Kromosomi su glavni strukturni elementi stanične jezgre, koji su nositelji gena u kojima su kodirane nasljedne informacije. Imajući sposobnost samoreprodukcije, kromosomi osiguravaju genetsku vezu između generacija.
Morfologija kromosoma povezana je sa stupnjem njihove spiralizacije. Na primjer, ako su u fazi interfaze (vidi Mitoza, Mejoza) kromosomi maksimalno razmotani, tj. despiralizirani, tada se s početkom diobe kromosomi intenzivno spiraliziraju i skraćuju. Maksimalna spiralizacija i skraćivanje kromosoma postiže se u fazi metafaze, kada nastaju relativno kratke, guste strukture koje su intenzivno obojene bazičnim bojama. Ova faza je najprikladnija za proučavanje morfoloških karakteristika kromosoma.
Metafazni kromosom sastoji se od dvije uzdužne podjedinice - kromatide [otkriva elementarne niti u strukturi kromosoma (tzv. kromoneme ili kromofibrile) debljine 200 Å, od kojih se svaka sastoji od dvije podjedinice].
Veličine biljnih i životinjskih kromosoma značajno variraju: od frakcija mikrona do desetaka mikrona. Prosječna duljina ljudskih metafaznih kromosoma kreće se od 1,5-10 mikrona.
Kemijska osnova strukture kromosoma su nukleoproteini - kompleksi (vidi) s glavnim proteinima - histonima i protaminima.
Riža. 1. Građa normalnog kromosoma.
A - izgled; B - unutarnja struktura: 1-primarna konstrikcija; 2 - sekundarna konstrikcija; 3 - satelit; 4 - centromera.
Pojedinačni kromosomi (slika 1) razlikuju se po lokalizaciji primarne konstrikcije, tj. položaju centromera (tijekom mitoze i mejoze na ovo mjesto su pričvršćene niti vretena koje ga povlače prema polu). Kada se izgubi centromera, fragmenti kromosoma gube sposobnost odvajanja tijekom diobe. Primarno suženje dijeli kromosome u 2 kraka. Ovisno o mjestu primarne konstrikcije kromosomi se dijele na metacentrične (oba su kraka jednake ili gotovo jednake duljine), submetacentrične (krakovi nejednake duljine) i akrocentrične (centromera je pomaknuta prema kraju kromosoma). Osim primarne, u kromosomima se mogu naći i manje izražene sekundarne konstrikcije. Mali terminalni dio kromosoma, odvojen sekundarnim suženjem, naziva se satelit.
Svaki tip organizma karakterizira svoj specifičan (u pogledu broja, veličine i oblika kromosoma) tzv. kromosomski set. Ukupnost dvostrukog ili diploidnog skupa kromosoma označava se kao kariotip.
Riža. 2. Normalna kromosomska garnitura žene (dva X kromosoma u donjem desnom kutu).
Riža. 3. Normalna kromosomska garnitura čovjeka (u donjem desnom kutu - X i Y kromosomi redom).
Zrela jajašca sadrže jedan ili haploidni set kromosoma (n), koji čini polovicu diploidnog skupa (2n) svojstvenog kromosomima svih ostalih stanica u tijelu. U diploidnom skupu svaki je kromosom predstavljen parom homologa, od kojih je jedan majčinog, a drugi očevog podrijetla. U većini slučajeva, kromosomi svakog para identični su po veličini, obliku i sastavu gena. Iznimka su spolni kromosomi, čija prisutnost određuje razvoj tijela u muškom ili ženskom smjeru. Normalan kromosomski set čovjeka sastoji se od 22 para autosoma i jednog para spolnih kromosoma. Kod ljudi i drugih sisavaca ženka je određena prisutnošću dvaju X kromosoma, a muškarčina po jednom X i jednom Y kromosomu (sl. 2 i 3). U ženskim stanicama, jedan od X kromosoma je genetski neaktivan i nalazi se u interfaznoj jezgri u obliku (vidi). Proučavanje ljudskih kromosoma u zdravlju i bolesti predmet je medicinske citogenetike. Utvrđeno je da odstupanja u broju ili strukturi kromosoma od norme koja se javljaju u reproduktivnim organima! stanicama ili u ranoj fazi fragmentacije oplođenog jajašca, uzrokuju poremećaje u normalnom razvoju organizma, uzrokujući u nekim slučajevima pojavu nekih spontanih pobačaja, mrtvorođenčadi, kongenitalnih deformiteta i razvojnih abnormalnosti nakon rođenja (kromosomske bolesti). Primjeri kromosomskih bolesti uključuju Downovu bolest (dodatni G kromosom), Klinefelterov sindrom (dodatni X kromosom kod muškaraca) i (nedostatak Y ili jednog od X kromosoma u kariotipu). U medicinskoj praksi kromosomska analiza se provodi ili izravno (na stanicama koštane srži) ili nakon kratkotrajnog uzgoja stanica izvan tijela (periferna krv, koža, embrionalno tkivo).
Kromosomi (od grčkog chroma - boja i soma - tijelo) su končasti, samoreproduktivni strukturni elementi stanične jezgre, koji sadrže faktore nasljeđa - gene - u linearnom redoslijedu. Kromosomi su jasno vidljivi u jezgri tijekom diobe somatskih stanica (mitoza) i tijekom diobe (sazrijevanja) spolnih stanica - mejoze (slika 1). U oba slučaja kromosomi su intenzivno obojeni bazičnim bojama, a vidljivi su i na neobojanim citološkim preparatima u faznom kontrastu. U interfaznoj jezgri kromosomi su despiralizirani i nisu vidljivi u svjetlosnom mikroskopu, budući da njihove transverzalne dimenzije prelaze granice rezolucije svjetlosnog mikroskopa. U ovom trenutku se pomoću elektronskog mikroskopa mogu razlikovati pojedinačni dijelovi kromosoma u obliku tankih niti promjera 100-500 Å. Pojedinačni nedespiralizirani dijelovi kromosoma u interfaznoj jezgri vidljivi su kroz svjetlosni mikroskop kao intenzivno obojena (heteropiknotička) područja (kromocentri).
Kromosomi kontinuirano postoje u staničnoj jezgri, prolazeći kroz ciklus reverzibilne spiralizacije: mitoza-interfaza-mitoza. Osnovni obrasci strukture i ponašanja kromosoma u mitozi, mejozi i tijekom oplodnje isti su u svim organizmima.
Kromosomska teorija nasljeđa. Kromosome su prvi opisali I. D. Chistyakov 1874. i E. Strasburger 1879. Godine 1901. E. V. Wilson, a 1902. W. S. Sutton skrenuli su pozornost na paralelizam u ponašanju kromosoma i Mendelovih čimbenika nasljeđa - gena - u mejozi i tijekom oplodnje i došao do zaključka da se geni nalaze u kromosomima. Godine 1915-1920 Morgan (T.N. Morgan) i njegovi suradnici dokazali su ovu poziciju, lokalizirali su nekoliko stotina gena u kromosomima Drosophile i izradili genetske karte kromosoma. Podaci o kromosomima dobiveni u prvoj četvrtini 20. stoljeća bili su osnova kromosomske teorije nasljeđivanja, prema kojoj je kontinuitet karakteristika stanica i organizama u nizu njihovih generacija osiguran kontinuitetom njihovih kromosoma.
Kemijski sastav i autoreprodukcija kromosoma. Kao rezultat citokemijskih i biokemijskih istraživanja kromosoma 30-ih i 50-ih godina 20. stoljeća utvrđeno je da se sastoje od stalnih komponenti [DNA (vidi Nukleinske kiseline), bazičnih proteina (histoni ili protamini), nehistonskih proteina] i varijabilne komponente (RNA i s njom povezan kiseli protein). Osnovu kromosoma čine deoksiribonukleoproteinske niti promjera oko 200 Å (slika 2), koje se mogu povezati u snopiće promjera 500 Å.
Otkriće Watsona i Cricka (J. D. Watson, F. N. Crick) 1953. godine strukture molekule DNA, mehanizma njezine autoreprodukcije (reduplikacije) i nukleinskog koda DNA te nakon toga nastao razvoj molekularne genetike doveo je do ideja o genima kao dijelovima molekule DNA. (vidi Genetika). Otkriveni su obrasci autoreprodukcije kromosoma [Taylor (J. N. Taylor) et al., 1957], koji su se pokazali sličnim obrascima autoreprodukcije molekula DNA (polukonzervativna reduplikacija).
Kromosomski set- ukupnost svih kromosoma u stanici. Svaka biološka vrsta ima karakterističan i konstantan skup kromosoma, fiksiran u evoluciji ove vrste. Postoje dvije glavne vrste skupova kromosoma: jednostruki ili haploidni (u životinjskim zametnim stanicama), označen n, i dvostruki ili diploidni (u somatskim stanicama koji sadrži parove sličnih, homolognih kromosoma majke i oca), označen kao 2n .
Skupovi kromosoma pojedinih bioloških vrsta značajno variraju u broju kromosoma: od 2 (konjski okrugli crv) do stotina i tisuća (neke spore biljke i protozoe). Diploidni broj kromosoma nekih organizama je sljedeći: ljudi - 46, gorile - 48, mačke - 60, štakori - 42, vinske mušice - 8.
Veličine kromosoma također se razlikuju među vrstama. Duljina kromosoma (u metafazi mitoze) varira od 0,2 mikrona kod nekih vrsta do 50 mikrona kod drugih, a promjer od 0,2 do 3 mikrona.
Morfologija kromosoma dobro je izražena u metafazi mitoze. Za identifikaciju kromosoma koriste se metafazni kromosomi. U takvim kromosomima jasno su vidljive obje kromatide, u koje je svaki kromosom i centromera (kinetohor, primarna konstrikcija) koja spaja kromatide uzdužno rascijepljena (slika 3). Centromera je vidljiva kao suženo područje koje ne sadrži kromatin (vidi); na njega su pričvršćene niti akromatinskog vretena, zbog čega centromera određuje kretanje kromosoma prema polovima u mitozi i mejozi (slika 4).
Gubitak centromera, na primjer kada je kromosom razbijen ionizirajućim zračenjem ili drugim mutagenima, dovodi do gubitka sposobnosti dijela kromosoma koji nema centromeru (acentrični fragment) da sudjeluje u mitozi i mejozi i do njegovog gubitka iz jezgra. To može uzrokovati ozbiljno oštećenje stanica.
Centromera dijeli tijelo kromosoma na dva kraka. Položaj centromera je strogo konstantan za svaki kromosom i određuje tri vrste kromosoma: 1) akrocentrične ili štapićaste kromosome s jednim dugim i drugim vrlo kratkim krakom, nalik glavi; 2) submetacentrični kromosomi s dugim kracima nejednake duljine; 3) metacentrični kromosomi s krakovima iste ili gotovo iste duljine (sl. 3, 4, 5 i 7).
Riža. 4. Shema strukture kromosoma u metafazi mitoze nakon uzdužnog cijepanja centromera: A i A1 - sestrinske kromatide; 1 - dugo rame; 2 - kratko rame; 3 - sekundarna konstrikcija; 4- centromera; 5 - vretenasta vlakna.
Karakteristična obilježja morfologije pojedinih kromosoma su sekundarne konstrikcije (koje nemaju funkciju centromere), kao i sateliti - mali dijelovi kromosoma koji su tankom niti povezani s ostatkom tijela (slika 5). Satelitski filamenti imaju sposobnost stvaranja jezgrica. Karakteristična struktura u kromosomu (kromomeri) su zadebljani ili čvršće smotani dijelovi kromosomske niti (kromonemi). Uzorak kromomera specifičan je za svaki par kromosoma.
Riža. 5. Shema morfologije kromosoma u anafazi mitoze (kromatid se proteže do pola). A - izgled kromosoma; B - unutarnja struktura istog kromosoma s njegova dva sastavna kromonema (hemikromatide): 1 - primarna konstrikcija s kromomerama koje čine centromeru; 2 - sekundarna konstrikcija; 3 - satelit; 4 - satelitski navoj.
Broj kromosoma, njihova veličina i oblik u fazi metafaze karakteristični su za svaku vrstu organizma. Kombinacija ovih karakteristika skupa kromosoma naziva se kariotip. Kariotip se može prikazati u dijagramu koji se naziva idiogram (vidi ljudske kromosome u nastavku).
Spolni kromosomi. Geni koji određuju spol lokalizirani su u posebnom paru kromosoma – spolnim kromosomima (sisavci, ljudi); u drugim slučajevima iol je određen omjerom broja spolnih kromosoma i svih ostalih, zvanih autosomi (Drosophila). Kod ljudi, kao i kod drugih sisavaca, ženski spol određuju dva identična kromosoma, označena kao X kromosomi, muški spol određen je parom heteromorfnih kromosoma: X i Y. Kao rezultat redukcijske diobe (mejoze) tijekom sazrijevanje jajnih stanica (vidi Oogeneza) u žena sve jajne stanice sadrže jedan X kromosom. U muškaraca, kao rezultat redukcijske diobe (sazrijevanja) spermatocita, polovica spermija sadrži X kromosom, a druga polovica Y kromosom. Spol djeteta određen je slučajnom oplodnjom jajne stanice spermijem koji nosi X ili Y kromosom. Rezultat je ženski (XX) ili muški (XY) embrij. U interfaznoj jezgri žena jedan od X kromosoma vidljiv je kao nakupina kompaktnog spolnog kromatina.
Funkcioniranje kromosoma i nuklearni metabolizam. Kromosomska DNA je obrazac za sintezu specifičnih molekula glasničke RNA. Ova se sinteza događa kada se despira određena regija kromosoma. Primjeri lokalne aktivacije kromosoma su: stvaranje despiraliziranih kromosomskih petlji u jajnim stanicama ptica, vodozemaca, riba (tzv. četkice X-lampe) i otekline (pufovi) određenih kromosomskih lokusa u višelančanim (politenskim) kromosomima žlijezde slinovnice i drugi sekretorni organi dvokrilnih kukaca (slika 6). Primjer inaktivacije cijelog kromosoma, tj. njegovog isključivanja iz metabolizma određene stanice, je stvaranje jednog od X kromosoma kompaktnog tijela spolnog kromatina.
Riža. 6. Politenski kromosomi dvokrilnog kukca Acriscotopus lucidus: A i B - područje ograničeno točkastim linijama, u stanju intenzivnog funkcioniranja (puff); B - isto područje u nefunkcionalnom stanju. Brojevi označavaju pojedinačne lokuse kromosoma (kromomere).
Riža. 7. Kromosomska garnitura u kulturi muških leukocita periferne krvi (2n=46).
Otkrivanje mehanizama funkcioniranja politenskih kromosoma tipa lampbrush i drugih tipova spiralizacije i despiralizacije kromosoma ključno je za razumijevanje reverzibilne diferencijalne aktivacije gena.
Ljudski kromosomi. Godine 1922. T. S. Painter je ustanovio da je diploidni broj ljudskih kromosoma (u spermatogoniji) 48. Godine 1956. Tio i Levan (N. J. Tjio, A. Levan) upotrijebili su niz novih metoda za proučavanje ljudskih kromosoma: kultura stanica; proučavanje kromosoma bez histoloških presjeka na preparatima cijelih stanica; kolhicin, koji dovodi do zaustavljanja mitoza u fazi metafaze i nakupljanja takvih metafaza; fitohemaglutinin, koji potiče ulazak stanica u mitozu; tretman metafaznih stanica hipotoničnom fiziološkom otopinom. Sve je to omogućilo da se razjasni diploidni broj kromosoma kod ljudi (ispostavilo se da je 46) i daju opis ljudskog kariotipa. Godine 1960. u Denveru (SAD) međunarodna je komisija izradila nomenklaturu za ljudske kromosome. Prema prijedlozima komisije, termin "kariotip" trebao bi se primijeniti na sustavni skup kromosoma jedne stanice (sl. 7 i 8). Izraz "idiotram" zadržan je za predstavljanje skupa kromosoma u obliku dijagrama sastavljenog iz mjerenja i opisa morfologije kromosoma nekoliko stanica.
Ljudski kromosomi su numerirani (donekle serijski) od 1 do 22 u skladu s morfološkim značajkama koje omogućuju njihovu identifikaciju. Spolni kromosomi nemaju brojeve i označavaju se kao X i Y (slika 8).
Otkrivena je povezanost niza bolesti i urođenih mana u razvoju čovjeka s promjenama u broju i strukturi njegovih kromosoma. (vidi Nasljedstvo).
Vidi također Citogenetičke studije.
Sva ta postignuća stvorila su solidnu osnovu za razvoj ljudske citogenetike.
Riža. 1. Kromosomi: A - u fazi anafaze mitoze u trolistnim mikrosporocitima; B - u fazi metafaze prve mejotičke diobe u matičnim stanicama peludi Tradescantia. U oba slučaja vidljiva je spiralna struktura kromosoma.
Riža. 2. Elementarne kromosomske niti promjera 100 Å (DNA + histon) iz interfaznih jezgri žlijezde timusa teleta (elektronska mikroskopija): A - niti izolirane iz jezgri; B - tanki presjek kroz film istog preparata.
Riža. 3. Kromosomska garnitura Vicia faba (faba grah) u fazi metafaze.
Riža. 8. Kromosomi su isti kao na sl. 7, skupovi, sistematizirani prema Denverskoj nomenklaturi u parove homologa (kariotip).
MOSKVA, 4. srpnja— RIA Novosti, Anna Urmantseva. Tko ima veći genom? Kao što znate, neka bića imaju složeniju strukturu od drugih, a budući da je sve zapisano u DNK, to bi se trebalo odraziti i na njegov kod. Ispostavilo se da osoba sa svojim razvijenim govorom mora biti složenija od malog okruglog crva. Međutim, ako nas usporedite s crvom po broju gena, dobit ćete otprilike isto: 20 tisuća gena Caenorhabditis elegans naspram 20-25 tisuća Homo sapiensa.
Još su uvredljivije za "krunu zemaljskih stvorenja" i "kralja prirode" usporedbe s rižom i kukuruzom - 50 tisuća gena u odnosu na ljudskih 25.
Ipak, možda krivo mislimo? Geni su "kutije" u koje su upakirani nukleotidi - "slova" genoma. Možda ih prebrojati? Ljudi imaju 3,2 milijarde parova nukleotida. Ali japanska vrana (Paris japonica) – prekrasna biljka bijelih cvjetova – ima 150 milijardi parova baza u svom genomu. Ispada da bi osoba trebala biti 50 puta jednostavnija od nekog cvijeta.
A lungfish protoptera (lungfish - ima i škržno i plućno disanje) pokazalo se da je 40 puta složeniji od ljudi. Možda su sve ribe na neki način složenije od ljudi? Ne. Otrovna riba fugu, od koje Japanci pripremaju deliciju, ima genom osam puta manji od ljudskog i 330 puta manji od genoma plućnjaka Protoptera.
Ostaje još samo prebrojati kromosome - ali to još više zbunjuje sliku. Kako čovjek može po broju kromosoma biti jednak jasenu, a čimpanza žoharu?
Evolucijski biolozi i genetičari davno su se susreli s tim paradoksima. Bili su prisiljeni priznati da je veličina genoma, kako god je pokušavali izračunati, zapanjujuće nepovezana sa složenošću organizacije organizama. Ovaj paradoks nazvan je "misterij C-vrijednosti", gdje je C količina DNK u stanici (paradoks C-vrijednosti, točan prijevod je "paradoks veličine genoma"). A ipak postoje neke korelacije između vrsta i kraljevstava.
© Ilustracija RIA Novosti. A. Polyanina
© Ilustracija RIA Novosti. A. Polyanina
Jasno je, primjerice, da eukarioti (živi organizmi čije stanice sadrže jezgru) imaju u prosjeku veće genome od prokariota (živih organizama čije stanice ne sadrže jezgru). Kralješnjaci u prosjeku imaju veće genome od beskralješnjaka. Ipak, postoje iznimke koje još nitko nije uspio objasniti.
Bilo je sugestija da je veličina genoma povezana s duljinom životnog ciklusa organizma. Koristeći biljke kao primjer, neki su znanstvenici tvrdili da višegodišnje vrste imaju veće genome od jednogodišnjih, obično s razlikom od nekoliko puta. A najmanji genomi pripadaju efemernim biljkama, koje prolaze kroz puni ciklus od rođenja do smrti unutar nekoliko tjedana. Ovo pitanje se trenutno aktivno raspravlja u znanstvenim krugovima.
Objašnjava vodeći istraživač na Institutu za opću genetiku. N.I. Vavilova s Ruske akademije znanosti, profesor Teksaškog agromehaničkog sveučilišta i Sveučilišta u Gottingenu Konstantin Krutovsky: "Veličina genoma nije povezana s trajanjem životnog ciklusa organizma! Na primjer, postoje vrste unutar isti rod koji ima istu veličinu genoma, ali se može razlikovati u očekivanom životnom vijeku desetke, ako ne i stotine puta. Općenito, postoji veza između veličine genoma i evolucijskog napretka i složenosti organizacije, ali uz mnoge iznimke. Općenito, genom veličina je povezana s ploidijom (brojem kopija) genoma (a poliploidi se nalaze i u biljkama i u životinjama) i količinom vrlo repetitivne DNA (jednostavna i složena ponavljanja, transpozoni i drugi mobilni elementi)."
Postoje i znanstvenici koji imaju drugačije stajalište o ovom pitanju.
Sadrži gene. Naziv "kromosom" potječe od grčkih riječi (chrōma - boja, boja i sōma - tijelo), a zbog činjenice da stanice prilikom diobe postaju intenzivno obojene u prisutnosti osnovnih bojila (primjerice anilina).
Mnogi su znanstvenici još od početka 20. stoljeća razmišljali o pitanju: “Koliko kromosoma čovjek ima?” Dakle, sve do 1955. godine svi “umovi čovječanstva” bili su uvjereni da je broj kromosoma kod ljudi 48, tj. 24 para. Razlog je bio taj što ih je Theophilus Painter (teksaški znanstvenik) prema odluci suda (1921.) netočno prebrojao u preparativnim dijelovima ljudskih testisa. Kasnije su drugi znanstvenici, koristeći različite metode izračuna, također došli do ovog mišljenja. Čak i nakon što su razvili metodu za odvajanje kromosoma, istraživači nisu osporili Painterov rezultat. Grešku su otkrili znanstvenici Albert Levan i Jo-Hin Thio 1955. godine koji su točno izračunali koliko pari kromosoma osoba ima, točnije 23 (za njihovo brojanje korištena je modernija tehnologija).
Somatske i zametne stanice sadrže različit kromosomski set u biološkim vrstama, što se ne može reći za morfološka svojstva kromosoma, koja su konstantna. imaju udvostručeni (diploidni set), koji je podijeljen na parove identičnih (homolognih) kromosoma, koji su slični po morfologiji (građi) i veličini. Uvijek je jedan dio očevog, a drugi majčinog podrijetla. Ljudske spolne stanice (gamete) predstavljene su haploidnim (jednostrukim) nizom kromosoma. Kada se jajašce oplodi, haploidni skupovi ženskih i muških spolnih stanica ujedinjuju se u jednu jezgru zigote. U tom slučaju ponovno se uspostavlja dvostruko biranje. Može se s točnošću reći koliko osoba ima kromosoma - ima ih 46, od kojih su 22 para autosomi, a jedan par su spolni kromosomi (gonosomi). Spolovi imaju razlike – i morfološke i strukturne (sastav gena). U ženskom organizmu par gonosoma sadrži dva X kromosoma (XX-par), a u muškom organizmu jedan X- i Y-kromosom (XY-par).
Morfološki, kromosomi se mijenjaju tijekom stanične diobe, kada se udvostruče (s izuzetkom spolnih stanica, u kojima ne dolazi do duplikacije). To se ponavlja mnogo puta, ali se ne opaža promjena u kromosomskom setu. Kromosomi su najuočljiviji u jednoj od faza stanične diobe (metafaza). Tijekom ove faze kromosomi su predstavljeni dvjema uzdužno razdvojenim tvorbama (sestrinskim kromatidama), koje se sužavaju i spajaju u području takozvane primarne konstrikcije ili centromera (obveznog elementa kromosoma). Telomeri su krajevi kromosoma. Strukturno, ljudske kromosome predstavlja DNA (dezoksiribonukleinska kiselina), koja kodira gene koji ih čine. Geni pak nose informacije o određenoj osobini.
Individualni razvoj ovisit će o tome koliko kromosoma osoba ima. Postoje pojmovi kao što su: aneuploidija (promjena broja pojedinačnih kromosoma) i poliploidija (broj haploidnih skupova veći je od diploidnog). Potonji može biti nekoliko vrsta: gubitak homolognog kromosoma (monosomija) ili izgled (trisomija - jedan dodatni, tetrasomija - dva dodatna, itd.). Sve je to posljedica genomskih i kromosomskih mutacija, koje mogu dovesti do patoloških stanja kao što su Klinefelterov sindrom, Shereshevsky-Turnerov sindrom i druge bolesti.
Dakle, tek je dvadeseto stoljeće dalo odgovore na sva pitanja, a sada svaki obrazovani stanovnik planete Zemlje zna koliko kromosoma osoba ima. Spol nerođenog djeteta ovisi o sastavu 23 para kromosoma (XX ili XY), a određuje se tijekom oplodnje i spajanja ženske i muške spolne stanice.
Promatrajući naše tijelo na staničnoj razini, svakako ćete naići na njegovu strukturnu jedinicu – kromosom. To je mjesto gdje su sadržani geni. S grčkog se ovaj koncept može doslovno prevesti kao "bojenje tijela". Zašto tako čudno ime? Činjenica je da tijekom diobe stanica strukturne jedinice mogu postati obojene u interakciji s prirodnim bojama. Kromosom je vrijedan nositelj informacija. Stoga, kada osoba razvije pogrešan broj kromosoma, to ukazuje na patološki proces.
U kontaktu s
Normalno za zdravu osobu
Prema zadnjim statistikama, 1% novorođenčadi danas se rađa s abnormalnostima na fiziološkoj razini, kada se pojavi nedovoljan broj kromosoma. Ovaj problem već postaje globalan, izazivajući veliku zabrinutost liječnika. Zdrava osoba (muškarac ili žena) ima 46 kromosoma, odnosno 23 para. Zanimljiva je činjenica da do 1996. znanstvenici nisu sumnjali da para strukturnih jedinica nije 23, već 24. Pogrešku je napravio Theophilus Painter, poznati znanstvenik iz svog kruga. Pronašla su ga i ispravila druga dva svjetla - Albert Levan i Jo-Hin Tyo.
Svi kromosomi imaju iste morfološke karakteristike, ali spolne i somatske stanice imaju različit skup strukturnih jedinica. Koja je to razlika?
Kada dođe do diobe stanica (odnosno njihov se broj počinje udvostručiti), promjene u kromosomima se promatraju na morfološkoj razini. No, unatoč činjenici da se takvi složeni procesi odvijaju u našem tijelu, broj kromosoma u čovjeku i dalje ostaje isti - 46. Njegov intelektualni razvoj i opće zdravlje ovise o tome koliko pari kromosoma osoba treba imati. Zato je vrlo važno da liječnici obrate pozornost na ovo pitanje tijekom procesa planiranja trudnoće. Često ginekolog preporuči mladim parovima da se obrate genetičaru koji će provesti neke važne kliničke studije.
Prilikom začeća, osoba dobiva jednu jedinicu u paru od biološke majke, a drugu od biološkog oca. Ali o 23. paru ovisi spol nerođene bebe. Pri proučavanju ljudskog kariotipa važno je objasniti da se kromosomski set zdravih ljudi sastoji od 22 autosoma, te jednog muškog i jednog ženskog kromosoma (tzv. spolni kromosomi). Kariotip osobe može se odrediti bez ikakvih problema jednostavnim proučavanjem ukupnosti karakteristika ovih jedinica u jednoj stanici. Ako se pronađe bilo kakva abnormalnost u kariotipu, osoba će se suočiti s velikim zdravstvenim problemima.
Može postojati nekoliko problema na razini gena. I svi se oni razmatraju odvojeno, jer imaju drugačiju kliničku sliku. Ispod su samo one patologije koje moderna medicina može uspješno liječiti nakon rođenja bolesnog djeteta:
Ova očitanja smatraju se odstupanjem od norme i mogu se odrediti tijekom razvoja fetusa. Ako je moguće da će se dijete roditi s ozbiljnim problemima, liječnici trudnici često preporučuju pobačaj. U protivnom, žena se osuđuje na život s osobom s invaliditetom kojoj će trebati dodatna edukacija.
Abnormalnosti u setovima kromosoma
Ponekad broj pari ne zadovoljava standard. Problem u intrauterinom razvoju može primijetiti samo genetičar ako se buduća majka dobrovoljno podvrgne studiji. Ako je količina poremećena, razlikuju se sljedeće bolesti:
- Klinefelterov sindrom.
- Downova bolest.
- Shereshevsky-Turnerov sindrom.
Konzervativne metode za nadopunjavanje nedostajuće genetske serije danas ne postoje. Odnosno, takva se dijagnoza smatra neizlječivom. Ako je problem dijagnosticiran tijekom trudnoće, najbolje je prekinuti je. Inače se pojavljuje bolesno dijete s mogućim vanjskim deformacijama.
Downova bolest
Ova je bolest prvi put dijagnosticirana još u 17. stoljeću. U to je vrijeme određivanje broja kromosoma kod zdrave osobe bio izuzetno problematičan zadatak. Stoga je broj oboljele novorođenčadi bio uistinu zastrašujući. Na svakih 1000 beba, dvije su rođene s Downovim sindromom. Nakon nekog vremena bolest je proučavan na genetskoj razini, što je omogućilo određivanje kako se kromosomski skup mijenja.
Kod Downovog sindroma, još jedan par se dodaje 21. paru. Odnosno, ukupan broj nije 46, već 47 kromosoma. Patologija se razvija spontano, a njezin uzrok može biti dijabetes melitus, starija dob roditelja, povećana doza zračenja ili prisutnost određenih kroničnih bolesti.
Izvana se takvo dijete razlikuje od zdravih vršnjaka. Ima usko i široko čelo, voluminozan jezik, velike uši, a odmah se vidi njegova mentalna retardacija. Pacijentu se dijagnosticiraju i drugi zdravstveni problemi koji utječu na mnoge unutarnje sustave i organe.
Uglavnom, kromosomski slijed nerođenog djeteta uvelike ovisi o genomu njegove majke. Zato je prije početka planiranja trudnoće potrebno proći potpuni klinički pregled. Pomoći će u prepoznavanju skrivenih problema. Ako liječnici ne pronađu kontraindikacije, možete razmišljati o začeću djeteta.
Patauov sindrom
S ovim poremećajem, trisomija se opaža u trinaestom paru strukturnih jedinica. Ova bolest je mnogo rjeđa od Downovog sindroma. Nastaje ako se pričvrsti dodatna strukturna jedinica ili je poremećena struktura kromosoma i njihova redistribucija.
Postoje tri glavna simptoma, kojim se dijagnosticira ova patologija:
- Smanjena veličina oka ili mikroftalmija.
- Povećan broj prstiju (polidaktilija).
- Rascjep nepca i usne.
Uz ovu bolest, oko 70% dojenčadi umire ubrzo nakon rođenja (prije treće godine). Djeci s Patauovim sindromom često se dijagnosticiraju srčane mane, kao i moždane mane te problemi s mnogim unutarnjim organima.
Edwardsov sindrom
Ovu patologiju karakterizira prisutnost tri kromosoma u osamnaestom paru. Većina beba umire ubrzo nakon rođenja. Rađaju se s izraženom pothranjenošću (ne mogu dobiti na težini zbog probavnih problema). Imaju nisko postavljene uši i široko postavljene oči. Često se dijagnosticiraju srčane mane.
Kako bi se spriječio razvoj patologije, preporuča se da svi roditelji koji odluče začeti dijete nakon 35 godina podvrgnu posebnim pregledima. Također postoji veća vjerojatnost razvoja bolesti kod onih čiji su roditelji imali problema sa štitnjačom.
Loša ekologija, život u stalnom stresu, prioritet karijere nad obitelji - sve to loše utječe na sposobnost osobe da rodi zdravo potomstvo. Nažalost, oko 1% beba rođenih s ozbiljnim kromosomskim abnormalnostima odrasta mentalno ili fizički retardirano. U 30% novorođenčadi odstupanja u kariotipu dovode do stvaranja kongenitalnih defekata. Naš je članak posvećen glavnim pitanjima ove teme.
Glavni nositelj nasljedne informacije
Kao što je poznato, kromosom je određena nukleoproteinska (sastoji se od stabilnog kompleksa proteina i nukleinskih kiselina) struktura unutar jezgre eukariotske stanice (odnosno onih živih bića čije stanice imaju jezgru). Njegova glavna funkcija je pohrana, prijenos i implementacija genetskih informacija. Pod mikroskopom je vidljiv samo tijekom procesa kao što su mejoza (dioba dvostrukog (diploidnog) niza kromosomskih gena tijekom stvaranja spolnih stanica) i mikoza (dioba stanice tijekom razvoja organizma).
Kao što je već spomenuto, kromosom se sastoji od deoksiribonukleinske kiseline (DNK) i proteina (oko 63% njegove mase) na koje je namotana njegova nit. Brojna istraživanja iz područja citogenetike (znanosti o kromosomima) dokazala su da je DNK glavni nositelj nasljeđa. Sadrži informacije koje se naknadno implementiraju u novi organizam. Ovo je kompleks gena odgovornih za boju kose i očiju, visinu, broj prstiju itd. Koji će se geni prenijeti na dijete određuje se u trenutku začeća.
Formiranje kromosomskog seta zdravog organizma
Normalna osoba ima 23 para kromosoma, od kojih je svaki odgovoran za određeni gen. Ima ih ukupno 46 (23x2) - koliko kromosoma ima zdrava osoba. Jedan kromosom dobivamo od oca, a drugi od majke. Izuzetak su 23 para. Odgovoran je za spol osobe: ženski je označen kao XX, a muški kao XY. Kada su kromosomi u paru, to je diploidni skup. U zametnim stanicama oni su odvojeni (haploidni skup) prije nego što se naknadno ujedine tijekom oplodnje.
Skup karakteristika kromosoma (i kvantitativnih i kvalitativnih) ispitanih unutar jedne stanice znanstvenici nazivaju kariotip. Kršenja u njemu, ovisno o prirodi i težini, dovode do pojave različitih bolesti.
Odstupanja u kariotipu
Kada se klasificiraju, sve abnormalnosti kariotipa tradicionalno se dijele u dvije klase: genomske i kromosomske.
S genomskim mutacijama primjećuje se povećanje broja cijelog skupa kromosoma ili broja kromosoma u jednom od parova. Prvi slučaj naziva se poliploidija, drugi - aneuploidija.
Kromosomske abnormalnosti su preraspodjele unutar i između kromosoma. Ne ulazeći u znanstvenu džunglu, oni se mogu opisati na sljedeći način: neki dijelovi kromosoma možda neće biti prisutni ili mogu biti udvostručeni na štetu drugih; Slijed gena može biti poremećen ili se njihov položaj može promijeniti. Poremećaji u strukturi mogu se pojaviti u svakom ljudskom kromosomu. Trenutno su detaljno opisane promjene u svakom od njih.
Pogledajmo pobliže najpoznatije i najraširenije genomske bolesti.
Downov sindrom
Opisano je davne 1866. godine. Na svakih 700 novorođenčadi u pravilu dolazi jedno dijete sa sličnom bolešću. Suština odstupanja je u tome što se 21. paru dodaje treći kromosom. To se događa kada reproduktivna stanica jednog od roditelja ima 24 kromosoma (s dvostrukim 21). Bolesno dijete na kraju ima 47 kromosoma - toliko kromosoma ima osoba s Downom. Ova patologija je olakšana virusnim infekcijama ili ionizirajućim zračenjem roditelja, kao i dijabetesom.
Djeca s Downovim sindromom su mentalno retardirana. Manifestacije bolesti vidljive su čak iu izgledu: preveliki jezik, velike uši nepravilnog oblika, kožni nabor na kapku i široki hrbat nosa, bjelkaste mrlje u očima. Takvi ljudi u prosjeku žive četrdeset godina, jer su, između ostalog, podložni srčanim bolestima, problemima s crijevima i želucem te nerazvijenim polnim organima (iako žene mogu biti sposobne za rađanje).
Što su roditelji stariji, to je veći rizik da će dijete biti bolesno. Trenutno postoje tehnologije koje omogućuju prepoznavanje kromosomskog poremećaja u ranoj fazi trudnoće. Stariji parovi trebaju proći sličan test. Mladim roditeljima neće škoditi ako je netko od njih u obitelji imao Downov sindrom. Mozaični oblik bolesti (kariotip nekih stanica je oštećen) formira se već u embrionalnoj fazi i ne ovisi o dobi roditelja.
Patauov sindrom
Ovaj poremećaj je trisomija trinaestog kromosoma. Javlja se mnogo rjeđe od prethodnog sindroma koji smo opisali (1 na 6000). Javlja se pri pričvršćivanju viška kromosoma, kao i pri narušavanju strukture kromosoma i preraspodjeli njihovih dijelova.
Patauov sindrom se dijagnosticira pomoću tri simptoma: mikroftalmus (smanjena veličina očiju), polidaktilija (više prstiju), rascjep usne i nepca.
Stopa smrtnosti dojenčadi od ove bolesti je oko 70%. Većina njih ne doživi ni 3 godine. Kod osoba podložnih ovom sindromu najčešće se uočavaju srčane i/ili moždane mane te problemi s drugim unutarnjim organima (bubrezi, slezena i dr.).
Edwardsov sindrom
Većina beba s 3 osamnaesta kromosoma umire ubrzo nakon rođenja. Imaju izraženu malnutriciju (probavne tegobe zbog kojih dijete ne dobiva na težini). Oči su široko postavljene, a uši nisko postavljene. Često se opažaju srčane mane.
zaključke
Kako bi se spriječilo rođenje bolesnog djeteta, preporučljivo je podvrgnuti posebnim pregledima. Test je obavezan za žene koje rađaju nakon 35. godine života; roditelji čiji su rođaci bili izloženi sličnim bolestima; pacijenti s problemima štitnjače; žene koje su imale spontane pobačaje.
