Funkcije kromosomov in njihove strukture. Kakšna je funkcija kromosomov v celici?

V tem članku bomo obravnavali takšne strukture evkariontskih celic kot kromosome, katerih strukturo in funkcije proučuje podružnica biologije, imenovana citologija.

Zgodovina odkritja

Celice, glavne sestavine jedra, so jih v 19. stoletju odkrili kromosomi več znanstvenikov. Ruski biolog I. D. Chistyakov je preučeval njihovo mitozo (celična delitev), ki jih je nemški anatomist Valdeier odkril med pripravo histoloških pripravkov in imenovali kromosome, to je oranžna telesa za hitro reakcijo teh struktur pri interakciji z organskim barvilom fuchsin.

Fleming je povzel znanstvena dejstva o funkciji, ki jo kromosomi opravljajo v celicah, ki imajo oblikovano jedro.

Zunanja struktura kromosomov

Te mikroskopske formacije najdemo v jedrih - najpomembnejših organelih celice in služijo kot prostor za shranjevanje in prenos dednih informacij tega organizma. Kromosomi vsebujejo posebno snov - kromatin. To je konglomerat finih filamentov - fibril in granul. S kemičnega vidika gre za kombinacijo linearnih DNA molekul (približno 40%) s specifičnimi histonskimi proteini.

Kompleksi, ki obsegajo 8 molekul peptidov in DNA pramenov, zvita na proteinskih globulah, kot na tuljavah, imenujemo nukleozome. Del deoksiribonukleinske kisline tvori 1,75 vrtljajev okoli jedrnega dela in ima obliko elipsoida dolžine okoli 10 nanometrov in 5-6 v širino. Prisotnost teh struktur (kromosomov) v jedru služi kot sistemska značilnost celic evkariontskih organizmov. V obliki nukleozomov je, da kromosom opravlja funkcijo ohranjanja in prenosa vseh genetskih lastnosti.

Odvisnost kromosomske strukture na fazi celičnega cikla

Če je celica v stanju interfaze, za katero je značilna njena rast in intenzivna metabolizacija, vendar pomanjkanje delitve, potem imajo kromosomi v jedru obliko tankih, depolariziranih filamentov, kromona. Ponavadi so prepleteni in jih ni mogoče vizualno ločiti v ločene strukture. V času pojava celične delitve, ki se imenuje mitoza v somatskih celicah in mejoza v spolih, se kromosomi začnejo spirale in zgostiti, pri čemer se mikroskopu zelo razlikuje.

Stopnje kromosomske organizacije

Enote dednosti so kromosomi, znanost genetike podrobno proučuje. Znanstveniki so ugotovili, da nukleosomski niz, ki vsebuje DNA in histonske beljakovine, tvori vijak prvega reda. Gosto pakiranje kromatina se pojavlja zaradi tvorbe strukture višjega reda - solenoida. Samorganizira in kompaktira v še bolj zapleteno super-spiralo. Vse zgornje ravni kromosomske organizacije potekajo med pripravo celice za delitev.

V mitotskem ciklusu so strukturne enote dednosti, ki so sestavljene iz genov, ki vsebujejo DNA, skrajšane in zgoščene v primerjavi s nitmi podobnimi kromoni v medfaznem obdobju za približno 19 tisoč krat. V taki kompaktni obliki kromosoma jedra, katere funkcije sestavljajo prenos dednih lastnosti organizma, so pripravljeni deliti somatske ali spolne celice.

Morfologija kromosomov

Funkcije kromosomov je mogoče pojasniti s preučevanjem njihovih morfoloških značilnosti, ki jih najbolje opišemo v mitološkem ciklu. Dokazano je, da se tudi v sintetični fazi interfaze masa DNK v celici podvoji, ker mora vsaka hčerinska celica, ki je nastala kot delitev, imeti enako količino dednih informacij kot prvotna maternica. To je doseženo kot posledica procesa redukcije - samo-podvajanja DNK, ki se pojavi s sodelovanjem DNA-polimeraznega encima.

Pri citoloških pripravkih, pripravljenih v času mitozne metafaze, v rastlinskih ali živalskih celicah pod mikroskopom je jasno razvidno, da vsak kromosom sestoji iz dveh delov, imenovanih kromatidov. V nadaljnjih fazah mitoze-anafaze in še posebej telofaze pride do popolnega ločevanja, zaradi česar vsak kromatid postane ločen kromosom. Vsebuje neprekinjeno stisnjeno molekulo DNA, lipide, kislinske proteine in RNA. Od mineralnih snovi v njem so ioni magnezija in kalcija.

Pomožni strukturni elementi kromosoma

Da so bile kromosomske funkcije v celici v celoti realizirane, imajo te enote dednosti posebno prilagoditev - primarna zožitev (centromere), ki nikoli ne spirali. Kromosom razdeli na dva dela, imenovana ramena. Odvisno od lokacije centromere genetika razvrsti kromosome v ravnotežje (metacentrično), nepravilno (submetacentrično) in akrocentrično. Na primarnem vratu se oblikujejo posebne formacije - kinetohore, ki so v obliki ploščastih beljakovin, ki se nahajajo na obeh straneh centromere. Kinetochores sami sestojijo iz dveh delov: zunanji kontakti z mikrofilamenti (filamentna vretenska vlakna), ki jih pritrdimo.

Zaradi zmanjšanja navojev (mikrofilamentov) izvedemo strogo določeno razporeditev kromatid, ki tvorijo kromosom med hčerinskimi celicami. Nekateri kromosomi imajo eno ali več sekundarnih zožitev, ki ne sodelujejo pri mitozi, ker jih ni mogoče povezati z navojnimi nitkami niti, vendar ti deli (sekundarna zoženja) zagotavljajo nadzor nad sintezo nukleolnih organelov, ki so odgovorni za nastanek ribosomov.

Kaj je karyotip?

Znani genetski znanstveniki Morgan, N. Koltsov in Setton so v začetku 20. stoletja natančno preučevali kromosome, njihovo strukturo in njihove funkcije v somatskih in spolnih celicah - gametah. Ugotovili so, da je za vsako celico vseh bioloških vrst značilno določeno število kromosomov, ki imajo posebno obliko in velikost. Predlagalo se je, da se celoten sklop kromosomov v jedru somatske celice imenujemo kot kariotip.

Kariotip je v popularni literaturi pogosto označen s kromosomskim kompletom. Dejansko to niso enaki pojmi. Na primer, pri človeku je kariotip 46 kromosomov v somatskih celicah in je označen s splošno formulo 2n. Toda takšne celice, kot na primer hepatociti (jetrne celice), imajo več jeder, njihov kromosomni set je označen kot 2n * 2 = 4n ali 2n * 4 = 8n. To pomeni, da bo število kromosomov v takih celicah večje od 46, čeprav je kariotip hepatocitov 2n, to je 46 kromosomov.

Število kromosomov v zarodnih celicah je vedno pol toliko kot v somatskih celicah (v celicah telesa), zato je ta niz imenovan haploid in je označen kot n. Vse druge celice v telesu imajo niz 2n, ki se imenuje diploid.

Teorija kromosoma Morganove dednosti

Ameriški genetičar Morgan je odkril zakon o povezani dediščini genov, ki izvaja eksperimente pri hibridizaciji sadnih muhur in plodov. Zahvaljujoč njegovi raziskavi so proučevali funkcije kromosomov zarodnih celic. Morgan je dokazal, da so geni, ki se nahajajo v sosednjih lokusih istega kromosoma, podedovani večinoma skupaj, torej povezani. Če so geni v kromosomu daleč drug drug drugemu, je med sestrinskimi kromosomi možna prehodna sestrska izmenjava mest.

Zahvaljujoč Morganovim raziskavam so nastali genski zemljevidi, ki pomagajo proučiti funkcije kromosomov in jih pogosto uporabljati pri genskih posvetovanjih, da bi rešili morebitne patologije kromosomov ali genov, ki pri ljudeh povzročajo dedne bolezni. Pomen sklepov znanstvenika je težko preceniti.

V tem članku smo preučili strukturo in funkcije kromosomov, ki jih izvajajo v celici.