7.1: Хромосоми

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5196

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У еукаріотів хромосоми складаються з однієї молекули ДНК, пов'язаної з багатьма копіями 5 видів гістонів. Гістони - це білки, багаті залишками лізину та аргініну і, таким чином, позитивно заряджені. З цієї причини вони щільно зв'язуються з негативно зарядженими фосфатами в ДНК. Cхромосоми мають невелику кількість копій безлічі різних видів негістонових білків. Більшість з них є факторами транскрипції, які регулюють, які частини ДНК будуть транскрибуватися в РНК.

Структура

Протягом більшої частини життя клітини хромосоми занадто витягнуті і слабкі, щоб їх можна було побачити під мікроскопом. Однак перед тим, як клітина буде готова ділитися мітозом, кожна хромосома дублюється (під час S фази клітинного циклу). Коли починається мітоз, дубльовані хромосоми конденсуються в короткі (~ 5 мкм) структури, які можна фарбувати і легко спостерігати під світловим мікроскопом. Ці дубльовані хромосоми називаються діадами.

Коли вперше побачили, дублікати тримаються разом у своїх центромерах. У людини центромер містить 1-10 мільйонів пар основ ДНК. Більшість з них повторюється ДНК: короткі послідовності (наприклад, 171 bp) повторюються знову і знову в тандемних масивах. Поки вони ще прикріплені, прийнято називати дубльовані хромосоми сестринськими хроматидами, але це не повинно затінювати той факт, що кожна з них є сумлінною хромосомою з повним доповненням генів.

Кінетохора являє собою комплекс з >80 різних білків, який утворюється на кожному центромері і служить точкою кріплення для волокон веретена, які будуть відокремлювати сестринські хроматиди, коли мітоз переходить в анафазу. Чим коротше з двох рук, що відходять від центромера, називається плечем р; тим довший - q рука. Фарбування методом трипсина-гімса виявляє ряд чергуються світлих і темних смуг, які називаються G смугами. G смуги нумеруються і надають «адреси» для присвоєння генних локусів.

Числа хромосом

Всі тварини мають характерну кількість хромосом в клітині свого організму, зване диплоїдним (або 2n) числом. Вони відбуваються як гомологічні пари, один член кожної пари був придбаний з гамети одного з двох батьків людини, клітини якої досліджуються. Гамети містять гаплоїдне число (n) хромосом. У рослин гаплоїдна стадія займає більшу частину її життєвого циклу.

Таблиця 7.1.1: Диплоїдні числа деяких часто вивчених організмів
Гомо сапієнс (людина)	46
Мус мускулюс (домашня миша)	40
Дрозофіла меланогастер (дрозофіла)	8
Caenorhabditis elegans (мікроскопічний аскариди)	12
Saccharomyces cerevisiae (бутонізуючі дріжджі)	32
Arabidopsis thaliana (рослина в сімействі гірчичних)	10
Xenopus laevis (південноафриканська пазура жаба)	36
Canis familiaris (домашня собака)	78
Галлус галус (курка)	78
Зеа майс (кукурудза або кукурудза)	20
Muntiacus reevesi (китайський мунтжак, олень)	23
Muntiacus muntjac (його індійський двоюрідний брат)	6
Мірмеція волошкоподібна (мураха)	2
Parascaris equorum var. univalens (паразитичні аскариди)	2
Камбарус кларкий (раки)	200
Equisetum arvense (польовий хвощ, рослина)	216

каріотипи

Повний набір хромосом в клітині організму - це його каріотип. Найчастіше вивчається, коли клітина знаходиться в метафазі мітозу, коли всі хромосоми присутні у вигляді діад. Каріотип жіночої статі людини містить 23 пари гомологічних хромосом: 22 пари аутосом і додаткову 1 пару Х-хромосом. На відміну від цього, каріотип людини самця містить ті ж 22 пари аутосом з однією Х-хромосомою і однією Y-хромосомою. Ген на Y-хромосомі, позначений SRY, є головним перемикачем для створення самця. І X, і Y-хромосоми називаються статевими хромосомами.

Вище - людський каріотип (якої статі?). Він відрізняється від нормального людського каріотипу тим, що має додаткову діаду #21. В результаті ця людина страждала від розладу розвитку під назвою синдром Дауна. Успадкування зайвої хромосоми, називається трисомія, в даному випадку трисомія 21. Це приклад анеуплоїдії

Транслокації

Аналіз каріотипу також може виявити транслокації між хромосомами. Ряд з них пов'язаний з раковими захворюваннями, наприклад

Філадельфійська хромосома (Ph ¹), утворена транслокацією між хромосомами 9 і 22 і причиною хронічного мієлогенного лейкемії (ХМЛ)
транслокація між хромосомами 8 і 14, що викликає лімфому Беркітта
транслокація між хромосомами 18 і 14, що викликає В-клітинний лейкоз

Флуоресценція in situ гібридизації (FISH)

Малюнок 7.1.3 дає драматичні докази правдивості історії хромосом. Був підготовлений шматок одноцепочечной ДНК, який доповнював ДНК гена людини, що кодує фермент м'язовий глікогенфосфорилазу. До цієї ДНК була приєднана флуоресцентна молекула. Діади в клітині людини лікувалися денатурою їх ДНК; тобто, щоб зробити ДНК одноцепочечной. Коли цей препарат оброблявся флуоресцентною ДНК, взаємодоповнюючі послідовності знаходили і зв'язували один одного. Це створило флуоресцентну пляму, близьку до центромеру кожної сестринської хроматиди двох гомологічних діад (хромосоми 11, вгорі праворуч). Ця аналітична процедура, яка тут виявила генний локус для гена фосфорилази м'язового глікогену, називається флуоресценцією in situ гібридизації або FISH.

Малюнок 7.1.3: Розташування гена м'язового глікогенфосфорилази на хромосомі людини 11 люб'язно надано Девідом С. Уордом

Вміст ДНК

Молекула ДНК в одній хромосомі людини коливається в розмірах від 50 х 10 ⁶ нуклеотидних пар в найменшій хромосомі (розтягнута на всю довжину ця молекула б розтягнулася б на 1,7 см) до 250 х 10 ⁶ нуклеотидних пар в найбільшій (яка б розтягнулася на 8,5 см). Розтягнута впритул, ДНК в одній диплоїдній клітині людини простягалася б на 2 метри. Однак в інтактній хромосомі ця молекула упакована в набагато більш компактну структуру. Упаковка досягає своєї крайності під час мітозу, коли типова хромосома конденсується в структуру довжиною близько 5 мкм (зменшення довжини в 10 000 разів).