background image

  Thi -Qar University                                                                                                                Human genetic 
  Medical College                                                                                                                    Lec 3 
  Microbiology Department                                                                                                  Dr Dhafer A. Alghezi                  

1

 

 

Chromosomes 

A  chromosome  is  a  structure  that  occurs  within  cells  and  contains  the  cell's 

genetic material. The genetic material, which determines how an organism develops, 
is  a  molecule  of  deoxyribonucleic  acid  (DNA).  In  prokaryotes,  or  cells  without  a 
nucleus,  the  chromosome  is  merely  a  circle  of  DNA.  In  eukaryotes,  or  cells  with  a 
distinct nucleus, chromosomes are much more complex in structure. 

 

The structure of chromosomes  

A chromosome is an organized structure of DNA and protein that is found in cells.  

It  is  a  single  piece  of  coiled  DNA  containing  many  genes,  regulatory  elements  and 
other  nucleotide  sequences.  Chromosomes  also  contain  DNA-bound  proteins,  which 
serve  to  package  the  DNA  and  control  its  functions.  Chromosomes  vary  widely 
between  different  organisms.  The  DNA  molecule  may  be  circular  or  linear,  and  can 
be  composed  of  10,000  to  1,000,000,000  nucleotides  in  a  long  chain.  Two 
chromosomal  regions  have  special  importance  in  the  formation  of  chromosome 
aberrations: the centromeres and the telomeres.  

The centromere is primary constriction of chromosomes where sister chromatids 

are connected, situated in strictly imposed position of the chromosome. It divides the 
chromosome  into  two  sections,  or  “arms.”  The  short  arm  of  the  chromosome  is 
labeled  the  “p  arm.”  The  long  arm  of  the  chromosome  is  labeled  the  “q  arm.”  The 
location  of  the  centromere  on  each  chromosome  gives  the  chromosome  its 
characteristic shape, and can be used to help describe the location of specific genes. 

The chromosome ends, the telomeres are rich in TTAGGG repetitive sequences, 

and ensure the integrity and stability of the chromosome structure and play a role in 
cell aging, in tumorigenicity and the formation of structural chromosome aberrations, 
since  in  the  absence  of  a  telomere  the  chromosome  structure  becomes  unstable  and 
fragments  without  telomeres  easily  adhere,  opening  the  way  for  a  wide  variety  of 
disorders (Figure 1). 

                      

Figure 1: chromosome structure. 

  

Humans have 46 chromosomes that occur in 23 pairs. Twenty-two of these pairs 

are called autosomesAll of these chromosomes are found in both males and females. 
One  pair  of  chromosomes  is  called  sex  chromosomes  because  this  pair  contains  the 


background image

  Thi -Qar University                                                                                                                Human genetic 
  Medical College                                                                                                                    Lec 3 
  Microbiology Department                                                                                                  Dr Dhafer A. Alghezi                  

2

 

 

genes  that  control  gender.  Males  have  the  sex  chromosomes  X  and  Y,  and  females 
have two X chromosomes. 

Any cell in the body except red blood cells, which lack a nucleus, can be a source 

of chromosomes for examination. In adults, it is easiest to obtain and use white blood 
cells separated from a blood sample for the purpose of looking at the chromosomes. 

 

A karyotype

 
A karyotype is the characteristic chromosome complement of a eukaryote species. 

It  describes  the  number  of  chromosomes,  and  what  they  look  like  under  a  light 
microscope (Figure 2). The term is also used for the complete set of chromosomes in 
a  species,  or  an  individual  organism.  The  study  of  whole  sets  of  chromosomes  is 
sometimes  known  as  karyology.  The  preparation  and  study  of  karyotypes  is  part  of 
Cytogenetics which represents a field of genetics dealing with species or cell specific 
number  of  chromosomes,  and  their  structure  and  characteristic  segments,  their 
functional roles, and all the differences - namely the chromosomal mutations - related 
to them.  

Karyotypes  can  be  used  for  many  purposes;  such  as,  to  study  chromosomal 

aberrations,  cellular  function,  taxonomic  relationships,  and  to  gather  information 
about past evolutionary events.  

 

 

               Figure 2: Human karyotypes  

Chromosome Inheritance

Normally,  an  individual  receives  22  pairs  of  autosomes  and  two  sex 

chromosomes. Each pair of autosomes carries alleles for particular traits.  The alleles 
can be different, as when one calls for freckles and one does not. 

 
A.  Changes in chromosomes number: 
 
 Sometimes individuals are born with either too many or too few autosomes or sex 

chromosomes, most likely due to non-disjunction during meiosis.  

Non-disjunction  is  a  failure  of  the  homologous  chromosomes,  or  daughter 

chromosomes,  to  separate  correctly  during  meiosis  I  and  meiosis  II,  respectively. 


background image

  Thi -Qar University                                                                                                                Human genetic 
  Medical College                                                                                                                    Lec 3 
  Microbiology Department                                                                                                  Dr Dhafer A. Alghezi                  

3

 

 

Non-disjunction  may  occur  during  meiosis  I,  when  both  members  of  a  homologous 
pair go into the same daughter cell. It can also occur during meiosis II, when the sister 
chromatids fail to separate and both daughter chromosomes go into the same gamete. 

Some  abnormal  eggs  have  24  chromosomes,  whereas  others  have  only  22 

chromosomes. If an egg with 24 chromosomes is fertilized with a normal sperm, the 
result  is  a  trisomy,  so  called  because  one  type  of  chromosome  is  present  in  three 
copies. If an egg with 22 chromosomes is fertilized with a normal sperm, the result is 
a monosomy, so called because one type of chromosome is present in a single copy. 
An abnormal number of autosomes causes a developmental abnormality. Monosomy 
of all but the X chromosome is fatal. The affected infant rarely develops to full term. 
Trisomy  is  usually  fatal,  though  there  are  some  exceptions.  Among  autosomal 
trisomies, only trisomy 21 (Down syndrome) has a reasonable chance of survival after 
birth. The chances of survival are greater when trisomy or monosomy involves the sex 
chromosomes.  In normal XX females,  one of the X chromosomes becomes  a darkly 
staining  mass  of  chromatin  called  a  Barr  body  (named  after  the  person  who 
discovered  it).  A  Barr  body  is  an  inactive  X  chromosome.  Beyond  a  single  one 
become Barr body; this explains why poly-X females and XXY males are seen fairly 
frequently.  

 

Down Syndrome: An Autosomal Trisomy: 

The  most  common  autosomal  trisomy  seen  among  humans  is  Down  syndrome, 

also called trisomy 21.  

Persons  with  Down  syndrome  usually  have  three  copies  of  chromosome  21 

because the egg had two copies instead of one. The chances of woman having a Down 
syndrome  child  increase  rapidly  with  age,  starting  at  about  age  40.  The  reasons  for 
this  are  still  being  investigated.  Although  an  older  woman  is  more  likely  to  have  a 
Down syndrome child, most babies with Down syndrome are born to women younger 
than  age  40  because  this  is  the  age  group  having  the  most  babies.  Karyotyping  can 
detect a Down syndrome child. 

Down  syndrome  is  easily  recognized  by  these  common  characteristics:  short 

stature;  an  eyelid  fold;  a  flat  face;  stubby  fingers;  a  wide  gap  between  the  first  and 
second toes;  a large, fissured tongue;  a round head; and a palm crease, the so-called 
simian  line.  Unfortunately,  mental  retardation,  which  can  vary  in  intensity,  is  also  a 
characteristic.  The genes that cause Down syndrome are located on the bottom third 
of chromosome 21. 

 

B.  Changes in Sex chromosome number
An  abnormal  sex  chromosome  number  is  a  result  of  inheriting  too  many  or  too 

few X or Y chromosomes.  Turner syndrome  (XO)  and  Klinefelter syndrome (XXY) 
diseases are two examples for this changing.  

 

Turner Syndrome: 
It is a rare chromosomal condition that affects development in females. It is caused by 
partial  or  complete  loss  (monosomy)  of  the  second  sex  chromosome.  From  birth,  a 


background image

  Thi -Qar University                                                                                                                Human genetic 
  Medical College                                                                                                                    Lec 3 
  Microbiology Department                                                                                                  Dr Dhafer A. Alghezi                  

4

 

 

girl  with  Turner  syndrome  has  only  one  sex  chromosome,  an  X  (Figure  3).  the 
Turner  syndrome  female  is  a  short,  with  a  broad  chest  and  folds  of  skin  on  the 
back  of  the  neck.
  The  ovaries,  oviducts,  and  uterus  are  very  small  and 
underdeveloped.  Turner  females  do  not  undergo  puberty  or  menstruation,  and  their 
breasts do not develop. 

                   

Figure 3: Monosomy (Turner syndrome) karyotype 

 

Klinefelter Syndrome: 
It is a chromosomal variation in males in which one extra X chromosome is present, 
resulting in  a XXY sex chromosome karyotype  (Figure 4). 1:  650  of  males are born 
with two X chromosomes and one Y chromosome.   The symptoms of this condition 
(referred to as “47, XXY”) are often so subtle that only 25% are ever diagnosed, and 
those  are  usually  not  diagnosed  until  after  age  15.  Disorder  occurring  due  to 
nondisjunction of the X chromosome. 

  The sperm containing both X and Y combines with   an egg containing X, 

results in a male child.

 

 

  The egg may contribute the extra X chromosome. 

  Males with some development of breast tissue normally seen in females. 

  Little body hair is present, and such person are typically tall, have small testes. 

   Infertility results from absent sperm. 

  Evidence of mental retardation may or may not be present.  

Figure 4: Klinefelter Syndrome karyotype

  


background image

  Thi -Qar University                                                                                                                Human genetic 
  Medical College                                                                                                                    Lec 3 
  Microbiology Department                                                                                                  Dr Dhafer A. Alghezi                  

5

 

 

 

Poly-X females

A  poly-X  female  has  more  than  two  X  chromosomes  and  extra  Barr  bodies  in  the 
nucleus. Females with three X chromosomes have no distinctive phenotype. Females 
with more than three X chromosomes occur rarely. 

Jacobs Syndrome: 

XYY  males  with  Jacobs  syndrome  can  only  result  from  nondisjunction  during 
spermatogenesis. Affected males are usually taller than average, suffer from persistent 
acne, and tend to have speech and reading problems.  

C.  Changes in Chromosome Structure: 

There  are  various  agents  in  the  environment,  such  as  radiation,  certain  organic 
chemicals or even viruses, that cause chromosome to break. Changes in chromosome 
structure  include  deletions,  translocations,  duplications,  and  inversions  of 
chromosome segments. 

1.  An inversion:  occurs when a segment of a chromosome is turned around 180 

c  (Figure  5)°,  you  might  think  this  is  not  a  problem  because  the  same  genes  are 
present, but the new position might lead to altered gene activity. 

                             Figure 5: An inversion of chromosome  

2.   A  deletion:  occurs  when  an  end  of  a  chromosome  breaks  off  or  when  two 

simultaneous breaks lead to the loss of an internal segment (Figure 6). 

Figure 6: A deletion of chromosome 

 

 


background image

  Thi -Qar University                                                                                                                Human genetic 
  Medical College                                                                                                                    Lec 3 
  Microbiology Department                                                                                                  Dr Dhafer A. Alghezi                  

6

 

 

3.  A  translocation:    is  the  movement  of  a  chromosome  segment  from  one 

chromosome  to  another  non  homologous  chromosome  (Figure  7)  . 
Translocation  heterozygotes  usually  have  reduced  fertility  due  to  production 
of abnormal gametes. 

            Figure 7: A translocation of chromosome  

 

4.  A duplication: is the doubling of chromosome segment (Figure 8) . There are 

several  ways  a  duplication  can  occur.  A  broken  from  one  chromosome  can 
simply  attach  to  its  homologue, or unequal  crossing-  over may occur leading 
to a duplication and deletion. 

 

                 Figure 7: A translocation of chromosome

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 147 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل