Строение и идентификация хромосом
Хромосомы — это органоиды клетки, отвечающие за хранение и передачу наследственной информации. Свое название эти органоиды получили от греческого слова хром, что в переводе означает цвет. Это указывает на интенсивное поглощение хромосомами красителей. Хромосомы можно видеть под микроскопом только в период деления клетки. Наиболее удачное время для наблюдения за хромосомами это стадия метафазы. У большинства организмов хромосомы имеют палочковидную форму. Длина их колеблется от 1 до 30-40 мкм. Схема строения хромосомы показана на рисунке.3.
Рис.3. Схема строения метафазной хромосомы:
1 – морфология, 2 – внутренняя структура хроматиды, видимая при использовании специальных методов ослабления спирализации
Хромосома имеет продолговатые участки - плечи или теломеры, которые разделены центромерой. Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, которая отделяет от хромосомы небольшой участок называемый спутником. По положению центромеры хромосомы разделяют на четыре типа: метацентрики (М), субметацентрики (SM), акроцентрики (А) и телоцентрики (Т). К метацентрикам относят хромосомы, у которых центромера расположена по середине, хромосомы у которых одно плечо значительно длиннее другого, называют субметацентриками. К акроцентрическому типу относят хромосомы, у которых одно плечо длинное, а другое представлено небольшим зачатком. Телоцентрические хромосомы имеют только одно плечо. Точно определить тип хромосомы можно по величине плечевого индекса, который вычисляют путем деления длины длинного плеча но короткое.
Длинное плечо
П.И.= ──────────
Короткое плечо
К метацентрикам относят хромосомы с величиной плечевого индекса 1-1,9, к субметацентрикам - 2-4,9, к акроцентрикам - 5 и более. Для телоцентрических хромосом плечевой индекс не вычисляют, так как они имеют только одно плечо.
Химический анализ хромосом показал, что в их состав входят белки сложного состава типа гистонов и протаминов и ДНК. Причем ДНК в составе хромосом находится в спирализованном состоянии в виде хроматид. При окрашивании хромосом установлено, что они окрашиваются по всей длине не одинаково. Наблюдаются светлые и темные участки. Темноокрашенные участки называют гетерохроматиновыми, а светлоокрашенные – эухроматиновыми. Предполагают, что темноокрашенные участки – это неактивные участки, где ДНК плотно спирализирована.
В настоящее время разработано много методов дифференцированного окрашивания хромосом: G, C, Q, NOR и др. При дифференцированном окрашивании каждая хромосома приобретает свой специфический рисунок - чередование светлых и темных полос, отражающих различную функциональную активность отдельных ее участков.
В соматических клетках всех организмов содержится двойной или диплоидный (2n) набор хромосом. Половые же клетки имеют одинарный или гаплоидный (n) набор хромосом. Одинарный набор хромосом называется геномом.
Набор хромосом соматических клеток, свойственный данному виду организмов, называют кариотипом. Причем кариотип характеризуется не только числом хромосом, но их формой и размером, наличием полос при дифференцированном окрашивании и другими признаками.
Среди всех хромосом различают пары аутосом, одинаковых для мужских и женских особей, и одну пару половых хромосом, различающуюся у мужских и женских организмов. Половые хромосомы женских особей млекопитающих одинаковы, и их обозначают буквами ХХ, а мужские особи имеют разные хромосомы - ХY.
Кариотипы человека и других организмов
Человек 46 Кошка 38
Шимпанзе 48 Осел 62
Крупный рогатый скот 60 Бизон 60
Лошадь 64 Кабан дикий 36
Свинья 38 Куры 78 (77)
Овца 54 Гуси 82 (81)
Кролик 44 Пчелы 32 (16)
Собака 78 Дрозофила 8
ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ. Изучить хромосомный набор человека, используя фотографии кариотипов, вырезать и идентифицировать все хромосомы, измерить длину их плеч и вычислить плечевой индекс, определить тип всех хромосом и пол организма.
Получив фотографию кариотипа, определяют число хромосом. Для удобства подсчета внутри плеч хромосомы ставят точку. Если на фотографии 46 хромосом, то это кариотип здорового человека. Если 45 или 47 хромосом, то это геномные мутации. Среди этих мутаций наиболее часто встречаются:
1. синдром Дауна (трисомия по 21 паре хромосом);
2. синдром Клайнфельтера (нарушения в группе половых хромосом ХХY);
3. синдром Тернера (моносомия по половым хромосомам ХО).
Далее определяют пол организма. Если среди хромосом обнаруживают две одинаковые хромосомы ХХ, то этот кариотип принадлежит женскому организму, если ХY, то мужскому.
Идентификацию хромосом проводят по следующим критериям:
- по размеру (каждой хромосоме присвоен номер в соответствии с ее размером. Самая крупная хромосома 1-я, а далее номер хромосом присваивается в соответствии с уменьшением их размера);
- по положению центромеры (для этого вычисляется плечевой индекс и определяется тип хромосомы);
- по расположению полос при дифференцированном окрашивании.
Для проведения идентификации каждую хромосому вырезают, сравнивая с кариограммой (стандартный набор) определяют ее номер и наклеивают в тетрадь. После идентификации всех хромосом измеряют их плечи, вычисляют плечевые индексы и делают заключение об изучаемом кариотипе.
Рис.4. Гаплоидный набор дифференцированно окрашенных хромосом человека