Хромосомный и геномный уровни организации генетического материала. Кариотип. Методы изучения кариотипа. Денверская и Парижская классификация хромосом.

Хромосомный уровень организации генетического материала:

Бактерии - Хромосома бактерий представлена кольцевой спирализованной молекулой ДНК. ДНК складывается в петли, основания которых фиксируются негистоновыми белками. Хромосомная ДНК бактерий находится в нуклеоиде, не отграниченным от остальной цитоплазмы мембраной. Экстрахромосомная ДНК бактерий представлена плазмидами цитоплазмы – небольшими кольцевыми молекулами ДНК.

Эукариоты – Хромосомы - морфологические единицы ядра эукариотической клетки, функция которых состоит в хранении, реализации и передаче наследственной информации. Хромосомы, имеющие в процессе деления клетки вид конденсированных отдельных хорошо различимых телец, в период интерфазы частично деконденсируются, и такое их состояние называется хроматин (состав хроматина: ДНК, белки, несколько видов РНК, липиды, полисахариды и ионы металлов). Гистоны – основные (щелочные) белки и представлены 5 классами: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Восемь молекул Н2А, Н2В, Н3, Н4 образуют нуклеосому, на которую накручена ДНК (1, 75 витка или примерно 146 пар нуклеотидов). Поверхность молекул гистонов заряжена положительно, а молекула ДНК – отрицательно, что обеспечивается их взаимодействие. Фракция негистоновых кислых белков включает более 100 разновидностей. Среди них – ферменты транскрипции, процессинга, редупликации ДНК и ряд др. РНК в составе хромосом представлены как незавершенными транскриптами, сохраняющими связь с ДНК хромосомы, а также фракциями РНК с небольшой молеклярной массы, выполняющими регуляторную функцию. Функциональная роль липидов и полисахаридов до конца не ясна. Ионы металлов (Mg++, Ca++), возможно участвуют в обеспечении условий для приобретения определённой конформации макромолекул и их взаимодействий.

Геномный уровень организации генетического материала.

Геном – биологическая информация вида. Геном человека (22 аутосомы, половые хромосомы Х и У, митохондриальная ДНК) по объему составляют примерно 3,1х10^³ пар оснований. Он содержит от 20-25 тысяч генов. Структурные гены в составе генома кодирует все аминокислотные последовательности белков и нуклеотидные последовательности транспортных, рибосомных и некоторых других видов РНК, которые образуются клетками организмов данного вида. Роль генома состоит в обеспечении видоспецифичного ттипа онтогенеза и развития в итоге организма соответствующего вида. В основе анализа генома лежат: цитогенетические карты хромосом, последовательность генетических маркеров, последовательность перекрывающихся рестрикционных фрагментов и секвенирование по Сэнгеру. В геноме эукариот существуют генные, а также экстрагенные нуклеотидные последовательности ДНК. Генная ДНК в геноме человека составляет 25-26%, включает: экзоны – 1,5%, интроны и другие регуляторные последовательности в составе генов – 24%. Экстрагенная ДНК составляет 74-75%, из нее: псевдогены (некодирующая ДНК) – 15%, 59% ДНК с повторяющимися последовательностями включает: 44% ДНК-повторов содержат транспозоны и ретротранспозоны и связанные с ними последовательности (мобильные элементы генома); 15% повторов не связаны с транспозонами (эти последовательности возникают в результате ошибок репликации и рекомбинации – длинные сегменты по 10000-300000 п.о. и менее 15-500 п.о.; простые последовательности тандемно повторяющиеся играют часто структурную роль, формируя теломеры и центромеры хромосом – сателлитная ДНК)

Кариотип.

Кариотип – диплоидный набор хромосом, характерный для каждого биологического вида. Признаки кариотипа: число, размер и форма хромосом, положение центромеры, наличие втрочичных перетяжек, чередование гетерохроматиновых и эухроматиновых участков и др. Постоянство этих признаков обеспечивается: процессами репликации ДНК, распределения хромосом в клетках в процессе их деления и оплодотворения. Методы изучения кариотипа: цитогенетический метод. Сущность метода: используют соматические, имеющие ядро и способные к делению, клетки. Клетки помещают в культуру, стимулируют их деление. Блокированные в метафазе клетки фиксируют и окрашивают. Методики окрашивания хромосом: рутинная, дифференциальная, FISH-метод. Результаты идентификации хромосом обычно представлены в виде идиограммы. В кариотипе человека выделяют группы метацентрических (хромосомы, у которых центромера расположена посередине или почти посередине), субметацентрических (хромосомы с плечами неравной длины или центромера смещена от центра хромосомы) и акроцентрические (хромосомы, у которых центромера находится практически на конце, и второе плечо настолько мало, что его может быть не видно на цитологических препаратах) и С. Г. Навашин выделял ещё и телоцентрические хромосомы, то есть хромосомы только с одним плечом. Однако по современным представлениям истинно телоцентрических хромосом не бывает. Второе плечо, пусть даже очень короткое и невидимое в обычный микроскоп, всегда присутствует.

Денверская классификация хромосом.

В 1960 году в американском городе Денвере была создана первая Международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека, обеспечившая международную стандартизацию исследований хромосом еще на начальных этапах становления цитогенетики человека. Хромосомный набор или кариотип человека включает 46 хромосом - 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом (XX- у лиц женского пола и XY - мужского).

Денверская классификация хромосом, которая помимо размеров хромосом учитывает их форму, положение центромеры и наличие вторичных перетяжек и спутников. 23 пары хромосом человека разбили на 7 групп от А до G. Важным параметром является центромерный индекс (ЦИ). который отражает отношение (в %) длины короткого плеча к длине всей хромосомы.

К группе А относят 1-3 пары хромосомы. Это большие, метацентрические и субметацентрпческие хромосомы, их центромерный индекс от 38 до 49.

Группа В (4 и 5 пары). Это большие субметацентрпческие хромосомы. ЦИ 24-30.

Группа С (6-12 пары). Хромосомы среднего размера, субметацентрпческие, ЦИ 27-35. К этой группе относят и Х-хромосому.

Группа D (13-15 пары). Хромосомы акроцентрнческне, сильно отличаются от всех других хромосом человека, ЦИ около 15.

Группа Е (16-18 пары). Относительно короткие, метацентрические или субметацентрпческие. ЦИ 26 - 40.

Группа F (19-20 пары): две короткие, субметацентрпческие хромосомы. ЦИ 36-46.

Группа G (21 и 22 пары): это маленькие акроцентрнческне хромосомы. ЦИ 13-33. К этой группе относят и Y-хромосому.

Парижская классификация хромосом.

В основе Парижской классификации хромосом человека (1971 г.) лежат методы специальной дифференциальной их окраски, при которой в каждой хромосоме выявляется характерный только для нее порядок чередования поперечных светлых и темных сегментов.

Различные типы сегментов обозначают по методам, с помощью которых они выявляются наиболее четко. Например. Q-сегменты - это участки хромосом, флюоресцирующие после окрашивания акрихин-ипритом; G-сегменты выявляются при окрашивании красителем Гимза (Q- и G-сегменты идентичны); R-сегменты

окрашиваются после контролируемой тепловой денатурации и т.д. Данные методы позволяют четко дифференцировать хромосомы человека внутри групп.

Короткое плечо хромосом обозначают латинской буквой р. а длинное -q. Каждое плечо хромосомы разделяют на районы, нумеруемые по порядку от центромеры к теломере. В некоторых коротких плечах выделяют один такой район, а в других (длинных) - до четырех. Полосы внутри районов нумеруются по порядку от центромеры. Если локализация гена точно известна, для ее обозначения используют индекс полосы. Например, локализация гена, кодирующего эстеразу D. обозначается 1 Зр 14 - четвертая полоса первого района короткого плеча тринадцатой хромосомы. Локализация генов не всегда известна до полосы. Так, расположение гена ретинобластомы обозначают 13q, что означает локализацию его в длинном плече тринадцатой хромосомы.

2. Провизорные органы, их эволюционные значение. Группы Анамнии и Амниоты. Функции и особенности образования амниона у яйцекладущих и плацентарных амниот.

Провизорные органы, их эволюционные значение.

Провизорные органы – это временные органы, функционирующие у личинок и зародышей и отсутствующие во взрослом состоянии. К ним относятся: желточный мешок (эволюционно более ранний; обеспечивает питание, участвует в кроветворении и образовании первичных половых клеток), амнион (водная оболочка, ближайшая к зародышу, обеспечивает его защиту и создает оптимальную среду для развития), сероза (или хорион у млекопитающих; наружная, участвует в дыхании и питании зародыша) и аллантоис (зародышевый мочевой пузырь; накапливает продукты выделения зародыша и принимает участие в дыхании). Формирование аллантоиса и зародышевых оболочек, амниона, серозы (хориона) позволило осуществить переход эмбрионального развития из водной среды в наземную. Из провизорных органов у анамний есть только желточный мешок, а у амниот – все.

Группы Анамнии и Амниоты.

Анамнии (лат. Anamnia) или низшие позвоночные — группа, включающая позвоночных животных, не имеющих зародышевых оболочек. В отличие от амниот, у анамний в процессе эмбрионального развития не возникает зародышевой оболочки — амниона и особого зародышевого органа — аллантоиса. Анамнии связаны в своём существовании с водной средой, в которой они проводят либо всю жизнь, либо начальные стадии (яйцевые и личиночные). К анамниям относятся все позвоночные, за исключением амниот, то есть бесчелюстные и различные группы рыб, а также амфибии.

Амниоты, или высшие позвоночные (лат. Amniota) — монофилетическая группа (клада) позвоночных животных, характеризующихся наличием зародышевых оболочек. Известны с раннего карбона. К ним относятся: пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.

Функции и особенности образования амниона у яйцекладущих и плацентарных амниот.

У яйцекладущих амнион развивается из эктобластического пузырька, складками наружного и среднего зародышевых листков (эктодермы и мезенхимы) и образует заполненную плодной жидкостью полость.

У человека и приматов амнион возникает на ранних стадиях эмбрионального развития, еще до образования зародышевых листков и закладки осевых органов. В результате уплощения клеток эмбриобласта образуется зародышевый диск, гомологичный бластодиску пресмыкающихся и птиц. В начале седьмых суток после оплодотворения у зародыша человека наблюдается перемещение клеток зародышевого щитка, в результате чего между клетками змбриобласта возникает полость. Такой тип образования полости внутри клеточной массы называют кавитацией. Эта полость является амниотической полостью.

Функции амниона:

1. Защитная - защищает плод от проникновения микробов со стороны влагалища, и в меньшей степени от механических повреждений.

2. Обеспечивает стабильные условия для развития плода.