Правила хромосомних наборів Чим небезпечні близькі шлюби? Число хромосом не змінюється спостерігається перебудова хромосом
Спадковість та мінливість у живій природі існують завдяки хромосомам, генам, (ДНК). Зберігається і передається у вигляді ланцюжка нуклеотидів у складі ДНК. Яка роль цьому явище належить генам? Що таке хромосома з погляду передачі спадкових ознак? Відповіді на такі питання дозволяють розібратися в принципах кодування та генетичному розмаїтті на нашій планеті. Певною мірою воно залежить від цього, скільки хромосом входить у набір, від рекомбінації цих структур.
З історії відкриття «часток спадковості»
Вивчаючи під мікроскопом клітини рослин і тварин, багато ботаніків і зоологів ще в середині XIX століття звернули увагу на найтонші нитки і найдрібніші кільцеподібні структури в ядрі. Найчастіше першовідкривачем хромосом називають німецького анатома Вальтера Флеммінга. Саме він застосував анілінові барвники для обробки ядерних структур. Виявлену речовину Флемінг назвав "хроматином" за його здатність до фарбування. Термін «хромосоми» у 1888 році ввів у науковий обіг Генріх Вальдейєр.
Одночасно з Флеммінг шукав відповідь на питання про те, що таке хромосома, бельгієць Едуард ван Бенеден. Трохи раніше німецькі біологи Теодор Бовері та Едуард Страсбургер провели серію експериментів, що доводять індивідуальність хромосом, сталість їхньої кількості у різних видів живих організмів.
Передумови хромосомної теорії спадковості
Американський дослідник Уолтер Саттон з'ясував, що хромосом міститься в клітинному ядрі. Вчений вважав ці структури носіями одиниць спадковості, ознак організму. Саттон виявив, що хромосоми складаються з генів, за допомогою яких нащадкам від батьків передаються властивості та функції. Генетик у своїх публікаціях дав описи хромосомних пар, їхнього руху в процесі поділу клітинного ядра.
Незалежно від американського колеги, роботи у тому ж напрямі вів Теодор Бовері. Обидва дослідники у своїх працях вивчали питання передачі спадкових ознак, сформулювали основні положення ролі хромосом (1902-1903). Подальша розробка теорії Бовері-Саттона відбувалася у лабораторії нобелівського лауреата Томаса Моргана. Видатний американський біолог та його помічники встановили низку закономірностей розміщення генів у хромосомі, розробили цитологічну базу, яка пояснювала б механізм законів Грегора Менделя — батька-засновника генетики.
Хромосоми у клітці
Дослідження будови хромосом почалося після їх відкриття та опису у XIX столітті. Ці тільця та нитки містяться в прокаріотичних організмах (без'ядерних) та еукаріотичних клітинах (у ядрах). Вивчення під мікроскопом дозволило встановити, що таке хромосома з морфологічного погляду. Це рухливе ниткоподібне тільце, яке помітне у певні фази клітинного циклу. В інтерфазі весь обсяг ядра займає хроматин. У інші періоди помітні хромосоми як однієї чи двох хроматид.
Найкраще видно ці утворення під час клітинних поділів — мітозу або мейозу. Найчастіше можна спостерігати великі хромосоми лінійної будови. У прокаріотів вони менші, хоча є винятки. Клітини часто включають більше одного типу хромосом, наприклад, свої власні невеликі «частинки спадковості» є в мітохондріях і хлоропластах.
Форми хромосом
Кожна хромосома має індивідуальну будову, відрізняється від інших особливостями фарбування. При вивченні морфології важливо визначити положення центроміру, довжину та розміщення плечей щодо перетяжки. У набір хромосом зазвичай входять такі форми:
- метацентричні, або рівноплечі, для яких характерне серединне розташування центроміру;
- субметацентричні, або нерівноплечі (перетяжка зміщена у бік одного з теломерів);
- акроцентричні, або паличкоподібні, в них центромір знаходиться практично на кінці хромосоми;
- точкові з формою, що важко піддається визначенню.
Функції хромосом
Хромосоми складаються з генів – функціональних одиниць спадковості. Теломери - кінці плечей хромосоми. Ці спеціалізовані елементи служать захисту від пошкодження, перешкоджають злипання фрагментів. Центромера виконує свої завдання під час подвоєння хромосом. На ній є кінетохор, саме до нього кріпляться структури веретена поділу. Кожна пара хромосом індивідуальна за місцем розташування центроміру. Нитки веретена поділу працюють таким чином, що дочірні клітини відходить по одній хромосомі, а не обидві. Рівномірне подвоєння у процесі розподілу забезпечують точки початку реплікації. Дуплікація кожної хромосоми починається одночасно у кількох таких точках, що помітно прискорює весь процес розподілу.
Роль ДНК та РНК
З'ясувати, що таке хромосома, яку функцію виконує ця ядерна структура, вдалося після вивчення її біохімічного складу та властивостей. В еукаріотичних клітинах ядерні хромосоми утворені конденсованою речовиною - хроматином. За даними аналізу, до його складу входять високомолекулярні органічні речовини:
Нуклеїнові кислоти беруть безпосередньо участь у біосинтезі амінокислот і білків, забезпечують передачу спадкових ознак з покоління в покоління. ДНК міститься в ядрі еукаріотичної клітини, РНК зосереджена у цитоплазмі.
Гени
Рентгеноструктурний аналіз показав, що ДНК утворює подвійну спіраль, ланцюги якої складаються з нуклеотидів. Вони являють собою вуглевод дезоксирибозу, фосфатну групу та одну з чотирьох азотистих основ:
Ділянки спіралеподібних дезоксирибонуклеопротеїдних ниток - це гени, що несуть закодовану інформацію про послідовність амінокислот у білках або РНК. При розмноженні спадкові ознаки від батьків потомству передаються як алелей генів. Вони визначають функціонування, зростання та розвиток конкретного організму. На думку ряду дослідників, ті ділянки ДНК, які не кодують поліпептиди, виконують регулюючі функції. Геном людини може налічувати до 30 тис. генів.
Набір хромосом
Загальна кількість хромосом, їх особливості характерна ознака виду. У мухи-дрозофіли їх кількість – 8, у приматів – 48, у людини – 46. Це число є постійним для клітин організмів, які належать до одного виду. Для всіх еукаріотів існує поняття «диплоїдні хромосоми». Це повний набір, або 2n, на відміну від гаплоїдної половинної кількості (n).
Хромосоми у складі однієї пари гомологічні, однакові за формою, будовою, місцезнаходженням центромір та інших елементів. Гомологи мають свої характерні риси, які їх відрізняють від інших хромосом у наборі. Фарбування основними барвниками дозволяє розглянути, вивчити риси кожної пари. присутній у соматичних — у статевих (так званих гаметах). У ссавців та інших живих організмів з гетерогаметною чоловічою статтю формуються два види статевих хромосом: Х-хромосома та Y. Самці мають набір XY, самки — XX.
Хромосомний набір людини
Клітини людини містять 46 хромосом. Всі вони об'єднуються в 23 пари, що становлять набір. Є два типи хромосом: аутосоми та статеві. Перші утворюють 22 пари - загальні для жінок та чоловіків. Від них відрізняється 23 пара - статеві хромосоми, які в клітинах чоловічого організму є негомологічними.
Генетичні риси пов'язані зі статевою приналежністю. Для їх передачі служать Y та Х-хромосома у чоловіків, дві X у жінок. Аутосоми містять частину інформації про спадкові ознаки. Існують методики, що дозволяють індивідуалізувати усі 23 пари. Вони добре помітні на малюнках, коли забарвлені у певний колір. Помітно, що 22 хромосома в геномі людини - найменша. Її ДНК у розтягнутому стані має довжину 1,5 см та налічує 48 млн пар азотистих основ. Спеціальні білки гістони зі складу хроматину виконують стискування, після чого нитка займає в тисячі разів менше місця в ядрі клітини. Під електронним мікроскопом гістони в інтерфазному ядрі нагадують намисто, нанизані на нитку ДНК.
Генетичні захворювання
Існує понад 3 тис. спадкових хвороб різного типу, зумовлених ушкодженнями та порушеннями у хромосомах. До них належить синдром Дауна. Для дитини з таким генетичним захворюванням характерне відставання у розумовому та фізичному розвитку. При муковісцидозі відбувається збій у функціях залоз зовнішньої секреції. Порушення веде до проблем з потовиділенням, виділення та накопичення слизу в організмі. Вона ускладнює роботу легень, може призвести до задухи і смерті.
Порушення колірного зору - дальтонізм - несприйнятливість до деяких частин кольору. Гемофілія призводить до послаблення згортання крові. Непереносимість лактози не дозволяє організму людини засвоювати молочний цукор. У кабінетах планування сім'ї можна дізнатися про схильність до того чи іншого генетичного захворювання. У великих медичних центрах є можливість пройти відповідне обстеження та лікування.
Генотерапія - напрям сучасної медицини, з'ясування генетичної причини спадкових захворювань та її усунення. За допомогою нових методів у патологічні клітини замість порушених вводять нормальні гени. У такому разі лікарі позбавляють хворого не від симптомів, а причин, що викликали захворювання. Проводиться тільки корекція соматичних клітин, методи генної терапії поки що не застосовуються масово по відношенню до статевих клітин.
Більшість відомостей про хромосомних перебудовах, Що викликають фенотипові або тілесні зміни та аномалії, була отримана в результаті досліджень генотипу (розташування генів у хромосомах слинних залоз) звичайної плодової мушки. Незважаючи на те, що багато хвороб людини мають спадкову природу, лише щодо їх невеликої частини достовірно відомо, що вони спричинені хромосомними аномаліями. Тільки зі спостережень за фенотиповими проявами ми можемо зробити висновок, що відбулися ті чи інші зміни генів та хромосом.
Хромосомице організовані як подвійний спіралі молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), що утворює хімічну основу спадковості. Фахівці вважають, що хромосомні порушення виникають у результаті перебудови порядку розташування чи числа генів у хромосомах. Гени є групи атомів, що входять до складу молекул ДНК. Як відомо, молекули ДНК визначають характер молекул рибонуклеїнової кислоти (РНК), які виконують функцію «доставників» генетичної інформації, що визначає структуру та функцію органічних тканин.
Первинна генетична субстанція, ДНК, діє через посередництво цитоплазми, що виконує функцію каталізатора у зміні властивостей клітин, формуючи шкіру та м'язи, нерви та кровоносні судини, кістки та сполучну тканину, а також інші спеціалізовані клітини, але не допускаючи змін самих генів у ході цього процесу . Майже всіх етапах будівництва організму зайнято безліч генів, і тому не обов'язково, щоб кожна фізична ознака був результатом дії одного гена.
Хромосомне порушення
Різноманітні хромосомні порушення можуть бути результатом наступних структурних та кількісних порушень:
Розрив хромосом.Хромосомні перебудови можуть викликатися під впливом рентгенівських променів, іонізуючої радіації, можливо, космічних променів, а також багатьох інших, поки що невідомих нам, біохімічних чи середовищних факторів.
Рентгенівське проміння.Можуть спричинити розрив хромосоми; в процесі перебудови сегмент або сегменти, що відірвалися від однієї хромосоми, можуть бути втрачені, внаслідок чого виникає мутація чи фенотипова зміна. Стає можливою експресія рецесивного гена, що зумовлює певний дефект або аномалію, оскільки нормальний аллель (парний ген у гомологічній хромосомі) втрачено і внаслідок цього не може нейтралізувати дію дефектного гена.
Кросовер.Пари гомологічних хромосом закручені в спіраль подібно до дощовим хробакам під час парування і можуть розриватися в будь-яких гомологічних точках (тобто на одному рівні, що утворюють пару хромосом). У процесі мейозу відбувається поділ кожної пари хромосом таким чином, що тільки одна хромосома з кожної пари входить в яйцеклітину, що утворилася, або спермій. Коли відбувається розрив, кінець однієї хромосоми може з'єднується з кінцем іншої хромосоми, що відірвався, а два залишилися шматка хромосом зв'язуються разом. В результаті утворюються дві абсолютно нові та різні хромосоми. Цей процес називають кросинговером.
Дуплікація/недостача генів.При дуплікації ділянка однієї хромосоми відривається і прикріплюється до гомологічної хромосоми, подвоюючи вже існуючу групу генів. Придбання хромосоми додаткової групи генів зазвичай завдає меншої шкоди, ніж втрата генів ін. хромосомою. До того ж за сприятливого результату дуплікації ведуть до утворення нової спадкової комбінації. Хромосоми з втраченою термінальною ділянкою (і нестачею локалізованих у ньому генів) можуть призводити до мутацій або фенотипічних змін.
Транслокація.Сегменти однієї хромосоми переносяться на іншу, негомологічну хромосому, викликаючи стерильність особини. У цьому випадку будь-який негативний фенотип не може бути переданий наступним поколінням.
ІнверсіяХромосома розривається у двох і більше місцях, і її сегменти інвертуються (повертаються на 180°) перед тим, як з'єднатися в тому ж порядку цілу реконструйовану хромосому. Це найпоширеніший і найважливіший спосіб перегрупування генів у еволюції видів. Однак новий гібрид може стати ізолянтом, оскільки виявляє стерильність при схрещуванні з первісною формою.
Ефект становища.У випадках зміни положення гена в тій же хромосомі в організмі можуть виявлятися фенотипічні зміни.
Поліплоїдія.Збої в процесі мейозу (хромосомного редукційного поділу в ході підготовки до репродукції), які потім виявляться в зародковій клітині, можуть подвоїти нормальну кількість хромосом у гаметах (сперматозоїдах або яйцеклітинах).
Поліплоїдні клітини присутні в нашій печінці та деяких інших органах, зазвичай не завдаючи скільки-небудь помітної шкоди. Коли ж поліплоїдія проявляється в наявності однієї-єдиної «зайвої» хромосоми, то поява останньої в генотипі може призвести до серйозних змін фенотипу. До них належить синдром Дауна, при якому в кожній клітині міститься додаткова 21 хромосома.
Серед хворих з цукровим діабетомзустрічається незначний відсоток народжень з ускладненнями, при яких ця додаткова аутосома (нестатева хромосома) стає причиною недостатньої ваги та зростання новонародженого та затримки подальшого фізичного та розумового розвитку. Люди, які страждають на синдром Дауна мають 47 хромосом. Причому додаткова 47-а хромосома обумовлює у них надлишковий синтез ферменту, що руйнує незамінну амінокислоту триптофан, яка зустрічається в молоці і необхідна для нормального функціонування клітин мозку та регуляції сну. Лише у незначного відсотка народжених із синдромом ця хвороба безперечно носить спадковий характер.
Діагностика хромосомних порушень
Вроджені вади розвитку становлять стійкі структурні або морфологічні дефекти органу або його частини, що виникають внутрішньоутробно та порушують функції ураженого органу. Можуть виникнути великі вади, які призводять до значних медичних, соціальних або косметичних проблем (спинно-мозкові грижі, ущелини губи та піднебіння) і малі, які є невеликими відхиленнями в будові органу, що не супроводжуються порушенням його функції (епікант, коротка вуздечка язика, деформація вушної раковини, додаткова частка непарної вени).
Хромосомні порушеннямають розподіл на:
Тяжкі (вимагають термінового медичного втручання);
помірно тяжкі (вимагають лікування, але не загрожують життю пацієнта).
Вроджені вади розвитку є численною і дуже різноманітною групою станів, найбільш поширеними і такими, що представляють більше значення, це:
аненцефалія (відсутність великого мозку, часткова або повна відсутність кісток склепіння черепа);
черепно-мозкова грижа (випинання головного мозку через дефект кісток черепа);
спинно-мозкова грижа (випинання спинного мозку через дефект хребта);
вроджена гідроцефалія (надмірне накопичення рідини всередині шлуночкової системи мозку);
ущелини губи з ущелиною (або без неї) піднебіння;
анофтальмія/мікрофтальмія (відсутність або недорозвинення ока);
транспозиція магістральних судин;
вади розвитку серця;
атрезія/стеноз стравоходу (відсутність безперервності або звуження стравоходу);
атрезія анусу (відсутність безперервності аноректального каналу);
гіпоплазія нирок;
екстрофія сечового міхура;
діафрагмальні грижі (випинання органів черевної порожнини в грудну через дефект діафрагми);
редукційні вади кінцівок (тотальне чи часткове кінцівок).
Характерними ознаками вроджених аномалій є:
Вроджений характер (симптоми та ознаки, що були з народження);
однотипність клінічних проявів у кількох членів сім'ї;
тривале збереження симптомів;
наявність незвичайних симптомів (множинні переломи, підвивих кришталика та інші);
множинність уражень органів та систем організму;
несприйнятливість до лікування.
Для діагностики вроджених вад розвитку використовуються різні методи. Розпізнавання зовнішніх вад розвитку (розщілини губи, піднебіння) ґрунтується на клінічному огляді хворого, який тут є основним, і, як правило, не викликає труднощів.
Пороки розвитку внутрішніх органів (серця, легенів, нирок та інших) вимагають додаткові методи дослідження, так як специфічних симптомів для них немає, скарги можуть бути такими ж, як і при звичайних захворюваннях цих систем і органів.
До цих методів належать усі звичайні методи, які використовуються і для діагностики невродженої патології:
променеві методи (рентгенографія, комп'ютерна томографія, магнітно-резонансна томографія, магнітно-резонансна томографія, ультразвукова діагностика);
ендоскопічні (бронхоскопія, фіброгастродуоденоскопія, колоноскопія)
Для діагностики вад використовують генетичні методи дослідження: цитогенетичні, молекулярно-генетичні, біохімічні.
Нині вроджені вади можна виявляти як після народження, а й під час вагітності. Головним є ультразвукове дослідження плода, за допомогою якого діагностуються як зовнішні вади, так і вади внутрішніх органів. З інших методів діагностики вад під час вагітності застосовують біопсію ворсин хоріону, амніоцентез, кордоцентез, отриманий матеріал піддають цитогенетичному та біохімічному дослідженню.
Хромосомні порушення класифікуються за принципами лінійної послідовності розташування генів і бувають у вигляді делеції (нестача), дуплікації (подвоєння), інверсії (перевертання), інсерції (вставка) та транслокації (переміщення) хромосом. В даний час відомо, що практично всі хромосомні порушення супроводжуються затримкою розвитку (психомоторного, розумового, фізичного), крім того, вони можуть супроводжуватися наявністю вроджених вад розвитку.
Ці зміни характерні для аномалій аутосом (1 - 22 пари хромосом), рідше для гоносом (статевих хромосом, 23 пари). На першому році життя дитини можна діагностувати багато з них. Основні з них це синдром котячого крику, синдром Вольфа-Хіршхорна, синдром Патау, синдром Едвардса, синдром Дауна, синдром котячого ока, синдром Шерешевського-Тернера, синдром Клайнфелтера.
Раніше діагностика хромосомних хвороб ґрунтувалася на використанні традиційних методів цитогенетичного аналізу, цей тип діагностики дозволяв судити про каріотип - кількість і структуру хромосом людини. У цьому дослідженні залишалися нерозпізнаними деякі хромосомні порушення. В даний час розроблено принципово нові методи діагностики хромосомних порушень. До них відносяться: хромосомоспецифічні проби ДНК, модифікований метод гібридизації.
Профілактика хромосомних порушень
В даний час профілактика цих захворювань є системою заходів різного рівня, які спрямовані на зниження частоти народження дітей з даною патологією.
Є три профілактичні рівні, А саме:
Первинний рівень:проводяться до зачаття дитини та спрямовані на усунення причин, які можуть спричинити вроджені вади чи хромосомні порушення, чи факторів ризику. До заходів цього рівня належить комплекс заходів, спрямованих на захист людини від дії шкідливих факторів, покращення стану навколишнього середовища, перевірка на мутагенність та тератогенність продуктів харчування, харчових добавок, лікарських препаратів, охорона праці жінок на шкідливих виробництвах тощо. Після того, як було виявлено зв'язок розвитку деяких вад з дефіцитом фолієвої кислоти в організмі жінки, було запропоновано вживати її як профілактичний засіб усіма жінками репродуктивного віку за 2 місяці до зачаття і протягом 2 - 3 місяців після зачаття. Також до профілактичних заходів належить вакцинація жінок проти краснухи.
Вторинна профілактика:спрямовано виявлення ураженого плода з наступним перериванням вагітності чи за можливості проведенням лікування плода. Вторинна профілактика може мати масовий характер (ультразвукове обстеження вагітних) та індивідуальний (медико-генетичне консультування сімей з ризиком народження хворої дитини, на якому встановлюють точний діагноз спадкового захворювання, визначають тип успадкування захворювання в сім'ї, розрахунок ризику повторення хвороби в сім'ї, визначення найбільш ефективного способу сімейної профілактики).
Третічний рівень профілактики:передбачає проведення лікувальних заходів, вкладених усунення наслідків пороку розвитку та її ускладнень. Пацієнти із серйозними вродженими аномаліями змушені спостерігатись у лікаря все життя.
Приблизно 1 із 150 дітей народжується з хромосомною аномалією. Ці порушення викликані помилками у кількості чи структурі хромосом. Багато дітей з хромосомними проблемами мають психічні та/або фізичні вроджені дефекти. Деякі хромосомні проблеми в кінцевому підсумку призводять до викидня або мертвонародженню.
Хромосоми – це ниткоподібні структури, що у клітинах нашого організму і містять у собі набір генів. У людей налічується близько 20 – 25 тис. генів, які визначають такі ознаки, як колір очей та волосся, а також відповідають за зростання та розвиток кожної частини тіла. У кожної людини в нормі 46 хромосом, зібраних у 23 хромосомні пари, в яких одна хромосома успадкована від матері, а друга від батька.
Причини хромосомних аномалій
Хромосомні патології зазвичай є результатом помилки, яка відбувається під час дозрівання сперматозоїда чи яйцеклітини. Чому відбуваються ці помилки, поки що не відомо.
Яйцеклітини та сперматозоїди в нормі містять по 23 хромосоми. Коли вони з'єднуються, вони утворюють запліднену яйцеклітину із 46 хромосомами. Але іноді під час (або до) запліднення щось іде негаразд. Так, наприклад, яйцеклітина або сперматозоїд можуть неправильно розвинутися, в результаті чого в них можуть бути зайві хромосоми, або, навпаки, не вистачає хромосом.
При цьому клітини з неправильним числом хромосом приєднуються до нормальної яйцеклітини або сперматозоїду, внаслідок чого ембріон має хромосомні відхилення.
Найбільш поширений тип хромосомної аномаліїназивається трисомією. Це означає, що людина замість двох копій конкретної хромосоми має три копії. Наприклад, мають три копії 21 хромосоми.
Найчастіше ембріон із неправильним числом хромосом не виживає. У таких випадках у жінки відбувається викидень, як правило, на ранніх термінах. Це часто відбувається на початку вагітності, перш ніж жінка може зрозуміти, що вона вагітна. Більш ніж 50% викиднів у першому триместрі спричинені саме хромосомними патологіями у ембріона.
Інші помилки можуть виникнути перед заплідненням. Вони можуть призвести до зміни структури однієї чи кількох хромосом. Люди зі структурними хромосомними відхиленнями, зазвичай, нормальне число хромосом. Тим не менш, невеликі шматочки хромосоми (або вся хромосома) можуть бути видалені, скопійовані, перевернути, недоречні або можуть обмінюватися з частиною іншої хромосоми. Ці структурні перебудови можуть не впливати на людину, якщо вона має всі хромосоми, але вони просто переставлені. В інших випадках такі перестановки можуть призвести до втрати вагітності або вроджених дефектів.
Помилки у розподілі клітин можуть статися невдовзі після запліднення. Це може призвести до мозаїцизму – стану, коли людина має клітини з різними генетичними наборами. Наприклад, людям з однією з форм мозаїцизму – із синдромом Тернера – не вистачає Х-хромосоми у деяких, але не у всіх клітинах.
Діагностика хромосомних аномалій
Хромосомні відхилення можна діагностувати ще до народження дитини шляхом пренатальних досліджень, таких як, наприклад, амніоцентез чи біопсія хоріону, або вже після народження за допомогою аналізу крові.
Клітини, отримані внаслідок цих аналізів, вирощуються в лабораторії, а потім їх хромосоми досліджуються під мікроскопом. Лабораторія робить зображення (каріотип) всіх хромосом людини, розташованих у порядку від більшої до меншої. Каріотип показує кількість, розмір та форму хромосом і допомагає лікарям виявити будь-які відхилення.
Перший пренатальний скринінг полягає у взятті на аналіз материнської крові у першому триместрі вагітності (між 10 та 13 тижнями вагітності), а також у спеціальному ультразвуковому дослідженні задньої частини шиї дитини (так званого комірного простору).
Другий пренатальний скринінг проводиться у другому триместрі вагітності та полягає в аналізі материнської крові на терміні між 16 та 18 тижнями. Цей скринінг дозволяє виявити вагітності, які знаходяться на більш високих ризиках щодо генетичних порушень.
Тим не менш, скринінг-тести не можуть точно діагностувати синдром Дауна чи інші. Лікарі пропонують жінкам, у яких виявлено аномальні результати скринінг-тестів, пройти додаткові дослідження – біопсію хоріону та амніоцентез, щоб остаточно діагностувати чи виключити ці порушення.
Найпоширеніші хромосомні аномалії
Перші 22 пари хромосом називаються аутосомами або соматичними (нестатевими) хромосомами. Найбільш поширені порушення цих хромосом включають:
1. Синдром Дауна (трисомія 21 хромосоми) - одне з найбільш поширених хромосомних відхилень, що діагностується приблизно у 1 з 800 немовлят. Люди з синдромом Дауна мають різний ступінь розумового розвитку, характерні риси обличчя та найчастіше вроджені аномалії у розвитку серця та інші проблеми.
Сучасні перспективи розвитку дітей із синдромом Дауна набагато яскравіші, ніж були раніше. Більшість з них мають обмежені інтелектуальні можливості у легкій та помірній формі. За умови раннього втручання та спеціальної освіти, багато з таких дітей навчаються читати та писати та з дитинства беруть участь у різних заходах.
Ризик синдрому Дауна та інших трисомій збільшується з віком матері. Ризик народження дитини із синдромом Дауна становить приблизно:
- 1 із 1300 – якщо вік матері 25 років;
- 1 із 1000 – якщо вік матері 30 років;
- 1 із 400 – якщо вік матері 35 років;
- 1 із 100 – якщо вік матері 40 років;
- 1 із 35 – якщо вік матері 45 років.
2. Трисомії 13 та 18 хромосом – ці трисомії зазвичай серйозніші, ніж синдром Дауна, але, на щастя, досить рідкісні. Приблизно 1 із 16000 немовлят народжується з трисомією 13 (синдром Патау), і 1 на 5000 немовлят – з трисомією 18 (синдром Едвардса). Діти з трисоміями 13 і 18, як правило, страждають на важкі відхилення в розумовому розвитку і мають безліч вроджених фізичних дефектів. Більшість таких дітей помирають у віці до одного року.
Остання, 23 пара хромосом - це статеві хромосоми, звані хромосомами X і хромосомами Y. Як правило, жінки мають дві Х-хромосоми, а у чоловіка одна Х-хромосома і одна Y-хромосома. Аномалії статевих хромосом можуть викликати безпліддя, порушення росту та проблеми з навчанням та поведінкою.
Найбільш поширені аномалії статевих хромосом включають:
1. Синдром Тернера - це порушення торкається приблизно 1 з 2500 плодів жіночої статі. У дівчинки з синдромом Тернер є одна нормальна Х-хромосома і повністю або частково відсутня друга Х-хромосома. Як правило, такі дівчатка безплідні і не піддаються змінам нормального статевого дозрівання, якщо вони не прийматимуть синтетичні статеві гормони.
Зачеплені синдромом Тернера дівчата дуже невисокі, хоча лікування гормоном росту може допомогти збільшити зростання. Крім того, у них є цілий комплекс проблем зі здоров'ям, особливо з серцем і нирками. Більшість дівчаток із синдромом Тернера мають нормальний інтелект, хоча й зазнають деяких труднощів у навчанні, особливо в математиці та просторовому мисленні.
2. Трисомія по Х-хромосомі - приблизно у 1 з 1000 жінок є додаткова Х-хромосома. Такі жінки вирізняються дуже високим зростанням. Вони, як правило, не мають фізичних вроджених дефектів, у них нормальне статеве дозрівання і вони здатні до народження дітей. Такі жінки мають нормальний інтелект, але можуть бути й серйозні проблеми з навчанням.
Оскільки такі дівчата здорові і мають нормальний зовнішній вигляд, їхні батьки часто не знають, що їхня дочка має . Деякі батьки дізнаються, що у їхньої дитини подібне відхилення, якщо матері під час виношування вагітності було проведено один із інвазивних методів пренатальної діагностики (амніоцентез або хоріоцентез).
3. Синдром Клайнфельтера – це порушення торкається приблизно одного з 500 – 1000 хлопчиків. Хлопчики з синдромом Клайнфельтера мають дві (а іноді й більше) Х-хромосоми разом з однією нормальною Y-хромосомою. Такі хлопчики зазвичай мають нормальний інтелект, хоч у багатьох спостерігаються проблеми з навчанням. Коли такі хлопчики дорослішають, вони відзначають знижену секрецію тестостерону і вони виявляються безплідними.
4. Дисомія з Y-хромосоми (XYY) – приблизно 1 із 1000 чоловіків народжується з однією або кількома додатковими Y-хромосомами. У таких чоловіків нормальне статеве дозрівання і вони не є безплідними. Більшість із них мають нормальний інтелект, хоча можуть бути деякі труднощі у навчанні, поведінці та проблеми з мовою та засвоєнням мов. Як і у випадку з трисомією по Х-хромосомі у жінок, багато чоловіків та їхніх батьків не знають, що у них є така аномалія, доки не буде проведено пренатальну діагностику.
Менш поширені хромосомні аномалії
Нові методи аналізу хромосом дозволяють визначити крихітні хромосомні патології, які можуть бути видно навіть під потужним мікроскопом. В результаті, все більше батьків дізнаються, що їхня дитина має генетичну аномалію.
Деякі з таких незвичайних і рідкісних аномалій включають:
- Делеція – відсутність невеликої ділянки хромосоми;
- Мікроделеція - відсутність дуже невеликої кількості хромосом, можливо, не вистачає лише одного гена;
- Транслокація - частина однієї хромосоми приєднується до іншої хромосоми;
- Інверсія – частина хромосоми пропущена, а порядок генів змінено зворотний;
- Дублювання (дуплікація) – частина хромосоми дублюється, що зумовлює утворення додаткового генетичного матеріалу;
- Кільцева хромосома – коли на обох кінцях хромосоми відбувається видалення генетичного матеріалу, нові кінці об'єднуються і утворюють кільце.
Деякі хромосомні патології настільки рідкісні, що науці відомий лише один або кілька випадків. Деякі аномалії (наприклад, деякі транслокації та інверсії) можуть ніяк не вплинути на здоров'я людини, якщо немає генетичного матеріалу.
Деякі незвичайні розлади можуть бути спричинені невеликими хромосомними делеціями. Прикладами є:
- Синдром котячого крику (Делеція по 5 хромосомі) - хворі діти в дитинстві відрізняються криком на високих тонах, ніби кричить кішка. Вони мають суттєві проблеми у фізичному та інтелектуальному розвитку. З таким захворюванням народжується приблизно 1 із 20 – 50 тис. немовлят;
- Синдром Прадера-Віллі (Делеція по 15 хромосомі) – хворі діти мають відхилення в розумовому розвитку та в навчанні, низьке зростання та проблеми з поведінкою. Більшість таких дітей розвивається екстремальне ожиріння. З таким захворюванням народжується приблизно 1 із 10 – 25 тис. немовлят;
- Синдром Ді Джорджі (Делеція по 22 хромосомі або делеція 22q11) - з делецією в певній частині 22 хромосоми народжується приблизно 1 з 4000 немовлят. Ця делеція викликає різні проблеми, які можуть включати в себе пороки серця, ущелину губи/неба (вовча паща і заяча губа), порушення імунної системи, аномальні риси обличчя та проблеми в навчанні;
- Синдром Вольфа-Хіршхорна (Делеція по 4 хромосомі) – цей розлад характеризується відхиленнями в розумовому розвитку, вадами серця, поганим м'язовим тонусом, судомами та іншими проблемами. Це захворювання стосується приблизно 1 з 50000 немовлят.
За винятком людей із синдромом Ді Джорджі, люди з переліченими вище синдромами безплідні. Що стосується людей із синдромом Ді Джорджі, то ця патологія передається у спадок на 50% з кожною вагітністю.
Нові методи аналізу хромосом іноді можуть точно визначити, де немає генетичного матеріалу, або де присутній зайвий ген. Якщо лікар точно знає, де винуватець хромосомної аномалії, може оцінити всю ступінь його впливу дитини і дати приблизний прогноз розвитку цієї дитини на майбутньому. Часто це допомагає батькам прийняти рішення про збереження вагітності та заздалегідь підготуватися до народження трошки не такого, як усі, малюка.
1. Дайте визначення понять.
Гомологічні хромосоми
– парні, однакові за розміром, формою та несучі однакові гени.
Центромера- Область, до якої під час поділу клітини прикріплюються нитки веретена поділу.
Диплоїдний набір
– хромосомний набір, поданий парними хромосомами.
Каріотип- Сукупність всіх ознак хромосомного набору, характерний для того чи іншого виду.
Соматична клітина
- Клітина тіла.
3. Які особливості будови ядра забезпечують обмін речовин між ядром та цитоплазмою?
Ядерні пори в ядерній оболонці дозволяють обмін речовин між ядром і клітиною.
4. Порівняйте терміни «хромосома» та «хроматин». Що вони означають? У чому їхня принципова відмінність?
Хроматин – це комплекс молекул ДНК із гістонами в ядрі, у період між клітинними поділами. ДНК знаходиться в розплетеному деспіралізованому стані. Хромосома – це комплекс ДНК із гістонами в компактному стані, що утворюється в ядрі клітини, яка готується до поділу.
5. Замалюйте зовнішній вигляд подвоєної хромосоми (схематично) та підпишіть її основні частини.
6. Що називають хромосомним набором? Які види наборів хромосомних вам відомі?
Хромосомний набір – число хромосом у клітині, характерне певного виду. Буває диплоїдний – представлений парними хромосомами, та гаплоїдний – одинарний, характерний для статевих клітин.
7. Сформулюйте питання до наведеного нижче тексту з § 2.8 та запропонуйте свій варіант відповіді.
Немає залежності між числом хромосом і рівнем організації цього виду: примітивні форми можуть мати більше хромосом, ніж високоорганізовані, і навпаки. Наприклад, у таких далеких видів, як прудка ящірка та лисиця, число хромосом однаково і дорівнює 38, у людини та ясена - по 46 хромосом, у курки - 78, а у річкового раку - понад 110!
Запитання:Чи правильно твердження: «Чим вищий рівень розвитку організму, тим більше у нього число хромосом»?
Відповідь: ні, не так. Немає залежності між числом хромосом і рівнем організації виду: примітивні форми можуть мати більше хромосом, ніж високоорганізовані, і навпаки.
8. Пізнавальне завдання.
Подумайте, чи не зустрічалася вам в інших курсах біології (наприклад, при вивченні розділу «Ботаніка») інформація про клітини еукаріотичних організмів, які не мають ядер і функціонують протягом тривалого часу. Чим ви можете пояснити їхню життєздатність?
Еритроцити - у них ядро заміщене гемоглобіном, клітини ситоподібних трубок рослин - не "справжні" клітини, в них цитоплазма поєднується з клітинним соком, крім ядра не більшості органел. Такі клітини виконують лише транспортну функцію, що не можуть ділитися.
9. Виберіть правильну відповідь.
Тест 1.
Ядерна оболонка утворена:
3) двома мембранами, має пори;
Тест 2.
Ядро в ядрі забезпечує:
3) утворення субодиниць рибосом;
Тест 3.
Сукупність всіх ознак хромосомного набору, притаманного виду:
3) каріотип;
10. Поясніть походження та загальне значення слова (терміну), спираючись на значення коренів, що його складають.
11. Виберіть термін і поясніть, наскільки його сучасне значення відповідає початковому значенню його коріння.
Вибраний термін – хромосома.
Відповідність – раніше означало «кольорове тільце». Але відомі функції хромосоми, морфологічно термін має правильне значення.
12. Сформулюйте та запишіть основні ідеї § 2.8.
У всіх еукаріотів є ядро, яке пов'язане з цитоплазмою, що забезпечує єдність клітини. Ядро регулює всі процеси у клітині. Воно складається з ядерної оболонки, ядерного соку, ядерця та хроматину. При розподілі клітини хроматин спіралізується та утворює хромосоми. Хромосоми складаються з хроматиду та центроміру.
Сукупність всіх ознак хромосомного набору тієї чи іншої виду називають каріотипом. Хромосомний набір буває диплоїдний (у клітинах тіла) та гаплоїдний (у статевих клітинах). Між числом хромосом та рівнем організації виду немає залежності.
1.Розкрийте механізми, що забезпечують сталість числа та форми хромосом у всіх клітинах організмів з покоління до покоління?
Елементи відповіді:
1) завдяки мейозу утворюються гамети з гаплоїдним набором хромосом;
2) при заплідненні у зиготі відновлюється диплоїдний набір хромосом, що забезпечує сталість хромосомного набору;
3) зростання організму відбувається за рахунок мітозу, що забезпечує сталість числа хромосом у соматичних клітинах
2. Відомо, що апарат Гольджі особливо добре розвинений у залізистих клітинах підшлункової залози. Поясніть, чому.
Елементи відповіді:
1) у клітинах підшлункової залози синтезуються ферменти, які накопичуються у порожнинах апарату Гольджі;
2) в апараті Гольджі ферменти упаковуються у вигляді бульбашок;
3) з апарату Гольджі ферменти виносяться в протоку підшлункової залози.
3. Загальна маса мітохондрій стосовно маси клітин різних органів щура становить: у підшлунковій залозі – 7,8%, у печінці – 18,4%, у серці – 35,8%. Чому у клітинах цих органів різний вміст мітохондрій?
Елементи відповіді:
1) мітохондрії є енергетичними станціями клітини, у яких синтезуються і накопичуються молекули АТФ;
2) для інтенсивної роботи серцевого м'яза необхідно багато енергії і тому вміст мітохондрій у її клітинах найвищий;
3) у печінці кількість мітохондрій порівняно з підшлунковою залозою вища, тому що в ній йде більш інтенсивний обмін речовин.
4. Який поділ мейозу подібний до мітозу? Поясніть, у чому воно виражається і до якого набору хромосом у клітині наводить.
Елементи відповіді:
1) подібність із мітозом спостерігається у другому поділів мейозу;
2) всі фази подібні, до полюсів клітини розходяться сестринський хромосоми (хроматиди);
3) клітини, що утворилися, мають гаплоїдний набір хромосом.
5. У яких випадках зміна послідовності нуклеотидів ДНК не впливає на структуру та функції відповідного білка?
Елементи відповіді:
1) якщо в результаті заміни нуклеотиду виникає інший кодон, що кодує ту саму амінокислоту;
2) якщо кодон, що утворився в результаті заміни нуклеотиду, кодує іншу амінокислоту, але зі подібними хімічними властивостями, яка не змінює структуру білка;
3) якщо зміни нуклеотидів відбудуться у міжгенних або нефункціонуючих ділянках ДНК.
6. Які особливості хромосом забезпечують передачу спадкової інформації?
Елементи відповіді:
2) здатні до самоподвоєння за рахунок реплікації ДНК;
3) здатні рівномірно розподілятися у клітинах при розподілі, забезпечуючи наступність ознак.
7. Поясніть, у чому полягає схожість та відмінність мутаційної та комбінативної мінливості.
Схема розв'язання задачі включає:
1) подібність:мутаційна та комбінативна мінливості зачіпають генотипи організму та успадковуються;
2) відмінності:мутації – зміни генотипу обумовлені зміною спадкових структур (генів, хромосом, геному);
3) при комбінативної мінливості виникають різні поєднання генів.
