Plik chromosomy Są to struktury złożone z ciągłej cząsteczki DNA i powiązanych z nią białek. Znajdują się starannie w jądrach komórek eukariotycznych i zawierają większość materiału genetycznego. Struktury te są najlepiej widoczne podczas podziału komórki.
Chromosomy eukariotyczne zostały po raz pierwszy zidentyfikowane i zbadane pod koniec XVIII wieku. Dzisiaj słowo „chromosom” jest powszechnie znanym terminem, nawet dla ludzi, którzy studiowali tylko najbardziej elementarne aspekty biologii lub genetyki..
Na chromosomach znajdują się geny, z których wiele koduje białka, enzymy i informacje niezbędne do życia każdej komórki. Jednak wiele chromosomów pełni funkcje czysto strukturalne, co oznacza, że pozwalają na określony układ genów we wnętrzu jądra..
Ogólnie wszystkie komórki osobnika mają taką samą liczbę chromosomów. Na przykład u ludzi każda z bilionów komórek, które, jak oszacowano, tworzą ciało dorosłego, ma 46 chromosomów, które są zorganizowane w 23 różne pary.
Każdy z 46 chromosomów u ludzi i innych żywych organizmów ma unikalne cechy; tylko te znane jako „pary homologiczne” mają wspólne cechy, ale nie mają różnych par; to znaczy wszystkie chromosomy 1 są do siebie podobne, ale różnią się od chromosomów 2 i 3 i tak dalej.
Gdyby wszystkie chromosomy komórki ludzkiej były ułożone liniowo, utworzyłyby łańcuch o długości mniej więcej 2 metrów, więc jedną z głównych funkcji chromosomów jest zagęszczenie materiału genetycznego tak, aby „pasował” do jądro, umożliwiając jednocześnie dostęp do mechanizmu transkrypcji i replikacji.
Pomimo ogromnych różnic, które istnieją między genomami bakterii a genomami organizmów eukariotycznych, materiał genetyczny prokariotów (a także niektórych wewnętrznych organelli eukariotów) jest również nazywany chromosomem i składa się z kolistej cząsteczki..
Indeks artykułów
W czasie, gdy Mendel ustalał zasady dziedziczenia, nie miał pojęcia o istnieniu chromosomów. Jednak doszedł do wniosku, że elementy dziedziczne były przekazywane w dwóch egzemplarzach przez specjalne cząstki, co było pojęciem znacznie wyprzedzającym swoje czasy..
Dwóch XVIII-wiecznych naukowców, botanik K. Nageli i zoolog E. Beneden, zajmowało się obserwacją i badaniem komórek roślinnych i zwierzęcych podczas wydarzeń związanych z podziałem komórek; Byli to pierwsi, którzy opisali struktury w kształcie „małych pręcików” wewnątrz centralnego przedziału zwanego jądrem..
Obaj naukowcy wyszczególnili, że podczas podziału „typowej” komórki utworzyło się nowe jądro, w którym pojawił się nowy zestaw „małych pręcików”, podobny do tego znalezionego początkowo w komórce..
Ten proces podziału został później dokładniej opisany przez niemieckiego naukowca W. Flemminga w 1879 roku, któremu przy użyciu barwników podczas obserwacji udało się zabarwić „pręciki”, aby lepiej je uwidocznić..
T. H. Morgan wykazał, że fenotypy są dziedziczone w sposób sugerowany przez Mendla i że jednostki dziedziczenia znajdują się na chromosomach. Morgan dostarczył fizyczne dowody, które skonsolidowały „rewolucję mendlowską”.
Flemming udokumentował zachowanie „pręcików” podczas interfazy i cytokinezy (podziału komórki). W 1882 roku opublikował badanie, w którym po raz pierwszy ukuł termin „chromatyna” dla substancji, która została zabarwiona wewnątrz jądra, gdy komórka nie była w trakcie podziału..
Zauważył również, że podczas podziału komórki liczba „pręcików” (chromosomów) w jądrze podwoiła się. Jeden z każdej pary zduplikowanych chromosomów był umieszczony w każdym jądrze powstałych komórek, więc ich dopełniacz chromosomowy podczas mitozy był identyczny.
W. Waldeyer, idąc za pracami Flemminga, ustanowił termin „chromosom” (z greckiego „plamiący organizm”), aby opisać tę samą substancję, która została uporządkowana podczas podziału komórki..
Z biegiem czasu różni badacze zagłębiali się w badanie materiału genetycznego, w którym znaczenie terminów „chromosom” i „chromatyna” nieco się zmieniło. Obecnie chromosom jest odrębną jednostką materiału genetycznego, a chromatyna jest mieszaniną DNA i białek, które go tworzą..
E.B. Wilson, w drugim wydaniu książki Komórka (Komórka) ustalili pierwszą klasyfikację chromosomów, która opiera się na lokalizacji centromeru, co jest cechą wpływającą na przyczepianie chromosomów do wrzeciona mitotycznego podczas podziału komórki.
Istnieją co najmniej trzy różne sposoby klasyfikowania chromosomów, ponieważ między gatunkami istnieją różne chromosomy, a osobniki tego samego gatunku mają chromosomy o różnych strukturach i funkcjach. Najpopularniejsze klasyfikacje to:
Materiał genetyczny wewnątrz bakterii jest postrzegany jako gęsta i uporządkowana masa kolista, podczas gdy w organizmach eukariotycznych jest postrzegany jako gęsta masa, która wydaje się być „zdezorganizowana” wewnątrz jądra. W zależności od komórki chromosomy można podzielić na dwie duże grupy:
- Plik chromosomy prokariotyczne: każdy organizm prokariotyczny ma pojedynczy chromosom złożony z kowalencyjnie zamkniętej (kolistej) cząsteczki DNA, bez białek histonowych i zlokalizowany w regionie komórki zwanym nukleoidem.
- Plik chromosomy eukariotyczne: u eukariota mogą istnieć dwa lub więcej chromosomów dla każdej komórki, te znajdują się wewnątrz jądra i są bardziej złożonymi strukturami niż chromosom bakteryjny. DNA, z którego się składają, jest silnie upakowane dzięki połączeniu z białkami zwanymi „histonami”.
Centromer to część chromosomów zawierająca dość złożoną kombinację białek i DNA, która pełni podstawową funkcję podczas podziału komórki, ponieważ jest odpowiedzialna za „upewnienie się”, że zachodzi proces segregacji chromosomów..
Zgodnie z umiejscowieniem strukturalnym tego „kompleksu” (centromeru), niektórzy naukowcy sklasyfikowali chromosomy w 4 kategoriach, a mianowicie:
- Chromosomy metacentryczne: Są to te, których centromer znajduje się w środku, to znaczy tam, gdzie centromer rozdziela strukturę chromosomową na dwie części o równej długości.
- Chromosomy submetacentryczne: chromosomy, w których centromer jest odchylony od „środka”, przyczyniając się do pojawienia się „asymetrii” długości między dwiema częściami, które oddziela.
- Chromosomy akrocentryczne: w chromosomach akrocentrycznych „odchylenie” centromeru jest znacznie zaznaczone, czego wynikiem są dwa odcinki chromosomów o bardzo różnych rozmiarach, jeden bardzo długi i jeden naprawdę krótki..
- Chromosomy telocentryczne: te chromosomy, których centromer znajduje się na końcach struktury (telomery).
Organizmy rozmnażające się płciowo i posiadające różne płcie mają dwa typy chromosomów, które są klasyfikowane, zgodnie z ich funkcją, na chromosomy płciowe i chromosomy autosomalne.
Chromosomy autosomalny (lub autosomy) uczestniczą w kontroli dziedziczenia wszystkich cech żywej istoty, z wyjątkiem określenia płci. Na przykład ludzie mają 22 pary chromosomów autosomalnych.
Chromosomy seksualny, Jak wskazuje ich nazwa, pełnią one podstawową funkcję w określaniu płci osobników, ponieważ niosą informacje niezbędne do rozwoju wielu cech płciowych samic i samców, które pozwalają na istnienie rozmnażania płciowego..
Główną funkcją chromosomów, oprócz przechowywania materiału genetycznego komórki, zagęszczania go tak, aby można go było przechowywać, transportować i „czytać” w jądrze, jest zapewnienie dystrybucji materiału genetycznego między komórkami powstałymi w wyniku podziału..
Dlaczego? Ponieważ kiedy chromosomy są rozdzielane podczas podziału komórki, mechanizm replikacji wiernie „kopiuje” informacje zawarte w każdej nici DNA, dzięki czemu nowe komórki mają te same informacje, co komórka, która je dała..
Ponadto połączenie DNA z białkami wchodzącymi w skład chromatyny pozwala jednocześnie na zdefiniowanie określonego „terytorium” dla każdego chromosomu, co ma ogromne znaczenie z punktu widzenia ekspresji i tożsamości genów..
Chromosomy są znacznie dalekie od bycia cząsteczkami statycznymi lub „obojętnymi”, w rzeczywistości jest odwrotnie, białka histonowe, czyli te, które współpracują przy zagęszczaniu każdej cząsteczki DNA w chromosomie, również uczestniczą w dynamizmie, który ma związek z transkrypcja lub wyciszanie określonych części genomu.
Zatem struktura chromosomów nie tylko wpływa na organizację DNA w jądrze, ale także określa, które geny są „odczytywane”, a które nie, wpływając bezpośrednio na cechy osób, które je noszą..
Strukturę chromosomu można analizować z „mikroskopowego” (molekularnego) punktu widzenia oraz z „makroskopowego” (cytologicznego) punktu widzenia..
Typowy chromosom eukariotyczny składa się z liniowej, dwupasmowej cząsteczki DNA, która może mieć setki milionów par zasad. To DNA jest wysoce zorganizowane na różnych poziomach, co pozwala na jego zagęszczenie.
DNA każdego chromosomu jest początkowo zagęszczane przez jego „owinięcie” wokół oktameru białek histonowych (H2A, H2B, H3 i H4), tworząc tzw. nukleosom, który ma 11 nanometrów średnicy.
Skojarzenie między białkami histonowymi a DNA jest możliwe dzięki oddziaływaniu elektrostatycznemu, ponieważ DNA jest naładowane ujemnie, a histony są białkami podstawowymi, bogatymi w dodatnio naładowane reszty aminokwasowe.
Jeden nukleosom łączy się z drugim przez region połączenia utworzony przez część nici DNA i przez białko histonowe H1. Struktura wynikająca z tego zagęszczenia wygląda podobnie do sznurka koralików i zmniejsza długość nici DNA o około 7 razy..
DNA jest dalej zagęszczane, gdy chromatyna (DNA + histony) w postaci nukleosomów zwija się na sobie, tworząc włókno o średnicy około 30 nm, które zagęszcza nić DNA jeszcze 7 razy,
Z kolei włókno o długości 30 nm jest powiązane z włóknistymi białkami macierzy jądrowej (blaszkami), które wyścielają wewnętrzną powierzchnię wewnętrznej błony jądrowej. Ta asocjacja umożliwia progresywne zagęszczanie włókna, ponieważ tworzą się „domeny pętlowe”, które są zakotwiczone w macierzy, organizując chromosomy w określonych obszarach wewnątrz jądra..
Należy zauważyć, że poziom zagęszczenia chromosomów nie jest równy w całej ich strukturze. Są miejsca, które są nadmiernie zbite, znane jako heterochromatyna i które generalnie są „ciche” genetycznie..
Luźniejsze lub bardziej zrelaksowane miejsca struktury, te, do których mechanizm replikacji lub transkrypcji może uzyskać stosunkowo łatwy dostęp, są znane jako miejsca euchromatyczne, będące regionami aktywnymi transkrypcyjnie genomu..
Kiedy komórka się nie dzieli, chromatyna jest postrzegana jako „luźna”, a nawet „nieuporządkowana”. Jednak w miarę postępu cyklu komórkowego materiał ten kondensuje lub zagęszcza się i umożliwia wizualizację struktur chromosomalnych, które są opisywane przez cytologów..
Podczas metafazy podziału komórki każdy chromosom jest postrzegany jako złożony z pary cylindrycznych „chromatyd”, które są połączone ze sobą dzięki strukturze znanej jako centromer..
Centromer jest bardzo ważną częścią chromosomów, ponieważ jest miejscem, do którego przyłącza się mitotyczne wrzeciono podczas podziału. To połączenie pozwala na rozdzielenie chromatyd, które są przyłączone przez centromer, w procesie, po którym są one znane jako „chromosomy potomne”..
Centromer składa się z kompleksu białek i DNA, który ma kształt „węzła”, a jego położenie wzdłuż struktury chromatydy bezpośrednio wpływa na morfologię każdego chromosomu podczas podziału jądra..
W wyspecjalizowanym regionie centromeru jest to, co naukowcy nazywają kinetochorem, czyli miejscem, w którym mitotyczne wrzeciono łączy się, aby podczas podziału komórki oddzielić chromatydy siostrzane..
Ponadto pozycja centromeru determinuje istnienie dwóch ramion: krótkiego lub małego (p) i większego (q). Z uwagi na fakt, że położenie centromerów jest praktycznie niezmienione, cytolodzy posługują się nomenklaturą „p” i „q” przy opisie każdego chromosomu..
Są to wyspecjalizowane sekwencje DNA, które „chronią” końce każdego chromosomu. Jego funkcją ochronną jest zapobieganie łączeniu się różnych chromosomów na ich końcach.
Dużą uwagę poświęcono tym regionom chromosomów, ponieważ naukowcy uważają, że sekwencje telomerowe (w których DNA tworzy struktury nieco bardziej złożone niż podwójna helisa) wpływają na aktywność otaczających genów, a ponadto na określenie długowieczności komórki.
Jeszcze bez komentarzy