structura cromozomilor

Click here to load reader

Post on 09-Nov-2015

297 views

Category:

Documents

11 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

genetica umana-cromozomii

TRANSCRIPT

Maria Anghel DenisseAMG-1 S

STRUCTURA CROMOZOMILOR

CROMOZOMII UMANI

Termenul de cromozom a fost propus n 1888 de Waldeyer cu referin la corpusculi colorai ce pot fi vizualizai pe parcursul diviziunii celulare. n interfaz cromozomii sunt decondensai i se prezint sub form de filamente, fibre sau bucle de cromatin bine organizate n nucleul celulei, aspectul cruia depinde de tipul celulei sau perioada ontogenetic. Segmentele de cromatin active transcripional se prezint sub form de eucromatin, iar cele ce nu se transcriu sub form de heterocromatin. Cromozomii metafazici reprezint nivelul maximal de condensare a materialului genetic nuclear, iar studiul cromozomilor n metafaz permite identificarea precis a fiecrui cromozom, evaluarea morfologiei cromozomilor. CARACTERISTICI GENERALE ALE CROMOZOMILOR

1. Cromozomii reprezint nivelul supramolecular de organizare a materialului genetic i substratul morfologic al ereditii. Molecula de ADN este principalul component al cromozomului, care-i specific funciile de pstrare, transmitere i realizare a materialului genetic ce-l conine sub form de secvene polinucleotidice specifice gene. 2. Un cromozom conine de la cteva sute la cteva mii de gene: reprezint un grup de nlnuire a genelor: - sigur ordonarea genelor n spaiu i n timp - fiecare gen are o poziie fix pe cromozom locus; - activarea sau inactivarea genei este realizat strict dup necesitile celulei sau organismului; - asigur transmiterea nlnuit a genelor i caracterelor determinate de genele unui cromozom. 3. Cromozomii se autoreproduc n perioada S a interfazei prin replicare semiconservativ a moleculelor de ADN care i constituie. Replicarea diferitor segmente cromozomiale i diferitor cromozomi se realizeaz asincron, dar la sfritul perioadei S toi cromozomii devin bicromatidieni. 4. Cromozomii reprezint structuri dinamice ce i modific aspectul, forma, activitatea n dependen de perioadele ciclului celular. 5. Cromozomii au structur neomogen de-a lungul lor datorit alternrii diferitor segmente de ADN: - secvene codificatoare i necodificatoare, - secvene unice i repetitive, - regiuni ce corespund eucromatinei i heterocromatinei; - regiuni ce se deosebesc dup gradul de pliere a fibrei de cromatin (dimensiunile buclelor); - regiuni cu un coninut diferit de perechi AT i GC; - regiuni cu o cantitate diferit de proteine asociate. Toate aceste explic polimorfismului cromozomial, colorarea difereniat a cromozomilor i originea benzilor (Vezi Tehnici de analiz a cromozomilor). Fiecare individ, fiecare celul conine un set diploid de cromozomi. Fiecare cromozom n setul diploid are omologul su. Cele 23 de perechi de cromozomi ale celulei umane somatice constituie cariotipul, care att cantitativ, ct i calitativ se implic n formarea fenotipului celulei i organismului uman.Modificrile numrului sau structurii cromozomilor produc anomalii de dezvoltare multiple sindroame cromozomice plurimalformative (ex. 47, XX(XY),+21 sindrom Down; 46,XX(XY),5p- - sindrom cri-du-chat) sau determin transformarea clonelor celulare aneuploide. Genetica dispune de variate tehnici de cariotipare pentru depistarea anomaliilor de numr sau de structur a cromozomilor cu scop: de diagnostic al sindroamelor cromozomice, de prevenire a naterii copiilor cu anomalii cromozomiale prin diagnostic prenatal i studiul anomaliilor cromozomiale n tumori.

ORGANIZAREA MOLECULAR A CROMOZOMILOR

Cromozomul este constituit din 1 sau 2 molecule de ADN (n dependen de perioada ciclului celular), asociat cu proteine histone, nehistone i ARN, formnd o nucleoproteid cu diferite nivele de compactizare: 1. molecula de ADN cu diametru de 2 nm interacioneaz cu proteinele histone determinnd formarea primului nivel de compactizare nucleosomic; octamere histonice (2H2A, 2H2B, 2H3 i 2H4) sunt nfurate de segmente de ADN cu o lungime de 160p.n., transformnd molecula de ADN n filament nucleoproteic polinucleosomic cu diametru de 11nm i asigurnd un grad de compactizare de circa 6 ori; 2. n prezena H1 filamentul de cromatin de 11 nm se supraspiralizeaz i se formeaz al doilea nivel de compactizare - solenoidul, ce se prezint sub form de fibr nucleoproteic de 30 nm, asigurnd un grad de compactizare de circa 40 ori; 3. solenoidul se fixeaz de axul proteic longitudinal al cromozomului (scaffold), format din proteine ale matricei nucleare; solenoidul interacioneaz specific cu scaffoldul prin intermediul SAR regiuni situs specifice de ancorare la SAP proteine situs specifice ale axului cromozomial i astfel apare al treilea nivel de compactizare buclele, care permit un grad de compactizare a materialului genetic interfazic de 600 1000 de ori; 4. al patrulea nivel cromozomul metafazic se formeaz prin rsucirea buclelor n jurul axului cromozomial dup pierderea contactului scaffold / anvelop nuclear; fiecare spir se formeaz din aproximativ 30 de rozete (bucle), buclele sunt orientate spre exteriorul cromozomului; stabilirea nivelului maximal de condensare de 10 000 ori are loc n metafaz.

MORFOLOGIA CROMOZOMILOR METAFAZICI

Cromozomii sunt cel mai uor de analizat n metafaz sau prometafaz deoarece: - se afl n acelai plan placa ecuatorial; - sunt compactizai i pot fi uor individualizai; - sunt bicromatidieni, iar cromatidele surori sunt unite prin centromer, ce permite diferenierea cromozomilor dup form.

Structura cromozomilor metafazici

ELEMENTELE MORFOLOGICE ALE CROMOZOMILOR sunt: - cromatidele; - centromerii; - telomerii; - constriciile secundare; - sateliii; - situsurile fragile. Cromatida este reprezentat de o molecul de ADN liniar asociat cu proteine histone i non-histone maximal compactizat. Cromozomul metafazic are dou cromatide surori, identice genetic, rezultate prin replicarea ADN cromozomial n perioada S a ciclului celular. Cromatidele surori rmn unite prin centromer de la perioada S pn n anafaz. Centromerul (c) reprezint secvena de ADN specific asociat cu proteine histone specifice ce unete cromatidele surori. ADN centromeric este reprezentat de secvene nalt repetitive. Poziia centromerului este fix i specific fiecrui cromozom, fiecrei perechi de cromozomi omologi. Centromerul mparte cromatidele n dou brae: bra proximal p i bra distal q. Centromerii au urmtoarele funcii: - controleaz formarea kinetocorilor pentru fixarea cromozomilor la fusul de diviziune; - asigur clivarea longitudinal i disjuncia cromatidelor surori cu formarea a doi cromozomi monocromatidieni din fiecare cromozom bicromatidian; - asigur distribuia egal i identic a materialului genetic n timpul mitozei, transmiterea exact a materialului genetic de la celula mam la celulele fiice. Telomerii (t) sunt secvene specifice de ADN asociate cu proteine speciale de la capetele cromozomilor (a) secvene scurte (TTAGGG) repetate n tandem de mii de ori i (b) secvene de ADN specifice fiecrui cromozom. Telomerii: - protejeaz capetele cromozomilor de nucleaze; - mpiedic fuziunea cromozomilor; - asigur replicarea complet a ADN-ului nuclear i previn scurtarea progresiv a telomerilor datorit activitii telomerazei; - controleaz senescena celulelor i organismului pluricelular; - contribuie la fixarea cromatinei de anvelopa nucleului interfazic, controlnd arhitectura nucleului interfazic; - particip la conjugarea cromozomilor omologi n meioz. Constriciile secundare (h) reprezint regiuni de ADN repetitiv despiralizate, slab colorate, prezente pe braele distale ale unor cromozomi (1, 9, 16, mai rar pe crs. 4,6,10 i Y) i pe braele proximale ale cromozomilor acrocentrici 13, 14, 15, 21 i 22, ce conin organizatori nuclelolari. Lungimea constriciilor secundare poate varia individual. Sateliii (s) reprezint mici segmnente de heterocromatin constitutiv separate prin constricia secundar la capetele braelor proximale ale cromozomilor acrocentrici 13, 14, 15, 21 i 22; numrul i dimensiunile sateliilor pot varia de la o persoan la alta. Situsurile fragile reprezint nite regiuni cromozomiale decondensate, cu rezisten sczut la aciunea mutagen ce se pot rupe uor determinnd rearanjamente cromozomiale. Situsurile fragile sunt considerate ca marcheri genetici normali dac afecteaz regiunile de heterocromatin constitutiv; se pot asocia cu unele stri patologice dac afecteaz regiuni crs codante (ex. FRAXA i retardul mental familial); pot avea un rol n progresia tumoral (inactivarea unor gene supresoare de tumori).

CLASIFICAREA CROMOZOMILOR UMANI

n celulele somatice umane exist cte un set diploid de cromozomi (2n=46), adic 23 de perechi: - 22 perechi sunt identice la femeie i brbat autosomi; - 1 pereche este diferit la cele dou sexe (XX la femeie, XY la brbat) gonosomi. Cromozomii identici ca morfologie (form i mrime) i coninut genic, dar diferii ca origine (unul de origine matern, cellalt de origine patern) se numesc cromozomi omologi. n celulele sexuale mature (gamei) exist cte un set haploid de cromozomi (n=23): n ovule 23,X (22 autosomi+ crs. X), iar n spermatozoizi 23,X (22 autosomi+ crs. X) sau 23,Y (22 autosomi+ crs.Y). Pentru identificarea cromozomilor se folosesc criterii morfologice, indicii autoradiografiei i marcajul n benzi. Criteriile morfologice se refer la dimensiunile i configuraia cromozomului. Se deosebesc criterii cantitative (lungimea cromozomului, indicele centromeric) i calitative (prezena constriciilor secundare i a sateliilor) de clasificare a cromozomilor. Lungimea cromozomului lungimea absolut a cromozomului (n microni) sau lungimea relativ este calculat dup formula: 100. X haploid setului or cromozomillungimilor Suma studiat ui cromozomulLungimea Dup lungime cromozomii se clasific n: mari, mijlocii, mici. Poziia centromerului. Pentru a caracteriza poziia centromerului n cromozom se utilizeaz indicele centromeric, care se calculeaz dup formula: 100, X q p p Ic unde p lungimea braului proximal, q lungimea braului distal.

n baza acestui criteriu cromozomii se clasific n:metacentrici: p = q Ic = 46 -49%

submetacentrici: p< q Ic=3145%

acrocentrici: p