Особенности строения и химический состав хромосом
Хромосомы -
(греч. chrōma цвет, окраска + sōma тело) — основные структурно-функциональные элементы клеточного ядра, содержащие гены.
Название «хромосомы» обусловлено их способностью интенсивно окрашиваться основными красителями во время деления клетки.
Схема строения хромосомы в поздней профазе — метафазе митоза.
1 — хроматида;
2 — центромера (конетохор);
3 — короткое плечо;
4 — длинное плечо.
Кинетохоры располагаются в центромерном районе хромосом.
1 - кинетохор,
2 - пучок кинетохорных микротрубочек;
3 - хроматида.
Аномалии аутосом
Впервые связь между аномальным набором хромосом и резкими отклонениями от нормального развития была обнаружена в случае синдрома Дауна. Люди, страдающие этим заболеванием, имеют непропорционально маленькую голову, характерный разрез глаз, низкий рост, короткие и короткопалые руки и ноги, аномалии многих внутренних органов, специфическое выражение лица, для них характерна умственная отсталость. Кроме того, у 40% больных синдромом Дауна наблюдаются различные пороки сердца.
Изучение кариотипа таких больных показало наличие дополнительной, то есть третьей хромосомы в 21 паре (так называемая трисомия). Причины трисомии связаны с нерасхождением хромосом в ходе мейоза у женщин. Иными словами, пациент имеет во всех клетках не 46 хромосом, как в норме, а 47.
Важно отметить, что существует сильная зависимость между частотой рождения детей с синдромом Дауна и возрастом матери. Дети с синдромом Дауна появляются довольно часто – один на 500-600 новорождённых. Обычно у одного из родителей, имеющих больного ребёнка с синдромом Дауна, наблюдают 45 хромосом, при этом 15-ая хромосома объединена с 21-ой. В такой семейной паре независимо от возраста матери дети с синдромом Дауна будут рождаться довольно часто. Трисомии по другим аутосомам встречаются очень редко, так как приводят к гибели эмбрионов на ранних стадиях развития.
Синдром Дауна
Некоторые внешние признаки болезни Дауна у ребенка 4 лет: косо расположенные глазные щели, эпикант*, уплощенная широкая переносица, полуоткрытый рот, деформированные ушные раковины.
* Эпикан (эпикантус) - вертикальная складка кожи полулунной формы, прикрывающая внутренний угол глазной щели. Наблюдается в норме у представителей монголоидной расы. Наличие эпикантуса у представителей других рас является врожденной аномалией. По мере роста ребенка эпикантус может уменьшаться и даже исчезнуть.
Схематическое изображение ладонной поверхности кисти здорового ребенка (слева) и ребенка того же возраста с болезнью Дауна: кисть больного короткая и широкая, пальцы как бы обрублены; t' — трирадиус (точка, в которой сходятся папиллярные линии трех направлений); t" — характерный для болезни Дауна высоко расположенный добавочный трирадиус; пунктирной линией показана поперечная складка.
Аномалии половых хромосом
Синдром Шерешевского-Тернера
короткая с кожными складками шея
лимфатический отек кистей и стоп.
отставание в росте
антимонголоидный разрез глаз, птоз, эпикант, ретрогения, низкорасположенные ушные раковины, короткая шея (иногда птеригиум), низкий рост волос на шее, широкая грудная клетка, гипертелоризм сосков, вальгусное положение локтей, клинодактилия мизинцев.
В пубертатном периоде наблюдается отсутствие формирования вторичных половых признаков (почти нет железистой ткани молочных желез, соски недоразвиты, ареолы узкие, отсутствует оволосение на лобке и в подмышечных впадинах), первичная аменорея.
имеют характерный фенотип: наличие крыловидной шейной складки, низкорослость,общая диспластичность, бочкообразная грудная клетка, укорочение шеи, низкий рост волос на шее, высокое, «готическое» небо, задержка полового развития, аменорея, бесплодие. Сейчас известно, что ряд больных с этим синдромом представлен мозаиками. Частота синдрома Шерешевского-Тернера среди новорождённых невелика (один на 2500). Он характерен только для женщин. У больных этим синдромом в ядрах отсутствуют тельца Барра. Существуют и другие примеры болезней, вызываемых различными нарушениями в строении хромосом.
Синдром Клайнфельтера
встречается у одного из 400-600 новорождённых мальчиков и проявляется в недоразвитии первичных и вторичных половых признаков, искажении пропорций тела. У таких больных в соматических клетках обнаружены тельца Барра, которые никогда не обнаруживаются у здоровых мужчин. Для больных типичны высокий рост, евнуховидное телосложение. Половое созревание наступает вовремя, однако рост волос на лице слабый. В редких случаях больные нуждаются в лечении тестостероном. Клинические проявления значительно варьируют: большинство мужчин 47ХХУ внешне нормальны, обладают нормальным интеллектом, но стерильны.У них нет задержки психического развития, но довольно часто больные имели невнятную речь и замедленное слуховое восприятие. Однако занятия с логопедом обычно оказывались эффективными.
• УРОВНИ УКЛАДКИ ДНК
- НУКЛЕОСОМНЫЙ – УЧАСТВУЮТ ГИСТОНЫ, ОНИ ОБРАЗУЮТ КОР
- УРОВЕНЬ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ХРОМАТИНОВОЙ НИТИ
• НО! Конструкция не абсолютно жесткая, что позволяет сделать спираль, стенки которой состоят из кор
- УРОВЕНЬ ХРОМОНЕМНЫХ НИТЕЙ / ПЕТЕЛЬ
- СУПЕРСПИРАЛЬ
• ВОЗМОЖНО, ТАКИЕ ХРОМОНЕМНЫЕ НИТИ ОБРАЗУЮТ ЕЩЕ ОДНУ (ТРЕТЬЮ) СПИРАЛЬ – СУПЕРСПИРАЛЬ
• ДИАМЕТР = 600-700 нм
• ДЛИНА = 5 мкм
• НАБЛЮДАЕТСЯ В МЕТАФАЗЕ
• ПРИ ТАКОЙ УКЛАДКЕ ИНФОРМАЦИЯ НЕ МОЖЕТ СЧИТЫВАТЬСЯ
Клеточный цикл — это период жизни клетки от одного деления до другого или от деления до смерти.
Клеточный цикл состоит из интерфазы (период вне деления) и самого клеточного деления.
Если клетка собирается когда-нибудь делиться, то интерфаза будет состоять из 3-х периодов. Сразу после выхода из митоза клетка вступает в пресинтетический или G1-период, далее переходит в синтетический или S-период и потом — в постсинтетический или G2-период. G2-периодом заканчивается интерфаза и после нее клетка вступает в следующий митоз.
Если клетка не планирует снова делиться, то она как бы выходит из клеточного цикла и вступает в период покоя, или G0-период. Если клетка, находящаяся в G0-периоде, снова захочет делиться, то она выходит из G0-периода и вступает в G1-период. Таким образом, если клетка находится в G1-периоде, то она обязательно рано или поздно будет делиться, не говоря уже о S- и G2-периодах, когда клетка в ближайшее время обязательно вступит в митоз.
G1-период может продолжаться от 2–4 ч до нескольких недель или даже месяцев. Продолжительность S-периода варьирует от 6 до 8 ч, а G2-периода — от нескольких часов до получаса. Длительность митоза — от 40 до 90 минут. Причем самой короткой фазой митоза можно считать анафазу. Она занимает всего несколько минут.
G1-период характеризуется высокой синтетической активностью, в течение которого клетка должна увеличить свой объем до размера материнской клетки, а значит, и количество органелл, различных веществ. Непонятно почему, но клетка прежде чем вступить в следующий митоз должна иметь размер равный материнской клетке. И пока этого не произойдет, клетка продолжает оставаться в G1-периоде. Видимо, единственным исключением из этого является дробление, при котором бластомеры делятся, не достигая размеров исходных клеток.
В конце G1-периода принято различать специальный момент, называемый R-точкой (точка рестрикции, R-пункт), после которого клетка обязательно в течение нескольких часов (обычно 1–2) вступает в S-период. Период времени между R-точкой и началом S-периода можно рассматривать в качестве подготовительного для перехода в S-период.
Самый главный процесс, который идет в S-периоде — это удвоение или редупликация ДНК. Все остальные реакции, происходящие в это время, направлены на обеспечение синтеза ДНК — синтез гистоновых белков, синтез ферментов, регулирующих и обеспечивающих синтез нуклеотидов и образование новых нитей ДНК.
Сущность G2-периода не совсем понятна в настоящее время, однако в этот период происходит образование веществ, необходимых для самого процесса митоза (белки микротрубочек веретена деления, АТФ).
Прохождение клетки по всем периодам клеточного цикла строго контролируется специальными регуляторными молеулами, которые обеспечивают: 1) прохождение клетки по определенному периоду клеточного цикла и 2) переход из одного периода в другой. Причем прохождение по каждому периоду, а также переход из одного периода в другой контролируется различными веществами. Одними из участников регуляторной системы являются циклин-зависимыми протеинкиназами (cdc). Именно они регулируют активность генов, ответственных за прохождение клетки по тому или иному периоду клеточного цикла. Имеется несколько их разновидностей, и все они присутствуют в клетке постоянно независимо от периода клеточного цикла. Но для работы циклин-зависимых протеинкиназ требуются специальные активаторы. Ими являются циклины. Циклины присутствуют в клетках не постоянно, а то появляются, то исчезают. Это обусловлено их синтезом и быстрым разрушением. Известно много типов циклинов. Синтез каждого циклина происходит в строго определенный период клеточного цикла. В один период образуются одни циклины, а в другой — другие (Табл.). Таким образом, система "циклины — циклин-зависимые протеинкиназы" управляет движением клетки по клеточному циклу.
Белки – ферменты (энзимы)
1. Оксидоредуктызы
2. Гидролазы
3. Трансферазы
4. Лигазы (синтетазы)
5. Лиазы
6. Изомеразы
Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.
В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.
Генетический код
Для построения белков в природе используется 20 различных аминокислот. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства. Набор аминокислот также универсален почти для всех живых организмов.
Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом. Принятые сокращения, соответствующие аминокислотам и кодонам, изображены на рисунке.