5. Хромосомы, их форма, строение, химический состав, биологическая роль. Строение и функции интерфазных и метафазных хромосом.

Хромосо́мы— нуклеопротеидныеструктуры вядреэукариотическойклетки, в которых сосредоточена большая частьнаследственной информациии которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид). Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.

Участки хромосомы

Рис.1.Строениенормальнойхромосомы. А — внешний вид; Б — внутреннее строение:

1—первичная перетяжка; 2 — вторичная перетяжка;

3 —спутник; 4 — центромера.

Центромера (первичная перетяжка) это место соединения двух хроматид; к центромере присоединяются нити веретена деления. По сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы. В зависимости от места расположения центромеры хромосомы делят на равноплечие (метацентрические), неравноплечие (субметацентрические), палочковидные (акроцентрические) – имеется только одно плечо.

Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК, имеется у одной – двух хромосом в геноме.

Теломеры – концевые участки хромосом, содержащие до 10 тысяч пар нуклеотидов с повторяющейся последовательностью ТТАГГГ. Теломеры не содержат генов, они защищают концы хромосом он действия нуклеаз – ферментов, разрушающих ДНК обеспечивают прикрепление концов хромосом изнутри к ядерной оболочке защищают гены от концевой недорепликации.

Форма хромосомы.

В зависимости от расположения первичной перетяжки хромосомы подразделяют на:

- метацентрические (оба плеча равной или почти равной длины),

- субметацентрические (плечи неравной длины) и

- акроцентрические (центромера смещена на конец хромосомы).

Химический состав хромосом

Хромосомы - нуклеопротеидные образования, состоящие из ДНК и белка. Кроме того, в хромосомах присутствует некоторое количество РНК, образующейся при транскрипции, и ионы Са+ и Mg+.Каждая хроматида, а в промежутке времени анафаза- S -период интерфазы и хромосома, содержит одну молекулу ДНК, которая определяет все функции хромосомы, связанные с хранением наследственной информации, её передачей и реализацией.Молекула ДНК в хромосомах тесно связана с двумя классами белков- гистонами (основные белки) и негистонами (кислые белки).Гистоны - это небольшие по величине белки с высоким содержанием заряженных аминокислот (лизина и аргинина).Суммарный положительный заряд позволяет гистонам связываться с ДНК независимо от нуклеотидного состава. Им принадлежит в основном структурная функция. Это очень стабильные белки, молекулы которых могут сохраняться в течение всей жизни клетки.В эукариотической клетке присутствуют 5 типов гистонов, которые распределяются на две основные группы: первая группа (их обозначают как Н2А, Н2В, НЗ, Н4), отвечает за формирование специфических дезоксирибонуклеопротеидных комплексов - нуклеосом.Вторая группа гистонов (HI) располагается между нуклеосомами и фиксирует укладку нуклеосомной цепи в более высокий уровень структурной организации (супернуклеосомную нить).Среди гистоновых белков, кроме структурных, встречаются такие, которые способны ограничивать доступность ДНК для ДНК - связывающих регуляторных белков и тем самым участвовать в регуляции активности генов.Негистоновые белки весьма разнообразны. Число их фракций превышает 100. Они присутствуют в меньших количествах в хромосомах в сравнении с гистонами и выполняют в основном регуляторную функцию. Участвуют в регуляции транскрипционной активности генов, в обеспечении редупликации и репарации ДНК.Большинство негистоновых белков хроматина присутствуют в клетках в небольшом количестве (минорные) - это регуляторные белки, узнающие специфические последовательности ДНК и связывающиеся с ними. Они вовлечены во многие генетические процессы, но известно о них пока что немного. Количественно преобладают негистоновые белки (мажорные), высокоподвижные, относительно малого размера, с большим электрическим зарядом - они всегда соединяются с нуклеосомами, содержащими активные гены. Кроме того, в группу негистоновых белков входит много ферментов.

Биологическая роль:

- хромосомы являются носителями наследственной информации

- хранит, реализует и передает наследственную информацию. 

Строение и функции интерфазных и метафазных хромосом.

Рис. 63. Схема строения интерфазной (вверху) и метафазной хромосом.

Метафазная:

• Вметафазеядрышки неконденсированы и не окрашиваются.

• Районы ядрышкового организатора примыкают к находящимся на конце короткого плеча хромосомы конденсированным участкам хроматина - спутникам.

• Спутникине содержат генов и являются полиморфными участками

• В небольшой части клеток удается выявить другие деконденсированные в метафазе участки, так называемыеломкие участки, где могут происходить "полные" разрывы хромосомы.

• Клиническое значение имеют нарушения в единственном подобном участке, расположенном на конце длинного плеча Х-хромосомы. Такие нарушения вызываютсиндром ломкой Х-хромосомы.

• Неоднородность метафазных хромосом, как уже упоминалось, можно увидеть даже при световой микроскопии.

Интерфазная:

• По окончании синтеза ДНК каждая хромосома оказывается удвоенной - состоящей из двух сестринских хроматид.

• В генетическом отношении хроматиды полностью идентичны друг другу, так как их ДНК состоит из одной материнской и второй вновь синтезированной цепи.

• Сестринские хроматиды тесно сближены и соединены в том районе хромосомы, который обеспечивает ее движение при делении клетки. Он называетсяцентромерным районом хромосомы.

• После полного удвоения хромосом наступаетпостсинтетический период (G2). В это время клетка готовится к делению: синтезируются белкимикротрубочек, которые во времямитозабудут формироватьверетеноделения, запасается энергия. Продолжительность G2-периода меньше, чем у S- и Gi-периодов, и обычно составляет 3-6 ч.

• Если содержание ДНК в гаплоидном наборе хромосом обозначить через С, то сразу после деления в диплоидной клетке имеется 2С-содержание ДНК, а по окончании синтетического периода в диплоидном (2n) наборе хромосом содержится 4С-количество ДНК.