 |
 |
 |
 |
 |
 |
Почему все мы немножко химеры?(легкомысленная лекция о процессах кроссинговера при мейозе)Часть 1. Что такое гены и где они живут.Ген - участок хромосомы. Хромосомы - нитевидные структуры, имеющие индивидуальную форму (рис. 1).
Хромосома - молекула нуклеиновой кислоты - ДНК, сильно скрученная и связанная с
белками. Именно скручивание придает хромосоме строго определенную форму. ДНК - биологический полимер, сложенный из повторяющихся структур (мономеров) - нуклеотидов. Ген - участок хромосомы и, следовательно, представляет собой строго определенную последовательность нуклеотидов, и эта последовательность отвечает за синтез определенного белка, который, в свою очередь, определяет проявление внешнего или внутреннего признака. Это классическая схема, подразумевающая классическое наследование признаков по принципу доминантности/рецессивности. Бывают также случаи,когда ген кодирует белок, участвующий в нескольких метаболических процессах и, следовательно, отвечающий за проявление нескольких признаков. В третьем случае за проявление признака отвечает несколько белков, каждый из которых, соответственно, кодируется 1 определенным геном. То есть в данном случае за проявление 1 признака отвечает несколько генов. Это такие закономерности наследования как неполное доминирование, кодоминирование, полимерия, супрессия и т.д. Не суть важно. Принципы наследования в данном случае мы не рассматриваем. Что нам важно знать? Гены на хромосомах располагаются в определенном порядке. Один за другим, линейно. Поскольку хромосомы в клетке живут парочками (папина и мамина вместе называются гомологичными хромосомами), то в гомологичных хромосомах последовательность расположения генов одинаковая. Только нуклеотидные последовательности могут отличаться несколько. Поэтому такие хромосомы и называют гомологичными - похожими, а не идентичными - одинаковыми. Каждая пара хромосом имеет уникальную форму и отличается от другой пары хромосом (рис. 2).  На этом рисунке как раз хромосомы расположены парочками. У разных видов может быть одинаковое количество хромосом, но они могут совершенно отличаться по качеству, то есть по форме и составу генов! Каждая пара хромосом несет набор специфичных генов и отвечает за формирование определенных признаков в организме. Исследование количества и строения хромосом - кариотипирование. Для удобства изучения свойств и функций хромосом их классифицируют определенным образом - берут одну их гомологичных хромосом, располагают все хромосомы "по росту" и нумеруют. У человека, например, 23 пары гомологичных хромосом (всего - 46), что можно заметить на рис. 3.  Пытливые умы сразу же отметят, что последняя, 23 пара, представлена полностью, в отличие от первых 22. Почему? Потому, что в 22 парах гомологичные (папины и мамины хромосомы) похожи друг на друга. Они отвечают за формирование соматических признаков, называются соматическими. А в 23 пару приходят гомологичные, но не очень похожие друг на друга хромосомы. В них находятся гены, отвечающие за половые признаки. Поэтому последняя пара хромосом называется половыми хромосомами. Х - хромосома больше, Y - меньше. Они определяют пол особи. Если в клетке встречаются 2 Х хромосомы, то это женская клетка. Если Х и Y, то клетка мужская. Поскольку Y хромосома меньше, то некоторые гены на ней отсутствуют, с этим связано специфическое наследование некоторых болезней, например дальтонизма или гемофилии. Часть 2. Брачный танец хромосом, или как им понять друг друга. При делении клеток хромосомы совершают различные ритуальные танцы, для которых очень важно, чтобы вторая из пары хромосом была похожа на первую. Во время этих танцев хромосомы могут обмениваться гомологичными участками. Почему я употребляю термин "гомологичные участки" и что подразумеваю под этим? В гомологичных участках расположены одинаковые гены. Одинаковость их в том, что они кодируют какой-то 1 признак - например, цвет волос. Только в маминой хромосоме последовательность нуклеотидов отвечает за синтез ферментов, способствующих выработке темного пигмента, то есть мамин ген определяет темные волосы. А в папиной хромосоме в этом месте последовательность нуклеотидов не кодирует такой пигмент, то есть папа передает "блондинистость". То есть ген один, а проявление его разное, поэтому мы говорим о гомологии, а не идентичности. Такой гомологии, однако, вполне достаточно для сближения таких участков материнской и отцовской хромосомы, и даже переносу такого участка с маминой хромосомы на папину и наоборот. Что мы имеем в результате такого переноса? (Кстати, он называется кроссинговер.) Предположим, на папиной хромосоме друг за дружкой располагались гены, определяющие: светлые волосы - карие глаза - кудрявость - римский нос - квадратный подбородок а на маминой : темные волосы - зеленые глаза - прямые волосы - нос пуговкой - круглый подбородок В результате ритуальных танцев в процессе образования половых клеток (мейозе) мы можем получить химерную хромосому, такую: светлые волосы - зеленые глаза - прямые волосы - римский нос - круглый подбородок или такую (дело случая): темные волосы - карие глаза - прямые волосы - римский нос - круглый подбородок. И такая химерная хромосома, в которой уже смешались папины и мамины гены пойдет детям. То есть у внуков будут хаотично перемешаны гены пап и мам, бабушек и дедушек. Можно сказать, что все мы немного химеры, но не на клеточном уровне, а на генетическом. В нас такой сложный коктейль генов! Если хромосомы приходят от разных родителей в составе половых клеток (к примеру, когда пыльца розы попадает в цветок черемухи), то они не похожи (хотя относятся к одному семейству Rosaceae), следовательно, "станцевать" не смогут, поэтому когда клетка доходит до времени деления, она просто разрушается. Чаще бывает даже так, что половые клетки от разных родителей настолько чужды, что не могут даже слиться и образовать зародыш (если происходит скрещивание разных видов или родов). В любом случае, из такого союза "одиноких" хромосом ничего не получится. Гибрид бесплоден, и добиться потомства в некоторых случаях можно только путем действия мутагенами, которые удваивают хромосомы. Например, пришло 6 хромосом от папы и 8 от мамы. Всего 14. Но они при образовании половых клеток не дадут 7+7. А вот если их удвоить, будет 28 хромосом, каждая из которых будет иметь пару. И тогда они нормально разойдутся в половые клетки 14+14 (8+6). Но это тоже случается редко и довольно проблемно. Когда мы сливаем соматические клетки (естественно, подвергая их либо химической обработке, либо влияя электрическими импульсами, чтобы сделать мембраны клеток более пластичными и пригодными для слияния), то каждая привносит в гибрид уже парный набор хромосом. И в таком гибриде они могут "танцевать" отдельно - папины с папиными, мамины с мамиными. Если метаболические процессы, которые кодируют заложенные в этих клетках гены, не очень сильно отличаются друг от друга, то химера может быть вполне жизнеспособной. Если сильно, как в случае гибрида "растения+животные", то при первом же делении такая клетка погибнет. Папины и мамины хромосомы норовят разбежаться в химере по разным гаметам (половым клеткам). Поэтому гаметы несут признаки только одного вида, участвовавшего в создании химер. Соответственно, только похожие по составу гаметы встретятся с целью создания эмбриона. Дитё будет похоже на один из дедко-бабкинских видов. И, соответственно, признаки химерности утрачивает (увы и ах!). Часть 3. В чем же мы еще химеры? Итак, на генетическом уровне мы все являемся химерами. Но можем ли мы быть химерами, то есть иметь клетки с отличающимся генотипом в составе своего тела. Да, безусловно. Это может происходить в результате мутаций (изменений) в соматических клетках. Они могут безобидны, а могут и свидетельствовать о патологических процессах. Любая опухоль - результат таких мутационных изменений. Раз клетки из нормальных превратились в опухолевые, значит, произошло изменение в какой-либо хромосоме. Генотип изменился. Зачастую такие клетки ведут себя как чужаки и начинают бороться с клетками организма. Это злокачественные опухоли. Чаще всего перерождение нормальных клеток не приводит к таким ужасным последствиям. Такие опухоли называются доброкачественными. Например, появление родинки или бородавки. Их клетки отличаются от типичных клеток вашего организма по набору генов. И вы можете считать себя "немножко химерой". Можно ли считать человека с трансплантированными органами химерой? Естественно, это будет самая настоящая химера. О химерах подробнее... |
Разделы сайта:
|
© Н.А. Кузьмина 2006-2009