Ядро 2024

1. Кафедра молекулярной биологии и генетики человека

Ядро.
Упаковка генетического
материала.
www.biologiemoleculara.usmf.md
http://e.usmf.md
Ключ для регистрации: bmgu
Sidorenko Ludmila
dr. șt. med., lector universitar
1

2.

Что находится в ядре?
Что такое генетический материал?
Сколько уровней упаковки хроматина?
Что кодируют гены?
Что означает биогенез рибосом?

3. Геном человека – это весь генетический материал клетки, т.е. совокупность молекул ДНК клетки, включая

молекулы ДНК ядра – 46 хромосом
И
(на которых находятся 30000 пар генов и
некодирующие последовательности ДНК)
молекулы ДНК митохондрий - 2-10 хромосом
(на которых находятся 37 генов)
+

4.

Сегодня мы рассмотрим генетический материал ядра

5. Ядро

6. Что находится в ядре?

7. Хромосомы человека

Хромосомы - высший уровень организации (компактизации)
генетического материала
Каждая соматическая клетка организма
человека содержит диплоидный набор
хромосом (2n=46)
или 23 пары хромосом:
22 пары, идентичные у мужчин и женщин – аутосомы;
1 пару отличающуюся у разных полов - половые хромосомы –
гоносомы
XX - у женщин
XY - у мужчин

8. Кариотип человека

2n=46
44
2 половые
аутосомы
хромосомы
Х
Y

9.

Кариотип 46, ХХ
Кариограмма – для анализа кариотипа
Кариотип – хромосомный набор из 23-х пар, диплоидный набор хромосом, который можно
визуально изучить в кариограмме.
Кариограмма – микрофотография диплоидного набора хромосом соматической клетки,
полученная во время анализа хромосом, позволяет составить кариотип
Кариотипирование – цитогенетическое исследование хромосом, в результате которого
получаем кариотип

10.

… Поэтому в кариотипе все гомологичные хромосомы
представлены дважды – одна хромосома из каждой пары
материнского происхождения, а вторая - отцовского

11.

Кариограммы
с нормальным мужским кариотипом 46, ХУ и нормальным женским кариотипом 46, ХХ

12.

Кариограммы (схематично)
с нормальным мужским кариотипом 46, ХУ
и
нормальным женским кариотипом 46, ХХ

13. Строение хромосомы

Для кариотипирования визуализируют в основном метафазные хромосомы
Строение хромосомы
Основные морфологические элементы
Короткое плечо - р
Центромера (первичная
перетяжка)
c
Длинное плечо - q
теломеры
Матафазные хромосомы - двухроматидные
хромосомы, сестринские хроматиды
соединены центромерой

14. Классификация хромосом в зависимости от позиции центромеры

Исходя из положения центромеры и величины центромерного индекса, хромосомы человека делят на:
Метацентрические, субметацентрические, акроцентрические
Положение центромеры.
Для характеристики положения центромеры на хромосоме используют
центромерный индекс, который определяют по формуле:

15. Строение метафазной хромосомы

дополнительные морфологические элементы
c
c
Сайты фрагильности (situs FRA)
сателлит
вторичная перетяжка

16. Строение метафазной хромосомы

c
c
вторичная перетяжка h
c
Короткое плечо - р
Сателлит s
Центромера (первичная
перетяжка) c
Длинное плечо - q
Теломеры t
Матафазные хромосомы - двухроматидные хромосомы,
сестринские хроматиды соединены центромерой

17.

18.

Классификация хромосом человека
По длине:
По форме
-Крупные
-Метацентрические
-Средние
-Субметацентрические
-Мелкие
-Aкроцентрические
По наличию
дополнительных
реперов:
По типу:
- h на плече p
- Гоносомы
- Аутосомы
- h на плече q
- сателлиты
18

19.

На основании морфологических количественных (длина и положение центромеры) и качественных
(сателлиты и вторичные перетяжки) критериев, хромосомы человека делят на 7 групп, которые
обозначают буквами латинского алфавита от A до G:
•группа A (пары 1-3) - большие метацентрические хромосомы, a 2-ая пара - субметацентрическая;
•группа B (пары 4-5) - большие субметацентрические хромосомы;
•группа C (пары 6-12 и хромосома X) - субметацентрические хромосомы средних размеров; в этой
группе у женщин 16 хромосом, у мужчин – 15;
•группа D (пары 13-15) - средние акроцентрические хромосомы;
•группа E (пары 16-18) - хромосома 16 средняя метацентрическая; хромосомы 17 и 18 мелкие
субметацентрические;
•группа F (пары 19-20) - мелкие метацентрические хромосомы;
•группа G (пары 21-22 и хромосома Y) - мелкие акроцентрические хромосомы; у женщин 4 хромосомы
в группе G (2 хр. 21 + 2 хр. 22), а у мужчин 5 хромосом в группе G (2 хр. 21 + 2 хр. 22+ Y).

20.

Реперы анализа кариотипа
Длина хромосомы
Позиция центромеры = первичная
перетяжка - c
Наличие вторичной центромеры – h
Наличие сателлитов - s
М=
метацентриче
ские
M
хромосомы,
они обведены
в оранжевое
кольцо
А =
Аутосомы 1-22
Гоносомы X,Y
Крупные 1-5
Средние 6-16, X
Мелкие 17-22, Y
SM
акроцентрические
хромосомы, они A
обведены в серое
кольцо
М = метацентрические (1,3,16,19,20)
SM = субметацентрические …..
А = акроцентрические (13,14,15,21,22,Y)
Наличие h на плече p (13,14,15,21,22)
Наличие h на плече q (1,9,16)
Наличие s на плече p (13,14,15,21,22)
Группы A B C D E F G
SM = субметацентрические хромосомы – это все остальные

21.

22. Итак, сколько хромосом имеет каждая группа от А до G?

1. группа А - 6 хромосом
2. группа В - 4 хромосомы
3. у женщин в группе С - 16 хромосом, у мужчин - 15
4. группа D - 6 хромосом
5. группа Е - 6 хромосом
6. группа F - 4 хромосомы
7. группa G - у женщин 4 акроцентрических хромосомы,
а у мужчин 5 акроцентрических хромосом.

23. Упаковка генетического материала

24.

25.

26.

Хроматин третьей степени
упаковки – петли
Как только мы
начинаем
упаковывать 2-ух
цепочечную
спираль ДНК,
наматывая её на
белки гистоны, мы
её уже называем не
ДНК, а хроматин
Хроматин второй степени
упаковки – соленоидная нить
(или просто - соленоид)
Хроматин первой степени
упаковки – нуклеосомная
нить
2-ух цепочечная
спираль ДНК

27. ХРОМАТИН ХРОМОСОМЫ

профаза
ХРОМАТИН телофаза ХРОМОСОМЫ
• Хроматин – генетический материал разной степени
упаковки (конденсации) в ядре в интерфазе;
• Хромосома – максимальная степень упаковки хроматина
в митозе.
• Молекулярный состав хроматина и хромосом:
• ДНК + гистоны + негистоновые белки + РНК

28. Хроматин = хромосома

Хромосомная ДНК – содержит, передает и реализует
ГИ;
• Длинные, линейные молекулы;
• Гетерогенные молекулы:
• Кодирующие последовательности (гены):
• Активные – транскрибируемые;
• Неактивные – нетранскрибируемые.
• Некодирующие последовательности:
• Структурные – теломеры, центромеры, сателлиты;
• Регуляторные

29. Уровни компактизации ДНК

• I уровень – нуклеосомный = нити хроматина;
• II уровень – соленоид = нити хроматина;
• III уровень – хроматин в виде петель
• IV уровень – метафазная хромосома

30. Уровни компактизации ДНК отличаются:

- Степенью конденспации ДНК;
- Толщиной хроматиновой нити;
- Механизмом образования;
- Уровнем транскрипционной
активности;
- Периодом клеточного цикла.

31. I уровень- нити хроматина:

• Полинуклеосомная нить 11nm;
• Степень конденсации – x 6 раз;
• Механизм образования:
• Взаимодействие ДНК- с гистоновыми белками+
• Взаимодействие ДНК с гистонами прочное, т.к.:
- ДНК – это дезоксирибонуклеиновые кислоты, а гистоны – щелочные белки
- ДНК имеет отрицательный заряд, а гистоны положительный
• Только на этом, I уровне упаковки, Транскрипция генов
возможна!

32. I уровень- нити хроматина величиной в 10 nm

Сокращение гистона при старении

33.

34.

35.

36. Гистоновые белки

ДНК + гистоны =
нуклеосома
a. Нуклеосомное ядро:
2H2A
Гистоновый
октамер
2H2B
2H3
2H4
b. 200 п.о. нуклеосомная ДНК
c. H1 – стабилизирует DNP

37. Хроматин = хромосома

Гистоновые белки:
• Глобулярные
• Богатые Liz и Arg;
• 5 классов: H1, H2A, H2B, H3, H4
• Функция:
• Упаковка ДНК на нуклеосомном уровне
• Неспецифичный контроль экспрессии
генов
Тип гистонов
Характерные
аминокислоты
К-во
аминокислот
Конформация белка
H1
Liz
215
NH2
COOH
H2A
Leu, Liz
129
NH2
COOH
H2B
Ser, Pro, Liz
125
NH2
COOH
H3
Arg, Cis
135
NH2
H4
Arg, Liz
102
NH2
COOH
COOH

38.

39.

• Метилирование H3 (Lys4) – активная экспрессия гена
• Метилирование H3 (Lys9) – атенуация транскрипции
• Ацетилирование гистонов – расплетание хроматина,
транскрипция
• Дезацетилирование гистонов – упаковка хроматина,
инактивация транскрипции
• Фосфорилирование H1 – сверхконденсация ДНК
• Дефосфорилирование H1 – деконденсация хроматина

40. Биологи нашли слабое место в ДНК человека и других животных

• Ученые
Института
биомедицинских
исследований обнаружили, что белок
гистон H1 является основным фактором
защиты генома от нестабильности.
• Мутации в гене гистона Н1 могут
приводить к гибели организма.
• Сокращение синтеза гистона при старении

41. Возможные темы к изучению для представления на научном кружке…

• Как повлиять на ацетилирование гистонов для защиты от
стресса и старения, для борьбы с онкологическими
заболеваниями?
• Каков точный механизм участия фосфорилирования
гистонов в возникновении онкологических заболевания и
старении?
• Как можно повлиять на механизмы модификации гистонов с
целью достижения терапевтического эффекта при лечении
возрастассоциированных заболеваний?

42. II уровень – соленоид

• Нить хроматина 30 nm;
• Степень конденсации – x40 раз;
• Механизм образования:
• Фосфорилирование H1