Каріотип людини і хромосомний аналіз
~20 хв · 9 розділів · 8 тестових запитань
Частина кар’єрної траєкторії НМТ 2027: 3 обов’язкові + біологія.
Аналіз каріотипу людини: нормальний запис 46,XX і 46,XY, числові порушення (трисомія, моносомія), структурні перебудови хромосом, співвіднесення каріотипу із синдромами (Дауна, Клайнфельтера, Тернера — Шерешевського) і добір молекулярно-генетичних методів (аналіз ДНК, ПЛР, секвенування, пренатальна діагностика) для конкретних завдань.
Каріотип — це сукупність ознак хромосомного набору, характерна для кожного виду: число хромосом, їхні розміри, форма й положення центромери. Для людини нормальний каріотип становить 46 хромосом. Із них 44 — це аутосоми (22 пари, пронумеровані від 1 до 22 за зменшенням розміру), а дві — статеві хромосоми (X та Y). Запис каріотипу жінки — 46,XX, чоловіка — 46,XY.
Каріотип є видовою ознакою: кожен біологічний вид має стале число хромосом. У людини ця стала величина — 46 (2n = 46). Зміна цього числа або будови окремих хромосом призводить до спадкових порушень.
Як отримують каріотип
Для аналізу каріотипу беруть клітини, здатні до поділу, найчастіше лімфоцити периферичної крові. Їх культивують у поживному середовищі й стимулюють до поділу. На стадії метафази мітозу, коли хромосоми максимально спіралізовані й добре видно у світловий мікроскоп, поділ зупиняють колхіцином — речовиною, що руйнує веретено поділу. Потім клітини фарбують (найчастіше методом диференційного фарбування за Гімзою — G-фарбування) і фотографують. На фото хромосоми вирізають, упорядковують парами за розміром, положенням центромери й малюнком смуг — так отримують каріограму.
Ідіограма — це схематичне зображення каріотипу, на якому хромосоми подано не у вигляді фотографій, а як умовні контури з позначенням центромери й смуг.
Денверська класифікація
За Денверською класифікацією (1960 рік) усі аутосоми людини поділяють на 7 груп — від A до G — за розміром і положенням центромери:
Група | Номери хромосом | Характеристика |
|---|---|---|
A | 1–3 | Найбільші, метацентричні (1, 3) і субметацентрична (2) |
B | 4–5 | Великі, субметацентричні |
C | 6–12 + X | Середні, субметацентричні; X-хромосома належить до цієї групи |
D | 13–15 | Середні, акроцентричні (сателіти) |
E | 16–18 | Короткі, метацентрична (16) і субметацентричні (17–18) |
F | 19–20 | Короткі, метацентричні |
G | 21–22 + Y | Найкоротші, акроцентричні (сателіти); Y-хромосома — одна з найменших |
Така класифікація допомагає швидко зорієнтуватися в каріограмі: навіть без нумерації кожної хромосоми можна визначити групу за розміром і формою.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Числові порушення каріотипу (геномні мутації) поділяють на анеуплоїдію — зміну кількості окремих хромосом відносно нормального диплоїдного набору — і поліплоїдію — зміну кількості цілих гаплоїдних наборів. Два основні різновиди анеуплоїдії — трисомія (2n + 1 = 47 хромосом, у парі з'являється третя хромосома) і моносомія (2n − 1 = 45 хромосом, одна хромосома з пари відсутня). Причина анеуплоїдії — нерозходження хромосом у мейозі під час утворення гамет: обидві хромосоми пари потрапляють в одну гамету, а інша залишається без цієї хромосоми.
Основні синдроми, спричинені числовими порушеннями
Кожному числовому порушенню відповідає певний клінічний синдром. Найважливіші для НМТ:
Запис каріотипу | Синдром | Стать | Характеристика |
|---|---|---|---|
47,XX,+21 або 47,XY,+21 | Дауна | жіноча / чоловіча | Трисомія за 21-ю хромосомою; найпоширеніша хромосомна аномалія |
47,XXY | Клайнфельтера | чоловіча | Трисомія за статевими хромосомами (XXY) |
45,X0 | Тернера — Шерешевського | жіноча | Моносомія за X-хромосомою |
47,XXX | Трисомія X | жіноча | Три X-хромосоми; часто без виражених симптомів |
47,+18 | Едвардса | жіноча / чоловіча | Трисомія за 18-ю хромосомою; тяжкі вади |
47,+13 | Патау | жіноча / чоловіча | Трисомія за 13-ю хромосомою; тяжкі вади |
Визначення статі за каріотипом
Стать людини визначає наявність Y-хромосоми. Якщо в каріотипі є хоча б одна Y-хромосома — стать чоловіча (46,XY; 47,XXY; 47,XYY). Якщо Y-хромосоми немає — стать жіноча (46,XX; 45,X0; 47,XXX). Кількість X-хромосом на визначення статі не впливає: 47,XXY — чоловік, а 45,X0 — жінка.
Статевий хроматин (тільце Барра)
У клітинах жінки одна з двох X-хромосом інактивується (перетворюється на гетерохроматин) і виглядає в ядрі як темне тільце — тільце Барра, або статевий хроматин. Кількість тілець Барра завжди на одиницю менша від кількості X-хромосом: у нормі XX — одне тільце, XY — жодного, X0 — жодного, XXY — одне, XXX — два. Статевий хроматин виявляють у клітинах епітелію щоки (букальний мазок).
Трисомія чи триплоїдія — не плутай
Трисомія (47 хромосом) — це одна зайва хромосома в диплоїдному наборі. Триплоїдія (3n = 69 хромосом) — це зайвий цілий гаплоїдний набір. Поліплоїдія (триплоїдія, тетраплоїдія) в людини несумісна з життям і трапляється лише в абортивних плодів. На НМТ важливо не плутати ці поняття.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Окрім зміни кількості хромосом, у каріотипі можна побачити зміни будови окремих хромосом — структурні перебудови (хромосомні мутації). Вони виявляються в каріограмі як зміна довжини плеча, положення центромери або малюнка смуг після диференційного фарбування.
Типи структурних перебудов
Делеція — втрата ділянки хромосоми. Позначається символом del або знаком «−» після номера хромосоми. Класичний приклад — синдром «котячого крику» (cri du chat): втрата частини короткого плеча 5-ї хромосоми. Запис каріотипу: 46,XX,5p− або 46,XY,5p−.
Дуплікація — подвоєння ділянки хромосоми.
Інверсія — розворот ділянки хромосоми на 180°.
Транслокація — перенесення ділянки однієї хромосоми на іншу (негомологічну).
Транслокаційна форма синдрому Дауна
У більшості випадків синдром Дауна спричинений трисомією за 21-ю хромосомою (47 хромосом). Однак існує транслокаційна форма: зайва 21-ша хромосома приєднана до іншої хромосоми (найчастіше до 14-ї). У такому разі загальна кількість хромосом — 46, але генетичного матеріалу 21-ї хромосоми — як за трисомії. Тому на запитання «чи можливий синдром Дауна при 46 хромосомах?» відповідь — так, можливий.
Що каріотип не показує
Каріотип, отриманий у світловому мікроскопі, дає змогу побачити лише зміни кількості й будови хромосом. Генні (точкові) мутації — заміну, вставку чи випадіння одного або кількох нуклеотидів — у світловий мікроскоп не видно. Тому такі хвороби, як фенілкетонурія, гемофілія, альбінізм, муковісцидоз, мають нормальний каріотип. Їх виявляють молекулярно-генетичними методами — аналізом ДНК, ПЛР-діагностикою або секвенуванням.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Хромосомний аналіз дає змогу виявити числові та структурні порушення хромосом, але не показує генних мутацій. Для виявлення змін на рівні ДНК застосовують молекулярно-генетичні методи.
Аналіз ДНК і ДНК-ідентифікація
Аналіз ДНК дає змогу виявити генні мутації, яких не видно в каріотипі, і встановити носійство рецесивних алелів (наприклад, муковісцидозу чи гемофілії). ДНК-ідентифікація ґрунтується на тому, що набір певних ділянок ДНК (мікросателітів) унікальний для кожної людини. Цей метод доводить або виключає батьківство, а також використовується в криміналістиці для ідентифікації особи.
ПЛР-діагностика
Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) — це метод багаторазового копіювання вибраної ділянки ДНК. ПЛР-діагностика дає змогу виявити наявність певного фрагмента ДНК: мутантного алеля, ДНК або РНК збудника інфекції. Метод надзвичайно чутливий — достатньо навіть кількох копій цільової ДНК у зразку.
Секвенування ДНК
Секвенування — це визначення точної послідовності нуклеотидів у фрагменті ДНК, гені або цілому геномі. Метод дає змогу знайти заміну навіть одного нуклеотида. Міжнародний проєкт «Геном людини» (Human Genome Project), завершений 2003 року, визначив повну послідовність ДНК людини. Секвенування є «золотим стандартом» для виявлення генних мутацій.
Пренатальна діагностика
Пренатальна діагностика — це обстеження плода до народження з метою виявлення спадкових хвороб і вад розвитку. Методи поділяють на неінвазивні та інвазивні.
Неінвазивні: УЗД плода (виявляє анатомічні вади) і аналіз ДНК плода в крові матері (безпечний, не потребує проколу).
Інвазивні: біопсія ворсинок хоріона (перший триместр, 10–13 тижнів) — отримують клітини хоріона для аналізу каріотипу й ДНК; амніоцентез (другий триместр, 16–20 тижнів) — забір навколоплідної рідини, яка містить клітини плода, для аналізу каріотипу й ДНК.
Інвазивні методи дають змогу отримати клітини плода, з яких роблять каріотип і виділяють ДНК для молекулярного аналізу. Вони пов'язані з невеликим ризиком, тому призначаються за медичними показаннями.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
У цьому розділі розглянемо чотири типові завдання НМТ на тему каріотипу людини та хромосомного аналізу.
Приклад 1. Логічні пари: каріотип → стан
Установи відповідність між записом каріотипу (1–4) і станом, який він описує (А–Д).
1 | 47,XY,+21 |
|---|---|
2 | 47,XXY |
3 | 45,X0 |
4 | 46,XY |
А | синдром Дауна |
|---|---|
Б | синдром Клайнфельтера |
В | синдром Тернера — Шерешевського |
Г | нормальний каріотип чоловіка |
Д | нормальний каріотип жінки |
Розв'язання: 47,XY,+21 — трисомія за 21-ю хромосомою, тобто синдром Дауна (1 → А). 47,XXY — трисомія за статевими хромосомами, синдром Клайнфельтера, стать чоловіча (2 → Б). 45,X0 — моносомія за X-хромосомою, синдром Тернера — Шерешевського, стать жіноча (3 → В). 46,XY — нормальний каріотип чоловіка (4 → Г). Варіант Д (нормальний каріотип жінки, 46,XX) — зайвий.
Приклад 2. Вибір однієї відповіді: аналіз каріотипу
У каріотипі людини виявлено 44 аутосоми й статеві хромосоми XXY. Яке твердження правильне?
А) Жіноча стать, моносомія за статевими хромосомами.
Б) Чоловіча стать, трисомія за статевими хромосомами.
В) Жіноча стать, триплоїдія.
Г) Чоловіча стать, трисомія за 21-ю хромосомою.
Розв'язання: 44 аутосоми + XXY = 47 хромосом. Наявна Y-хромосома — стать чоловіча. Зайва хромосома — це X, отже трисомія за статевими хромосомами. Правильна відповідь — Б.
Чому інші варіанти неправильні: А — помилка: дві X-хромосоми не роблять стать жіночою, бо є Y; крім того, 47 хромосом — це трисомія, а не моносомія. В — триплоїдія означала б 69 хромосом (3n), а не 47. Г — трисомія не за 21-ю, а за статевими хромосомами.
Приклад 3. Вибір однієї відповіді: метод виявлення генної мутації
Яким методом можна виявити заміну одного нуклеотида в гені гемоглобіну, що спричиняє серпоподібноклітинну анемію?
А) Аналіз каріотипу у світловому мікроскопі.
Б) Визначення статевого хроматину (тілець Барра).
В) Секвенування ДНК.
Г) Близнюковий метод.
Розв'язання: Заміна одного нуклеотида — це генна (точкова) мутація. Її не видно в каріотипі (А — неправильно). Визначення тілець Барра (Б) показує лише кількість X-хромосом. Близнюковий метод (Г) оцінює співвідношення спадковості й середовища, а не виявляє конкретні мутації. Секвенування ДНК (В) визначає послідовність нуклеотидів і може виявити заміну навіть одного нуклеотида. Правильна відповідь — В.
Приклад 4. Логічні пари: метод → можливість
Установи відповідність між методом (1–4) і тим, що він дає змогу отримати чи виявити (А–Д).
1 | аналіз каріотипу |
|---|---|
2 | секвенування |
3 | ПЛР-діагностика |
4 | амніоцентез |
А | зайву чи відсутню хромосому |
|---|---|
Б | послідовність нуклеотидів гена |
В | наявність певного фрагмента ДНК після його багаторазового копіювання |
Г | клітини плода з навколоплідної рідини для аналізу |
Д | конкордантність близнюків |
Розв'язання: Аналіз каріотипу показує зайву чи відсутню хромосому (1 → А). Секвенування визначає послідовність нуклеотидів гена (2 → Б). ПЛР-діагностика багаторазово копіює фрагмент ДНК і виявляє його наявність (3 → В). Амніоцентез дає клітини плода з навколоплідної рідини (4 → Г). Варіант Д (конкордантність близнюків) — зайвий, це показник близнюкового методу.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Вважають каріотип 47,XXY жіночим, бо в ньому дві X-хромосоми. Насправді стать визначає Y-хромосома: є Y — чоловіча стать. Тому 47,XXY — чоловік із синдромом Клайнфельтера.
Читають 45,X0 як «хромосому 0» або вважають цей каріотип чоловічим. Позначення X0 означає, що друга статева хромосома відсутня (нуль). Y-хромосоми немає — стать жіноча, синдром Тернера — Шерешевського.
Плутають кількість хромосом (46) з кількістю пар (23) і рахують статеві хромосоми серед аутосом. Запам'ятай: 22 пари аутосом + 1 пара статевих = 23 пари = 46 хромосом. Статеві хромосоми не входять до складу аутосом.
Вважають, що генні мутації — фенілкетонурію, гемофілію, альбінізм — видно в каріотипі. Це не так: каріотип у світловому мікроскопі показує лише хромосоми, а не окремі нуклеотиди. Генні мутації виявляють молекулярними методами.
Плутають трисомію (47 хромосом, одна зайва) з триплоїдією (69 хромосом, зайвий цілий набір). Триплоїдія в людини несумісна з життям.
Вважають, що синдром Дауна неможливий, якщо в каріотипі 46 хромосом. Транслокаційна форма синдрому Дауна має саме 46 хромосом, але зайвий генетичний матеріал 21-ї хромосоми приєднаний до іншої хромосоми.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Тема «Каріотип людини і хромосомний аналіз» входить до теми 2.2 «Закономірності спадковості організмів» (розділ 2 програми НМТ з біології). Програма передбачає «хромосомний аналіз порушень каріотипу» й «сучасні молекулярно-генетичні методи досліджень спадковості людини» та вимагає вміння аналізувати каріотипи.
На НМТ завдання з цієї теми трапляються у двох формах:
Вибір однієї відповіді з чотирьох (завдання 1–24, 0 або 1 бал) — наприклад, визначити стать за каріотипом, розпізнати синдром за записом каріотипу, обрати метод для виявлення певної мутації.
Логічні пари (завдання 25–28, 1–4 → А–Д, одна буква зайва, до 4 балів) — установити відповідність між записом каріотипу й синдромом або між методом дослідження і його можливостями.
У демоваріанті НМТ-2026 рисунок, схема чи фото є в 15 із 30 завдань. Каріограма може бути подана як рисунок: у такому разі аналізуй її так само, як запис, — порахуй кількість хромосом, перевір пару статевих хромосом і визнач, чи є зайві або відсутні хромосоми.
Важливо: довідкових матеріалів на НМТ немає. Записи каріотипів основних синдромів (47,+21 — Дауна, 47,XXY — Клайнфельтера, 45,X0 — Тернера — Шерешевського) треба пам'ятати.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Чому для аналізу каріотипу беруть клітини саме в метафазі?
У метафазі мітозу хромосоми досягають максимальної спіралізації й стають найбільш компактними та товстими. У цій стадії їх добре видно у світловий мікроскоп, можна порахувати кількість, оцінити форму, положення центромери й малюнок смуг після фарбування. В інтерфазі хромосоми деконденсовані й не помітні як окремі структури.
Як за каріотипом визначити стать людини?
Стать визначають за наявністю Y-хромосоми. Якщо в каріотипі є хоча б одна Y-хромосома — стать чоловіча (46,XY; 47,XXY; 47,XYY). Якщо Y-хромосоми немає — стать жіноча (46,XX; 45,X0; 47,XXX). Кількість X-хромосом на визначення статі не впливає.
Чи можна за каріотипом виявити гемофілію?
Ні. Гемофілія — це генна (точкова) мутація в гені фактора згортання крові, розташованому в X-хромосомі. У світловому мікроскопі заміну одного нуклеотида побачити неможливо. Каріотип людини з гемофілією виглядає нормально (46,XX або 46,XY). Для виявлення гемофілії застосовують аналіз ДНК або секвенування.
Чим трисомія відрізняється від триплоїдії?
Трисомія — це наявність однієї зайвої хромосоми в диплоїдному наборі (2n + 1 = 47 хромосом). Триплоїдія — це зайвий цілий гаплоїдний набір (3n = 69 хромосом). Трисомія може бути сумісною з життям (наприклад, синдром Дауна). Триплоїдія в людини несумісна з життям і трапляється лише в абортивних плодів.
Навіщо вагітним роблять пренатальну діагностику?
Пренатальна діагностика дає змогу виявити спадкові хвороби та вади розвитку плода до народження. Неінвазивні методи (УЗД, аналіз ДНК плода в крові матері) безпечні для плода. Інвазивні методи (біопсія ворсинок хоріона, амніоцентез) дають клітини плода для аналізу каріотипу й ДНК, що дозволяє діагностувати хромосомні синдроми (Дауна, Едвардса, Патау) і генні хвороби. Рішення про інвазивні методи ухвалюють за медичними показаннями.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Нормальний каріотип людини: 46,XX (жінка) і 46,XY (чоловік) — 22 пари аутосом і пара статевих хромосом.
Каріограма — метафазні хромосоми, упорядковані парами за розміром і положенням центромери.
47 хромосом — трисомія, 45 — моносомія. +21 — синдром Дауна, XXY — синдром Клайнфельтера (чоловік), X0 — синдром Тернера — Шерешевського (жінка).
Є Y-хромосома — чоловіча стать, немає Y — жіноча. Кількість X-хромосом стать не визначає.
Каріотип показує кількість і будову хромосом, але не генні мутації.
Генні мутації виявляють аналізом ДНК, ПЛР-діагностикою, секвенуванням.
Клітини плода для аналізу дають біопсія ворсинок хоріона й амніоцентез.
Створіть безкоштовний акаунт, щоб зробити це. Читання лишається відкритим для всіх.
Перевірте себе на цьому юніті
Спробуйте ці 5 запитань — оберіть відповідь, щоб побачити, чи ви праві й чому. Приєднайтеся, щоб пройти повний тест юніту, який іде в глибину по цьому юніту.
1. У каріограмі людини виявлено 44 аутосоми та статеві хромосоми XYY. Яке твердження правильне?
2. У людини виявлено каріотип 47,XXY. Визначте правильне твердження про стать цієї людини та тип хромосомного порушення.
3. Яке з наведених спадкових захворювань НЕ можна діагностувати за допомогою аналізу каріотипу у світловому мікроскопі?
4. Яким методом можна виявити заміну одного нуклеотида в гені, що спричинює серпоподібноклітинну анемію?
5. Людина має каріотип 45,X0. Визначте стать і синдром, який відповідає цьому каріотипу.
Це лише дрібка самоперевірки — повний тест юніту йде в глибину й використовує всі 8 запитань цього юніта і точно визначає, що вивчати.
Приєднатися, щоб пройти тест