Сергей Кутя - Биология

Общим принципом ультрамикроскопической организации хромосом является образование доменов (петель ДНК, связанных с белками). Они отходят под тем или иным углом от основной оси хромосомы. Типичная петля содержит от 20000 до 100000 пар нуклеотидов молекулы ДНК. Гигантская молекула ДНК, образующая совместно с белками хромосому, претерпевает сложную пространственную перестройку – «упаковывается», путем спирализации (см. рис. 24). В итоге общая длина ее уменьшается примерно в 10000 раз. С помощью белков каждая гигантская молекула ДНК компактно упаковывается и приобретает вид палочковидной структуры (рис. 24). Вся генетическая информация, заключенная в хромосоме, составляет геном. Каждая хромосома дифференцирована по длине и в ней выделяют два типа районов: эухроматиновые и гетерохроматиновые.

Эухроматин – это активные участки хромосом, содержащие основной комплексов генов. ДНК здесь пребывает в деспирализованном состоянии.

Гетерохроматин представляет собой неактивные в генетическом отношении фрагменты хромосом в резко конденсированной форме. Концевые теломеры всегда состоят из гетерохроматина.

Рис. 24.Последовательная упаковка (спирализация) молекулы ДНК во время подготовки клетки к делению. Последний фрагмент рисунка – метафазная хромосома на стадии разделения.

Интерфазные хромосомы находятся в деспирализованном состоянии и представляют длинные нити деконденсированной ДНК. В ядре клетки эти хромосомы всегда стремятся занять определенные области или зоны. Мнение, что они сплетены в единый клубок, согласно современным взглядом, маловероятно.

Многоклеточные организмы содержат два вида клеток: соматические (от слова soma – тело) и половые (генеративные) клетки – гаметы. Для ядер соматических клеток характерен двойной – диплоидный набор хромосом (2n). Зрелые половые клетки обладают половинным – гаплоидным набором хромосом (n), который составляет у человека 23 хромосомы. В диплоидном наборе хромосомы образуют идентичные пары. Две хромосомы в составе одной пары называются гомологичными. Они имеют одинаковые размеры, точно совпадающую локализацию центромеры и плечи идентичной формы и величины. У человека 46 хромосом и гомологичные хромосомы образуют 22 пары, называемые аутосомами . Последняя 23 пара представлена половыми хромосомами, определяющими половую принадлежность. У женщин эти хромосомы имеют форму XX, у мужчин XY и называются гетерохромосомами .

Хромосомы многоклеточных организмов подчиняются следующим правилам:

1. Все соматические клетки одной особи имеют в норме одинаковое число хромосом;

2. У всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом также одинаково. Хромосомный набор человека – 46, шимпанзе – 48, курицы – 78, рыбы сазан —104 хромосомы.

Кариотип и идиограмма

Совокупность количественных (число) и качественных (форма) показателей хромосом соматических клеток организма представляет его кариотип. Особи, относящиеся к одному виду, имеют одинаковый кариотип. Хотя у человека и шимпанзе число хромосом почти совпадает – это не является точным критерием их эволюционной близости. Одно и то же число хромосом может наблюдаться у очень далеких друг от друга организмов: муха домашняя, головная вошь, растение шпинат имеют в кариотипе по 12 хромосом. Число хромосом также не является показателем высоты организации (у курицы больше хромосом, чем у человека).

Если гомологичные хромосомы определенного кариотипа сгруппировать и расположить попарно в порядке убывания размеров получится кариограмма, а согласно положению центромеры – идиограмма. Идиограмма позволяет представить кариотип человека в виде схемы, которая включает семь групп, с буквенными обозначениями от А до G.

Чикагская конференция генетиков положила в основу классификации величину и расположение центромеры, а также длину плеч хромосомы: группа А – крупные метацентрические (1,2 и 3 пары), группа В – крупные субметацентрические (4 и 5 пары), группа С – средние субметацентрические (6—12 пары), группа D – крупные акроцентрические (13, 14, 15 пары), группа Е – маленькие субметацентрические (16, 17, 18 пары), группа F – маленькие метацентрические (19 и 20 пары), группа G – маленькие акроцентрические (21, 22 пары – Y).

В настоящее время существует множество технических приемов, которые позволяют детально разграничить хромосомы каждой пары и выявить даже незначительное отклонение в строении отдельных хромосом, а также локализацию в них генов.

Клеточное деление – это удивительный биологический механизм, с помощью которого в ходе эволюции клетке удалось обмануть время и значительно продлить свое существование. Механизм деления клетки открыл любитель-натуралист лейпцигский продавец книг Вильгельм Гофмейстер в 1848 г. Он зарисовал отдельные стадии деления клеточного тела под микроскопом. Позднее Вильгельм Ру показал универсальность этого явления для животных и растений, что позволило выдающемуся представителю медицины Рудольфу Вирхову провозгласить: «Omnis cellula e cellulae» – каждая клетка из клетки

Деление клетки – митоз , представляет чрезвычайно сложное явление, посредством которого материал материнской клетки равномерно распределяется между дочерними клетками. То, что удается наблюдать при делении клетки в световом микроскопе, лишь внешнее отражение глубоких молекулярно-биохимических внутриклеточных процессов, протекающих в строгой последовательности. Эти процессы объединяет клеточный цикл. Он охватывает промежуток времени от одного деления клеток до другого деления с образованием двух новых клеток. Клетки различных типов имеют неодинаковую длительность клеточного цикла. Общая продолжительность его равна времени, в течение которого произойдет удвоение числа клеток определенной группы (клеточной популяции). Так, если исходное состояние популяции 2x10 клеток—10 часов, а удвоение 4x10 клеток—30 часов, то продолжительность клеточного цикла составляет 20 часов (30 час – 10 час = 20 час.)

В клеточном цикле выделяют: аутосинтетическую интерфазу и митоз (рис. 25).

Рис. 25. Фазы клеточного цикла эукариот: 2n ‒диплоидный набор хромосом (23 хромосомы по 2 копии); 4n – тетраплоидный набор.