HROMOSOMAS: ATKLĀJUMS, VEIDI, FUNKCIJA, STRUKTŪRA - BIOLOĢIJA - 2025

The hromosomas ir struktūras, kas sastāv no DNS molekulas, un nepārtraukti saistītām olbaltumvielām. Tie ir glīti atrodami eikariotu šūnu kodolā un satur lielāko daļu ģenētiskā materiāla. Šīs struktūras visskaidrāk redzamas šūnu dalīšanās laikā.

Eikariotu hromosomas pirmo reizi tika identificētas un izpētītas 18. gadsimta beigās. Mūsdienās vārds "hromosoma" ir plaši pazīstams termins pat cilvēkiem, kuri ir pētījuši tikai visvienkāršākos bioloģijas vai ģenētikas aspektus.

Hromosomas reprezentatīvā diagramma un tajā esošā informācija (Avots: KES47 caur Wikimedia Commons)

Hromosomās ir gēni, no kuriem daudzi kodē olbaltumvielas, fermentus un informāciju, kas nepieciešama katras šūnas dzīvībai. Tomēr daudzas hromosomas pilda tīri strukturālas funkcijas, kas nozīmē, ka tās ļauj specifiski izvietot gēnus kodola iekšpusē.

Parasti visām indivīda šūnām ir vienāds hromosomu skaits. Piemēram, cilvēkiem, piemēram, katrai triljona šūnai, kas veido pieaugušā ķermeni, ir 46 hromosomas, kuras ir sadalītas 23 dažādos pāros.

Katrai no 46 hromosomām cilvēkiem un citiem dzīviem organismiem ir unikālas īpašības; tikai tiem, kas pazīstami kā "homologi pāri", ir savstarpēji raksturīgi raksturlielumi, bet ne ar dažādiem pāriem; tas ir, visas 1. hromosomas ir līdzīgas viena otrai, bet tās atšķiras no 2. un 3., un tā tālāk.

Ja visas cilvēka šūnas hromosomas būtu sakārtotas lineārā veidā, tās veidotu vairāk vai mazāk nekā 2 metru garu ķēdi, tāpēc viena no galvenajām hromosomu funkcijām ir ģenētiskā materiāla sablīvēšana tā, lai tas “iekļautos” kodolu, vienlaikus ļaujot piekļūt transkripcijas un replikācijas mašīnām.

Neskatoties uz milzīgajām atšķirībām, kas pastāv starp baktēriju un eikariotu organismu genomiem, prokariotu (kā arī dažu eikariotu iekšējo organellu) ģenētisko materiālu sauc arī par hromosomu un sastāv no apļveida molekulas .

Atklājums

Laikā, kad Mendels noteica iedzimtības principus, viņam nebija ne mazākās nojausmas par hromosomu esamību. Tomēr viņš secināja, ka pārmantojamie elementi tika pārsūtīti divos eksemplāros caur īpašām daļiņām, kas ir priekšstats krietni pirms tā laika.

Divi 18. gadsimta zinātnieki, botāniķis K. Nageli un zoologs E. Benedens, nodarbojās ar augu un dzīvnieku šūnu novērošanu un izpēti šūnu dalīšanās pasākumu laikā; Tie bija pirmie, kas aprakstīja struktūras, kas veidotas pēc “maziem stieņiem” centrālajā nodalījumā, kas pazīstams kā kodols.

Abi zinātnieki precizēja, ka "tipiskas" šūnas dalīšanas laikā tika izveidots jauns kodols, kurā parādījās jauns "mazu stienīšu" komplekts, līdzīgs tam, kas sākotnēji tika atrasts šūnā.

Šo dalīšanas procesu vēlāk precīzāk aprakstīja vācu zinātnieks W. Flemming 1879. gadā, kuram, novērošanas laikā izmantojot krāsvielas, izdevās notraipīt "mazos stieņus", lai tos labāk vizualizētu.

TH Morgans parādīja, ka fenotipi tiek mantoti Mendela ieteiktajā veidā un ka mantojuma vienības atrodas hromosomās. Morgans sniedza fiziskus pierādījumus, kas nostiprināja "Mendeļu revolūciju".

Apzīmējumi hromosoma un hromatīns

Flemming dokumentēja "stieņu" izturēšanos starpfāžu un citokinēzes laikā (šūnu dalīšana). 1882. gadā viņš publicēja izmeklēšanu, kurā vispirms izveidoja terminu “hromatīns” vielai, kas iekrāsojās kodolā, kad šūna nebija sadalīta.

Viņš arī novēroja, ka šūnu dalīšanas laikā kodolu kodolu "stienīšu" (hromosomu) skaits ir dubultojies. Katrā iegūto šūnu kodolā atradās viens no dublētiem hromosomu pāriem, tāpēc mitozes laikā šo šūnu hromosomu komplements bija identisks.

Cilvēka kariotipa fotogrāfija (Avots: Plociam ~ commonswik, izmantojot Wikimedia Commons)

W. Waldeyer, sekojot Flemming darbiem, izveidoja terminu "hromosoma" (no grieķu valodas "ķermenis ir iekrāsots"), lai aprakstītu to pašu vielu, kas tika sakārtota sakārtotā veidā šūnu dalīšanas laikā.

Laika gaitā dažādi pētnieki ienāca prātā ģenētiskā materiāla izpētē, ar kuru terminu "hromosoma" un "hromatīns" nozīme nedaudz mainījās. Mūsdienās hromosoma ir ģenētiskā materiāla diskrēta vienība, un hromatīns ir DNS un olbaltumvielu maisījums, kas to veido.

Hromosomu veidi un to raksturojums

EB Vilsons grāmatas La Célula (The Cell) otrajā izdevumā izveidoja pirmo hromosomu klasifikāciju, kuras pamatā ir centromēra atrašanās vieta - raksturlielums, kas ietekmē hromosomu piestiprināšanos mitotiskajai vārpstai šūnu dalīšanas laikā.

Ir vismaz trīs dažādi hromosomu klasifikācijas veidi, jo starp sugām ir dažādas hromosomas, un vienas sugas indivīdiem ir hromosomas ar atšķirīgu struktūru un funkcijām. Visizplatītākās klasifikācijas ir:

Pēc šūnas

Ģenētiskais materiāls baktēriju iekšienē tiek uzskatīts par blīvu un sakārtotu apļveida masu, savukārt eikariotu organismos to uzskata par blīvu masu, kas kodola iekšienē šķiet “neorganizēta”. Atkarībā no šūnas hromosomas var iedalīt divās lielās grupās:

- Prokariotu hromosomas : katram prokariotu organismam ir viena hromosoma, kas sastāv no kovalenti slēgtas (apļveida) DNS molekulas, bez histona olbaltumvielām un atrodas šūnas reģionā, ko sauc par nukleoīdu.

- Eikariotu hromosomas : eikariotā var būt divas vai vairākas hromosomas katrai šūnai, tās atrodas kodolā un ir sarežģītākas struktūras nekā baktēriju hromosomas. DNS, kas tos veido, ir ļoti iesaiņots, pateicoties tā saistībai ar olbaltumvielām, kuras sauc par “histoniem”.

Atbilstoši centromēra atrašanās vietai

Centromērs ir hromosomu daļa, kurā ir diezgan sarežģīta olbaltumvielu un DNS kombinācija un kurai ir galvenā funkcija šūnu dalīšanas laikā, jo tā ir atbildīga par “pārliecināšanos” par hromosomu segregācijas procesa norisi.

Saskaņā ar šī "kompleksa" (centromēra) strukturālo atrašanās vietu daži zinātnieki ir klasificējuši hromosomas 4 kategorijās, proti:

- Metacentriskas hromosomas: tās ir tās, kuru centromērs atrodas centrā, tas ir, kad centromērs hromosomu struktūru atdala divās vienāda garuma daļās.

- Submetacentriskas hromosomas: hromosomas, kurās centromērs ir novirzīts no "centra", tādējādi veicinot "asimetrijas" parādīšanos starp divām porcijām, kuras tā atdala.

- Akrocentriskas hromosomas: akrocentriskās hromosomās centromēra "novirze" ir izteikti iezīmēta, ar kuras palīdzību tiek izveidotas divas ļoti dažāda lieluma hromosomu sadaļas - viena ļoti gara un otra patiesi īsa.

- Telocentriskas hromosomas: tās hromosomas, kuru centromērs atrodas struktūras galos (telomēri).

Atbilstoši funkcijai

Organismiem, kuriem ir seksuāla reprodukcija un kuriem ir atsevišķi dzimumi, ir divu veidu hromosomas, kuras atbilstoši funkcijai tiek klasificētas dzimuma hromosomās un autosomālajās hromosomās.

Autosomālas hromosomas (vai autosomas) piedalās visu dzīvās būtnes īpašību pārņemšanas kontrolē, izņemot dzimuma noteikšanu. Piemēram, cilvēkiem ir 22 autosomālu hromosomu pāri.

Dzimumu hromosomas , kā norāda to nosaukums, pilda elementāru funkciju, nosakot indivīdu dzimumu, jo tām ir nepieciešamā informācija daudzu sieviešu un vīriešu seksuālo īpašību veidošanai, kas ļauj seksuāla reprodukcija.

Funkcija

Hromosomu galvenā funkcija papildus šūnas ģenētiskā materiāla glabāšanai, tās sablīvēšanai, lai to varētu uzglabāt, pārvadāt un “nolasīt” kodolā, ir nodrošināt ģenētiskā materiāla sadalījumu starp šūnām, kas rodas dalīšanas rezultātā.

Kāpēc? Tā kā, kad šūnu dalīšanas laikā tiek atdalītas hromosomas, replikācijas iekārta ticami "kopē" informāciju, kas atrodas katrā DNS virknē, lai jaunajām šūnām būtu tāda pati informācija kā šūnai, kas viņus izraisīja.

Turklāt DNS asociācija ar olbaltumvielām, kas ir hromatīna daļa, ļauj definēt specifisku “teritoriju” katrai hromosomai, kurai ir liela nozīme no gēnu ekspresijas un identitātes viedokļa. šūnu.

Hromosomas nebūt nav statiskas vai "inertas" molekulas, patiesībā tas ir pilnīgi pretējs, histonu proteīni, kas ir tie, kas sadarbojas ar katras DNS molekulas sablīvēšanu hromosomā, piedalās arī dinamikā, kas ir jādara ar genoma noteiktu daļu transkripciju vai apklusināšanu.

Tādējādi hromosomu struktūra ne tikai ietekmē DNS organizāciju kodolā, bet arī nosaka, kuri gēni tiek "nolasīti" un kuri nav, tieši ietekmējot to indivīdu īpašības, kuri to pārnēsā.

Uzbūve (detaļas)

Hromosomas struktūru var analizēt no “mikroskopiskā” (molekulārā) un no “makroskopiskā” (citoloģiskā) viedokļa.

- eikariotu hromosomas molekulārā struktūra

Tipisku eikariotu hromosomu veido lineāra divpavedienu DNS molekula, kuras garums var būt simtiem miljonu bāzes pāri. Šī DNS ir ļoti labi organizēta dažādos līmeņos, kas ļauj to sablīvēt.

Nukleosomas

Katras hromosomas DNS sākotnēji tiek sablīvēts, to "aptinot" ap histona olbaltumvielu oktimēru (H2A, H2B, H3 un H4), veidojot tā dēvēto nukleosomu , kuras diametrs ir 11 nanometri.

Asociācija starp histonu proteīniem un DNS ir iespējama, pateicoties elektrostatiskai mijiedarbībai, jo DNS ir negatīvi lādēta un histoni ir pamata olbaltumvielas, bagātas ar pozitīvi lādētu aminoskābju atlikumiem.

Viena nukleosoma savienojas ar otru caur savienojuma reģionu, ko veido daļa no DNS virknes un histona proteīna H1. Šīs sablīvēšanās rezultātā izveidotā struktūra izskatās līdzīga lodīšu virknei un samazina DNS virknes garumu 7 reizes.

30nm šķiedra

DNS tiek vēl vairāk sablīvēta, kad hromatīns (DNS + histoni) nukleosomu formā savelkas uz sevi, veidojot apmēram 30 nm diametra šķiedru, kas vēl 7 reizes sablīvē DNS virkni,

Kodolmatrica

30 nm šķiedra savukārt ir saistīta ar kodolmatricas (slāņu) pavedienveida olbaltumvielām, kas veido iekšējās kodola membrānas iekšējo virsmu. Šī asociācija ļauj pakāpeniski sablīvēt šķiedru, jo veidojas "cilpas domēni", kas ir noenkuroti matricā, organizējot hromosomas noteiktos reģionos kodola iekšpusē.

Ir svarīgi atzīmēt, ka hromosomu sablīvēšanās līmenis visā to struktūrā nav vienāds. Ir vietas, kas ir sablīvētas un kuras sauc par heterohromatīnu un kuras ģenētiski runājot "klusē".

Brīvākas vai mierīgākas struktūras vietas, tās, kurām replikācijas vai transkripcijas iekārta var piekļūt ar nosacītu vieglumu, sauc par euchromatiskām vietām, kas ir genoma reģioni, kas ir transkripcijā aktīvi.

- eikariotu hromosomas “makroskopiskā” vai citoloģiskā struktūra

Kad šūna nedalās, hromatīns tiek uzskatīts par “vaļīgu” un pat “nesakārtotu”. Tomēr, šūnu ciklam progresējot, šis materiāls kondensējas vai sablīvējas un ļauj vizualizēt citologu aprakstītās hromosomu struktūras.

Hromosomas uzbūve: 1) hromatīdi; 2) Centromērs; 3) Īsās rokas (p) un 4) Garās rokas (q) (Avots:! Fails: Chromosome-upright.png Oriģinālā versija: Magnus Manske, šī versija ar taisnu hromosomu: Lietotājs: Dietzel65Vektors: atvasināts darbs Tryphon caur Wikimedia Commons)

Centrometrs

Šūnu dalīšanas metafāzes laikā tiek uzskatīts, ka katru hromosomu veido cilindrisku "hromatīdu" pāris, kas ir savienoti kopā, pateicoties struktūrai, ko sauc par centromēru.

Centromērs ir ļoti svarīga hromosomu sastāvdaļa, jo tā ir vieta, pie kuras mitotiskā vārpsta saistās dalīšanas laikā. Šī savienība ļauj atdalīt hromatīdus, kas piestiprināti caur centromēru - procesu, pēc kura tos sauc par “meitas hromosomām”.

Centromērs sastāv no olbaltumvielu un DNS kompleksa, kas ir veidots kā "mezgls", un tā atrašanās vieta gar hromatīda struktūru tieši ietekmē katras hromosomas morfoloģiju kodola dalīšanās laikā.

Specializētā centromēra apgabalā zinātnieki to dēvē par kinetohoru, kas ir īpaša vieta, kur mitotiskā vārpsta pievienojas, lai šūnu dalīšanas laikā atdalītu māsu hromatīdus.

Rokas

Centromēra novietojums nosaka arī divu ieroču esamību: īsu vai mazu (p) un lielāku (q). Ņemot vērā faktu, ka centromēru novietojums ir praktiski nemainīgs, citologi katras hromosomas aprakstā izmanto nomenklatūru "p" un "q".

Telomeres

Tās ir specializētas DNS sekvences, kas "aizsargā" katras hromosomas galus. Tā aizsargājošā funkcija ir novērst dažādu hromosomu savienošanos savā starpā caur to galiem.

Šiem hromosomu reģioniem ir pievērsta liela uzmanība, jo zinātnieki uzskata, ka telomēriskās secības (kurās DNS veido struktūras nedaudz sarežģītākas nekā dubultā spirāle) ietekmē apkārtējo gēnu aktivitāti un turklāt, nosakot šūnas ilgmūžība.

Atsauces

1. Bostoka, CJ, & Sumner, AT (1978). Eikariotu hromosoma (102.-103.lpp.). Amsterdama, New Srb, AM, Owen, RD un Edgar, RS (1965). Vispārējā ģenētika (Nr. 04; QH431, S69 1965.). Sanfrancisko: WH Freeman. York, Oxford: Ziemeļholandes izdevniecības uzņēmums.
2. Brooker, R. (2014). Bioloģijas principi. McGraw-Hill augstākā izglītība.
3. Gardners, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, un Santana Calderón, A. (2000). Ģenētikas principi.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Ievads ģenētiskajā analīzē. Makmillans.
5. Markings, S. (2018). Zinātne. Saņemts 2019. gada 3. decembrī no www.sciencing.com/four-major-types-chromosomes-14674.html
6. Vatsons, JD (2004). Gēna molekulārā bioloģija. Pīrsona izglītība Indijā.