Генетика человека с основами медицинской генетики

1.

Государственное бюджетное профессиональное
образовательное учреждение
Департамента здравоохранения города Москвы
«Медицинский колледж № 7»
ОП.07 Генетика человека с основами медицинской
генетики
Специальность 31.02.01 Лечебное дело
Раздел 1. Основы наследственности человека
Тема 1.3. Цитологические основы наследственности

2.

План:
1. Клеточное ядро: функции, компоненты.
2. Морфофункциональные особенности компонентов ядра в
различные периоды клеточного цикла.
3. Основные типы деления эукариотических клеток.
4. Биологическая роль митоза и амитоза.
5. Биологическое значение мейоза. Гаметогенез.

3.

Клетка является основой строения любого организма, а
при размножении – связующим звеном двух поколений.
Клетка – это функциональная единица в многоклеточном
организме, в котором клетки специализируются на
выполнении определенных функций, объединены в ткани и
органы, функционально связные системы

4.

В зависимости от структурных
особенностей клетки делятся на:
Прокариотические – без ядра, но молекула
ДНК замкнута в кольцо.
Эукариотические – их особенностью
является наличие ядра с ядерной оболочкой и
цитоплазмы с органоидами
Различают:
соматические ( от лат. Soma – тело) –
клетки тела
генеративные ( от лат. Geteratio –
зарождение) – половые клетки.

5.

Основные компоненты эукариотической клетки:
1. Клеточная мембрана
2. Цитоплазма с органоидами.
Органоиды – это постоянные компоненты клетки, выполняющие свои
специфические функции.
3. Обособленное ядро

6.

Строение ядра.
Ядро является важнейшей структурной частью
эукариотических клеток.
Состоит из хроматина.
Хроматин состоит из ДНК и белков.
Ядра имеют обычно шаровидную или яйцевидную
форму.
Ядро несет в себе генетическую (наследственную)
активность.
Как правило, в клетке содержится одно ядро, реже несколько.

7.

8.

Ядро состоит из хроматина («хроматин» - от греческого chroma - цвет,
краска) - вещества, способного хорошо воспринимать красители.
Хроматин состоит из ДНК и белков.
Хроматин - интенсивно окрашенные глыбки, гранулы и сетевидные
структуры ядра. Они состоят из деспирализованной ДНК и белка.
Во время деления клетки ДНК уплотняется и упаковывается с помощью
белков-гистонов (структурные белки), превращаясь в хромосомы.
Спирализованные участки ДНК не активны на них не происходит синтез иРНК.
Передача генетической информации
осуществляется деспирализованными участками
ДНК, когда ядро находится в интерфазе (между
делениями).

9.

Различают два вида хроматина:
эухроматин
гетерохроматин
Эухроматин слабо окрашен, активен,
на нем происходит транскрипция иРНК.
Гетерохроматин хорошо
окрашивается красителями, сильно
спирализован, не активен.
Гетерохроматин появляется в интерфазном ядре женских клеток.
В женском организме имеются две половые Х-хромосомы,
одна из которых сильно спирализована и плотно упакована уже на
ранних этапах эмбрионального развития и видна в виде глыбки
хроматина, прикрепленного к оболочке ядра.
В мужском организме имеется только одна половая Ххромосома, а вторая половая хромосома - Y. Благодаря сильной
спирализации одной хромосомы у женщин организмы мужчин и
женщин уравновешиваются по количеству функционирующих
генов.

10.

Глыбки хроматина, прикрепленные к
оболочке ядра в женских клетках,
называются половым хроматином или
тельцем Бара
Половой хроматин имеет диагностическое
значение. Отсутствие его в ядрах клеток у
женщин и присутствие у мужчин
свидетельствует о наследственном
заболевании.
Определяют половой хроматин путем анализа эпителиальных
клеток в соскобе слизистой оболочки щеки или в клетках крови лейкоцитах.

11.

Перед делением клетки нити хроматина превращаются в
хромосомы, а гетерохроматин контролирует степень конденсации
(уплотнения) и спирализации хромосом, делая нити ДНК во время
деления клетки недоступными для транскрипции иРНК.
В хромосомах участки эухроматина и гетерохроматина чередуются
в виде светлых и темных полос.

12.

Ядрышки – самая плотная структура ядра, являющаяся
производным хромосомы, а именно одним из ее локусов.
Локус – это область локализации
генетического элемента на хромосоме.
определенного
В ядре находится одно или несколько ядрышек.
В ядрышке образуются рибосомальные РНК и
рибосомы, на которых происходит синтез белков
цитоплазмы.
Образование и количество ядрышек зависит от числа и
активности ядрышковых организаторов (участков
хромосомы, расположенных в зонах вторичных
перетяжек

13.

Ядро ограничено от цитоплазмы ядерной оболочкой.
Ядерная оболочка состоит из внешней ядерной мембраны и
внутренней мембраны, которые разделяются перинуклеарным
пространством или цистерной ядерной оболочки.
В ядерной оболочке содержатся ядерные поры. Число ядерных пор
зависит от метаболической активности клетки: чем она выше, тем
больше пор на единицу поверхности клеточного ядра.
Основные функции ядерной оболочки заключаются
• отделяет содержимое ядра от цитоплазмы
• ограничивает доступ в ядро крупных агрегатов
биополимеров
• регулирует транспорт макромолекул между ядром и
цитоплазмой
• участвует в фиксации хромосомного материала в ядре

14.

Таким образом, ядро является носителем
генетического материала и местом, где
осуществляется его функционирование и
воспроизведение.

15.

Хромосома - это интенсивно
окрашенное тельце, состоящее из
молекулы ДНК, связанной с белкамигистонами.
Хромосомы формируются из
хроматина в начале деления клеток (в
профазе митоза), но лучше их изучать в
метафазе митоза. Когда хромосомы
располагаются в плоскости экватора и
хорошо видны в световой микроскоп,
ДНК в них достигают максимальной
спирализации.
Хромосомы состоят из 2
сестринских хроматид (удвоенных
молекул ДНК), соединенных друг с
другом в области первичной перетяжки центромеры.
Центромера делит хромосому на 2
плеча.

16.

Хромосомы являются основными
носителями наследственной,
передаваемой из поколения в
поколение.
В хромосоме различают
первичную перетяжку- центромеру,
две теломеры и два плеча.
Центромера - определяет движение хромосомы, к
ней приклепляется веретено деления при митозе. Место
расположения центромеры в каждой пере хромосом
одинаково и постоянно.
В зависимости от места расположения
центромеры, различают
1.Акроцентрические или палочкообразные хромосомы
(центромера находится у края).
2.Субметацентрические (плечи разной длины).
3.Метоцентрические (плечи равной длины).

17.

Также у хромосомы имеются плечи:
p-верхнее короткое плечо
q-нижнее длинное плечо

18.

Концевые участки хромосом, богатые структурным
гетерохроматином,
называется
теломерами
они
препятствуют слипанию концов хромосом.
Некоторые хромосомы могут иметь дополнительные
перетяжки, которые называются вторичными. Если
вторичная перетяжка распологается близко к концу
хромосомы, то отделяемый ею участок называется
спутником, соединенным с остальной частью хромосомы
тонкой нитью хроматина.
Форма и размеры спутника постоянны для данной
хромосомы.
У человека спутники имеются у пяти пар хромосом
(13-15я и 21-22я пары).

19.

Каждый вид имеет постоянное число хромосом.
Хромосомы образуют пары (гомологичные). Они абсолютно
подобно друг другу, имеют одинаковые размеры и форм, совпадает
расположение центромер.
Каждая пара хромосом имеет свои особенности и
индивидуальность.
В
соматических
клетках
содержится
диплоидный набор (2n), в половых- гаплоидный (п).
У мужских и женских особей одного вида обнаруживается
отличие в одной паре хромосом. Эта пара половых хромосомгетерохромосомы.
Остальные пары одинаковы у обоих полов и называются
аутосомы.

20.

Функция хромосом заключается:
- В хранении наследственной информации. Хромосомы
являются носителями генетической информации.
- В передаче наследственной информации.
Наследственная информация передается путем
репликации молекулы ДНК.
- В реализации наследственной информации.
Благодаря воспроизводству того или иного типа и-РНК
и соответственно того или иного типа белка
осуществляется контроль над всеми процессами
жизнедеятельности клетки и всего организма.

21.

22.

Кариотип человека
Кариотип человека (от греч. - орех,
ядро и - отпечаток, тип) — диплоидный
хромосомный набор человека, который
присущ всем клеткам, который
характеризуется количеством хромосом и
особенностями строения каждой
хромосомы.

23.

Для нормального кариотипа характерно следующее:
1. присутствует нормальное количество хромосом
2. все хромосомы представлены парами гомологичных друг другу
хромосом
3. каждая хромосома имеет нормальное строение: характерное для нее
расположение центромеры, соотношение и строение плеч, отсутствуют
хромосомные мутации.
Кариотип изображают в виде идиограммы(кариограммы) - схемы, на
которой хромосомы располагаются в ряд по мере убывания их длины.
Хромосомы являются носителями наследственной информации, которую
составляют многочисленные гены, расположенные в хромосоме в линейном
порядке и занимают определенное место. Генетическая информация,
необходимая для развития организма, содержится только в полном
комплекте всего гаплоидного набора.

24.

Кариограмма – это изображение всех хромосом диплоидного набора
клетки, которые распределены по группам и расположены друг за другом
в порядке уменьшения размеров с учетом индивидуальных особенностей
каждой хромосомы.
На рисунке
представлена
кариограмма мужчины
с нормальным
кариотипом.
В прямоугольной
рамке показаны
половые хромосомы
женщины с
нормальным
кариотипом.

25.

Для изучения кариотипа генетики используют метод
цитогенетического анализа, при котором можно
диагностировать ряд наследственных заболеваний,
связанных с нарушением числа и формы хромосом.
Генетический
код
это
способ
записи
последовательности аминокислот в белке с помощью трёх
нуклеотидов.
Одну
аминокислоту
может
кодировать
последовательность из 3 нуклеотидов (кодон или
триплет).
Ген - это определенный участок хромосомы,
отвечающий за какой-либо признак.

26.

Свойства гена:
1.Аллельность. Обычно гены представлены в природе несколькими
вариантами- аллелями, которые расположены в одинаковых локусах
гомологичных хромосом.
2.Дискретность. Разные признаки определяются разными генами,
расположенными на разных хромосомах.
3.Дозированность. Ген определяет проявление признака в
определённых пределах, в которых признак может изменяться под
влиянием условий внешней среды.
4.Специфичность. Конкретный ген контролирует возникновение
определённого признака или их группы. Достаточно часто один ген
обеспечивает
формирование
сразу
нескольких
признаков
(плейотропное действие гена).
5.Стабильность. Обычно ген наследуется в ряду поколений в
неизменном виде.

27.

Основные типы деления эукариотических клеток
Амитоз – прямое деление , делится путем прямой перетяжки,
наследственный материал распределяется неравномерно. Возможно
образование двухядерных клеток.
Амитоз- редкое явление, характерен для погибающих или
измененных клеток – например, опухолевых.
Митоз – непрямое деление соматических клеток – в результате
деления образуются 2 её точные копии. в быстро делящихся клетках,
например, эмбриональных, ЖЦ практически совпадает с
митотическим циклом.
Это универсальный способ увеличения кол-ва или замещения
погибших эукариотических клеток.

28.

Митотический цикл.
Митоз
Митоз — основной способ деления эукариотических
клеток, при котором сначала происходит удвоение, а затем
равномерное распределение между дочерними клетками
наследственного материала.
Митоз представляет собой непрерывный процесс, в
котором выделяют четыре фазы:
профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Перед митозом происходит подготовка клетки к
делению, или интерфаза.
Период подготовки клетки к митозу и собственно митоз
вместе составляют митотический цикл.

29.

Интерфаза
состоит
из
трех
периодов:
пресинтетического, или постмитотического — G1
синтетического — S
постсинтетического или премитотического — G2
Пресинтетический период (2n 2c, где n — число
хромосом, с — число молекул ДНК) — рост клетки,
активизация
процессов
биологического
синтеза,
подготовка к следующему периоду.
Синтетический период (2n 4c) — репликация ДНК.
Постсинтетический период (2n 4c) — подготовка
клетки к митозу, синтез и накопление белков и энергии для
предстоящего деления, увеличение количества органоидов,
удвоение центриолей.

30.

Профаза (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей
к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления,
«исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных хромосом.
Метафаза (2n 4c) — выстраивание максимально конденсированных
двухроматидных хромосом в экваториальной плоскости клетки (метафазная
пластинка), прикрепление нитей веретена деления одним концом к
центриолям, другим — к центромерам хромосом.
Анафаза (4n 4c) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и
расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки
(при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными
хромосомами).
Телофаза (2n 2c в каждой дочерней клетке) — деконденсация хромосом,
образование вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей
веретена деления, появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия).
Цитотомия в животных клетках происходит за счет борозды деления, в
растительных клетках — за счет клеточной пластинки.

31.

32.

33.

Биологическое
значение
митоза.
Образовавшиеся в результате этого способа
деления
дочерние
клетки
являются
генетически идентичными материнской.
Митоз
обеспечивает
постоянство
хромосомного набора в ряду поколений
клеток.
Лежит в основе таких процессов, как
рост, регенерация, бесполое размножение и
др.

34.

Выделяют три типа нарушения митоза:
1. Изменение структуры хромосом. При этом возможно появление разрывов
хромосом, наличие отдельных мелких хромосомных фрагментов. Подобная
патология возникает под действием радиации, некоторых химических
веществ, вирусов, а также в раковых клетках. В некоторых случаях
отдельные хромосомы могут отстать от других в анафазе и попасть не в свою
клетку. Это приводит к изменению количества хромосом в дочерних клеткаханеуплодии.
2. Повреждение веретена деления. Это нарушает его функцию
распределения хромосом между дочерними клетками. В результате возможно
появление клеток, содержащих значительный избыток хромосом. Подобное
действие характерно для многих противоопухолевых препаратов. Таким
образом, тормозится деление клеток опухолей.
3. Нарушение цитотомии, т.е отсутствие деления цитоплазмы клетки в
периоде телофазы. Вследствие этого образуется двуядерные клетки.
Патология митоза может приводить к появлению мозаицизма.
Мозаицизм - (mosaicism) - состояние, при котором не все
клетки человека содержат одинаковые хромосомы и в его
организме могут присутствовать две или более генетически
различные клеточные популяции.

35.

Мейоз
Мейоз — это особый способ деления эукариотических клеток, в
результате которого происходит переход клеток из диплоидного
состояния в гаплоидное. Мейоз состоит из двух последовательных
делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.
Первое мейотическое деление (мейоз
1) называется редукционным, поскольку
именно во время этого деления происходит
уменьшение числа хромосом вдвое: из
одной диплоидной клетки (2n 4c)
образуются две гаплоидные (1n 2c).

36.

Интерфаза 1 (в начале — 2n 2c, в
конце — 2n 4c) — синтез и накопление
веществ и энергии, необходимых для
осуществления
обоих
делений,
увеличение размеров клетки и числа
органоидов,
удвоение центриолей,
репликация ДНК, которая завершается
в профазе 1.
Профаза 1 (2n 4c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение
центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена
деления, «исчезновение» ядрышек, конденсация двухроматидных
хромосом, конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер.
Конъюгация — процесс сближения и переплетения
гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных
хромосом называют бивалентом.
Кроссинговер — процесс обмена гомологичными участками
между гомологичными хромосомами.

37.

Профаза
стадии:
1
подразделяется
на
лептотена (завершение репликации
ДНК)
зиготена (конъюгация гомологичных
хромосом, образование бивалентов)
пахитена
(кроссинговер,
перекомбинация генов)
диплотена (выявление хиазм
1 блок овогенеза у человека)
диакинез (терминализация хиазм).

38.

Мейоз: 1 — лептотена; 2 — зиготена; 3 —
пахитена; 4 — диплотена; 5 — диакинез;
6 — метафаза 1; 7 — анафаза 1; 8 —
телофаза
1;
9 — профаза 2; 10 — метафаза 2; 11 —
анафаза 2; 12 — телофаза 2.

39.

Метафаза 1 (2n 4c) — выстраивание бивалентов в
экваториальной плоскости клетки, прикрепление нитей
веретена деления одним концом к центриолям, другим — к
центромерам хромосом.
Анафаза 1 (2n 4c) — случайное независимое
расхождение двухроматидных хромосом к противоположным
полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом
одна хромосома отходит к одному полюсу, другая — к
другому), перекомбинация хромосом.
Телофаза 1 (1n 2c в каждой клетке) — образование
ядерных мембран вокруг групп двухроматидных хромосом,
деление цитоплазмы. У многих растений клетка из анафазы 1
сразу же переходит в профазу 2.

40.

Второе мейотическое деление (мейоз 2)
называется эквационным.
Интерфаза 2, или интеркинез (1n 2c), представляет собой короткий перерыв
между первым и вторым мейотическими делениями, во время которого не
происходит репликация ДНК. Характерна для животных клеток.
Профаза 2 (1n 2c) — демонтаж ядерных мембран, расхождение центриолей к
разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.
Метафаза 2 (1n 2c) — выстраивание двухроматидных хромосом в
экваториальной плоскости клетки (метафазная пластинка), прикрепление нитей
веретена деления одним концом к центриолям, другим — к центромерам хромосом;
2 блок овогенеза у человека.
Анафаза 2 (2n 2с) — деление двухроматидных хромосом на хроматиды и
расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при
этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами),
перекомбинация хромосом.
Телофаза 2 (1n 1c в каждой клетке) — деконденсация хромосом, образование
вокруг каждой группы хромосом ядерных мембран, распад нитей веретена деления,
появление ядрышка, деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге
четырех гаплоидных клеток.
Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием
гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Являясь основой
комбинативной изменчивости, мейоз обеспечивает генетическое разнообразие
гамет.

41.

Понятия гаметогенеза
Гаметогенез
–
это
процесс
образования половых клеток. Протекает
он в половых железах – гонадах (в
яичниках у самок и в семенниках у
самцов).
Гаметогенез в организме женской
особи сводится к образованию женских
половых клеток (яйцеклеток) и носит
название овогенеза.
У особей мужского пола возникают
мужские
половые
клетки
(сперматозоиды), процесс образования
которых называется сперматогенезом.
Гаметогенез
–
это
последовательный
процесс,
которых
складывается
из
нескольких стадий – размножения,
роста, созревания клеток. В
процесс
сперматогенеза
включается
также
стадия
формирования, которой нет при
овогенезе.

42.

Стадии гаметогенеза
1. Стадия размножения.
Клетки, из которых в последующем образуются мужские и
женские гаметы, называются сперматого-ниями и овогониями
соответственно. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c.
На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся
митозом, в результате чего их количество существенно
возрастает. Сперматогонии размножаются в течение всего
репродуктивного периода в мужском организме. Размножение
овогоний происходит главным образом в эмбриональном
периоде. У человека в яичниках женского организма процесс
размножения овогоний наиболее интенсивно протекает между 2
и 5 месяцами внутриутробного развития.
К концу 7 месяца большая часть овоцитов переходит в профазу I
мейоза.
Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом
обозначить как n, а количество ДНК – как c, то генетическая
формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до
синтетического периода митоза (когда происходит репликация
ДНК) и 2n4c после него.

43.

2. Стадия роста.
Клетки увеличиваются в размерах и
превращаются в сперматоциты и овоциты I
порядка (последние достигают особенно
больших размеров в связи с накоплением
питательных веществ в виде желтка и
белковых гранул).
Эта стадия соответствует интерфазе I
мейоза. Важное событие этого периода –
репликация молекул ДНК при неизменном
количестве хромосом.
Они
приобретают
двунитчатую
структуру: генетическая формула клеток в
этот период выглядит как 2n4c.
3. Стадия созревания. Происходят два
последовательных деления – редукционное
(мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые
вместе составляют мейоз. После первого
деления
(мейоза
I)
образуются
сперматоциты и овоциты II порядка (с
генетической формулой n2c), после второго
деления (мейоза II) – сперматиды и зрелые
яйцеклетки (с формулой nc) с тремя
редукционными
тельцами,
которые
погибают и в процессе размножения не
участвуют. Так сохраняется максимальное
количество желтка в яйцеклетках. Таким
образом, в результате стадии созревания
один сперматоцит I порядка (с формулой
2n4c) дает четыре спермати-ды (с формулой
nc), а один овоцит I порядка (с формулой
2n4c) образует одну зрелую яйцеклетку (с
формулой nc) и три редукционных тельца.

44.

4. Стадия формирования, или спермиогенеза
(только при сперматогенезе).
В результате этого процесса каждая незрелая
спермати-да превращается в зрелый сперматозоид (с
формулой nc), приобретая все структуры, ему
свойственные.
Ядро
сперматиды
уплотняется,
происходит
сверхспирализация хромосом, которые становятся
функционально инертными.
Комплекс Гольджи перемещается к одному из
полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу
ядра устремляются центриоли, причем одна из них
принимает участие в формировании жгутика.
Вокруг жгутика спирально закручивается одна
митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды
отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не
содержит.

45.

Амитоз — прямое деление интерфазного ядра путем
перетяжки без образования хромосом, вне митотического цикла.
Описан для стареющих, патологически измененных и
обреченных на гибель клеток. После амитоза клетка не способна
вернуться в нормальный митотический цикл.
Клеточный цикл — жизнь клетки от момента ее появления
до деления или смерти. Обязательным компонентом клеточного
цикла является митотический цикл, который включает в себя
период подготовки к делению и собственно митоз. Кроме этого, в
жизненном цикле имеются периоды покоя, во время которых
клетка выполняет свойственные ей функции и избирает
дальнейшую судьбу: гибель или возврат в митотический цикл.