Cvičeníč. 4: Chromozómy, karyotyp a mitóza. Mgr. Zbyněk Houdek

Transkript

1 Cvičeníč. 4: Chromozómy, karyotyp a mitóza Mgr. Zbyněk Houdek

2 Chromozomy Geny jsou u eukaryotických organizmů z převážnéčásti umístěny právě na chromozómech v b. jádře. Jejich velikost a tvar jsou rozmanité, ale druhově shodné a stálé. Délka chromozómových pentlic se pohybuje od desetin až po desítky µm, ale během b. cyklu se mění. Tvarově se odlišují na základě umístění centromery (zúžení). Část ramene chromosomu, která leží distálně od sekundární konstrikce se někdy nazývá satelit. Submetacentrický chromozóm: 1. chromatida, 2. centromera, 3. krátké rameno chromatidy, 4. dlouhé rameno chromatidy

3 Typy chromozomů Centromerický index: podíl délky krátkého raménka ku délce celého chromozomu x 100. Index poměru ramen: podíl délky delšího raménka ku délce kratšího raménka. Metacentrický ch.: centromera uprostřed chromozomu, stejně dlouhá ramena chromozomu (CI=46-49, IPR=1, 0-1, 2). Submetacentrický ch.: c. může být umístěna blíže k jednomu konci, různě dlouhá ramena chromozomu (CI=31-45, IPR=1, 3-3, 0). Akrocentrický ch.: c. je ještě více posunuta k jednomu konci chromozomu, ale má stále 2 ramena (CI=15-30, IPR=3, 1-6, 0).. Telocentrický ch.: jednoramenný chromozom, kde je centromera přímo na jednom konci. Koncové oblasti chromozómů se nazývají telomery. Autozom je nepohlavní párový chromozom (člověk má 22 párů). Gonozom (heteroch., pohlavní ch.) je párový nebo nepárový ch., který určuje pohlaví jedince.

4 Karyotyp Počet chromozomů v b. jádře je druhově rozmanitý, ale pro určitý druh je stálý a neměnný. Každý druh živého org. je tedy určován také podle počtu a tvaru chromozomů, který je pro něj charakteristický. Karyotyp člověka : muž Idiogram: schématické znázornění chromozomové sady podle mezinárodně platných znaků.

5 Cytogenetika Studiem chromosomů a karyotypů se zabývá vědní disciplína, která se nazývá cytogenetika. Zabývá se i zpracováním chromosomových preparátů během mitózy (prometafáze). Akumulace metafázních buněk je možné dosáhnout působením alkaloidu kolchicinu (výtažek z ocúnu), jeho syntetických derivátů (Colcemid) a dalších podobných látek (Velban). Přímá preparace chromosomů je založena na působení kolchicinu in vivo, nebo in vitro při krátkodobé kultivaci. Pro získání buněčného vzorku se nejčastěji používají krvetvorné tkáně obratlovců, charakteristické vysokým mitotickým indexem dělení. Jinak jsou vhodnou tkání ke studiu chromosomů u bezobratlých gonády v období aktivní gametogeneze, které se může objevovat u larválních stádií nebo u imág.

6 Barvení chromozomů V zásadě rozlišujeme barvení konvenční, při kterém je chromosom obarven stejnoměrně po celé délce, a barvení diferenciální neboli proužkování, při kterém se na chromosomu vytvoří podélný vzor charakteristických proužků. Klasický postup konvenčního barvení je založen na použití barviva Giemsa, které se ředí v solném pufru, nebo destilovanou vodou s upraveným ph. Koncentrace barviva v roztoku se obvykle pohybuje mezi 1-10%. Diferenciální barvení neboli proužkování vyvolává na chromosomech podélné sekvence příčných proužků s různou intenzitou zbarvení. Vzory proužků jsou dědičné, stabilní a reprodukovatelné. Charakter proužků umožňuje identifikovat chromosomy, sestavit přesně homologní páry, zjistit strukturální přestavby, lokalizovat chromosomové markery a srovnávat karyotypy různých populací a druhů.

7 Q proužky (quinacrine) Tyto proužky byly zavedeny jako první metoda diferenciálního barvení chromosomů již na konci 60. let minulého století. Vznikají po diferenciální excitaci fluorochromu v závislosti na poměrném zastoupení AT bází v DNA a přítomnosti některých proteinů. Prvním fluorescenčním barvivem použitým v této technice byl chinakrin. Preparáty je nezbytné pozorovat pod fluorescenčním mikroskopem a výsledky je nutné ihned fotograficky dokumentovat, protože proužky nejsou stabilní. Velkou výhodou fluorescenčních metod proužkování je jejich přímá aplikace. Zpravidla není nutné žádné předchozí chemické působení, které by poškozovalo strukturu chromatinu nebo dokonce odstraňovalo některé jeho komponenty.

8 G proužky (Giemsa) Mechanismu vyvolání proužků je založen na účinku denaturačních činidel na stabilitu proteinových a nukleových složek chromatinu. Tmavé G proužky odpovídají ve stejném karyotypu jasně zářícím Q proužkům a vyskytují se tedy v oblastech bohatých na AT K denaturaci se nejčastěji používají proteolytické enzymy (trypsin) nebo slabá zásada (NaOH). Preparáty se barví Giemsou

9 Buněčný cyklus a mitóza Dělení b. (cytokineze) jediný možný způsob vzniku každé b. z mateřské b. musí mít dostatek energie k syntéze látek, struktur a organel ve dvojnásobném množství. Tento proces je uzavřen oddělením a osamostatněním dceřinných bb., které se začnou ve vhodné době zase dělit buněčný cyklus. Buněčný cyklus zahrnuje rozdělení jádra (karyokinezi=mitóza) a cytokinezi souhrně M- fáze.

10 Buněčný cyklus Fáze b. cyklu: G 1, S, G 2 a M. Interfáze období mezi dvěma M- fázemi (G 1, S, G 2 ). G 1 fáze (30-40 % cyklu) b. roste, syntéza RNA, bílkovin a tvorba organel (hlavní kontrolní uzel b.c.). S fáze (50 % cyklu) replikace DNA. G 2 fáze růst b., tvorba sloučenin a organel ve dvojnásobném množství přípravná fáze. M fáze (mitóza+cytokineze-5-10 % cyklu) dělení jádra a b.- rychlý průběh.

11 Mitóza Rozdělení replikovaných chromozomů a dokončení b. dělení na 2 dceřinné bb. Chromozómy jsou dobře pozorovatelné pod mikroskopem z geneticky aktivní interfázní formy (nepozorovatelné) na geneticky neaktivní (pozorovatelné). Přesné rozdělení chromozomů se uskutečňuje mitotickým aparátem centrioly (centrosomy) a dělící (mitotické) vřeténko. Centriol stálá struktura b. uložená při povrchu jaderného obalu a je tvořena krátkými mikrotubuly. Dělící vřeténko (soustava mikrotubulů) vytváří se na začátku mitózy a zaniká po jejím ukončení. 4 fáze mitózy: profáze, metafáze, anafáze a telofáze.

12 Profáze Rozdělení centriol a jejich umístění proti sobě při povrchu jádra. Z mikrotubulů se vytváří dělící vřeténko. Jaderná membrána se rozpadá a zaniká jadérko. Kondezace chromozomů viditelné zkrácení a mnohonásobná spiralizace.

13 Metafáze Chromozom se napojí centromerou na vlákno dělícího vřeténka. Chromozomy jsou rozprostřeny v centrální rovníkové rovině b. Ch. jsou nejlépe pozorovatelné (počet, morfologie). Na konci metafáze dochází k rozdělení centromer ch. Roztlak meristému kořínků Allium cepa

14 Anafáze Úplné rozdělení sesterských chromatid a vznik dceřinných ch., které jsou taženy zkracujícími se vlákny dělícího vřeténka k opačným pólům b. Počet ch. u každého pólu b. je shodný s počtem ch. mateřské b., ale jsou jednovlákné. Kořínky bobu obecného Roztlak meristému kořínků Allium cepa

15 Telofáze Roztlak meristému kořínků Allium cepa Zaniká dělící vřeténko, dceřinné ch. v polární poloze a dekondenzují do tvaru tenkých vláken. Dochází k syntéze jaderných membrán kolem obou jader a vzniku jadérek. Stejnoměrné rozmístění organel a je zahájena cytokineze (rostliny a houby-vznik přepážky, živočichové-zaškrcení b.).