Denne artikkelen vil diskutere strukturer av eukaryote celler som kromosomer, hvis struktur og funksjon er studert av en gren av biologien k alt cytologi.
Oppdagelseshistorikk
Som hovedkomponentene i cellekjernen ble kromosomer oppdaget på 1800-tallet av flere forskere samtidig. Den russiske biologen I. D. Chistyakov studerte dem i prosessen med mitose (celledeling), den tyske anatomen Waldeyer oppdaget dem under utarbeidelsen av histologiske preparater og k alte dem kromosomer, det vil si farging av kropper for rask reaksjon av disse strukturene når de interagerer med organisk fargestoff fuchsin.
Fleming oppsummerte de vitenskapelige fakta om funksjonen til kromosomer i celler med en dannet kjerne.
Ytre struktur av kromosomer
Disse mikroskopiske formasjonene befinner seg i kjernene - de viktigste organellene i cellen, og fungerer som et sted for lagring og overføring av arvelig informasjon til en gitt organisme. Kromosomerinneholder et spesielt stoff - kromatin. Det er et konglomerat av tynne filamenter - fibriller og granulat. Fra et kjemisk synspunkt er dette en kombinasjon av lineære DNA-molekyler (det er ca. 40%) med spesifikke histonproteiner.
Komplekser, som inkluderer 8 peptidmolekyler og DNA-tråder, vridd på proteinkuler, som på spoler, kalles nukleosomer. Deoksyribonukleinsyreregionen danner 1,75 omdreininger rundt stilkdelen og er en ellipsoide omtrent 10 nanometer lang og 5-6 bred. Tilstedeværelsen av disse strukturene (kromosomer) i kjernen er et systematisk trekk ved cellene til eukaryote organismer. Det er i form av nukleosomer at kromosomer utfører funksjonen med å bevare og overføre alle genetiske egenskaper.
Avhengighet av strukturen til kromosomet av fasen av cellesyklusen
Hvis en celle er i en tilstand av interfase, som er preget av dens vekst og intensive metabolisme, men fravær av deling, så ser kromosomene i kjernen ut som tynne despiraliserte tråder - kromoner. Vanligvis er de sammenflettet, og det er umulig å visuelt skille dem i separate strukturer. I øyeblikket med celledeling, som kalles mitose i somatiske celler, og meiose i kjønnsceller, begynner kromosomene å spiralere og tykne, og blir godt synlige under et mikroskop.
Nivåer av kromosomorganisering
Arvelighetsenhetene er kromosomer, vitenskapen om genetikkstudier i detalj. Forskere har funnet ut at nukleosomfilamentet,som inneholder DNA og histonproteiner danner en førsteordens helix. Tett pakking av kromatin oppstår på grunn av dannelsen av en høyere ordens struktur - en solenoid. Den organiserer seg selv og kondenserer til en enda mer kompleks supercoil. Alle de ovennevnte nivåene av kromosomorganisering finner sted under forberedelsen av cellen for deling.
Det er i den mitotiske syklusen at de strukturelle enhetene for arv, bestående av gener som inneholder DNA, er forkortet og fortykket sammenlignet med de filamentøse kromonene i interfaseperioden med omtrent 19 tusen ganger. I en så kompakt form blir kromosomene i kjernen, hvis funksjoner er å overføre organismens arvelige egenskaper, klare for deling av somatiske celler eller kjønnsceller.
kromosommorfologi
Funksjonene til kromosomer kan forklares ved å studere deres morfologiske egenskaper, som er best sett i den mitotiske syklusen. Det er bevist at selv i det syntetiske stadiet av interfase dobles massen av DNA i cellen, siden hver av dattercellene dannet som følge av deling må ha samme mengde arvelig informasjon som den opprinnelige moren. Dette oppnås som et resultat av prosessen med reduplikasjon - selvdoblingen av DNA, som skjer med deltakelse av enzymet DNA-polymerase.
I cytologiske preparater fremstilt på tidspunktet for mitosens metafase, i plante- eller dyreceller under et mikroskop, ser man tydelig at hvert kromosom består av to deler, k altkromatider. I de videre fasene av mitose - anafase og spesielt telofase - er de fullstendig separert, som et resultat av at hvert kromatid blir et separat kromosom. Den inneholder et kontinuerlig komprimert DNA-molekyl, samt lipider, sure proteiner og RNA. Av mineralstoffene inneholder den magnesium- og kalsiumioner.
Hjelpestrukturelementer i kromosomet
For at funksjonene til kromosomene i cellen skal kunne utføres fullt ut, har disse arveenhetene en spesiell enhet - den primære innsnevringen (sentromeren), som aldri spiraliserer. Det er hun som deler kromosomet i to deler, k alt skuldre. Avhengig av plasseringen av sentromeren, klassifiserer genetikere kromosomer som likearmede (metasentriske), ulikarmede (submetasentriske) og akrosentriske. På de primære innsnevringene dannes det spesielle formasjoner - kinetochorer, som er skiveformede proteinkuler plassert på begge sider av sentromeren. Selve kinetokorene består av to seksjoner: de ytre er i kontakt med mikrofilamenter (trådspindeltråder), festet til dem.
På grunn av reduksjonen av filamenter (mikrofilamenter), gjennomføres en strengt ordnet fordeling av kromatidene som utgjør kromosomet mellom datterceller. Noen kromosomer har en eller flere sekundære innsnevringer som ikke deltar i mitose, siden fisjonsspindeltråder ikke kan feste seg til dem, men det er disse seksjonene (sekundære innsnevringer) som gir kontroll over syntesen av nukleoler - organeller som reagererfor dannelse av ribosomer.
Hva er en karyotype
Kjente genforskere Morgan, N. Koltsov, Setton studerte på begynnelsen av 1900-tallet nøye kromosomer, deres struktur og funksjoner i somatiske celler og kjønnsceller - gameter. De fant at hver celle av alle biologiske arter er preget av et visst antall kromosomer som har en bestemt form og størrelse. Det ble foreslått å kalle hele settet med kromosomer i kjernen til en somatisk celle for en karyotype.
I populærlitteraturen identifiseres karyotypen ofte med kromosomsettet. Dette er faktisk ikke identiske konsepter. For eksempel, hos mennesker er karyotypen 46 kromosomer i kjernene til somatiske celler og er betegnet med den generelle formelen 2n. Men slike celler som for eksempel hepatocytter (leverceller) har flere kjerner, deres kromosomsett er betegnet som 2n2=4n eller 2n4=8n. Det vil si at antallet kromosomer i slike celler vil være mer enn 46, selv om karyotypen til hepatocytter er 2n, det vil si 46 kromosomer.
Antallet kromosomer i kjønnsceller er alltid to ganger mindre enn i somatiske (i kroppens celler), et slikt sett kalles haploid og betegnes som n. Alle andre celler i kroppen har et sett på 2n, som kalles diploid.
Morgans kromosomteori om arvelighet
Den amerikanske genetikeren Morgan oppdaget loven om koblet arv av gener, og utførte eksperimenter på hybridisering av fruktfluer-Drosophila. Takket være forskningen hans ble funksjonene til kromosomene til kjønnsceller studert. Morgan beviste at gener ligger i nabolandetloci av samme kromosom arves hovedsakelig sammen, det vil si koblet. Hvis genene er langt fra hverandre i kromosomet, er det mulig å krysse søsterkromosomene - utveksling av seksjoner
Takket være Morgans forskning ble det laget genetiske kart som studerer funksjonene til kromosomer og som er mye brukt i genetiske konsultasjoner for å løse spørsmål om mulige patologier til kromosomer eller gener som fører til arvelige sykdommer hos mennesker. Betydningen av konklusjonene som forskeren har gjort kan ikke overvurderes.
I denne artikkelen undersøkte vi strukturen og funksjonene til kromosomene som de utfører i cellen.
