1. История развития цитогенетики.

Впервые митотические хромосомы (хромосомы в период метафазы митоза) человека были описаны в работах Дж. Арнольда (1879) и В. Флемминга (1882). В дальнейшем многие ученные в разных странах мира изучат структуры клеточного ядра. Однако только в 1956 году Джо Хин Тио н Альберт Леван установили, что в клетках человека содержится 46 хромосом, а не 48 как думали раньше. На международной конференции в 1960 году в городе Денвер США была разработана первая классификация хромосом человека. В 1971 году на IV Парижской конференции генетиков были представлены для обсуждения методы дифференциальной окраски хромосом. В 70- е годы XX в.в. бал создан международный комитет, который вносит поправки в существующую номенклатуру хромосом по рекомендациям Всемирных конгрессов генетиков. С 1995 года во веем мире используется международная система цитогенетической номенклатуры человека (ISCN).

2. Структурная организации хромосом.

Хромосома – это молекула ДНК покрытая специфическим белком определенной формы в пространстве. Хромосомы формируются из хроматина интерфазного ядра клетки. Хрома тин – это молекула ДНК покрытая специфическим белком нитевидной формы в пространстве. Хромосомы выполняют важную функцию хранят, передают и воспроизводят генетическую информацию организма.

Общая структурная организации хромосом традиционна. Они лучше всего видна после окрашивания хромосом во время деления клетки на стадии метафазы митоза. При этом хромосома состоит из двух сестринских хроматид (одинаковый набор генов и их последовательности). Хроматида – это молекула ДНК покрытая специфическим белком палочковидной формы. Хроматиды соединены между собой первичной перетяжкой (центромера). Центромера – это общая часть двух хроматид. Центромера делит хромосому на дна плеча: верхнее плечо или короткое (р) н нижнее или длинное плечо (q)

Плечи могут быть разной длины в зависимости от расположения центромеры. Функции центромеры:

1. Соединяет две сестринские хрома гиды.

2. Является местом прикрепления хромосомы к нитям веретена деления

3. Регулирует процесс синхронного и одновременного деления всех хромосом на две хроматиды.

4. Направляет движение хроматид к полюсам клетки на стадии анафазы. Концевые участки хромосом называют теломерами. Два верхних конца хромосомы называют верхней теломерой, а два нижних конца хромосомы нижней теломерой.

Функции теломер:

1. Препятствует слипанию концов хромосом после редупликации (удвоение).

2. Помогают завершить процесс редупликации полностью.

3. Сохраняют целостность хромосом.

4. Являются местом прикрепления хромосом к внутренней ядерной мембране, поэтому каждая хромосома занимает строго определённое место в ядре.

В норме во время клеточного деления происходит уменьшение теломер, т.е. уменьшение количества нуклеотидов в них. Однако они каждый раз достраиваются с помощью специального фермента, который называется теломераза. Установлено, что уменьшение активности этого фермента приводит к укорачиванию теломер и как следствие к гибели клеток, а в норме этот процесс сопровождает старение.

Некоторые хромосомы имеют дополнительные перетяжки, которые называются вторичными. Вторичная перетяжка располагается близко к концу хромосомы и отделяемый ею небольшой участок хромосомы называется спутником. Спутник - это небольшой участок хромосомы отделённый вторичной перетяжкой. Форма и размер спутника постоянны для каждой хромосомы. Вторичную перетяжку имеют все акроцентрические хромосомы, кроме мужской половой У - хромосомы. Вторичная перетяжка иногда бывает и у аутосомной пары хромосом №9, она располагается около центромеры в длинном плече.

Современные методы дифференциальной окраски хромосом, благодаря которым каждая хромосома приобретаем свой неповторимый рисунок из светлых и тёмных полос, позволяют идентифицировать все пары хромосом, и в некоторых случаях отличить хромосомы внутри одной пары Поперечные полоски, появляющиеся после дифференциальной окраски, называют сегментами. Расположение и количество сегментов по длине хромосом разное. В среднем на одну хромосому приходится до 50 полос, а в гаплоидном наборе хромосом от 800 до 1000. В настоящее время разработана стилизованная форма идеальною кариотипа с типичным рисунком полос на каждой хромосоме. Такая форма называется идеограмма. Для удобства описания кариотипа предложена специальная система обозначений: р-короткое плечо или верхнее, q- длинное плечо или нижнее, cen - центромера. Каждое плечо делится на области, причём счёт идёт от центромеры. Каждую область делят на сегменты. Счёт также начинается от центромеры.

Для нормального развития организма необходим полный набор хромосом

В ядре каждой соматической клетки организма человека содержится 46 хромосом. Набор хромосом каждого человека как, нормальный так и патологический, называется кариотипом Кариотип - это набор хромосом в диплоидном ядре клетки. Кариотип будущего организма формируется в процессе оплодотворения (слияние ядер яйцеклетки и сперматозоида). При этом объединяются гаплоидные наборы хромосом яйцеклетки и сперматозоида. Гаплоидный набор (обозначается n) – это одинарный иди половинчатый набор хромосом, находится в ядрах половых клеток. Диплоидный набор (обозначается 2n) это полный набор хромосом, содержится и ядрах соматических клеток. Кариотип - по генетический паспорт любого вида живых организмов. Например, у человека 2n= 46. n= 23. у плодовой мушки дрозофилы 2n= 8, n= 4.

Наследственная информация организма строго упорядочена по отдельным хромосомам. У человека и кариотипе 24 вида хромосом. Из 46 хромосом или 23 пары. 44 хромосомы или 22 пары называются аутосомными т.е. 22 вида, а последняя пара называется половыми хромосомами X хромосома женская - это 23й вил, а У хромосома мужская – это 24-й вид. Половые хромосомы т.е. 23-я пара у женщин состоит из двух X хромосом. а у мужчин одной X и одной У, помочу женский кариотип записывается 46 XX. а мужской 46 ХУ Во всех парах хромосом как аутосомных, так и половых одна из хромосом получена от матери, а вторая от отца. Хромосомы одной пары называются гомологами, или гомологичными хромосомами.

Гомологичные хромосомы - это хромосомы, имеющие одинаковый набор генов и одинаковую их последовательность.

Негомологичные хромосомы - это хромосомы, имеющие разный набор генов и разную и их последовательность.

Классификация хромосом:

Впервые деление кариотипа на типы и группы было проведено в 1960 г на конференции в городе Денвер Первая классификация учитывала размеры хромосом, положение центромеры (первичная перетяжка) и наличие спутников.

I.) В соответствии с расположением центромеры вес хромосомы разделили на 3 типа метацентрические, субметацентрические, акроцентрические.

1. Первый тип метацентрические - это хромосомы у которых центромера расположена в центре, поэтому верхнее плечо и нижнее плечо равны (p=q)

2. Второй тип субметацентрические - это хромосомы у которых центромера немного сдвинута от центра к верхнему концу, поэтому верхнее плечо короче чем нижнее плечо (p<q).

3. Третий тип акроцентрические но хромосомы у которых центромера сильно сдвинута от центра к верхнему концу т.е. находится на краю хромосомы, поэтому верхнего плеча визуально не видно (р=0).

II.) В соответствии с размером хромосом все аутосомы разделили на 7 групп. Каждой паре аутосомных хромосом был присвоен порядковый номер от 1-22 в порядке убывания их размеров и буквенное наименование латинскими буквами. Самые длинные хромосомы у 1- ой пары, а самые короткие у 21- ой и 22-ой пар, и так же у У хромосомы.

№ п/п	Буквенное наименование групп	Размер и тип хромосом	Номер пар хромосом
1	A	Крупные метацентрические	1-3
2	B	Крупные субматацентрические	4-5
3	C	Средине субматацентрические	6- 12 и X
4	D	(Средине акроцентрические	13-15
5	E	Маленькие субматацентрические	16-18
6	F	Маленькие метацентрические	19-20
7	G	Маленькие акроцентрические	21-22 и У

III.) По наличию спутников хромосомы раздели на 2 группы. Одна группа хромосом имеет спутники, а другая нет. У человека спутнки имеют только пять пар хромосом : 13, 14, 15, 21, 22 пары. Все остальные спутников не имеют. Мужская половая У хромосома является акроцентрической. Она схожа но строению с хромосомами групп D (13,14,15) и G (21,22), но не имеет спутников. Длина короткого плеча У - хромосомы изменчива, индивидуальна и наследуется по мужской линии т.е. от отца к сыну.

Механизмы компактизации молекул ДНК и хромосомах.

В течение жизненного цикла клетки хромосомы подвергаются определенным изменениям. В периоде покоя они составляют хроматин клеточною ядра. В таком состоянии хроматин активно участвует в жизнедеятельности клетки, обеспечивая образование белков и молекул РНК. В S-синтетическом периоде интерфазы происходит удвоение всех хромосом. Это необходимо для того, чтобы в результате деления дочерние клетки получили такой же набор хромосом, какой имела материнская к клетка. Во время деления нити хроматина сильно спирализуются, закручиваются и утолщаются, формируя видимые в световой микроскоп хромосомы. Именно поэтому основные сведения о хромосомах были получены во время митоза. Смысл механизмов компактизации в том чтобы молекула ДНК поместилось в хромосоме.

Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Длина молекулы ДНК может быть ратной, от нескольких сотен микрометров до нескольких сантиметров. У человека самая большая хромосома – первая, длина ДНК=7 см Общая длина всех молекул ДНК и 46 хромосомах = 170 см. Молекула ДНК плотно упакована в хромосомах, благодаря гистоновым белкам, которые располагаются по всей длине молекулы ДНК в виде блоков и негистоновым белкам.

Существует 5 механизмов (уровней) компактизации (упаковка или укорачивание) молекулы ДНК:

1. Нитевидная молекула ДНК наматывается на гистоновую (белковую) основу, образуя нуклеосому). В одну нуклеосому (в один блок) входит 8 белков гистонов или 140-150 нуклеотидов. Затем следует нить ДНК несвязанная с белками. «голая» ДНК, из 20-60 нуклеотидов, которая отделяет нуклеосомы друг от трута. С этого момента молекула ДНК называется хроматином. Общий вид хроматина можно сравнить с бусами на ниточке. Первый мехами дает 60-70% компактизации молекулы ДНК.

2. Цепочка из нуклеосом формирует спирально закрученный соленоид. Каждый виток соленоида состоит из 6 нуклеосом. Второй механизм дает 30-40% компактизации молекулы ДНК. На двух уровнях компактизации хроматин (молекула ДНК) является активным и называется эухроматин, т.е. происходят процессы транскрипции и синтеза всех видов РНК.

3. В свою очередь соленоид организован в хроматиновые петли. Каждая хроматиновая петля содержит примерно 100 000 пар нуклеотидов. В результате такой сложной упаковки исходная длина молекулы ДНК уменьшается в 10 000 раз.

4. Дальнейшая упаковка хроматина (молекулы ДНК) ведет к переходу его и неактивное состояние, за счет негистоновых белков. Неактивный хроматин называется – гетерохраматин. Из хроматиновых петель формируются группы петель.

5. Спирализация групп петель приводит к образованию фибрилл, которые натыкаются хромомерами. Предполагается, что вдоль хромосомы расположено большое количество хромомер, соединенных между собой в еденную структуру. Каждая пара хромосом имеет свой хромомерный рисунок, который выявляется с помощью специальных методов окрашивания.

Зарисовать схему компактизации молекулы ДНК.

Нитевидная ДНК - Нуклеосома - Соленоид - Хроматиновые петли - Группа петель - Фибриллы или хромомеры.