Хромосомы и кариотип (теломеры, хромосома, половые хромосомы)

Хромосома — молекула ДНК, связанная с белками-гистонами (хроматин), максимально спирализованная к делению. Двухроматидная хромосома состоит из двух сестринских хроматид (идентичные копии ДНК), соединённых в центромере (первичная перетяжка), к которой прикрепляются нити веретена; плечи хромосомы заканчиваются теломерами — концевыми участками, укорачивающимися при каждой репликации (фермент теломераза достраивает их в половых, стволовых и опухолевых клетках; укорочение теломер связано со старением клеток). Вторичная перетяжка (ядрышковый организатор) содержит гены рРНК.

Упаковка ДНК в хромосоме. Общая длина ДНК 46 хромосом клетки человека — около 2 м, а диаметр ядра — несколько микрометров. ДНК наматывается на белковые «катушки» из восьми молекул гистонов — нуклеосомы (почти два витка, около 150 пар нуклеотидов на каждую), и нить приобретает вид «бусин на нитке»; она скручивается в более толстую фибриллу, та укладывается петлями на белковом каркасе, а к метафазе петли спирализуются максимально, и ДНК укорачивается примерно в 10 тыс. раз. В интерфазе рыхлые участки хроматина (эухроматин) активны — с них считываются гены, плотно упакованные (гетерохроматин, например около центромер) почти неактивны.

Теломеры и теломераза. Теломера человека — многократный повтор последовательности ТТАГГГ длиной несколько тысяч пар нуклеотидов; генов в ней нет. Укорачивается она потому, что после удаления последней РНК-затравки на конце линейной молекулы отстающая цепь остаётся недостроенной (А. М. Оловников, 1971). Когда теломеры становятся слишком короткими, клетка перестаёт делиться: фибробласты человека в культуре делятся около 50 раз (предел Хейфлика).

Кариотип — совокупность признаков хромосомного набора вида: число, размеры и форма хромосом. У человека 46, у дрозофилы 8, у шимпанзе 48, у пшеницы мягкой 42. Кариотип постоянен для вида, и его изучение (цитогенетический метод) позволяет выявлять хромосомные болезни. Для анализа клетки выращивают в культуре, останавливают деление в метафазе, окрашивают и раскладывают хромосомы по парам.

Правила хромосомных наборов: постоянство числа у вида, парность гомологичных хромосом, индивидуальность (каждая пара отличается от других) и непрерывность (хромосома возникает только из хромосомы при репликации). Эти правила объясняют, почему при половом размножении потомок получает половину хромосом от каждого родителя, а число хромосом вида не растёт из поколения в поколение.

Половые хромосомы — пара, по которой различаются клетки самцов и самок. Пол с одинаковыми половыми хромосомами (XX у женщин) называют гомогаметным, с разными (XY у мужчин) — гетерогаметным; у птиц и бабочек, наоборот, гетерогаметны самки (подробнее — в теме о генетике пола). У человека X-хромосома крупная и несёт сотни генов, Y — одна из самых мелких, в ней несколько десятков генов, среди них ген, запускающий развитие по мужскому типу. На концах X и Y есть короткие гомологичные (псевдоаутосомные) участки: благодаря им X и Y конъюгируют в мейозе и могут обмениваться участками при кроссинговере. В клетках женщин одна из X-хромосом почти целиком неактивна и видна в интерфазном ядре как тельце полового хроматина (тельце Барра). Кариотип записывают формулой: 46,XX — женщина, 46,XY — мужчина, 47,XY,+21 — мужчина с синдромом Дауна.