Kāda taoke hromosoma. Cilvēka hromosomas. Hromosomu skaits dažos augos

Žaka Monoda aforisms: "Kas attiecas uz E. coli, tas attiecas uz citām baktērijām (ziloni)", ir kļuvis plaši izplatīts. Par laimi, realitāte nav tik garlaicīga. Vēl nesen tika pieņemts baktēriju hromosomu apļveida struktūras jēdziens. Tomēr 1989. gadā lineārā baktēriju hromosoma pirmo reizi tika aprakstīta Spirochete Borrelia burgdorfery, kas tika identificēta ar elektroforēzi impulsa elektriskajā laukā. Šī genoma izmērs bija tikai 960 kbp. Drīz tika atklāts, ka Agrobacterium tumefaciens vienlaikus eksistē lineāras un apļveida hromosomas, un Streptomyces ģints grampozitīvajām baktērijām, kurām ir viens no lielākajiem baktēriju genomiem (~ 8000 kb), ir viena lineāra hromosoma. Actinomycetes Rhodococcusfascians pārstāvim, šķiet, ir arī lineāra hromosoma. Baktēriju lineārās hromosomas bieži vien pastāv līdzās lineārajām plazmīdām un ir plaši izplatītas dabā.

Streptomyces ģints vislabāk pētīto baktēriju lineārās hromosomas un plazmīdas satur terminālus apgrieztus atkārtojumus (TIR), ar kuriem gala proteīni (TP) ir kovalenti saistīti. Neskatoties uz to, ka līdzīgas struktūras ir raksturīgas adenovīrusu un bakteriofāga f29 Bacillus subtilis hromosomām, streptomicītu hromosomu replikācijas mehānisms būtiski atšķiras no vīrusu genomu. Ja vīrusos DNS sintēze tiek sākta hromosomas beigās, izmantojot TP kovalenti saistītu nukleotīdu kā primeru un turpinās visā genomā līdz tā galam, tad streptomicetes hromosomas un lineāro plazmīdu replikācija sākas no replikācijas izcelsmi oriC... DNS sintēze izplatās abos virzienos no replikācijas izcelsmes reģiona ar standarta daļēji konservatīvo mehānismu un beidzas lineāro DNS molekulu galos, veidojot 3'-gala spraugas (I.50. Att., a). Vienkāršākais risinājums šīs nepilnības aizpildīšanai varētu būt tieša hromosomu telomēru reģionu replikācijas sākšana no TP proteīna, kas kovalenti saistīts ar iniciējošo nukleotīdu, kas notiek adenovīrusos (sk. I.50. b). Patiešām, streptomicetes izmanto TP, lai atkārtotu telomēru reģionus; tomēr telomēru atpazīšanas mehānisms šajā gadījumā ir ievērojami atšķirīgs. Pašlaik tiek apsvērti trīs modeļi, kā aizpildīt nepilnības baktēriju lineāro hromosomu telomēra reģionos.

Rīsi. I.50. Hromosomu telomerisko reģionu un Streptomyces plazmīdu paplašināšanas modelis

a- telomēra struktūra pēc replikācijas: augšējā DNS virkne ir pilnībā atkārtota, apakšējā ir vienpavediena sprauga, norādītas četras palindromas nukleotīdu sekvences; b- maz ticams mehānisms, kas ietver gala proteīnu un DNS polimerāzi; c - d- alternatīvi replikācijas modeļi, kuru pamatā ir citi mehānismi. 1 - gala proteīns, 2 - DNS polimerāze, 3 - palindroms, 4 - vecāku DNS virkne, 5 - bērnu ķēde, 6 - reparatīvā sintēze

Saskaņā ar pirmo modeli, vienpavedienu telomēra reģions, kas satur TIR secību, veido gala matadatu, papildinot mijiedarbību starp spraugas iekšējos reģionos esošajiem nukleotīdiem un 3'-gala nukleotīdiem (sk. I.50. Attēlu, v). Šajā gadījumā DNS sintēze, labojot vienpavediena spraugu, tiek uzsākta divpavedienu apgabalā, ko veido palindromiskās sekvences I-IV, piedaloties TP un DNS polimerāzei, un turpinās pa 3'-gala vienpavedienu hromosomas reģions. Saskaņā ar otro modeli TP sāk replikāciju uz pilnīgi divpavedienu meitas DNS, izspiežot vecāku DNS 5'-gala virkni, ar kuru ir saistīta TP (sk. I.50. Attēlu, G). Pēc tam pārvietotā virkne tiek savienota pārī ar hromosomas izvirzīto 3 'galu, pēc tam šī sazarotā struktūra tiek atrisināta ar homologu rekombināciju. Šis modelis uzņemas dalību RecA proteīna (DNS virkņu pārnešanai) un gēnu produktu trūkumu aizpildīšanā ruv(lai atrisinātu Holiday struktūru), ko apstiprina ģenētiskie dati. Trešajā modelī vienpavediena palindroms I veido matadatu, kuras 3'-gals kalpo kā grunts DNS sintēzei, kā rezultātā sprauga tiek aizpildīta (sk. I.50. d). TP veido vienpavediena lūzumu pretī sākotnējam 3 'galam, kas ir sēkla turpmākai DNS sintēzei. Tā rezultātā matadata izvēršas un tiek atjaunota telomēra struktūra. Šis modelis ir līdzīgs ritošā matadata modelim, kas ierosināts izskaidrot parvovīrusa genoma replikācijas mehānismu. Šajā modelī TP loma atšķiras no primāra proteīna funkcijām iepriekš apskatītajos piemēros.

Nav zināms, cik daudz dabisko baktēriju hromosomu formu pastāv dabā. Nav pētītas arī taksonomiskās problēmas, kas saistītas ar hromosomu topoloģiju eubaktēriju valstībā. Ja katrs hromosomu veids ir raksturīgs atsevišķam taksonomiskajam domēnam, tad var pieņemt, ka hromosomu topoloģijai ir svarīga loma baktēriju evolūcijā. Alternatīvi, hromosomu topoloģiskā mijiedarbība var būt salīdzinoši bieža parādība, un lineārās un gredzenveida hromosomas ir sastopamas tikai cieši saistītās baktēriju sugās. Streptomicītu hromosomu nestabilitāte (paplašinātas dzēšanas veidošanās un nukleotīdu sekvenču amplifikācija) nesen ir saistīta ar pārkārtošanos to terminālajos reģionos, no kuriem daži bija saistīti ar apļveida hromosomu veidošanos. Tādējādi baktēriju hromosomu topoloģijas evolūcijas lomu var noteikt tikai turpmāko pētījumu rezultātā.

Eikariotu replikatori

Eikariotu hromosomās ir lineāras DNS molekulas, un tāpēc paliek visas tās pašas problēmas, kas saistītas ar to replikāciju, kuras tika apspriestas saistībā ar baktēriju lineāro hromosomu reprodukciju. Tomēr problēmas, kas eikariotu šūnām jāatrisina hromosomu atkārtošanās laikā, neapšaubāmi ir nopietnākas, jo tajās esošās DNS izmērs ievērojami pārsniedz baktēriju šūnu hromosomu DNS lielumu. Turklāt, ņemot vērā vairuma eikariotu daudzšūnu stāvokli, ir nepieciešama precīzāka DNS replikācijas koordinācija atsevišķās pilnībā diferencētās un diferencējošās šūnās, kas ir viens no galvenajiem mērķiem šūnu cikla regulēšanā šajos organismos. Šajā sakarā DNS replikācijas organizēšanu eikariotos raksturo vairākas būtiskas iezīmes.

Rīsi. I.51. Rauga S. cerevisiae replikatoru struktūra

Ir norādīts dažādu regulatīvo elementu savstarpējais izvietojums replikatoros ARS1, ARS307 un ARS305... ACS - kanoniskā secība ARS, DUE - DNS attīšanas elements. Abonementi norāda, ka regulējošie elementi pieder attiecīgajiem replikatoriem.

Replikācijas uzsākšana eikariotos notiek uz noteiktām vairākām nukleotīdu sekvencēm - replikatoriem. Visvairāk pētīti ir rauga S replikatori . cerevisiae, kas vispirms tika identificētas kā autonomas replikācijas sekvences ( ARS- autonomi replicējoša secība), kas spēj atbalstīt plazmīdu ekstrahromosomu replikāciju rauga šūnās. Struktūras izpēte ARS1 parādīja, ka šis hromosomu elements sastāv no vairākām īsām regulējošām sekvencēm. Līdzīga organizācija ir raksturīga citiem. ARS raugs (I.51. attēls). It īpaši, ARS307 papildus kanoniskajai secībai ACS kopīgs visiem ARS satur vēl divus elementus B1 un B2, kas nepieciešami, lai replikators varētu veikt savas funkcijas in vivo. Neskatoties uz to, ka šīs sekvences nav stingri saglabātas dažādos replikatoros, tās ir funkcionāli savstarpēji aizvietojamas grupās (B1, B2 utt.). Pozīcijas maiņa attiecībā pret ACS kavē to darbību.

Pirmais rauga replikācijas uzsākšanas posms ir replikatoru regulējošo secību mijiedarbība ar vismaz sešiem dažādiem proteīniem, kas veido kompleksu, kas atpazīst izcelsmes atpazīšanas kompleksu (ORC). ARS nosaka replikācijas sākuma vietu rauga šūnās. Elements B3 ARS1 mijiedarbojas ar Abf1 proteīnu, kas stimulē replikāciju ar domēnu, kas raksturīgs transkripcijas aktivatora proteīniem, bet B1 mijiedarbojas ar ORC. Pārējās rauga replikācijas izcelsmes regulējošās sekvences veido iepriekš nezināmu elementu DNS attīšanas elements DUE(DNS attīšanas elements), domājams, atvieglo DNS virkņu atritināšanu, uzsākot replikāciju. Punktu mutācijas B2 elementā neietekmē replikatora funkcijas, kas ir strukturālo elementu kopīga īpašība, savukārt mutācijas ACS, B1 un B3 traucē replikācijas uzsākšanu, kā tas būtu sagaidāms no nukleīnskābju, kas mijiedarbojas ar proteīniem, regulējošajiem elementiem.

Pētījumi par replikatoriem raugā S. pombe parādīja, ka replikācijas izcelsme ura4 ietver trīs atsevišķus replikatorus, kas atrodas DNS vietā ar 5 kb garumu. Zīdītājiem replikācijas sākuma reģioni atrodas ~ 100 kbp attālumā. viens no otra; daži no tiem jau ir klonēti un pētīti molekulārā līmenī. Tika konstatēts, ka DNS sintēze atsevišķos replikonos notiek divos virzienos, un replikācijas dakšas kustība tiek veikta vēlams vienā virzienā, kas var mainīties atkarībā no organisma attīstības stadijas un replikatorus saturošu gēnu ekspresijas līmeņa. . Atsevišķu replikatoru lietošanas biežums mainās ontoģenēzē, samazinoties pieauguša organisma šūnās. Sešu atsevišķu eikariotu replikatoru primāro struktūru salīdzinājums parādīja, ka tie visi satur DUE-elementi, kodolmatricas (SAR / MAR) piestiprināšanas vietas, kanoniski ARS- rauga sekvences, pirimidīna traktāti, kā arī iepriekš neidentificēta kanoniskā secība WAWTTDDWWWDHWGWHMAWTT, kur W = A / T, D = A / C / T, H = A / C / T un M = A / C. Ir daži ziņojumi, ka dzīvnieku replikatori satur purīna traktātus, kanoniskās sekvences, kas mijiedarbojas ar transkripcijas faktoriem un replikatīvā kompleksa proteīniem, pastiprinātāja oktamera motīvu, onkogēna produktu saistīšanās vietas, ar AT bagātas sekvences un DNS saliektas vietas. Pašlaik nav pilnīgi skaidrs, kāda tieša saistība visām šīm regulējošajām sekvencēm ir ar DNS replikācijas uzsākšanu. Tiek pieņemts, ka daudzi no viņiem ir iesaistīti transkripcijas regulēšanā (un līdz ar to arī gēnu ekspresijas regulēšanā) kā tādi, jo lielākā daļa šobrīd zināmo replikatoru atrodas funkcionējošo gēnu 5'-gala sekvencēs.

HROMOSOMAS(Grieķu hroma krāsa, krāsa + somas ķermenis) - galvenie šūnu kodola strukturālie un funkcionālie elementi, kas satur gēnus, kas sakārtoti lineārā secībā un nodrošina ģenētiskās informācijas uzglabāšanu, reproducēšanu, kā arī tās ieviešanas sākuma posmus zīmēs; mainīt to lineāro struktūru šūnu ciklā. Terminu "hromosomas" W. Waldeyer ierosināja 1888. gadā, jo stienveida forma un šo elementu intensīva iekrāsošanās ar bāzes krāsām šūnu dalīšanās laikā.

Termins "hromosoma" pilnā nozīmē ir attiecināms uz daudzšūnu eikariotu organismu šūnu atbilstošajām kodolstruktūrām (sk.). Šādu šūnu kodolā vienmēr ir vairākas hromosomas, tās veido hromosomu kopu (sk.). Somatiskajās šūnās hromosomas ir savienotas pārī, jo tās nāk no divām vecāku (diploīdām hromosomu kopām), nobriedušām dzimumšūnām ir viens (haploīds) hromosomu komplekts. Katrai bioloģiskajai sugai raksturīgs nemainīgs hromosomu skaits, izmērs un citas morfoloģiskās īpašības (sk. Kariotips). Heteroseksuālos organismos hromosomu komplektā ietilpst divas hromosomas, kurās ir gēni, kas nosaka indivīda dzimumu (sk. Gēnu, dzimumu), ko sauc par seksuālo vai gonosomu, pretstatā visiem pārējiem, ko sauc par autosomām. Cilvēkiem tiek veidots dzimumhromosomu pāris: sievietēm - no divām X hromosomām (XX komplekts) un vīriešiem - no X un Y hromosomām (XY kopa). Tāpēc nobriedušās dzimumšūnās - gametās sievietes satur tikai X hromosomu, savukārt vīriešiem puse spermatozoīdu satur X hromosomu, bet otrā - Y hromosomu.

Vēsture

Pirmie hromosomu novērojumi šūnu kodolā, ko 19. gadsimta 70. gados veica ID Čistjakovs, O. Hērtvigs, E. Strasburgers, lika pamatus citoloģiskajam virzienam hromosomu izpētē. Līdz 20. gadsimta sākumam šis virziens bija vienīgais. Gaismas mikroskopa izmantošana ļāva iegūt informāciju par hromosomu uzvedību mitotiskajā un meiotiskajā dalījumā (sk. Meiozi, mitozi), faktus par hromosomu skaita noturību noteiktā sugā un īpašus hromosomu veidus. 20. gadsimta 20. – 40. Gados galvenokārt tika izstrādāts salīdzinošs morfoloģiskais pētījums par dažādu veidu organismu, tostarp cilvēku, hromosomām, lai noskaidrotu to organizācijas vispārīgos principus, atsevišķu hromosomu īpašības un to izmaiņas procesā. evolūcijas. Krievu zinātnieki S.G.Navashins, G.A.Levitskis, L.N.Delone, P.I.Živago, A.G. Andres, M.S. 50. gados hromosomu izpētei tika izmantots elektronu mikroskops. Sākās hromosomu morfoloģisko izmaiņu izpēte to ģenētiskās darbības procesā. 1956. gadā H. J. Tjio un A. Levans beidzot noteica hromosomu skaitu cilvēkiem, kas vienāds ar 46, aprakstīja to morfoloģiskās īpatnības mitozes metafāzē. Būtisks progress hromosomu izpētē tika sasniegts 70. gados pēc dažādu to krāsošanas metožu izstrādes, kas ļāva atklāt hromosomu struktūras neviendabīgumu visā garumā šūnu dalīšanās meta fāzē.

Hromosomu uzvedības salīdzinājums meiotiskā dalījumā ar rakstzīmju mantojuma modeļiem (sk. Mendela likumus) lika pamatu citoģenētiskiem pētījumiem. 19. gadsimta beigās - 20. gadsimta sākumā Settons (W. Sutton), Boveri (Th. Boveri), Wilson (E. Century Wilson) lika pamatus iedzimtības hromosomu teorijai (sk.), Saskaņā ar kuru gēni tiek lokalizēti hromosomās un pēdējo uzvedība gametu nobriešanas laikā un to saplūšana apaugļošanas laikā izskaidro rakstzīmju pārnešanas likumus paaudzēs. Teorija beidzot tika pamatota citoģenētiskajos eksperimentos, kas tika veikti ar Drosophila (sk.) T. Morganu un viņa studentiem, kuri pierādīja, ka katra hromosoma ir gēnu grupa, kas saistīta un ir mantota un sakārtota lineārā secībā, ka gēnu rekombinācija tiek veikta meiozes laikā ( skatīt rekombināciju) homologās (identiskās) hromosomas.

Pētījums par hromosomu bioķīmisko dabu, kas tika uzsākts 20. gadsimta 30.-40. Gados, sākotnēji balstījās uz citoķīmisko kvalitatīvo un kvantitatīvo DNS, RNS un olbaltumvielu satura noteikšanu kodolā. Kopš 50. gadiem šajos nolūkos viņi sāka izmantot foto un spektrometriju (sk. Spektrofotometrija), rentgena struktūras analīzi (sk.) Un citas fizikāli ķīmiskās metodes.

Hromosomu fizikāli ķīmiskais raksturs

Hromosomu fizikāli ķīmiskais raksturs ir atkarīgs no bioloģisko sugu organizācijas sarežģītības. Eikariotu hromosomu veido dezoksiribonukleīnskābes molekula (sk.), Histona un ne-histona proteīni (skatīt histonus), kā arī ribonukleīnskābe (sk.). Hromosomas galvenā ķīmiskā sastāvdaļa, kuras molekulā ir ģenētiska informācija, ir DNS. Dabiskos apstākļos dažās hromosomas daļās DNS var būt bez strukturāliem proteīniem, bet būtībā tā pastāv kompleksa veidā ar histoniem, un gan starpfāzē, gan metafāzē DNS / histona svara attiecība ir vienotība. Skābo olbaltumvielu saturs hromosomās mainās atkarībā no to aktivitātes un kondensācijas pakāpes šūnu ciklā. Starpfāžu kodola hromatīnā (sk.) Un jebkurā mitotiskās kondensācijas stadijā DNS eksistē kompleksā ar histoniem, un šo molekulu mijiedarbība rada hromatīna elementārās strukturālās daļiņas - nukleozomas. Nukleosomā tās centrālo daļu veido 8 četru veidu histona molekulas (2 molekulas no katra veida). Tie ir histoni Н2А, Н2В, НЗ un Н4, kas mijiedarbojas viens ar otru, acīmredzot, ar molekulu C-gala reģioniem. Histona molekulu N-gala daļas mijiedarbojas ar DNS molekulu tā, ka tā tiek uzvilkta uz histona mugurkaula, veicot divus pagriezienus vienā pusē un vienu otrā. Katrā nukleozomā ir aptuveni 140 DNS bāzes pāri. Starp blakus esošajām nukleozomām atrodas DNS segments, kura garums ir atšķirīgs (10-70 bāzes pāri). Kad tas ir iztaisnots, DNS izpaužas kā krelles. Ja segments ir salocīts, nukleozomas atrodas cieši blakus viena otrai, veidojot 10 nm diametra šķiedru. Nukleosomu daļiņu struktūra ir hromatīna organizācijas princips (sk.) Gan starpfāzē, gan metafāzes hromosomā.

Šūnu dalīšanās, mitozes vai meiozes laikā, pakāpeniski palielinoties hromosomu kondensācijai, veidojas individuāli atšķiramas hromosomas. Mitotiskās dalīšanās fāzē gaismas mikroskopā ir redzamas hromosomas garu un savijušu pavedienu veidā, tāpēc atsevišķas hromosomas visā garumā nav atšķiramas. Pirmās meiotiskās dalīšanās fāzē hromosomas iziet sarežģītas specifiskas morfoloģiskas transformācijas, kas galvenokārt saistītas ar homologo hromosomu konjugāciju (sk. Hromosomu konjugāciju) un ģenētisko rekombināciju (vietu apmaiņu) starp tām. Pachytenē (kad konjugācija beidzas) hromomēru maiņa hromosomu garumā ir īpaši orientējoša, un hromomēru modelis ir specifisks katrai hromosomai un mainās līdz ar kondensāciju. Daudzām hromosomām oogenezē un Y hromosomām spermatoģenēzē ir augsta transkripcijas aktivitāte. Dažos organismu veidos šādas hromosomas sauc par "lampu sukām". Tie sastāv no ass, kas veidota no hromomēriem un starpchromomeriskiem reģioniem, un daudzām sānu cilpām - dekondensētiem hromomēriem ģenētiskās funkcionēšanas stāvoklī (transkripcija).

Šūnu dalīšanās metafāzē hromosomām ir mazākais garums, un tās ir viegli izmeklēt, tāpēc tiek sniegts atsevišķu hromosomu apraksts, kā arī visa to kopa šūnā saistībā ar to stāvokli šajā fāzē. Viena un tā paša veida organismu metafāzes hromosomu izmēri ir ļoti atšķirīgi: mikrona daļas hromosomas ir punktētas, ar garumu vairāk nekā 1 mikronu tās izskatās kā stieņa formas ķermeņi. Parasti tie ir veidojumi, kas sadalīti visā garumā un sastāv no divām māsas hromatīdām (2., 3. att.), Jo hromosomas tiek atkārtoti dubultotas metafāzē.

Komplekta atsevišķās hromosomas atšķiras pēc garuma un citām morfoloģiskām īpašībām. Līdz 70. gadiem izmantotās metodes nodrošināja vienmērīgu hromosomas iekrāsošanos visā tās garumā. Tomēr šādai hromosomai kā obligātam strukturālam elementam ir primārais sašaurinājums - reģions, kurā abas hromatīdas ir sašaurinātas, acīmredzot neatdalās viena no otras un ir slikti iekrāsotas. Šo hromosomas reģionu sauc par centromēru, tajā ir specializēta struktūra - kinetohora, kas ir iesaistīta hromosomu dalīšanās vārpstas pavedienu veidošanā. Saskaņā ar hromosomu roku izmēru attiecību, kas atrodas abās primārās sašaurināšanās pusēs, hromosomas ir sadalītas trīs veidos: metacentriskas (ar mediālu sašaurinājumu), submetacentric (sašaurinājums tiek pārvietots no vidus), akrocentrisks (centromērs atrodas netālu no hromosomas gala, 3. att.). Personai ir visu trīs veidu hromosomas. Hromosomu galus sauc par telomēriem. Visā hromosomu garumā ar dažādu noturības pakāpi var atrast ar centromēru nesaistītus, tā saucamos sekundāros sašaurinājumus. Ja tie atrodas tuvu telomeram, hromosomas distālo daļu, ko atdala sašaurinājums, sauc par satelītu, bet sašaurinājumu - par satelītu (2. att.). Personai ir desmit hromosomas ar sekundāru sašaurināšanos, visas ir akrocentriskas, satelīti ir lokalizēti īsajā plecā. Daži sekundārie sašaurinājumi satur ribosomu gēnus un tos sauc par nukleolāri veidojošiem, jo ​​to funkcionēšanas dēļ RNS ražošanā starpfāzes kodolā veidojas kodols (sk.). Citus sekundāros sašaurinājumus veido hromosomu heterohromatiskie reģioni; cilvēkiem no šādiem sašaurinājumiem izteiktākās pericentromēriskās sašaurināšanās ir 1., 9. un 16. hromosomā.

Sākotnējā Giemsa un citu hromosomu krāsvielu izmantošanas metode radīja vienmērīgu krāsu visā hromosomas garumā. Kopš 70. gadu sākuma ir izstrādātas vairākas metafāzes hromosomu krāsošanas un apstrādes metodes, kas ļāva noteikt katras hromosomas lineārās struktūras diferenciāciju (sadalīšanu gaišās un tumšās svītrās) visā tās garumā: ar akrihīna, akrihinipritas un citu fluorohromu palīdzība; G -krāsošana (G - no nosaukuma Giemsa), kas iegūta ar Giemsa krāsvielas palīdzību (sk. Romanovska - Giemsa metodi) pēc hromosomu preparātu inkubācijas īpašos apstākļos; R-krāsa (R-no angļu reversā; hromosomas ir atkrāsotas ar G-krāsu). Hromosomas ķermenis ir sadalīts dažādās krāsošanas vai fluorescences intensitātes segmentos. Šādu segmentu skaits, novietojums un lielums ir specifisks katrai hromosomai, tāpēc var identificēt jebkuru hromosomu kopu. Citas metodes pieļauj dažu noteiktu hromosomu reģionu atšķirīgu krāsošanu. Ir iespējams selektīvi krāsot ar Giemsa krāsu hromosomas heterohromatiskos apgabalus (C -krāsa; C - no centromēras centromēras), kas atrodas netālu no centromēras - C segmentiem (4. att.). Cilvēkiem C segmenti ir atrodami visu autosomu pericentromēriskajā reģionā un Y hromosomas garajā rokā. Heterohromatisko reģionu lielums dažādiem indivīdiem ir atšķirīgs, izraisot hromosomu polimorfismu (sk. Hromosomu polimorfismu). Īpašas krāsas ļauj identificēt nukleolārus veidojošos reģionus, kas darbojas starpfāzē, kā arī kinetokorus metafāzes hromosomās.

Elektronmikroskopiskā līmenī galvenā starpfāžu hromatīna ultrastruktūras vienība transmisijas elektronu mikroskopijā (sk.) Ir pavediens ar diametru 20-30 nm. Kvēldiegu iepakojuma blīvums blīva un izkliedēta hromatīna apgabalos ir atšķirīgs.

Šķiet, ka metafāzes hromosoma uz sadaļas transmisijas elektronu mikroskopā ir vienmērīgi piepildīta ar 20–30 nm diametra šķiedrām, kurām atkarībā no griezuma plaknes ir apaļi, ovāli vai iegareni veidojumi. Profāzē un telofāzē hromosomā var atrast biezākus pavedienus (līdz 300 nm). Elektronu mikroskopijā metafāzes hromosomas virsmu attēlo haotiski sakrautas daudzas dažāda diametra šķiedras, kas parasti ir redzamas īsā segmentā (5. att.). Pārsvarā ir pavedieni ar diametru 30-60 nm.

Hromosomu mainīgums ontoģenēzē un evolūcijā

Hromosomu skaita noturība hromosomu komplektā un katras hromosomas struktūra ir neaizstājams nosacījums normālai attīstībai ontoģenēzē (sk.) Un biol saglabāšanai. sugas. Organisma dzīves laikā var mainīties atsevišķu hromosomu skaits un pat to haploīdās kopas (genomiskās mutācijas) vai hromosomu struktūra (hromosomu mutācijas). Neparasti hromosomu varianti, kas nosaka indivīda hromosomu kopas unikalitāti, tiek izmantoti kā ģenētiskie marķieri (marķieru hromosomas). Genoma un hromosomu mutācijām ir nozīmīga loma biola attīstībā. sugas. Hromosomu pētījumā iegūtie dati sniedz lielu ieguldījumu sugu taksonomijā (kariosistemātika). Dzīvniekiem viens no galvenajiem evolūcijas mainīguma mehānismiem ir atsevišķu hromosomu skaita un struktūras izmaiņas. Svarīgas ir arī izmaiņas heterohromatīna saturā atsevišķās vai vairākās hromosomās. Salīdzinošs cilvēku un mūsdienu pērtiķu hromosomu pētījums ļāva, pamatojoties uz atsevišķu hromosomu līdzībām un atšķirībām, noteikt šo sugu filoģenētisko attiecību pakāpi un modelēt to kopīgā tuvākā priekšteča kariotipu.

Bočkovs N. P., Zaharovs A. F. un Ivanovs V. I. Medicīniskā ģenētika, M., 1984; Darlington S. D. un La Cours L. F. Hromosomas, Darba metodes, tul. no angļu valodas, M., 1980, bibliogr.; Zakharov A.F. Cilvēka hromosomas (lineārās organizācijas problēmas;, M., 1977, bibliogrāfs; Zakharov A.F. et al. Human chromosomes, Atlas, M., 1982; Kiknadze I. I. Hromosomu funkcionālā organizācija, L., 1972, bibliogr.; Pamati no cilvēka citoģenētikas, AA redakcijā; Šūnu bioloģija, Visaptverošs traktāts, red. L. Goldšteins a. DM Prescott, 267. lpp., NY ao, 1979.; Seuanez H. N, The phylogeny of human hromosomes, v. 2, B. ao 1979; Sharm a AK a. Sharma A. Hromosomu paņēmieni, L. ao, 1980; Therman E. Human hromosomas, NY ao, 1980.

A.F. Zaharovs.

Hromosoma ir šūnās esošo DNS un olbaltumvielu organizētā struktūra. Tas ir viens satīts DNS gabals, kas satur daudzus gēnus, regulējošos elementus un citas nukleotīdu sekvences. Hromosomas satur arī ar DNS saistītus proteīnus, ko izmanto, lai iepakotu DNS un kontrolētu tās funkcijas. Hromosomu DNS kodē visu vai lielāko daļu ģenētiskās informācijas organismā; dažas sugas satur arī plazmīdas vai citus ekstrahromosomu ģenētiskos elementus.

Vai arī Dauna slimība, kas pazīstama arī kā 21. trisomija, ir iedzimta slimība, ko izraisa daļa vai visas 3 kopijas no 21 hromosomas... Parasti tas ir saistīts ar fiziskās attīstības aizkavēšanos, raksturīgām sejas īpašībām vai vieglu līdz mērenu intelektuālo ...

Dažādu organismu hromosomas ir ļoti atšķirīgas. DNS molekula var būt apaļa vai lineāra, un tai var būt no 100 000 līdz vairāk nekā 3 750 000 000 nukleotīdu garā ķēdē. Parasti eikariotu šūnām (šūnām ar kodoliem) ir lielas lineāras hromosomas, bet prokariotu šūnām (šūnām bez specifiskiem kodoliem) ir mazākas apaļas hromosomas, lai gan šim noteikumam ir daudz izņēmumu. Turklāt šūnās var būt vairāku veidu hromosomas; piemēram, mitohondrijiem lielākajā daļā eikariotu un augu hloroplastos ir savas mazās hromosomas.

Eikariotos kodolhromosomas proteīni iesaiņo kondensētā struktūrā, ko sauc par hromatīnu. Tas ļauj ļoti garas DNS molekulas iekļauties šūnu kodolā. Hromosomu un hromatīna struktūra mainās visā šūnu ciklā. Hromosomas ir būtisks šūnu dalīšanās elements, un tām ir nepieciešams vairoties, dalīties un veiksmīgi nodot meitas šūnām, lai nodrošinātu ģenētisko daudzveidību un pēcnācēju izdzīvošanu. Hromosomas var dublēt vai nedublēt. Nepārveidotas hromosomas ir vienas lineāras šķiedras, kurās dublētās hromosomas satur divas identiskas kopijas (sauktas par hromatīdām), kuras vieno centromērs.

Dublēto hromosomu blīvums mitozes un mejozes laikā rada klasisko četru roku struktūru. Hromosomu rekombinācijai ir būtiska loma ģenētiskajā daudzveidībā. Ja šīs struktūras tiek nepareizi manipulētas, izmantojot procesus, kas pazīstami kā hromosomu nestabilitāte un pārvietošana, šūna var notikt mitotiskā katastrofā un mirt, vai arī tā var negaidīti izvairīties no apoptozes, izraisot vēža progresēšanu.

Praksē "hromosoma" ir diezgan neskaidrs termins. Prokariotiem un vīrusiem, kuriem trūkst hromatīna, termins genofors ir piemērotāks. Prokariotos DNS parasti tiek sakārtota cilpā, kas cieši savijas ap sevi, dažreiz kopā ar vienu vai mazākām apaļām DNS molekulām, ko sauc par plazmīdām. Šie mazie, apaļie genomi ir atrodami arī mitohondrijos un hloroplastos, atspoguļojot to baktēriju izcelsmi. Vienkāršākie genofori atrodami vīrusos: tās ir DNS vai RNS molekulas - īsi lineāri vai apaļi genofori, kuriem bieži vien nav strukturālu proteīnu.

Vārds " hromosomu"Veidots ar grieķu vārdiem" χρῶμα "( hroma, krāsa) un "σῶμα" ( soma, ķermenis) sakarā ar hromosomu īpašību ļoti spēcīgi iekrāsoties ar noteiktām krāsvielām.

Hromosomu izpētes vēsture

Eksperimentu sērijā, kas sākās 1880. gadu vidū, Teodors Boveri noteikti ir pierādījis, ka hromosomas ir iedzimtības pārnēsātāji. Viņa divi principi bija apakšsekvence hromosomas un individualitāti hromosomas. Otrais princips bija ļoti oriģināls. Vilhelms Rušs ierosināja, ka katrai hromosomai ir atšķirīga ģenētiskā slodze. Boveri spēja pārbaudīt un apstiprināt šo hipotēzi. Gadu sākumā, atklājot Gregora Mendela agrīno darbu, Boveri spēja iezīmēt saikni starp mantojuma noteikumiem un hromosomu uzvedību. Boveri ietekmēja divas amerikāņu citologu paaudzes: viņu vidū Edmunds Bīhers Vilsons, Valters Satons un Teofils Painteris (patiesībā Vilsons un Gleznotājs strādāja kopā ar viņu).

Viņa slavenajā grāmatā " Šūna attīstībā un iedzimtība Vilsons sasaistīja Boveri un Suttona patstāvīgo darbu (aptuveni 1902. gadā), nosaucot iedzimtības hromosomu teoriju par Sutton-Boveri teoriju (vārdi dažreiz tiek mainīti). Ernsts Mejs atzīmē, ka šo teoriju karsti apstrīd daži slaveni ģenētiķi, piemēram, Viljams Batesons, Vilhelms Johansens, Ričards Goldšmits un T.H. Morgan, viņiem visiem bija diezgan dogmatiska domāšana. Galu galā pilnīgs pierādījums tika iegūts no hromosomu kartēm paša Morgan laboratorijā.

Prokarioti un hromosomas

Prokariotiem - baktērijām un arhejām - parasti ir viena apaļa hromosoma, taču ir daudz variāciju.

Vairumā gadījumu baktēriju hromosomu izmērs var svārstīties no 160 000 bāzes pāru endosimbiotiskā baktērijā Candidatus Carsonella ruddii līdz 12 200 000 bp augsnē dzīvojošās baktērijās Sorangium cellulosum... Ģints spirochetes Borelijas ir ievērojams izņēmums no šīs klasifikācijas kopā ar baktērijām, piemēram Borrelia burgdorferi(Laima slimības cēlonis), kas satur vienu lineāru hromosomu.

Struktūra secībā

Prokariotu hromosomām, pamatojoties uz secību, ir mazāka struktūra nekā eikariotiem. Baktērijām parasti ir viens punkts (dublēšanās izcelsme), kur sākas dublēšanās, savukārt dažās arhijās ir daudz dublēšanās izcelsmes punktu. Gēni prokariotos bieži tiek sakārtoti operonos un atšķirībā no eikariotiem parasti nesatur intronus.

DNS iepakojums

Prokariotiem nav kodolu. Tā vietā viņu DNS ir sakārtota struktūrā, ko sauc par nukleoīdu. Nukleoīds ir atsevišķa struktūra, kas aizņem noteiktu baktēriju šūnas laukumu. Tomēr šī struktūra ir dinamiska, to uztur un pārveido histonam līdzīgu proteīnu darbība, kas saistās ar baktēriju hromosomu. Arhejā DNS hromosomās ir vēl organizētāka, un DNS ir iepakota struktūrās, kas līdzīgas eikariotu nukleozomām.

Baktēriju hromosomas mēdz saistīties ar baktēriju plazmas membrānu. Molekulāri bioloģiskos pielietojumos tas ļauj to izolēt no plazmīdas DNS, centrifugējot lizēto baktēriju un nogulsnējot membrānas (un pievienoto DNS).

Prokariotu un plazmīdu hromosomas, tāpat kā eikariotu DNS, parasti ir pārvītas. DNS vispirms jāatbrīvo novājinātā stāvoklī, lai piekļūtu transkripcijai, regulēšanai un pavairošanai.

Eikariotos

Eikariotiem (šūnām ar kodoliem, kas atrodami augos, raugos un dzīvniekos) ir lielas lineāras hromosomas, kas atrodamas šūnu kodolā. Katrā hromosomā ir viens centromērs ar vienu vai divām rokām, kas izvirzītas no centromēras, lai gan vairumā gadījumu šīs rokas kā tādas nav redzamas. Turklāt lielākajai daļai eikariotu ir viens apaļš mitohondriju genoms, un dažiem eikariotiem var būt papildu nelielas apaļas vai lineāras citoplazmas hromosomas.

Eikariotu kodolu hromosomās nekonsolidēta DNS pastāv daļēji sakārtotā struktūrā, kur tā tiek ietīta ap histoniem (strukturālajiem proteīniem), veidojot saliktu materiālu, ko sauc par hromatīnu.

Hromatīns

Hromatīns ir DNS un olbaltumvielu komplekss, kas atrodams eikariota kodolā, kas iesaiņo hromosomas. Hromatīna struktūra ievērojami atšķiras dažādos šūnu cikla posmos saskaņā ar DNS prasībām.

Starpfāžu hromatīns

Starpfāzē (šūnu cikla periodā, kad šūna nesadalās) var izšķirt divus hromatīna veidus:

• Euchromatin, kas sastāv no aktīvas DNS, tas ir, izteikts kā proteīns.
• Heterohromatīns, kas galvenokārt sastāv no neaktīvas DNS. Šķiet, ka tas kalpo strukturāliem mērķiem hromosomu stadijās. Heterohromatīnu var iedalīt divos veidos:
• Konstitūcijas heterohromatīns nekad nav izteikts. Tas atrodas ap centromēru un parasti satur atkārtotas secības.
• Pēc izvēles heterohromatīns, dažreiz izteiktas.

Metafāzes hromatīns un sadalījums

Mitozes vai mejozes (šūnu dalīšanās) sākumposmā hromatīna pavedieni kļūst arvien blīvāki. Tie pārstāj darboties kā pieejams ģenētiskais materiāls (pārtrauc transkripciju) un kļūst par kompaktu pārnēsājamu formu. Šī kompaktā forma padara atsevišķas hromosomas redzamas, un tās veido klasisko četru roku struktūru, centrometrā savienojot viena ar otru māsu hromatīdu pāri. Īsākus plecus sauc par " p pleciem"(No franču vārda" sīks "- mazi), un garākus plecus sauc par " q pleci"(Vēstule" q"Izpilda vēstuli" lpp»Latīņu alfabētā; q-g "grande" ir liels). Tas ir vienīgais dabiskais konteksts, kurā atsevišķas hromosomas ir redzamas ar optisko mikroskopu.

Mitozes laikā mikrotubulas izaug no centrosomām, kas atrodas šūnas pretējos galos, un arī piestiprinās pie centromēras specializētās struktūrās, ko sauc par kinetohoriem, no kurām viena atrodas katrā māsas hromatīdā. Īpaša DNS bāzes secība kinetohora reģionā kopā ar īpašiem proteīniem nodrošina ilgstošu piesaisti šim reģionam. Pēc tam mikrotubulas velk hromatīdus līdz centrosomām, lai katra meitas šūna mantotu vienu hromatīdu komplektu. Kad šūnas ir sadalītas, hromatīdi atpūšas un DNS var pārrakstīt vēlreiz. Neskatoties uz izskatu, hromosomas ir strukturāli ļoti kondensētas, kas ļauj šīm milzu DNS struktūrām iekļauties šūnu kodolā.

Cilvēka hromosomas

Cilvēku hromosomas var iedalīt divos veidos: autosomās un dzimuma hromosomās. Dažas ģenētiskās iezīmes ir saistītas ar personas dzimumu un tiek pārnestas caur dzimuma hromosomām. Autosomas satur pārējo iedzimto ģenētisko informāciju. Šūnu dalīšanās laikā visi rīkojas vienādi. Cilvēka šūnās ir 23 pāri hromosomu (22 autosomu pāri un viens dzimumhromosomu pāris), kopā iegūstot 46 šūnas. Turklāt cilvēka šūnas satur daudzus simtus mitohondriju genoma kopiju. Cilvēka genoma secība sniedza daudz informācijas par katru hromosomu. Zemāk ir tabula, kurā apkopota statistika par hromosomām, pamatojoties uz Sangera institūta informāciju par cilvēka genomu VEGA (mugurkaulnieku genoma komentāru) datu bāzē. Gēnu skaits ir aptuvens novērtējums, jo tas daļēji balstās uz gēnu prognozēšanu. Kopējais hromosomu garums ir arī aptuvens novērtējums, pamatojoties uz aptuveno nekonsekvento heterohromatīnu reģionu lielumu.

Hromosomu skaits dažādos organismos

Eikarioti

Šajās tabulās ir norādīts kopējais hromosomu skaits (ieskaitot dzimumu) šūnu kodolā. Piemēram, diploīdās cilvēka šūnas satur 22 dažāda veida autosomas, katra ar divām kopijām un divas dzimuma hromosomas. Tas kopumā dod 46 hromosomas. Citiem organismiem ir vairāk nekā divas hromosomu kopijas, piemēram, heksaploīds maizes kvieši satur sešas septiņu dažādu hromosomu kopijas, kopā 42 hromosomas.

Dažu eikariotu sugu normāliem pārstāvjiem ir vienāds kodolu hromosomu skaits (skatīt tabulu). Citas eikariotu hromosomas, tas ir, mitohondriju un plazmīdai līdzīgās mazās hromosomas, ievērojami atšķiras, un šūnā var būt tūkstoš kopiju.

Sievietēm, kas vairojas bez dzimuma, ir viens hromosomu komplekts, tās pašas, kas atrodamas ķermeņa šūnās. Tomēr aseksuālas sugas var būt haploīdas un diploīdas.

Seksuāli reproduktīvajām sugām ir diploīdas somatiskās šūnas (ķermeņa šūnas), kurām ir divi hromosomu komplekti - viens no mātes un otrs no tēva. Gametes, reproduktīvās šūnas, ir haploīdas [n]: tām ir viens hromosomu komplekts. Gametes iegūst ar diploīdas dzimumšūnu šūnas mejozi. Meiozes laikā tēva un mātes atbilstošās hromosomas var savstarpēji apmainīties ar nelielām daļām (krustošanās), un tādējādi veidot jaunas hromosomas, kuras netiek mantotas tikai no viena vai otra vecāka. Kad vīriešu un sieviešu dzimuma gametas apvienojas (apaugļošanās), veidojas jauns diploīds organisms.

Dažas dzīvnieku un augu sugas ir poliploīdas: tām ir vairāk nekā divi homologo hromosomu komplekti. Augi, kas ir svarīgi lauksaimniecībai, piemēram, tabaka vai kvieši, bieži vien ir poliploīdi, salīdzinot ar senču sugām. Kviešiem ir haploīds septiņu hromosomu skaits, kas atrodams dažās kultūrās, kā arī savvaļas senčos. Biežāk sastopamie makaroni un maizes kvieši ir poliploīdi ar 28 (tetraploīdām) un 42 (heksaploīdām) hromosomām, salīdzinot ar 14 (diploīdām) hromosomām savvaļas kviešos.

Prokarioti

Prokariotu sugām parasti ir viena katras galvenās hromosomas kopija, taču lielākā daļa šūnu var viegli izdzīvot ar vairākām kopijām. Piemēram, Buchnera, laputu simbionam, ir daudz hromosomu kopiju, kuru skaits svārstās no 10 līdz 400 kopijām uz vienu šūnu. Tomēr dažās lielās baktērijās, piemēram, Epulopiscium fishelsoni, var būt līdz 100 000 hromosomas kopiju. Plazmu un kopiju līdzīgo mazo hromosomu kopiju skaits, tāpat kā eikariotos, ievērojami svārstās. Plazmīdu skaitu šūnā gandrīz pilnībā nosaka plazmīdu dalīšanās ātrums - ātra dalīšanās rada lielu kopiju skaitu.

Kariotips

Parasti kariotips ir raksturīgs eikariotu sugu hromosomu papildinājums. Kariotipu sagatavošana un izpēte ir daļa no citoģenētikas.

Lai gan DNS dublēšanās un transkripcija eukariotos ir ļoti standartizēta, to pašu nevar teikt par viņu kariotipiem kas parasti ir diezgan nepastāvīgi. Hromosomu numuru veidi un to detalizētā organizācija var atšķirties. Dažos gadījumos sugas var ievērojami atšķirties. Bieži vien ir:

1. svārstības starp abiem dzimumiem;
2. svārstības starp dīgļu līniju un somu (starp gametām un pārējo ķermeni);
3. svārstības starp populācijas pārstāvjiem līdzsvarota ģenētiskā polimorfisma dēļ;
4. rasu ģeogrāfiskās atšķirības;
5. mozaīkas vai citas anomālijas

Arī kariotipa svārstības var rasties attīstības laikā no apaugļotas olšūnas.

Parasti tiek saukta kariotipa noteikšanas tehnika kariotipēšana... Šūnas var daļēji bloķēt, sadalot (metafāzē) in vitro (reakcijas mēģenē) ar kolhicīnu. Pēc tam šīs šūnas tiek iekrāsotas, fotografētas un sakārtotas kariogrammā ar sakārtotu hromosomu kopumu, autosomām garuma secībā un dzimuma hromosomām (šeit X / Y).

Tāpat kā daudzām seksuāli reproduktīvām sugām, cilvēkiem ir īpašas gonosomas (dzimuma hromosomas, atšķirībā no autosomām). Tas ir XX sievietēm un XY vīriešiem.

Vēsturiska piezīme

Pagāja daudzi gadi, lai izpētītu cilvēka kariotipu, pirms tika atbildēts uz visvienkāršāko jautājumu: Cik hromosomu ir normālā diploīdā cilvēka šūnā? 1912. gadā Hanss fon Vinerters ziņoja par 47 hromosomām spermatogonijā un 48 par oogoniju, ieskaitot XX / XO dzimuma noteikšanas mehānismu. Gleznotājs 1922. gadā nebija pārliecināts par cilvēka diploīdu skaitu - 46 vai 48, sākotnēji sliecoties uz 46. Vēlāk viņš pārskatīja savu viedokli no 46 uz 48 un pareizi uzstāja, ka personai piemīt sistēma XX / XY.

Lai beidzot atrisinātu problēmu, bija vajadzīgas jaunas metodes:

1. Šūnu izmantošana kultūrā;
2. Šūnu sagatavošana hipotoniskā šķīdumā, kur tās uzbriest un izplata hromosomas;
3. Mitozes aizkavēšanās metafāzē ar kolhicīna šķīdumu;
4. Preparāta sasmalcināšana uz objekta turētāja, hromosomu stimulēšana vienā plaknē;
5. Mikrogrāfa sagriešana un rezultātu sakārtošana neapstrīdamā kariogrammā.

Tikai 1954. gadā tika apstiprināts personas diploīds skaits - 46. Ņemot vērā Vinvārtera un Gleznotāja paņēmienus, viņu rezultāti bija diezgan ievērojami. Šimpanzēm (mūsdienu cilvēku tuvākajam radiniekam) ir 48 hromosomas.

Maldi

Hromosomu anomālijas ir normāla šūnu hromosomu satura novirzes, un tās ir galvenais ģenētisko apstākļu cēlonis cilvēkiem, piemēram, Dauna sindroms, lai gan lielākajai daļai noviržu ir neliela ietekme vai tās nav vispār. Dažas hromosomu anomālijas neizraisa slimības nesējiem, piemēram, translokācijas vai hromosomu inversijas, lai gan tās var palielināt iespēju dzemdēt bērnu ar hromosomu anomālijām. Neparasts hromosomu vai hromosomu kopu skaits, ko sauc par aneuploidiju, var būt letāls vai izraisīt ģenētiskus traucējumus. Ģimenēm, kurām var būt hromosomu pārkārtošanās, tiek piedāvātas ģenētiskās konsultācijas.

DNS vervēšana vai zudums no hromosomām var izraisīt dažādus ģenētiskus traucējumus. Piemēri starp cilvēkiem:

• Kaķu kliedziena sindroms, ko izraisa 5. hromosomas īsās rokas daļas sadalīšana. Šis stāvoklis ir nosaukts tāpēc, ka slimi mazuļi kliedz asus, kaķiem līdzīgus kliedzienus. Cilvēkiem ar šo sindromu ir plašas acis, maza galva un žoklis, vidēji smagas vai smagas garīgās veselības problēmas un īss augums.
• Dauna sindromu, visbiežāk sastopamo trisomiju, parasti izraisa 21. hromosomas papildu kopija (21. trisomija). Raksturīgās iezīmes ir samazināts muskuļu tonuss, drukna uzbūve, asimetriski vaigu kauli, slīpas acis un viegli līdz vidēji smagi attīstības traucējumi.
• Edvardsa sindroms jeb 18. hromosomas trisomija ir otrā izplatītākā trisomija. Simptomi ir lēna kustība, attīstības traucējumi un vairākas iedzimtas patoloģijas, kas izraisa nopietnas veselības problēmas. 90% pacientu mirst zīdaiņa vecumā. Viņiem raksturīgas savilktas dūres un pirkstu pārklāšanās.
• Izodicentriskā 15. hromosoma, saukta arī par idisku (15), 15. hromosomas garās rokas daļēja tetrasomija vai 15. hromosomas reversā dublēšanās (inv dup 15).
• Džeikobsena sindroms ir ļoti reti sastopams. To sauc arī par 11. hromosomas garās rokas terminālās dzēšanas traucējumiem. Slimniekiem ir normāls intelekts vai vāji attīstības traucējumi, slikta runas prasme. Lielākajai daļai ir asiņošanas traucējumi, ko sauc par Parīzes-Trousseau sindromu.
• Klinefeltera sindroms (XXY). Vīrieši ar Klinefeltera sindromu parasti ir sterili, parasti garāki, un viņiem ir garākas rokas un kājas nekā viņu vienaudžiem. Zēni ar sindromu parasti ir kautrīgi un klusi, un, visticamāk, viņi ir palēninājuši runu un disleksiju. Bez ārstēšanas ar testosteronu dažiem pusaudža gados var attīstīties ginekomastija.
• Patau sindroms, saukts arī par D sindromu vai 13. hromosomas trisomiju. Simptomi ir nedaudz līdzīgi 18. trisomijai, bez raksturīgās salocītās rokas.
• Maza piederumu marķiera hromosoma. Tas nozīmē, ka ir papildu patoloģiska hromosoma. Īpašības ir atkarīgas no papildu ģenētiskā materiāla izcelsmes. Kaķa acs sindromu un izodicentrisko 15 (vai idic15) sindromu izraisa papildu marķiera hromosoma, piemēram, Pallister-Killian sindroms.
• Trīskāršā X sindroms (XXX). XXX meitenes mēdz būt garākas, plānākas un biežāk disleksiskas.
• Tērnera sindroms (X, nevis XX vai XY). Tērnera sindroma gadījumā sieviešu seksuālās īpašības ir, bet nav pietiekami attīstītas. Sievietēm ar Tērnera sindromu ir īss rumpis, zema piere, anomālijas acīs un kaulos, ieliekta krūtis.
• XYY sindroms. XYY zēni parasti ir garāki par saviem brāļiem un māsām. Tāpat kā XXY zēniem un XXX meitenēm, viņiem, visticamāk, ir mācīšanās grūtības.
• Vilka Hiršorna sindroms, ko izraisa 4. hromosomas īsās rokas daļēja iznīcināšana. To raksturo smaga augšanas aizture un smagas garīgās veselības problēmas.

Parasti eikariotu šūnai ir viena kodols, bet ir divkodolu (ciliāti) un daudzkodolu šūnas (opalīns). Dažas augsti specializētas šūnas atkal zaudē kodolu (zīdītāju eritrocīti, angiospermu sieta caurules).

Kodola forma ir sfēriska, elipsveida, retāk lobēta, pupu formas utt. Kodola diametrs parasti ir no 3 līdz 10 mikroniem.

1 - ārējā membrāna; 2 - iekšējā membrāna; 3 - poras; 4 - kodols; 5 - heterohromatīns; 6 - euchro -matin.

Kodolu no citoplazmas norobežo divas membrānas (katrai no tām ir tipiska struktūra). Starp membrānām ir šaura sprauga, kas piepildīta ar pusšķidru vielu. Dažās vietās membrānas saplūst viena ar otru, veidojot poras (3), caur kurām notiek vielu apmaiņa starp kodolu un citoplazmu. Ārējā kodola (1) membrāna no citoplazmas vērstās puses ir pārklāta ar ribosomām, kas tai piešķir raupjumu, iekšējā (2) membrāna ir gluda. Kodolmembrānas ir daļa no šūnu membrānas sistēmas: ārējās kodolmembrānas izaugumi ir savienoti ar endoplazmatiskā retikuluma kanāliem, veidojot vienotu saziņas kanālu sistēmu.

Karioplazma (kodola sula, nukleoplazma)- kodola iekšējais saturs, kurā atrodas hromatīns un viens vai vairāki nukleoli. Kodola sulas sastāvā ietilpst dažādi proteīni (ieskaitot kodola enzīmus), brīvie nukleotīdi.

Kodols(4) ir noapaļots blīvs ķermenis, kas iegremdēts kodola sulā. Nukleolu skaits ir atkarīgs no kodola funkcionālā stāvokļa un svārstās no 1 līdz 7 vai vairāk. Nukleoli ir sastopami tikai nesadalāmajos kodolos; mitozes laikā tie pazūd. Kodols veidojas noteiktās hromosomu daļās, kurās ir informācija par rRNS struktūru. Šādus reģionus sauc par nukleolāriem organizatoriem, un tie satur daudzas rRNS kodējošu gēnu kopijas. Ribosomu apakšvienības veidojas no rRNS un proteīniem, kas nāk no citoplazmas. Tādējādi kodols ir rRNS un ribosomu apakšvienību uzkrāšanās dažādos to veidošanās posmos.

Hromatīns- kodola iekšējās nukleoproteīnu struktūras, iekrāsotas ar dažām krāsvielām un pēc formas atšķiras no kodola. Hromatīns ir gabaliņu, granulu un pavedienu veidā. Hromatīna ķīmiskais sastāvs: 1) DNS (30-45%), 2) histona proteīni (30-50%), 3) nehistona proteīni (4-33%), tāpēc hromatīns ir dezoksiribonukleoproteīnu komplekss (DNP) . Atkarībā no hromatīna funkcionālā stāvokļa ir: heterohromatīns(5) un euchromatin(6). Euchromatin ir ģenētiski aktīvs, heterochromatin ir ģenētiski neaktīvi hromatīna reģioni. Euchromatin gaismas mikroskopijā ir neatšķirams, vāji iekrāsots un attēlo dekondensētas (despiralizētas, nesavītas) hromatīna zonas. Gaismas mikroskopā esošais heterohromatīns izskatās kā gabali vai granulas, intensīvi iekrāsojas un attēlo hromatīna kondensētos (spirālveida, sablīvētos) laukumus. Hromatīns ir ģenētiskā materiāla pastāvēšanas veids starpfāžu šūnās. Šūnu dalīšanās laikā (mitoze, meioze) hromatīns tiek pārvērsts hromosomās.

Kodola funkcijas: 1) iedzimtas informācijas glabāšana un tās nodošana meitas šūnām dalīšanās procesā, 2) šūnu dzīves regulēšana, regulējot dažādu proteīnu sintēzi, 3) ribosomu apakšvienību veidošanās vieta.

Ir citoloģiskas stieņa formas struktūras, kas ir kondensēts hromatīns un parādās šūnā mitozes vai meiozes laikā. Hromosomas un hromatīns ir dažādas dezoksiribonukleoproteīnu kompleksa telpiskās organizācijas formas, kas atbilst dažādām šūnas dzīves cikla fāzēm. Hromosomu ķīmiskais sastāvs ir tāds pats kā hromatīnam: 1) DNS (30-45%), 2) histona proteīni (30-50%), 3) nehistona proteīni (4-33%).

Hromosomas pamats ir viena nepārtraukta divpavedienu DNS molekula; vienas hromosomas DNS garums var sasniegt vairākus centimetrus. Ir skaidrs, ka šāda garuma molekula nevar atrasties šūnā iegarenā formā, bet tiek pakļauta locīšanai, iegūstot noteiktu trīsdimensiju struktūru vai konformāciju. Var izdalīt šādus DNS un DNP telpiskās iesaiņošanas līmeņus: 1) nukleozomāli (DNS uztīšana uz proteīna lodītēm), 2) nukleomērs, 3) hromomērs, 4) hromonemāls, 5) hromosomu.

Hromatīna pārvēršanas procesā hromosomās DNP veido ne tikai spirāles un superspoles, bet arī cilpas un supercilpas. Tāpēc hromosomu veidošanās procesu, kas notiek mitozes vai meiozes 1. fāzes fāzē, labāk sauc nevis par spirāli, bet gan par hromosomu kondensāciju.

1 - metacentrisks; 2 - submetacentrisks; 3, 4 - akrocentrisks. Hromosomu struktūra: 5 - centromērs; 6 - sekundārā sašaurināšanās; 7 - satelīts; 8 - hromatīdi; 9 - telomēri.

Metafāzes hromosoma (hromosomas tiek pētītas mitozes metafāzē) sastāv no divām hromatīdām (8). Jebkurai hromosomai ir primārā sašaurināšanās (centromēra)(5), kas sadala hromosomu plecos. Dažām hromosomām ir sekundāra sašaurināšanās(6) un satelītu(7). Satelīts ir īsas rokas daļa, kas atdalīta ar sekundāru sašaurinājumu. Hromosomas, kurām ir satelīts, sauc par satelīta hromosomām (3). Hromosomu galus sauc telomēri(deviņi). Atkarībā no centromēra stāvokļa ir: a) metacentrisks(vienāds plecs) (1), b) submetacentrisks(mēreni nevienlīdzīgs) (2), c) akrocentrisks(krasi nevienlīdzīgas) hromosomas (3, 4).

Somatiskās šūnas satur diploīds(divkāršs - 2n) hromosomu komplekts, dzimuma šūnas - haploīds(viens - n). Apaļo tārpu diploīdā kopa ir 2, Drosophila - 8, šimpanze - 48, vēži - 196. Diploīdās kopas hromosomas ir sadalītas pāros; viena pāra hromosomām ir vienāda struktūra, lielums, gēnu kopums un tās sauc homologs.

Kariotips- informācijas kopums par metafāzes hromosomu skaitu, lielumu un struktūru. Idiogramma ir kariotipa grafisks attēlojums. Dažādu sugu pārstāvjiem ir dažādi kariotipi, viena suga ir viena un tā pati. Autosomas- hromosomas, kas vienādas vīriešu un sieviešu kariotipiem. Dzimumhromosomas- hromosomas, ar kurām vīriešu kariotips atšķiras no mātītes.

Cilvēka hromosomu komplektā (2n = 46, n = 23) ir 22 autosomu pāri un 1 pāris dzimuma hromosomu. Autosomas ir sagrupētas un numurētas:

Dzimumhromosomas nepieder nevienai no grupām un tām nav skaitļa. Sieviešu dzimuma hromosomas - XX, vīrieši - XY. X -hromosoma - vidējā submetacentriskā, Y -hromosoma - maza akrocentriskā.

Hromosomas(Sengrieķu χρῶμα - krāsa un σῶμα - ķermenis) - nukleoproteīnu struktūras eikariotu šūnas (šūnas, kurā ir kodols) kodolā, kas kļūst viegli pamanāmas noteiktās šūnu cikla fāzēs (mitozes vai meiozes laikā).

Hromosomas ir augsta hromatīna kondensācijas pakāpe, kas pastāvīgi atrodas šūnu kodolā. Sākotnēji šis termins tika ierosināts apzīmēt struktūras, kas atrodamas eikariotu šūnās, taču pēdējās desmitgadēs arvien vairāk cilvēku runā par baktēriju hromosomām. Lielākā daļa iedzimtās informācijas ir koncentrēta hromosomās.

Eikariotu hromosomas

Eikariotu hromosomām ir sarežģīta struktūra. Hromosomas pamats ir lineāra (gredzenā neslēgta) ievērojama garuma dezoksiribonukleīnskābes (DNS) makromolekula (piemēram, cilvēka hromosomu DNS molekulas satur no 50 līdz 245 miljoniem bāzes pāru). Paplašinātā veidā cilvēka hromosomas garums var sasniegt 5 cm. Papildus tam hromosomā ietilpst pieci specializēti proteīni- H1, H2A, H2B, H3 un H4 (tā sauktie histoni) un vairāki histona proteīni. Histonu aminoskābju secība ir ļoti konservēta un praktiski neatšķiras dažādās organismu grupās. Starpfāzē hromatīns nav kondensēts, bet pat šajā laikā tā pavedieni ir DNS un olbaltumvielu komplekss. DNS makromolekula aptver histona proteīnu H2A, H2B, H3 un H4 oktomērus (struktūru, kas sastāv no astoņām olbaltumvielu lodītēm), veidojot struktūras, ko sauc par nukleozomām.

Kopumā visa struktūra nedaudz atgādina krelles. Šādu nukleozomu secību, kas savienota ar H1 proteīnu, sauc par nukleofilamentiem vai nukleozomu pavedieniem, kuru diametrs ir aptuveni 10 nm. Agrīnā starpfāzē (G1 fāze) katras nākamās hromosomas pamats ir viena DNS molekula. Sintēzes fāzē (S) DNS molekulas nonāk replikācijas procesā un dublējas. Vēlā starpfāzē (G2 fāze) katras hromosomas bāzi veido divas identiskas DNS molekulas, kas veidojas replikācijas rezultātā un ir savienotas viena ar otru centromēras sekvences reģionā. Pirms šūnu kodola sadalīšanās sākas, hromosoma, ko šobrīd attēlo nukleozomu ķēde, sāk spirāli vai iepakoties, veidojot biezāku hromatīna šķiedru, kuras diametrs ir 30 nm, ar H1 proteīna palīdzību. Turpmākas spirālizācijas rezultātā hromatīda diametrs līdz metafāzei sasniedz 700 nm. Ievērojamais hromosomas biezums (diametrs 1400 nm) metafāzes stadijā ļauj visbeidzot to redzēt caur gaismas mikroskopu.

Kondensētā hromosoma izskatās kā burts X (bieži vien ar nevienādām rokām), jo abas replikācijas rezultātā iegūtās hromatīdas joprojām ir savienotas viena ar otru centromēras reģionā. Katra cilvēka ķermeņa šūna satur precīzi 46 hromosomas... Hromosomas vienmēr ir savienotas pārī. Šūnā vienmēr ir 2 katra tipa hromosomas, pāri atšķiras viens no otra pēc garuma, formas un sabiezējumu vai savilkumu klātbūtnes. Vairumā gadījumu hromosomas ir pietiekami atšķirīgas, lai citologs varētu atšķirt hromosomu pārus (kopā 23 pāri).

Jāatzīmē, ka visās somatiskajās šūnās (visās ķermeņa šūnās, izņemot dzimumu) hromosomas pa pāriem vienmēr ir vienāda izmēra, formas, centromēru izvietojuma, savukārt vīriešu dzimuma hromosomas (23. pāris) nav vienādas (XY), bet sievietēm ir tas pats (XX). Hromosomas šūnā zem mikroskopa var redzēt tikai dalīšanās laikā - mitozē, metafāzes stadijā. Šīs hromosomas sauc par metafāzi. Kad šūna nesadalās, hromosomas izskatās kā plānas, tumšas krāsas pavedieni hromatīns.

Hromatīns ir dezoksiribonukleoproteīns, kas tiek atklāts gaismas mikroskopā plānu pavedienu un granulu veidā. Mitozes (šūnu dalīšanās) procesā hromatīns ar spirālizāciju veido skaidri saskatāmas (īpaši metafāzē) intensīvi krāsojošas struktūras - hromosomas. Metafāzes hromosoma sastāv no diviem gareniskiem dezoksiribonukleoproteīnu pavedieniem - hromatīdiem, kas savienoti viens ar otru primārās sašaurināšanās reģionā - centromērā.

Centromērs ir īpaši organizēts hromosomu reģions, kas ir kopīgs abām māsu hromatīdām. Centromērs sadala hromosomas ķermeni divās rokās. Atkarībā no primārās sašaurināšanās vietas izšķir šādus hromosomu veidus: vienādas rokas (metacentriskas), kad centromēra atrodas vidū, un rokas ir aptuveni vienāda garuma; nevienlīdzīgas rokas (submetacentrisks), kad centromērs ir pārvietots no hromosomas vidus un rokas ir nevienāda garuma; stieņa formas (akrocentrisks), kad centromērs ir pārvietots uz vienu hromosomas galu un viens plecs ir ļoti īss. Ir arī punktu (telocentriskās) hromosomas, tām trūkst viena pleca, bet tās nav personas kariotipā (hromosomu komplektā). Dažās hromosomās var būt sekundāri sašaurinājumi, kas no hromosomas ķermeņa atdala reģionu, ko sauc par satelītu.

Eikariotu šūnu hromosomu ķīmiskās organizācijas pētījums parādīja, ka tās galvenokārt sastāv no DNS un olbaltumvielām. Kā pierādīts daudzos pētījumos, DNS ir iedzimtības un mainīguma īpašību materiāls nesējs un satur bioloģisko informāciju - šūnas, organisma attīstības programmu, kas ierakstīta, izmantojot īpašu kodu. Olbaltumvielas veido nozīmīgu hromosomu vielas daļu (aptuveni 65% no šo struktūru masas). Hromosoma kā gēnu komplekss ir evolucionāri attīstīta struktūra, kas raksturīga visiem konkrētās sugas indivīdiem. Savstarpējai gēnu izvietošanai hromosomā ir svarīga loma to funkcionēšanā. Hromosomu skaita izmaiņas cilvēka kariotipā var izraisīt dažādas slimības.

Visbiežāk hromosomu slimība cilvēkam ir Dauna sindroms, sakarā ar trisomiju (normālu hromosomu pārim pievieno vēl vienu, to pašu papildus) 21. hromosomā. Šis sindroms rodas ar biežumu 1-2 uz 1000. Bieži augļa nāves cēlonis ir trisomija uz 21 hromosomu pāriem, bet dažreiz cilvēki ar Dauna sindromu dzīvo līdz ievērojamam vecumam, lai gan kopumā viņu dzīves ilgums ir samazināts.

Zināmās trisomijas 13. hromosomā - Patau sindroms, kā arī 18. hromosomā - Edvardsa sindroms, kurā jaundzimušo dzīvotspēja ir krasi samazināta. Viņi mirst pirmajos dzīves mēnešos vairāku attīstības defektu dēļ. Diezgan bieži cilvēkam ir izmaiņas dzimuma hromosomu skaitā. Starp tiem ir zināma X monosomija (no pāris hromosomām ir tikai viena (X0)) Šereševska-Tērnera sindroms... Retāk sastopama X un trisomija Klinefeltera sindroms(XXY, XXXY, XXY uc). Cilvēki ar dzimuma hromosomu skaita izmaiņām Y hromosomas klātbūtnē attīstās vīriešu modelī. Tas ir saistīts ar faktu, ka faktori, kas nosaka vīriešu attīstības veidu, atrodas Y hromosomā. Atšķirībā no autosomu mutācijām (visas hromosomas, izņemot dzimumu), garīgie defekti pacientiem nav tik izteikti, daudziem tas ir normas robežās un dažreiz pat pārsniedz vidējo. Tajā pašā laikā viņi pastāvīgi piedzīvo dzimumorgānu attīstības un augšanas pārkāpumus. Citu sistēmu malformācijas ir retāk sastopamas.