутагени (змінюють пари основ).

Формою спадкової мінливості є однонуклеотидний поліморфізм. Саме його існування підтверджує відсутність різниці між спадковою мінливістю, що викликає нормальні варіації, і спадковою мінливістю, яка спричиняє спадкову патологію. Клонування і секвенування геному допомогло встановити, що не всі зміни нуклеотидної послідовності гена спричиняють патологічні ефекти.

При змінах в хромосомах порушується синтез білка, ферментів, гормонів і т.д. Існують генні, або крапкові мутації, які лежать в основі спадкових хвороб обміну речовин (ензимопатії).

Існують також хромосомні і геномні мутації, які характеризуються змінами в хромосомах (структурі або кількості хромосом). Вони складають матеріальну основу хромосомних хвороб.

Пренатальний період розвитку людини поділяють на три головні стадії: преембріональну, ембріональну і плідну (фетальну).

Виділяють критичний період розвитку - це період, протягом якого зародок людини найбільш чутливий до впливу тератогенних факторів: наприкінці 1-го - на початку 2-го тижнів гестації і між 3-м та 6-м тижнями ембріогенезу. Термінаційний тератогенний період - граничний термін в ембріональному формуванні органа, протягом якого пошкоджуючий фактор може викликати в ньому розвиток вади.

Залежно від об’єкта та терміну впливу поражаючих факторів виділяють:

-гаметопатії – результат ураження статевих клітин, що призводить до порушення спадкових структур. До них відносяться всі спадково обумовлені вроджені вади, в основі яких лежать мутації в статевих клітинах батьків хворого.

Бластопатії - результат ураження бластоцитів, тобто зародка людини в період перших 15 днів після запліднення (до завершення диференціювання зародкових листків). Результатом бластопатій є двійникові вади (близнюки, що зрослися), циклопія (наявність одного чи двох очних яблук, в одній орбіті, що розташована по середній лінії обличчя, частина мозаїчних форм хромосомних хвороб – також результат бластопатій;

-ембріопатії – результат впливу тератогенного чинника на ембріон у період з 16 дня до 8-9 тижнів вагітності. До цієї групи відносять діабетичні, алкогольні, медикаментозні ембріопатії, а також вади, зумовлені вірусом краснухи.

-фетопатії- результат ураження плода в період з 9 тижнів до періоду народження. Вади в цей період порівняно нечасто (крипторхізм, відкритий Боталовий проток, пренатальна гіпоплазія якогось органа чи всього плода.

У період органогенезу наявні проміжки, протягом яких вплив тератогенних факторів може викликати порушення правильного формування органів. Чутливість закладок різних органів до дії тератогенних факторів різна. Найбільш рано формуються вади ЦНС (2-6 тижнів) та серця (3-6 тижнів). Практично всі вади розвитку формуються в період до 7-9 тижнів внутрішньоутробного розвитку.

Вроджені вади розвитку, які виникли після закінчення основного періоду органогенезу, проявляються головним чином у вигляді зупинки в розвитку структур органа – гіпоплазії, затримкою переміщення органа (крипторхізм), вторинними змінами (деформації кінцівок при маловодді).

На Празькій конференції (1971) з цитогенетики була узгоджена спеціальна номенклатура опису каріотипу людини. Передусім вказують загальне число хромосом (46, 45, 47 і т.п.), потім набір статевих хромосом (ХХ, ХУ). Після цього записують групу або номер зайвої чи відсутньої хромосоми (+21, -Х), далі вказують структурні зміни в тих чи інших хромосомах (делеція – del, довільна хромосома - der, дуплікація - dup, інcерція (вставка) - ins, інверсія - inv, реципрокна трансформація - rep, робертсонівська транслокація (центричне злиття) - rob, рекомбінантна хромосома - rec, тандемна транслокація - tan, термінальний (кінцевий) - ter, кінець короткого плеча - pter, кінець довгого плеча - qter, розрив без сполучення - :, розрив і з’єднання - ::, від ... до ---, ізохромосома - i, кільцева хромосома - r, транслокація - t.

Приклад: 46,ХХ –каріотип нормальної жінки, 46,ХУ – каріотип нормального чоловіка, 47, ХХУ –каріотип чоловіка із синдромом Клайнфельтера, 47,ХХ,+21- жінка з каріотипом, що включає до себе додаткову 21-шу хромосому, 45, Х0 – каріотип жінки із синдромом Шерешевського-Тернера. 46,Х,і(xq) – каріотип жінки, що має 46 хромосом, одна Х-хромосома пошкоджена і одна ізохромосома зa довгим (q) плечем.

Ознаки, успадкування яких підлягає закономірностям, що встановлені Г.Менделем, називаються менделюючими. Усі мендилюючі ознаки дискретні і контролюються одним геном (моногенні).

Домінантні менделюючі нормальні ознаки людини:

-карі очі,

-великі очі,

-темне волосся,

-колір шкіри смуглий,

-ластовиння є,

-косий розріз очей,

-ніс з горбинкою,

-широка щілина між різцями,

-зуби великі, виступають уперед,

-ямочки на щоках,

-лисина у чоловіків,

-білий локон волосся,

-мочка вуха вільна,

-повні губи,

-краще володіння правою рукою,

-кров резус-позитивна,

-антигени системи АВ0,

-здатність згортати язик трубочкою.

Рецесивні нормальні ознаки успадкування:

-блакитні очі,

-маленькі очі,

-світле волосся,

- колір шкіри білий,

-прямий розріз очей,

-прямий ніс,

-вузька щілина між різцями або її відсутність,

-звичайна форма і розміщення зубів,

-відсутність ямочок на щоках,

-рівномірна пігментація волосся,

-відсутність ластовиння,

-мочка вуха приросла,

-губи тонкі,

-краще володіння лівою рукою,

-кров резус – негативна,

-група крові за системою АВ0 – 0(1)

-нездатність згортати язик трубочкою.

Патологічні ознаки, які успадковуються домінантно:

-карликова хондродистрофія,

-полідактилія, брахідактилія,

-поліпоз товстої кишки,

-еліптоцитоз (еліпсоподібна форма еритроцитів). Менделюючі патологічні ознаки, які успадковуються рецесивно:

-гемофілія,

-дальтонізм (кольорова сліпота),

-альбінізм (відсутність пігментів),

-фенілкетонурія,

-галактоземія,

-фруктозурія.

Усі менделюючі ознаки контролюються одним геном.

Ознаками автосомно-домінантьного типу успадкування є:

-хвороби трапляються у кожному поколінні (вертикальний тип спадковості),

-співвідношення хворих і здорових 1:1, здорові діти хворих батьків народжують здорових дітей,

-співвідношення хворих хлопчиків і дівчаток 1:1, хворі чоловіки і жінки однаково передають хворобу своїм дітям - як хлопчикам, так і дівчаткам,

-чим тяжча хвороба позначається на репродукції, тим більша пропорція спорадичних випадків (нових мутацій),

- гомозиготи народжуються від двох хворих батьків, перебіг хвороби у них важчий, ніж у гетерозигот.

Найбільш поширені хвороби, які успадковуються за аутосомно-домінантним типом: нейрофіброматоз 1-го та 2-го типів, синдроми Марфана, Елерса - Данлоса, ахондроплазія, недосконалий остеогенез, міотонічна дистрофія, хорея Гентінгтона та інші.