| Стадия митоза | Содержание структурно-функциональных изменений |
| Профаза | В начале профазы сестринские хроматиды связаны друг с другом на всем их протяжении с помощью белков-когезинов, а в конце — только в области центромеры (кинетохоров); прекращение синтеза РНК и распад ядрышек, что связано с инактивацией всех генов ядерного генома; резкое снижение синтеза белка; разрушение ядерной ламины в результате деполимеризации белков ламинов, фрагментация ядерной мембраны с образованием микропузырьков, исчезновение поровых комплексов; распад мембран эндоплазматического ретикулума и дезинтеграция аппарата Гольджи; разрушение цитоплазматических микротрубочек, составной части интерфазного цитоскелета; образование аппарата деления, или веретена деления. В образовании веретена деления участвуют: полярные тельца и кинетохоры хромосом. Еще до разрушения ядра происходит деление центросомы и расхождение образовавшихся центросом снаходящимися в них диплосомами к полюсам клетки, при этом каждая центросома становится полюсом, или полярным тельцем, образующегося веретена деления. От полюсов, являющихся центрами организации микротрубочек, своими «+» - концами отрастают микротрубочки. Вначале от полюсов отрастают радиальные или астральные микротрубочки, образуя вокруг них фигуру, которая получила название «лучистое сияние». После разрушения ядра часть микротрубочек от полюсов растет в направлении центромер хромосом, где связывается с кинетохорами (кинетохорные микротрубочки). Другая часть микротрубочек (межполюсные микротрубочки) растет к полюсам клетки, но до них не доходит. Рост микротрубочек, отходящих от центросом, обусловлен полимеризацией белка тубулина; активное перемещение хромосом и их расположение по экватору клетки. Механизм движения хромосом связан с непрерывным изменением длины кинетохорных микротрубочек, идущих в противоположных направлениях от сестринских хроматид каждой хромосомы и тянущих их в разные стороны |
| Метафаза | Завершение формирования веретена деления и выстраивание хромосом в экваториальной плоскости клетки таким образом, что центромерные участки их оказываются обращенными к центру веретена, а плечи — к периферии. Такое расположение хромосом носит название «материнской звезды» (характерно только для клеток животных). Удержание хромосом в экваториальной плоскости обеспечивается равным натяжением кинетохорных микротрубочек, отходящих от кинетохоров сестринских хроматид к противоположным полюсам веретена |
| Анафаза | Разрушение белков-когезинов. соединяющих сестринские хроматиды, и быстрое, «как по команде», расхождение хромосом к полюсам клетки. При движении хромосом они принимают V-образную форму. Вершина их направлена в сторону полюсов деления, а плечи — к центру веретена. Движение хромосом осуществляется главным образом за счет энергии, выделяющейся при деполимеризации кинетохорных микротрубочек со стороны их «+»-конца. Дополнительное расхождение хромосом достигается за счет удаления полюсов друг от друга в результате удлинения полярных микротрубочек |
| Телофаза | Деконденсация хромосом и увеличение их объема; образование вокруг хромосом на каждом из полюсов клетки ядерной мембраны. Этот процесс начинается в местах контактов хромосом с мембранными пузырьками, в стенки которых встраиваются белковые комплексы ядерных пор. Через ядерные поры внутрь пузырьков проникают белки ламины, образующие ядерную ламину. Сливаясь между собой, такие пузырьки образуют двухмембранные компартменты, окружающие каждую хромосому, которые получили название микроядер, или кариомер. В результате слияния кариомер друг с другом в клетке образуются два дочерних ядра; формирование ядрышек. Этот процесс протекает после образования ядерной мембраны; восстановление мембранных структур клетки: эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи; разрушение митотического аппарата, распад митотического аппарата, распад астральных и полюсных микротрубочек; деление клеточного тела, или цитокинез. Указанный процесс осуществляется путем впячивания плазматической мембраны внутрь клетки с образованием борозды деления. Вначале появляется кортикальное скопление микрофиламентов, формирующих актомиозиновое сократимое кольцо. Затем взаимное скольжение актиновых и миозиновых компонентов кольца приводит к прогрессирующему вдавлению плазматической мембраны и к перетяжке клетки надвое. |
3) акроцентрические – центромера резко смещена к одному концу и одно плечо хромосомы очень короткое;
Для организмов каждого вида установлена специфичность хромосомного набора. Специфичность проявляется в постоянстве числа хромосом, их относительных размеров, форме, деталей строения и окраске. Хромосомный комплекс клетки конкретного организма с присущими ему морфофизиологическими особенностями называется кариотип.
25.Хромосомные мутации. Определение. Классификация. Возможные механизмы возникновения и последствия хромосомных мутаций. Примеры у человека.
Хромосомные мутации — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Механизмом возникновения хромосомных перестроек являются образовавшиеся при мутагенном воздействии разрывы хромосом, последующая утрата некоторых фрагментов и воссоединение оставшихся частей хромосомы в ином порядке по сравнению с нормальной хромосомой. Все последствия хромосомных мутаций чаще всего неблагоприятны для человека. Они вызывают нередко:
• самопроизвольный аборт (до 70%);
• мертворождения (7,2%) всевозможные пороки развития;
• обуславливают замедление умственного развития;
• появление опухолей.
При хромосомных болезнях степень поражения органов обуславливают многие факторы: тип хромосомной аномалии, недостающий или избыточный материал индивидуальной хромосомы, генотип организма, условия среды.
Классификация:
Делеции
Различают терминальные (утрата концевого участка хромосомы) и интеркалярные (утрата участка на внутреннем участке хромосомы) делеции. Врождённые делеции у человека редко захватывает протяженные участки хромосом, обычно такие аберрации приводят к гибели эмбриона на ранних этапах развития. Самым хорошо изученным заболеванием, обусловленным достаточно крупной делецией, является синдром кошачьего крика. В его основе лежит делеция участка короткого плеча 5 хромосомы.
Дупликации
Это копирование участка хромосомы, которое происходит вследствие ошибки при так называемом перекресте, или кроссинговере в процессе деления клетки.
Инверсии
Инверсия – это поворот определенного участка хромосомы на 180°.
Транслокации
Транслокация – это перемещение участка одной хромосомы на другую. Эти мутации относятся к типу межхромосомных.
Изохромосомы
Изохромосомы – это хромосомы, потерявшие одно плечо, но при этом заменившие его на точную копию другого своего плеча. Изохромосомы присутствуют в генотипе женщин, страдающих синдромом Шерешевского – Тернера.
Болезни, обусловленные нарушением числа аутосом [
синдром Дауна— трисомия по 21 хромосоме, к признакам относятся: слабоумие, задержка роста, характерная внешность, изменениядерматоглифики;
синдром Патау— трисомия по 13 хромосоме, характеризуется множественными пороками развития,идиотией, часто —полидактилия, нарушения строения половых органов, глухота; практически все больные не доживают до одного года;
синдром Эдвардса— трисомия по 18 хромосоме, нижняя челюсть и ротовое отверстие маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины деформированы; 60% детей умирают в возрасте до 3-х месяцев, до года доживают лишь 10%, основной причиной служит остановка дыхания и нарушение работы сердца.
Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом
Синдром Шерешевского — Тёрнера— отсутствие одной Х-хромосомы у женщин (45 ХО) вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость,половой инфантилизми бесплодие, различные соматические нарушения (микрогнатия, короткая шея и др.);
полисомия по Х-хромосоме — включает трисомию(кариотии 47, XXX), тетрасомию (48, ХХХХ), пентасомию (49, ХХХХХ), отмечается незначительное снижениеинтеллекта, повышенная вероятность развитияпсихозовишизофрениис неблагоприятным типом течения;
полисомия по Y-хромосоме — как и полисомия по X-хромосоме, включает трисомию(кариотии 47, XYY), тетрасомию (48, ХYYY), пентасомию (49, ХYYYY), клинические проявления также схожи с полисомией X-хромосомы;
Синдром Клайнфельтера— полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков (47, XXY; 48, XXYY и др.), признаки: евнухоидный тип сложения,гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный.
Болезни, причиной которых является полиплоидия
триплоидии, тетраплоидии и т. д.; причина — нарушение процесса мейозавследствие мутации, в результате чего дочерняя половая клетка получает вместо гаплоидного (23) диплоидный (46) набор хромосом, то есть 69 хромосом (у мужчинкариотип69, XYY, у женщин — 69, XXX); почти всегда летальны до рождения.
26.Геном. Генотип. Кариотип. Геномные мутации. Определение. Классификация. Возможные механизмы возникновения и последствия геномных мутаций. Примеры у человека.
Геном – совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов. Геном видоспецифичен, так как представляет собой тот необходимый набор генов, который обеспечивает формирование видовых характеристик организмов в ходе их нормального онтогенеза. Функциональной единицей генома, отвечающаей за формирование у всех представителей группы одного и того же признака является ген.
Генотип – генетическая конституция организма, представляющая собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в их хромосомном наборе – кариотипе; совокупность всех генов, всех наследственных факторов организма.
Геномные мутации - это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом; изменение числа хромосом в диплоидном наборе. Различают два типа геномных мутаций – анеуплоидия и полиплоидия.
Анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числа хромосом в диплоидном наборе, т.е. не кратное гаплоидному (2n+-k,где2n–диплоидных набор хромосом, k неравно n).
При этом из анеуплоидий встречаются трисомии по аутосомам, полисомии по половым хромосомам (три-, тетра- и пентасомии), а из моносомий встречаются только моносомия-Х.
Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (Зn, 4n, 5n и т.д.); кариотип соответствует формуле kn, где n – гаплоидных набор хромосом, k>2. Пример: триплоидия (69 хромосом).
Причины: нерасхождение хромосом в мейозе, неоконченный митоз. У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидий приводят к формированию леталей.
Механизмы возникновения: нарушение расхождения хромосом и хроматид при делении клеток и «анафазное отставание» (в анафазе одна из передвигаемых хромосом отстаёт от всех других).
Примеры:
Синдром Патау – трисомия в 13 хромосоме (47,XY+13) (проблемы с сердцем, со скелетом, идиотия, осложненная беременность). Синдром Эдвардса – трисомия в 18 хромосоме (47, XY+18) (аномалии мозгового и лицевого черепа, скелета, пороки сердца). Синдром Дауна – трисомия по 21 хромосоме (47, XY+21) (брахицефалия, мышечная гипотония, короткие конечности, плохо соображает и говорит). Синдром Шерешевского-Тернера – моносомия по Х-хромосоме (45, ХО) (аномалии физического развития, низкорослостью и половым инфантилизмом). Синдром трисомии Х (47, ХХХ) (могут возникнуть проблемы с координацией, моторикой и развитием речи). Синдром Клайнфельтера – полисомия Х или Y при наличии Y хромосомы (47, XXY; 48, XXYY) (гинекомастия, длинные ноги, высокая талия).
Согласно Денверовской (см. вопрос ниже) классификации все хромосомы человека разделены на 7 групп, расположенных в порядке уменьшения их длины и с учетом центриольного индекса (отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы, выраженное в процентах).
Группы обозначаются буквами английского алфавита от А до G. Все пары хромосом принято нумеровать арабскими цифрами.
Парижская классификация хромосом. В настоящее время используются дифференциальные методы окрашивания метафазных хромосом с избирательным выявлением их отдельных фрагментов. Топография окрашиваемых участков по длине хромосомы зависит от локализации определенных фракций ДНК, например сателлитной, распределения участков структурного гетерохроматина и ряда других факторов. Применяют 4 основных метода дифференциальной окраски: Q, G, R и С. Все они выявляют закономерную линейную неоднородность фрагментов по длине метафазных хромосом. Характер окрашивания специфичен для каждой негомологичной хромосомы, что дает их точную идентификацию. Постоянство локализации окрашиваемых фрагментов позволяет составить «химические» карты хромосом. Сопоставление этих карт с генетическими используется для расшифровки функционально-генетических особенностей различных районов хромосом.
КАРИОТИП см. в билете №22
27. Геном. Генотип. Генный баланс. Особенности инактивации Х-хромосомы у млекопитающих. Тельце Барра. Диагностическое значение исследования Х-полового хроматина.
Геном – совокупность всех генов, находящихся в гаплоидном наборе хромосом. При оплодотворении два генома родительских гамет сливаются и образуют генотип.
Генотип – совокупность всех генов, заключенных в диплоидном наборе хромосом, или кариотипе. Кариотип – полный набор хромосом, характеризующийся у каждого вида их строго определенным числом и строением.
Генный баланс — соотношение и взаимодействие всех генов организма, влияющих в той или иной степени на определенный его признак. В селекции основным методом изменения Г. б. и возникновения изменений признака служит искусственный отбор
Основное генетическое различие между полами заключается в наличии разного числа Х-хромосом - одна Х-хромосома у самцов и две у самок. Для того, чтобы компенсировать лишнюю дозу гена, у самок происходит инактивация Х-хромосомы. В раннем эмбриогенезе в эпибласте полностью инактивируется одна из Х-хромосом. Она конденсируется, переходя в неактивное состояние, превращаясь в тельце Барра (рис.1). Процесс инактивации Х-хромосомы называется дозовой компенсацией.
рис.1 Клеточное ядро самки с тельцем Барра - конденсированная Х-хромосома на фоне деконденсированных хромосом в интерфазе.
Имеется два вида инактивации - специфическая, когда инактивируется определенная Х-хромосома, например только отцовская Х-хромосома у сумчатых (кенгуру), и случайная, когда выбор того, какая Х-хромосома будет инактивирована случаен (плацентарные млекопитающие). Хотя во внезародышевых органах плацентарных также происходит специфическая инактивация.