Acest articol va discuta astfel de structuri ale celulelor eucariote precum cromozomii, a căror structură și funcție sunt studiate de o ramură a biologiei numită citologie.
Istoricul descoperirilor
Fiind principalele componente ale nucleului celular, cromozomii au fost descoperiți în secolul al XIX-lea de mai mulți oameni de știință simultan. Biologul rus I. D. Chistyakov le-a studiat în procesul de mitoză (diviziunea celulară), anatomistul german Waldeyer le-a descoperit în timpul pregătirii preparatelor histologice și le-a numit cromozomi, adică colorează corpurile pentru reacția rapidă a acestor structuri atunci când interacționează cu colorant organic fucsin.
Fleming a rezumat faptele științifice despre funcția cromozomilor în celulele cu un nucleu format.
Structura externă a cromozomilor
Aceste formațiuni microscopice sunt situate în nuclee - cele mai importante organite ale celulei și servesc drept loc pentru stocarea și transmiterea informațiilor ereditare ale unui anumit organism. Cromozomiiconțin o substanță specială - cromatina. Este un conglomerat de filamente subțiri - fibrile și granule. Din punct de vedere chimic, aceasta este o combinație de molecule de ADN liniare (există aproximativ 40%) cu proteine histone specifice.
Complexele, care includ 8 molecule peptidice și fire de ADN, răsucite pe globule de proteine, ca pe bobine, se numesc nucleozomi. Regiunea acidului dezoxiribonucleic formează 1,75 spire în jurul porțiunii de tulpină și este un elipsoid de aproximativ 10 nanometri lungime și 5-6 lățime. Prezența acestor structuri (cromozomi) în nucleu este o caracteristică sistematică a celulelor organismelor eucariote. Sub formă de nucleozomi, cromozomii îndeplinesc funcția de conservare și transmitere a tuturor trăsăturilor genetice.
Dependența structurii cromozomului de faza ciclului celular
Dacă o celulă se află într-o stare de interfază, care se caracterizează prin creșterea și metabolismul ei intens, dar absența diviziunii, atunci cromozomii din nucleu arată ca fire subțiri despiralizate - cromoneme. De obicei, acestea sunt împletite și este imposibil să le separați vizual în structuri separate. În momentul diviziunii celulare, numită mitoză în celulele somatice și meioză în celulele sexuale, cromozomii încep să se spiraleze și să se îngroașe, devenind clar vizibili la microscop.
Niveluri de organizare a cromozomilor
Unitățile de ereditate sunt cromozomii, știința studiilor genetice în detaliu. Oamenii de știință au descoperit că filamentul nucleozomal,care conțin ADN și proteine histone formează o spirală de ordinul întâi. Împachetarea densă a cromatinei are loc datorită formării unei structuri de ordin superior - un solenoid. Se auto-organizează și se condensează într-o superbobină și mai complexă. Toate nivelurile de mai sus de organizare a cromozomilor au loc în timpul pregătirii celulei pentru diviziune.
În ciclul mitotic unitățile structurale ale eredității, constând din gene care conțin ADN, sunt scurtate și îngroșate în comparație cu cromonemele filamentoase ale perioadei de interfază de aproximativ 19 mii de ori. Într-o formă atât de compactă, cromozomii nucleului, ale căror funcții sunt de a transmite caracteristicile ereditare ale organismului, devin pregătiți pentru divizarea celulelor somatice sau germinale.
Morfologia cromozomilor
Funcțiile cromozomilor pot fi explicate prin studierea caracteristicilor morfologice ale acestora, care se văd cel mai bine în ciclul mitotic. S-a dovedit că chiar și în stadiul sintetic al interfazei, masa de ADN din celulă se dublează, deoarece fiecare dintre celulele fiice formate ca urmare a diviziunii trebuie să aibă aceeași cantitate de informații ereditare ca și mama originală. Acest lucru se realizează ca rezultat al procesului de reduplicare - auto-dublarea ADN-ului, care are loc cu participarea enzimei ADN polimerază.
În preparatele citologice preparate în momentul metafazei mitozei, în celule vegetale sau animale la microscop, se vede clar că fiecare cromozom este format din două părți, numitecromatide. În fazele ulterioare ale mitozei - anafaza și, în special, telofaza - sunt complet separate, drept urmare fiecare cromatidă devine un cromozom separat. Conține o moleculă de ADN compactată continuu, precum și lipide, proteine acide și ARN. Dintre substanțele minerale, conține ioni de magneziu și calciu.
Elemente structurale auxiliare ale cromozomului
Pentru ca funcțiile cromozomilor din celulă să fie îndeplinite la maximum, aceste unități de ereditate au un dispozitiv special - constricția primară (centromerul), care nu se spiralizează niciodată. Ea este cea care împarte cromozomul în două părți, numite umerii. În funcție de locația centromerului, geneticienii clasifică cromozomii ca fiind cu brațe egale (metacentrici), cu brațe inegale (submetacentrici) și acrocentrici. Pe constricțiile primare se formează formațiuni speciale - kinetocore, care sunt globule proteice în formă de disc, situate pe ambele părți ale centromerului. Kinetocorurile în sine sunt formate din două secțiuni: cele exterioare sunt în contact cu microfilamente (fire axului filamentului), atașându-se de acestea.
Datorită reducerii filamentelor (microfilamente), se realizează o distribuție strict ordonată a cromatidelor care alcătuiesc cromozomul între celulele fiice. Unii cromozomi au una sau mai multe constricții secundare care nu participă la mitoză, deoarece firele fusului de fisiune nu se pot atașa de ele, dar aceste secțiuni (constricții secundare) asigură controlul asupra sintezei nucleolilor - organele care răspund.pentru formarea ribozomilor.
Ce este un cariotip
Oamenii de știință genetici bine-cunoscuți Morgan, N. Koltsov, Setton la începutul secolului al XX-lea au studiat cu scrupulozitate cromozomii, structura și funcțiile lor în celulele somatice și germinale - gameți. Ei au descoperit că fiecare celulă din toate speciile biologice este caracterizată de un anumit număr de cromozomi care au o formă și o dimensiune specifică. S-a propus ca întregul set de cromozomi din nucleul unei celule somatice să fie numit cariotip.
În literatura populară, cariotipul este adesea identificat cu setul de cromozomi. De fapt, acestea nu sunt concepte identice. De exemplu, la om, cariotipul este de 46 de cromozomi în nucleele celulelor somatice și este notat cu formula generală 2n. Dar astfel de celule, cum ar fi, de exemplu, hepatocitele (celule hepatice) au mai mulți nuclei, setul lor de cromozomi este desemnat ca 2n2=4n sau 2n4=8n. Adică, numărul de cromozomi din astfel de celule va fi mai mare de 46, deși cariotipul hepatocitelor este 2n, adică 46 de cromozomi.
Numărul de cromozomi din celulele germinale este întotdeauna de două ori mai mic decât în cel somatic (în celulele corpului), un astfel de set se numește haploid și este notat cu n. Toate celel alte celule din organism au un set de 2n, care se numește diploid.
Teoria cromozomală a eredității a lui Morgan
Geticianul american Morgan a descoperit legea moștenirii legate de gene, realizând experimente privind hibridizarea muștelor fructelor-Drosophila. Datorită cercetărilor sale, au fost studiate funcțiile cromozomilor celulelor germinale. Morgan a dovedit că genele situate în vecinătatelocii aceluiași cromozom sunt moșteniți predominant împreună, adică legați. Dacă genele sunt îndepărtate în cromozom, atunci este posibilă trecerea între cromozomii surori - schimbul de secțiuni.
Datorită cercetărilor lui Morgan, au fost create hărți genetice care studiază funcțiile cromozomilor și sunt utilizate pe scară largă în consultațiile genetice pentru a rezolva întrebări despre posibile patologii ale cromozomilor sau ale genelor care duc la boli ereditare la om. Importanța concluziilor făcute de om de știință nu poate fi supraestimată.
În acest articol, am examinat structura și funcțiile cromozomilor pe care aceștia le îndeplinesc în celulă.
