Лабораторная работа № 1-1

Тема: Макроструктура хромосом. Исследования кариотипа организмов.

Цель работы: изучить особенности строения хромосом прокариотических и эукариотических клеток.

Задание: зарисовать тонкое строение хромосом, типы хромосом; определить отличия в строении хромосом прокариот и эукариот; ответить на вопросы, приведенные в конце работы и сделать вывод.

Морфология хромосом эукариот

Рисунок 1. Строение метафазной хромосомы

Морфология хромосом лучше всего видна в клетке на стадии метафазы. Размеры их варьируют от 2 до 10 микрон. Хромосома состоит из двух нитей — хроматид. Обе хроматиды каждой хромосомы идентичны друг другу по генному составу. На этой стадии каждая хроматида образована двумя хромонемами (молекула ДНК). Хромонема (от греч. chróma — цвет, краска и nema — нить) — нить, составляющая структурную единицу хромосомы. Хромонема представляет собой дезоксирибонуклеопротеидную (ДНП) цепочку. В составе одной хромосомы может быть две или более хромонем, но не более двух хроматид.

В хромосомах выявлены структуры, названные хромомерами. Хромомер — это спирализованный участок хромонемы. Промежутки меж­ду хромомерами представлены хромонемными нитями. Расположение хромомеров на каждой хромосоме строго фиксировано, наследственно детерминировано. Хромонемы и хромомеры окружены неокрашивающимся вещест­вом — матриксом. Матрикссодержит дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновую кислоты, белки.

Хромосомы дифференцированы по длине. Хромосомы имеют центромеру или первичную перетяжку, две теломеры и два плеча. На некоторых хромосомах выделяют вторичные перетяжки и спутники. Движение хромосомы определяет центромера, которая имеет сложное строение.

ДНК центромеры отличается характерной последовательностью нуклеотидов и специфическими белками. В зависимости от расположения центромеры различают акроцентрические, телоцентрические, субметацентрические и метацентрические хромосомы.

Рисунок 2. Типы метафазных хромосом: 1, 6 — метацентрические (равно­плечие, V-образные хромосомы, обладающие плечами равной длины); 2 — субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L); 3 — акроцентрические (резко неравноплечие — палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом); 4, 5 — телоцентрические (палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце); 7 — акроцентрическая со вторичной перетяж­кой; 8 — спутничная. Светлыми кружками обозначены центромеры.

Вторичные перетяжки, в отличие от первичной перетяжки (центромеры), не служат местом прикрепления нитей веретена и не играют никакой роли в движении хромосом. Некоторые вторичные перетяжки связаны с образованием ядрышек, в этом случае их называют ядрышковыми организаторами. Ядрышки — это более или менее деспирализованные участки хромосом, окружен­ные продуктами деятельности генов (рибосомы, частицы РНК и т. п.). Здесь идет синтез рибосомальной РНК, а также осуществляются определенные этапы формирования рибосом. В нем синтезируется боль­шая часть РНК клетки.

У некоторых акроцентрических хромосом есть спутники (сателлиты)— участки, соединенные с остальной частью хромосомы тонкой нитью хроматина. Форма и размеры спутника постоянны для данной хромосомы. У человека спутники имеются у пяти пар хромосом.

Сателлит — это округлое или удлинённое тельце, отделённое от основной части хромосомы тонкой хроматиновой нитью, по диаметру равный или несколько меньший хромосоме. Хромосомы, обладающие спутником принято обозначать SAT-хромосомами. Форма, величина спутника и связывающей его нити постоянны для каждой хромосомы.

Концевые участки хромосом, богатые структурным гетерохроматином, называются теломерами. Теломеры препятствуют слипанию концов хромосом после редупликации и тем самым способствуют сохранению их целостности. Следовательно, теломеры ответственны за существование хромосом как индивидуальных образований.

Исследование тонкой структуры хромосом показало, что они состоят из ДНК, белка, небольшого количества РНК, фосфолипидов, металлов Са²⁺, Mg²⁺ и некоторых других веществ. Молекула ДНК несет отрицательные заряды, распределенные по всей длине, а присоединенные к ней белки — гистоны заряжены положительно. Этот комплекс ДНК с белком называют хроматином. Хроматин может иметь разную степень конденсации. Конденсированный хроматин называют гетерохроматином, деконденсированный хроматин — эухроматином. Степень деконденсации хроматина отражает его функциональное состояние. Гетерохроматиновые участки функционально менее активны, чем эухроматиновые, в которых локализована большая часть генов. Различают структурный гетерохроматин, количество, которого различается в разных хромосомах, но располагается он постоянно в околоцентромерных районах.

Кроме структурного гетерохроматина существует факультативный гетерохроматин, который появляется в хромосоме при сверхспирализации эухроматических районов.

Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, тогда его можно обнаружить в виде плотных хромосом.

Хромосомы, имеющие одинаковый порядок генов, называют гомологичными. Они имеют одинаковое строение (длина, расположение центромеры и т. д.). Негомологичные хромосомы имеют разный генный набор и разное строение. Тип хромосом является постоянным для всех представителей одного вида или рода.

Наследственная информация организма строго упорядочена по отдельным хромосомам. Каждый организм характеризуется определенным набором хромосом (число, размеры и структура), который называется кариотипом. Длительное время полагали, что кариотип человека состоит из 48 хромосом. Однако в начале 1956 г. было опубликовано сообщение, согласно которому число хромосом в кариотипе человека равно 46. Структурно кариотип человека представлен двадцатью четырьмя разными хромосомами (22 пары аутосом, Х- и Y-хромосомы, называемые половыми, или гоносомами). Кариотип — это паспорт вида. Анализ кариотипа позволяет выявлять нарушения, которые могут приводить к аномалиям развития, наследственным болезням или гибели плодов и эмбрионов на ранних стадиях развития.

Хромосомы не очень легко отличать одну от другой. С целью унификации методов идентификации хромосом на конференции в 1960 г. в г. Ден­вере (США) цитогенетики предложили классификацию, учитывающую величину хромосом и расположения центромер (метацентрические, субметацентрические, телоцентрические, акроцентрические). Патау в том же году дополнил эту классификацию и предложил разделить хромосомы человека на 7 групп, обозначаемых латинскими буквами от А до G (табл. 1). Помимо этого, все аутосомы в порядке уменьшения общей длины нумеруются (от 1 до 22).

Рисунок 3. Хромосомный набор (кариотип) человека (женский).

Хромосо́мы (др.-греч. χρῶμα — цвет и σῶμα — тело) —нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической (клетки, содержащей ядро), которые становятся легко заметными в определённых фазах клеточного цикла (во время митоза или мейоза).

Если расположить фотографии гомологичных хромосом по мере возрастания их размеров, то можно получить так называемую идиограмму кариотипа. Таким образом, идиограмма — это графическое изображение хромосом. На идиограмме пары гомологов располагаются рядами в порядке убывающего размера.

В дальнейшем для индивидуализации хромосом различных организмов стали использовать свойство хромосом окрашиваться на чередующиеся светлые и темные поперечные полосы по длине хромосомы при использовании специальных способов окраски.

Точное постоянство числа хромосом, их индивидуальность и сложность строения свидетельствуют о важности выполняемой ими функции. Хромосомы выполняют функцию основного генетического аппарата клетки. В них в линейном порядке расположены гены, каждый из которых занимает строго определенное место локус) в хромосоме. В каждой хромосоме много генов, но для нормального развития организма необходим набор генов полного хромосомного набора.

Таблица 1

Бактериальные хромосомы

Прокариоты (археи и бактерии, в том числе митохондрии и пластиды, постоянно обитающие в клетках большинства эукариот) не имеют хромосом в собственном смысле этого слова. У большинства из них в клетке имеется только одна макромолекула ДНК, замкнутая в кольцо (эта структура получила название нуклеоид).

У ряда бактерий обнаружены линейные (не замкнутые в кольцо) макромолекулы ДНК. Помимо нуклеоида или линейных макромолекул, ДНК может присутствовать в цитоплазме прокариотных клеток в виде небольших замкнутых в кольцо молекул ДНК, так называемых плазмид, содержащих обычно незначительное, по сравнению с бактериальной хромосомой, число генов. Состав плазмид может быть непостоянен, бактерии могут обмениваться плазмидами в ходе парасексуального процесса.

Имеются данные о наличии у бактерий белков, связанных с ДНК нуклеоида, но гистонов у них не обнаружено.

Размеры молекул ДНК хромосом огромны. Каждая хромосома представлена одной молекулой ДНК. Они могут достигать сотен микрометров и даже сантиметров. Из хромосом человека самая большая — первая; ее ДНК имеет общую длину до 7 см. Суммарная длина молекул ДНК всех хромосом одной клетки человека составляет 170 см.

Источник: megapredmet.ru

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

Источник: StudFiles.net

Расположение

Центромер не всегда расположен в центральной области хромосомы (см. фото выше). Хромосома состоит из короткого плеча (p) и длинного плеча (q), которые соединяются в центромерной области. Центромеры могут находиться, как вблизи середины, так и в нескольких положениях вдоль хромосомы. Метацентрические центромеры расположены вблизи центра хромосом. Субметацентрические центромеры смещены в одну сторону от центра, так что одно плече длиннее другого. Акроцентрические центромеры расположены вблизи конца хромосомы, а телоцентрические центромеры находятся на конце или в области теломер хромосомы.

Положение центромера легко обнаруживается в кариотипе человека гомологичных хромосом. Хромосома 1 является примером метацентрической центромеры, хромосома 5 является примером субметацентрической центромеры, а хромосома 13 является примером центромера акроцентрика.

Расхождение хромосом в митозе

До начала митоза клетка входит в стадию, известную как интерфаза, где она реплицирует свою ДНК при подготовке к делению клеток. Образуются сестринские хроматиды, которые соединены в их центромерах.

В профазе митоза специализированные области на центромерах, называемые кинетохорами, прикрепляют хромосомы к веретенообразным волокнам. Кинетохоры состоят из ряда белковых комплексов, которые генерируют кинетохорные волокна, прикрепляющиеся к веретену делния. Эти волокна помогают манипулировать и разделять хромосомы во время деления клеток.

На стадии метафазы хромосомы удерживаются на метафазной пластине равными силами полярных волокон, нажимая на центромеры.

Во время анафазы парные центромеры в каждой отдельной хромосоме начинают расходится друг от друга, так как дочерние хромосомы сначала центрируются относительно противоположных полюсов клетки.

Во время телофазы новообразованные клеточные ядра включают отдельные дочерние хромосомы. После цитокинеза образуются две разные диплоидные клетки.

Расхождение хромосом в мейозе

В мейозе клетка проходит через две стадии процесса деления (мейоз I и мейоз II). Во время метафазы I центромеры гомологичных хромосом ориентированы на противоположные полюсы клеток. Это означает, что гомологичные хромосомы будут прикрепляться в своих центромерных областях к волокнам веретена деления, простирающимся только от одного из двух полюсов клетки.

Когда волокна веретена сокращаются во время анафазы I, гомологичные хромосомы вытягиваются к противоположным полюсам клеток, но сестринские хроматиды остаются вместе. В мейозе II волокна веретена, простирающиеся от обоих полюсов клеток, прикрепляются к сестринским хроматидам в их центромерах. Сестринские хроматиды разделяются в анафазе II, когда волокна веретена тянут их к противоположным полюсам. Мейоз приводит к разделению и распределению хромосом среди четырех новых дочерних клеток. Каждая клетка гаплоидна, содержащая только половину числа хромосом от исходной клетки.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Источник: NatWorld.info

Источник: helpiks.org

Полезные статьи по теме:

Сколько хроматид в хромосоме к началу профазы Обмен идентичными участками гомологичных хромосом называется Короткое плечо хромосомы Какое значение имеет независимое расхождение гомологичных хромосом Хромосомы мужчины и женщины Женская хромосома х или у