Добавил:
Sekretar
kiopkiopkiop18@yandex.ru
t.me/Prokururor I Вовсе не секретарь, но почту проверяю
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Ординатура / Хирургия / Библиотека им академика М.И. Перельмана / Книга_61_библиотеки_им_акад_М_И_Перельмана
.pdf
Гомологічні хромосоми забарвлюються ідентично, крім поліморфних
районів, де локалізуються різні алельні варіанти генів.
Алельний поліморфізм з’явився стосовно багатьох генів і
зустрічається у більшості популяцій.
Рис. 3.3. Метафазна пластинка
з хромосом, зафарбованих диференційним способом
Варіанти диференційного фарбування хромосом:
1. Q-фарбування – фарбування за Касперссоном акрихін-іпритом з
дослідженням під флуоресцентним мікроскопом. Найчастіше
застосовується для дослідження Y-хромосом.
2. G-фарбування – модифіковане фарбування за Романовським-Гімзе.
Чутливість вища, ніж у Q-фарбування, тому використовується як
стандартний метод цитогенетичного аналізу. Застосовується при
виявленні невеликих абераці
й та маркерних хромосом (сегментованих
інакше, ніж нормальні гомологічні хромосоми).
3. R-фарбування – використовується акридиновий помаранчевий і
подібні барвники, при цьому фарбуються ділянки хромосом,
нечутливі до G-фарбування.
4. C-фарбування – застосовується для аналізу центромірних районів
хромосом, що містять конститутивний гетерохроматин.
5. T-фарбування – застосовують для аналізу теломерних районів
хромосом.
Денверська класифікація хромосом людини (1960)
Група А (1-3) – три пари найбільших хромосом: дві мет
ацентричні та
1 субметацентрична.
Група В – (4-5) – дві пари довгих субметацентричних хромосом.
Група С (6-12) – 7 пар субметацентричних аутосом середнього
розміру та Х-хромосоми.
Група D (13-15) – три пари середніх акроцентричних хромосом.
Група E (16-18) – три пари метацентричних та субметацентричних
хромосом.
Група F (19-20) – дві пари невеликих метацентричних хромосом.
31
https://t.me/medicina_free
Група G (21-22 та Y) – дві пари дрібних акроцентричних хромосом та
Y-хромосома.
Рис. 3.4. Каріограма хромосом людини
у відповідності з Денверською та Паризькою класифікаціями
4. Флуоресцентна гібридизація in situ (Fluorescence in situ
hybridization, FISH) Флуоресцентна гібридизація in situ, або метод FISH –
цитогенетичний метод, який застосовують для детекції та визначення
положення специфічної послідовності ДНК на метафазних хромосомах або
інтерфазних ядрах in situ.
При флуоресцентній гібридизації in situ використовують ДНК-зонди
(ДНК-проби), що зв’язуються з комплементарними мі
шенями у зразку. До
складу ДНК-зондів входять нуклеозиди, мічені флюорофорами (пряме
мічення) або коньюгатами, як біотин або диоксигенін (непряме мічення).
Рис. 3.5. Метафазна пластинка із флуоресцентною гібридизацією
5. Кольорова FISH – спектральне каріотипування, що полягає в
зафарбуванні хромосом набором флуоресцентних барвників, які
зв'язуються зі специфічними областями хромосом.
32
https://t.me/medicina_free
В результаті такого зафарбування гомологічних пар хромосом
виявляються ідентичні спектральні характеристики, що істотно полег-
шують виявлення цих пар і виявляють міжхромосомні транслокації, тобто
переміщені ділянки між хромосомами. Оскільки транслоковані ділянки
мають спектр, що відрізняються від спектру іншої хромосоми.
Рис. 3.6. Метафазна пластинка із кольоровим FISH
6. MultiColor Banding – багатоколірне диференційне
зафарбування
Цитофотометрія – метод кількісного аналізу вмісту клітин, засно-
ваний або на визначенні спектральних властивостей досліджуваних ком-
понентів (мікроспектрофотометрія, принципи розроблені Т. Касперссоном
у 1936), або на вимірі кількості зв’язуючого певний барвник матеріалу
(цитофотометрія ДНК із забарвленням за Фельгеном).
Рис. 3.7. Багатоколірне диференційне зафарбування,
препарат чоловіка, 47, ХХУ
3.2. Клітина – матеріальна основа спадковості
Клітина є основним структурним елементом рослинних і тваринних
організмів, вона забезпечує їхнє відтворення, розвиток і життєдіяльність.
33
https://t.me/medicina_free
Одні клітини існують як самостійні елементарні біологічні системи,
це одноклітинні організми – протозої, або найпростіші, до яких
відносяться інфузорії, джгутикові, споровики, мікроспоридії. Більшість
найпростіших живе у водоймах, беруть участь в їх самоочищенні і є досить
хорошим кормом для риб.
Інша група клітин існує у складі багатоклітинного організму, у якому
забезпечує сукупність взаємодій між клітиною, тканинами і органами за
участю системних регуляторних механізмів, зокре
ма нейрогуморальної
регуляції.
Усі клітини побудовані за єдиною структурою і поділяються залежно
від наявності у них ядра на еукаріотичні та прокаріотичні.
Еукаріоти (від грецького εΰ – добре, цілком і κάρυον – горіх, ядро) –
це одноклітинні та багатоклітинні рослинні та тваринні організми, у
клітинах яких сфор
моване ядро.
Прокаріоти (πρό – попереду, раніше і κάρυον – горіх, ядро) – це
доядерні організми, які на відміну від еукаріотів, не мають типово
сформованого ядра і ядерної мембрани.
Розміри клітин дуже різноманітні, від декількох часток мікрометрів до
декількох десятків сантиметрів (жовток яйця птиці). Незалежно від типу
всі клітини мають генетичний вміст, який за
безпечує реалізацію усіх
метаболічних (обмінних) процесів та термін їх існування. В еукаріотичних
клітинах генетична інформація окрім ядра розміщується і в окремих
включеннях плазми – мітохондріях, пластидах, плазмідах тощо. Будова
клітин різних видів організмів подібна, а їх функція залежить від
генетичної інформації.
Отже, сформулюємо основні цитогенетичні положення спадковості:
який би складний організм не був, він складається з клітин;
всі обмінні (метаболічні) процеси відбуваються у клітині;
всі обмінні процеси проходять під контролем генів.
Будова клітини. Тіло високорозвинених організмів складається із
мікроскопічних клітин, які не зважаючи на маленькі розміри мають
надзвичайно складну будову.
Підраховано, що людське тіло складається приблизно з 250 триліонів
клітин. Мозок має приблизно 3 триліони клітин, ця кількі
сть після
народження не змінюється.
Термін "клітина" запропонував у 1665 році відомий англійський
дослідник Р. Гук.
Більшість клітин складається із двох основних частин – цитоплазми і
ядра. Поверхня клітини вкрита оболонкою, клітинною мембраною, яка є
своєрідним каркасом і зберігає форму клітини. Через мембрану до клітини
потрапляють і виді
ляються з неї розчинні поживні речовини.
Ядро – це сферичне тіло, розташоване майже у центрі клітини. Ядро є
своєрідним серцем і мозком клітини, оскільки воно несе генетичний
матеріал, який керує синтезом речовин, необхідних для здійснення
функцій клітини і організму та для відтворення виду.
34
https://t.me/medicina_free
Рис. 3.8. Види клітин у тварин:
епітеліальні, м’язеві, сполучної тканини, нервові
Внутрішній склад ядра становить каріолімфа (ядерний сік). У
каріолімфі знаходяться одне або кілька ядерець, а також значна кількість
молекул ДНК. У процесі мітотичного поділу клітини, нуклеопротеїди
спіралізуються і переходять у хромосоми.
Хромосоми (від грецького χρώμα – колір, забарвлення та σώμα – тіло)
– це структури клітинного ядра, які забезп
ечують передачу спадкової
інформації від клітини до клітини та від покоління до покоління. Вони
утворюють хромосомний набір (каріотип). Кожний організм має чітко
визначений за формою, розмірами і кількістю набір хромосом, який є ніби
візитівкою організму. Ядерце, як і цитоплазма, утворене в основному з
рибон
уклеїнових кислот та специфічних білків. Воно є центром синтезу і
організації рибонуклеопротеїдів. Під час поділу ядра ядерця зникають і
з’являються лише на стадії телофази.
Хромосоми мають продовгувату форму з розміщеною у тій чи іншій
ділянці перетинкою – центромерою. Центромери разом з центріолями є
апаратом поділу клітини.
У клітинах більшості органел хромосоми можна бачити лише під ча
с
клітинного поділу. При завершенні мітозу вони починають витягуватись і
стають тонкими.
Цитоплазма (від грецького ηύτος – клітина і πλάσμα – виділене,
утворене) є основою клітини. У ній знаходяться і функціонують більшість
клітинних органел, які забезпечують життя клітини. Такі органели як
апарат Гольджі, рибосоми, мітохондрії і лізосоми, мають чітко визначен
і
функції, важливі для життєдіяльності клітини і всього організму.
Ендоплазаматична сітка виявлена за допомогою електронного
мікроскопу у 1945 році Портером на дуже тонких протоплазматичних
пластинках фібробластів. У деяких місцях до цієї сітки були прикріплені
зерна Палада (рибосоми). Під світловим мікроскопом скупчення порожнин
з рибосомами (відповідає гранулярній ендоплазматичній сітці) надає
35
https://t.me/medicina_free
цитоплазмі клітині базофілії. У нейронах вона отримала назву тигроїд або
субстанція Ніссля.
Ендоплазматична сітка в цитоплазмі утворює численні сплетіння, що
представлені цистернами та канальцями, біля яких є пухирці. Вона бере
участь у формуванні ядерної мембрани і апарату Гольджі. Функція сітки
(ретикулума) різноманітна: жорстка ендоплазматична сітка – це місце
білкового синтезу, тоді як гл
адка ЕС відіграє роль у синтезі вуглеводів, в
тому числі глікогену, синтезі та метаболізмі стероїдів і детоксикації отрут,
які необхідно нейтралізувати. Вона також має відношення до регуляції
вмісту кальцію.
Апарат Гольджі є у всіх клітинах, які мають протоплазму, і являє
собою багатоярусну систему плоских мембранних мішечків. По периферії
ці мішечки потовщуються й утворюють міхурчасті відгалуження. До
складу апарату Гол
ьджі обов’язково входить система дрібних міхурців
(везикул). Цей органоїд вперше спостерігав італійський гістолог Камілло
Гольджі. Дослідженнями встановлено, що апарат Гольджі є первинним
місцем синтезу молекул вуглеводів, які виконують важливі функції в
організмі. Доведено, що білок, який синтезований із амінокислот у
рибосомах, рухається до апарату Гольджі, де си
нтезовані із простих цукрів
вуглеводи приєднуються до білкової молекули. Таким чином завершальна
стадія синтезу білків, їх пакування та сортування відбувається саме у
апараті Гольджі. Існує думка, що цей апарат в окремих клітинах є
джерелом таких клітинних структур, як лізосоми.
Лізосоми (від грецького λύσις – розв’язування, розщеплення і σώμα –
тіло) є дрібними мембранни
ми порожнистими кульками. Їх особливість –
інтенсивне нагромадження гідролітичних ферментів, що виконують роль
внутрішньоклітинного травлення (гетерофогію). Лізосоми також
забезпечують розщеплення речовин поза клітиною (аутофогію).
Рибосоми (від рибо (за) і грецького σώμα – тіло) – це мембранні
клітинні органоїди, що виконують біосинтез білка. Їх максимальна
кількість знаходиться там, де відбувається синтез білка. Рибосоми
відіграють виключно важли
ву роль в експресії генів. В бактеріальній
клітині міститься близько 1000 рибосом, а в еукаріотичній – в десятки
разів більше. Рибосома складається з двох субодиниць.
Мітохондрії (від грецького μίτος – нитка і χονδριον – крихта) –
органели, які забезпечують енергетичні потреби клітини. Це відбувається
за рахунок перетворення ен
ергії хімічного зв’язку поживних речовин у
макроенергетичні зв’язки у вигляді аденозинтрифосфорної кислоти (АТР).
У мітохондріях відбувається ферментативне розщеплення вуглеводів,
жирних амінокислот із звільненням енергії і перетворення у АТР. Вони
мають вигляд паличок, кульок, маленьких лінз, ниток розміром 0,2-7,0
мкм. Тіло мітохондрії складається з подвійної мембранної оболонки. Її
внутрішня частина утворює велику кі
лькість складок, перегородок, трубок,
гребенів.
36
https://t.me/medicina_free
Мітохондрії мають нуклеїнові кислоти ДНК і РНК та загалом
генетичний апарат, який синтезує власні білки.
Мітохондрії є в усіх типах клітин, які мають ядро, за винятком
бактерій та синьо-зелених водоростей. Найбільша кількість мітохондрій
спостерігається у нервових клітинах. У кожнiй соматичнiй клiтинi
еукаріотів є близько 1000 мiтоxондрiй (5% вiд загальної кiлько
стi ДНК у
клiтинi). ДНК мiтоxондрiй транскрибується напiвавтономно вiд
xромосомальної ДНК. Крiм особливостей, викладениx вище, мiтоxонд-
рiальна ДНК (мтДНК) успадковується моногенно i за материнським типом.
Частка батькiвської мтДНК у заплiдненiй яйцеклiтинi становить 4-5
мiтоxондрiй, тодi як М-мтД
НК (материнська) – у п ятсот разiв переважає за
чисельністю. МтДНК не комбiнується в мейозi, її змiни вiдбуваються за
раxунок мутацiй, вона не має iнтронiв. Мутацiї мтДНК, успадковуючись
теж лише за материнською лiнiєю, зумовлюють жiночу сxильнiсть до
зниженого вiдтворення та окремиx патологiй постембрiон
ального
розвитку.
Центріолі є парною органелою циліндричної форми. Стінка
центріольного циліндра побудована з дев’яти триплетів мікротрубочок.
Кожен триплет розміщений під кутом 40° й складаеться з трьох
мікротрубочок які позначаються літерами А (містить 13 протофібрил), В
(прилягає до А, складається з 11 власн
их протофібрил і ще 2 протофібрили
в неї спільні з А), С (прилягає до В, складається з 11 протофібрил і спільні
з В). Центріолі беруть участь у формуванні цитоплазматичних
мікротрубочок під час поділу клітини, і в регуляції утворення мітотичного
веретена. У клітинах вищих рослин і більшості грибів центріолей немає, і
мітотичне верет
ено утворюється там іншим способом. На G0- та G1-
стадіях інтерфази в клітині знаходиться дві центріолі: материнська та
дочірня. Таку пару центріолей називають диплосомою або клітинним
центром. Ці дві центріолі розміщені під прямим кутом одна до одної. При
цьому дочірня центріоля повернута до материнської центріолі своїм
проксимальним кінцем. На материнській центріолі знаходяться сат
еліти,
від яких відходять мікротрубочки. На дочірній центріолі сателітів та інших
додаткових структур немає, вона є "голою". На S-стадії інтерфази
центріолі подвоюються. Для цього материнська й дочірня центріолі
розходяться. Перпендикулярно до кожної з них закладаються нові
центріолі. По закінченню S-фази і протягом всієї G2-фази в клітині
присутні 4 центріолі, при цьому лише на одній з них (на
йстаршій)
розміщені сателіти, інші три центріолі – "голі". На початку мітозу сателіти
з найстаршої центріолі зникають, мікротрубочки в цитоплазмі
розбираються. Одна пара центріолей (диплосома) відходить до одного
полюса клітини, а інша – до протилежного. Навколо материнської
центріолі в кожній диплосомі утворюється фібрилярне гало, від якого
формуються мікротрубочки веретена поділу. Дочірні ц
ентріолі в складі
кожної диплосоми залишаються "голими". Після цитотомії (поділу
цитоплазми) в складі кожної з двох новоутворених клітин залишається по
37
https://t.me/medicina_free
диплосомі По закінченні мітозу мікротрубочки веретена поділу
розбираються, на материнській центріолі зникає фібрилярне гало і
формуються сателіти. Від сателітів починається утворення мікротрубочок,
що функціонуватимуть в інтерфазі. Настає новий G1-період.
Рис. 3.9. Апоптоз – запрограмована клітинна смерть, характерно
утворення дискретних тіл (опадаючих пелюсток)
3.3. Каріотип. Рівні компактизації хромосом
Каріотип (від грецького κάρίον – горіх, ядро і τύπος – відбиток, тип) –
це набір хромосом у соматичній клітині, який є типовим для даної групи
тварин або рослин за кількістю, формою і величиною. Поняття "каріотип"
запровадив у 1924 році В.А. Левитський. Надалі у 1934 А. Сікото та у 1952
році Ботольє запропонували символіку каріотипів та їхню класифікацію.
Каріотип характеризується на
явністю пар гомологічних (однакових)
хромосом. Гомологи (від грецького δμολογία – відповідність, подібність) –
це хромосоми, що мають однакову структуру, морфологію і розміри, але
мають різне походження (одна – материнська, а друга – батьківська).
Хромосоми із різних пар називаються негомологічними хромосомами.
Характерною особливістю еволюції каріотипів є незалежна від
еволюційного рівня тварин або рослин кількі
сть хромосом. Наприклад, у
людини 46 хромосом, а у річкового рака – 116. Це пояснює те, що не
кількість хромосом, а якісні особливості генетичної інформації, записані в
молекулі ДНК, визначають розвиток і властивості індивідуума та виду.
Кількість хромосом у деяких видів тварин: велика рогата худоба – 60, коні –
64, свиня – 38, вівця – 54 (див. Додаток 1).
Серед усіх хромосом каріотипу розрізняють пари аутосом, які є
однаковими як для чоловічих, так і для жіночих особин, і одну пару
стат
евих хромосом, які розрізняються залежно від статі. Статеві
хромосоми жіночих особин ссавців позначають буквами ХХ і чоловічих
особин – ХY, тому жіночу стать називають гомогаметною, чоловічу –
гетерогаметною. У птиці, навпаки, жіноча ст
ать гетерогаметна (статеві
хромосоми – ZW), чоловіча – гомогаметна (ZZ).
38
https://t.me/medicina_free
Морфофункціональна організація хромосом здійснюється упродовж
різних фаз циклічного поділу клітини, під час яких структура хромосом
залежить від ролі, яку в певний період клітинного циклу повинна
виконувати генетична інформація. Стан функціональної активності
генетичної інформації контролюється шляхом спіралізації і деспіралізації
хромосом (див. рис. 3.10).
В хроматині еукаріотів суттєва кількість білка асоційована з
хромосомною ДНК в усі фази клітинного циклу. Ці ДНК-зв’язуючі білки
розподіля
ються на два класи: позитивно заряджені гістони та позитивно
заряджені негістонові білки. Гістонові білки відіграють важливу роль в
організації структури еукаріотичних хромосом. В молекулах гістонів
міститься велика кількість позитивно заряджених амінокислот – лізину та
аргініну, що дозволяє молекулам цих білків притягувати негативно
заряджені фосфатні групи нуклеотидів.
Наявна модель структури хроматину базується на припущенні про те,
що хроматинові нитки, які складаються з ДН
К та зв’язаних з нею білків,
піддаються скручуванню та складанню. Хроматин організований у вигляді
повторюваних структур – нуклеосом, які складаються з октамера
гістонових білків, асоційованих з послідовностями ДНК.
Рис. 3.10. Схема компактизації хромосом
Таким чином утворена структура компактно розміщується всередині
клітинного ядра. Дослідження за допомогою рентгенівської дифракції
підтвердило, що гістони відіграють важливу роль в структурі хроматину.
Якщо гістонові молекули хімічним шляхом видалити з хроматину, то
39
https://t.me/medicina_free
регулярність дифракційних кілець в структурі хроматину зникне.
Виділяють п’ять груп гістонів: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.
Спіралізація (компактизація) – це процес вкорочення й ущільнення
хромосом, що передує поділу клітини (мітозу й мейозу). Спіралізація
полегшує впорядковане розходження хромосом між дочірніми клітинами.
Тому максимальна спіралізація відбувається у метафазі, де здійснюється
розподіл хромосом по дочірніх клітинах.
Деспіралі
зація (декомпактизація) – це процес розкручування хрома-
тид під час завершення поділу клітин (мітозу або мейозу). Максимальну
деспіралізацію спостерігають у період найвищої синтетичної діяльності
хромосом – інтерфазі. У цей період відбувається реплікація (тобто,
відновлення) хромосом і реалізація записаної в них генетичної інформації.
У середині 1970-х років було встановлено, що нитки хроматину
містят
ь періодично повторювані один за одним сферичні намистинки, які
розміщуючись вздовж осі хроматинового ланцюга нагадують бусинки,
нанизані на нитку. Ці частинки називають нуклеосомами. Джон Фінч та
Арон Клаг з колегами у 1984 році запропонували детальнішу модель
нуклеосоми. Згідно цієї моделі, 146 пар нуклеотидів (п.н.) ДНК закручені у
вигляді лівосторон
ньої суперспіралі навколо гістонового октамера.
Маючи уяву про структуру нуклеосоми можна уявити як формуються
хроматинові нитки всередині ядра та як утворюються мітотичні хромосоми
(рис. 3.10). Молекули ДНК довжиною 2 нм спочатку накручується на
нуклеосому, діаметром 11 нм. Формування нуклеосоми є першим рівнем
компактизації (спіралізації) хромосом, коли розмір спіралі ДНК
зменшується приблизно на 1/3 первинної довжини.
На другому ет
апі компактизації замість нуклеосом утворюється
фібрила діаметром 30 нм. Ця структура була названа соленоїдом. Він
складається з кількох нуклеосом, скручених тісно одна з одною. Гранули
діаметром 30 нм можна визначити за допомогою електронного мікроскопа.
Перш ніж утворюються мітотичні хромосоми відбувається третій
петлевий етап компактизації хроматину. Фібрили діаметром 30 нм
(соленоїди) формують серію петлевих доменів, які ко
мпактизуються в
хроматинову структуру, діаметром 300 нм.
На наступному рівні компактизації петлі діаметром 300 нм
закручуються, компактизуються у вигляді розеток, утворюючи плечі
хроматид, які складають хромосому. Діаметр хроматиди дорівнює
приблизно 700 нм, варіюючи у різних організмів, а пари сестринських
хроматид у складі хромосоми складає близько 1400 нм.
Таким чином існує 5 рівнів спіралізац
ії (компактизації) хромосом:
1. Нуклеосомний – утворюється в результаті взаємодії чотирьох класів
основних білків – гістонів: Н1А, Н2В, Н3, Н4;
2. Соленоїдний;
3. Петлевий;
4. Розеточний;
5. Метафазна хромосома – ДНК вкорочується ще в 4 рази.
40
https://t.me/medicina_free
Соседние файлы в папке Библиотека им академика М.И. Перельмана