CHROMOSOMOS: ATRADIMAS, TIPAI, FUNKCIJA, STRUKTŪRA - BIOLOGIJA - 2025

Kad chromosomos yra struktūros, kurios DNR molekulės ir nenutrūkstamą asocijuotų baltymų. Jie tvarkingai randami eukariotų ląstelių branduolyje ir juose yra didžioji jų genetinės medžiagos dalis. Šios struktūros aiškiausiai matomos dalijantis ląstelėms.

Eukariotų chromosomos pirmą kartą buvo nustatytos ir ištirtos XVIII amžiaus pabaigoje. Šiandien žodis „chromosoma“ yra plačiai žinomas terminas, netgi žmonėms, kurie tyrė tik pačius elementariausius biologijos ar genetikos aspektus.

Tipinė chromosomos diagrama ir joje esanti informacija (Šaltinis: KES47 per „Wikimedia Commons“)

Chromosomose yra genai, iš kurių daugelis koduoja baltymus, fermentus ir informaciją, reikalingą kiekvienos ląstelės gyvenimui. Tačiau daugelis chromosomų atlieka grynai struktūrines funkcijas, tai reiškia, kad jos leidžia specifiškai išdėstyti genus branduolio viduje.

Paprastai visos individo ląstelės turi vienodą chromosomų skaičių. Pvz., Žmonėms, pavyzdžiui, kiekviena trilijonas ląstelių, sudarančių suaugusiojo kūną, turi 46 chromosomas, suskirstytas į 23 skirtingas poras.

Kiekviena iš 46 žmonių ir kitų gyvų organizmų chromosomų turi unikalių savybių; tik tie, kurie vadinami „homologinėmis poromis“, pasižymi savybėmis, bet ne skirtingoms poroms; y., visos 1 chromosomos yra panašios viena į kitą, tačiau šios skiriasi 2 ir 3 ir t.

Jei visos žmogaus ląstelės chromosomos būtų išdėstytos linijiniu būdu, jos sudarytų daugiau ar mažiau nei 2 metrų ilgio grandinę, todėl viena pagrindinių chromosomų funkcijų yra sutankinti genetinę medžiagą taip, kad ji „tilptų“ į branduolys, tuo pačiu suteikiant prieigą prie transkripcijos ir replikacijos mechanizmų.

Nepaisant didžiulių skirtumų tarp bakterijų ir eukariotų organizmų genomų, genetinė prokariotų (kaip ir kai kurių vidinių eukariotų organelių) medžiaga taip pat vadinama chromosoma ir susideda iš apskritos molekulės. .

Atradimas

Tuo metu, kai Mendelis nustatė paveldimumo principus, jis neturėjo supratimo apie chromosomų egzistavimą. Tačiau jis padarė išvadą, kad paveldimi elementai buvo perduoti dviem egzemplioriais per specialias daleles, suprantama gerokai anksčiau nei jo laikas.

Du XVIII amžiaus mokslininkai, botanikas K. Nageli ir zoologas E. Benedenas, stebėdami ir tyrinėdami augalų ir gyvūnų ląsteles ląstelių dalijimosi metu; Jie buvo pirmieji, kurie apibūdino struktūras, panašias į „mažus strypus“, esančias centriniame skyriuje, žinomu kaip branduolys.

Abu mokslininkai paaiškino, kad „tipiškos“ ląstelės dalijimosi metu buvo suformuotas naujas branduolys, kurio viduje atsirado naujas „mažų lazdelių“ rinkinys, panašus į tą, kuris iš pradžių buvo rastas ląstelėje.

Vėliau šis suskaidymo procesas buvo tiksliau aprašytas 1879 m. Vokiečių mokslininko W. Flemmingo, kuris, stebėdamas stebėdamas dažus, sugebėjo nudažyti „mažuosius lazdeles“, kad geriau juos vizualizuotų.

TH Morganas įrodė, kad fenotipai yra paveldimi Mendelio siūlomu būdu ir kad paveldėjimo vienetai yra chromosomose. Morganas pateikė fizinius įrodymus, patvirtinančius „Mendelio revoliuciją“.

Sąvokos chromosoma ir chromatinas

Flemmingas dokumentavo „strypų“ elgesį tarpfazių ir citokinezių metu (ląstelių dalijimasis). 1882 m. Jis paskelbė tyrimą, kuriame pirmą kartą sukūrė terminą „chromatinas“ medžiagai, kuri buvo nudažyta branduolio viduje, kai ląstelė nebuvo padalinta.

Jis taip pat pastebėjo, kad dalijantis ląstelėms „strypų“ (chromosomų) skaičius branduolyje padvigubėjo. Viena iš kiekvienos pasikartojančių chromosomų poros buvo laikoma kiekviename gautų ląstelių branduolyje, todėl šių ląstelių chromosominis komplementas mitozės metu buvo identiškas.

Žmogaus kariotipo nuotrauka (Šaltinis: Plociam ~ commonswik, per „Wikimedia Commons“)

W. Waldeyeris, vykdydamas Flemmingo kūrinius, nustatė terminą „chromosoma“ (iš graikų kalbos „dažytas kūnas“), kad apibūdintų tą pačią medžiagą, kuri buvo tvarkingai išdėstyta ląstelių dalijimosi metu.

Laikui bėgant, skirtingi tyrėjai pasinėrė į genetinės medžiagos tyrimą, kurio dėka terminų „chromosoma“ ir „chromatinas“ prasmė šiek tiek pasikeitė. Šiandien chromosoma yra atskiras genetinės medžiagos vienetas, o chromatinas yra ją sudarančių DNR ir baltymų mišinys.

Chromosomų tipai ir jų charakteristikos

EB Wilsonas antrajame knygos „La Célula“ („Ląstelė“) leidime nustatė pirmąją chromosomų klasifikaciją, pagrįstą centromero vieta - savybe, darančia įtaką chromosomų prisijungimui prie mitozinio verpstės ląstelių dalijimosi metu.

Yra bent trys skirtingi chromosomų klasifikavimo būdai, nes tarp rūšių yra skirtingos chromosomos, o tos pačios rūšies individams yra skirtingos struktūros ir funkcijos chromosomos. Dažniausios klasifikacijos yra:

Pagal ląstelę

Bakterijų viduje esanti genetinė medžiaga yra laikoma tanki ir išdėstyta žiedine mase, o eukariotiniuose organizmuose - kaip tanki masė, kuri branduolio viduje atrodo „netvarkinga“. Priklausomai nuo ląstelės, chromosomos gali būti suskirstytos į dvi dideles grupes:

- Prokariotinės chromosomos : kiekvienas prokariotinis organizmas turi vieną chromosomą, sudarytą iš kovalentiškai uždarytos (apskritos) DNR molekulės, be histono baltymų ir esančios ląstelės srityje, vadinamoje nukleoidu.

- Eukariotų chromosomos : eukariotuose kiekvienoje ląstelėje gali būti dvi ar daugiau chromosomų, kurios yra branduolio viduje ir yra sudėtingesnės struktūros nei bakterinės chromosomos. Juos sudaranti DNR yra labai supakuota, nes yra susijusi su baltymais, vadinamais „histonais“.

Pagal centromero vietą

Centromeras yra chromosomų dalis, kurioje yra gana sudėtingas baltymų ir DNR derinys ir kuri atlieka pagrindinę funkciją ląstelių dalijimosi metu, nes ji yra atsakinga už „įsitikinimą“, kad įvyksta chromosomų atskyrimo procesas.

Pagal šio „komplekso“ (centromero) struktūrinę vietą kai kurie mokslininkai chromosomas suskirstė į 4 kategorijas:

- Metacentrinės chromosomos: tai yra tos, kurių centromeras yra centre, tai yra, kai centromeras atskiria chromosomų struktūrą į dvi vienodo ilgio dalis.

- Submetacentrinės chromosomos: chromosomos, kuriose centromeras nukrypsta nuo „centro“ ir prisideda prie ilgio „asimetrijos“ atsiradimo tarp dviejų ją skiriančių dalių.

- Akrocentrinės chromosomos: akrocentrinėse chromosomose pastebimas centromero „nuokrypis“, su kuriuo susidaro dvi labai skirtingo dydžio chromosomų sekcijos: viena labai ilga ir viena tikrai trumpa.

- Telocentrinės chromosomos: tos chromosomos, kurių centromeras yra struktūros galuose (telomerai).

Pagal funkciją

Organizmai, turintys lytinę reprodukciją ir turintys atskiras lytis, turi dviejų tipų chromosomas, kurios pagal savo funkciją yra skirstomos į lytines chromosomas ir autosomines chromosomas.

Autosominės chromosomos (arba autosomos) dalyvauja kontroliuojant visų gyvos būtybės savybių paveldėjimą, išskyrus lyties nustatymą. Pavyzdžiui, žmonės turi 22 poras autosomų chromosomų.

Lyties chromosomos , kaip rodo jų vardas, atlieka pagrindinę funkciją nustatant individų lytį, nes jos turi reikalingos informacijos, kad būtų galima išsivystyti daugeliui moterų ir vyrų lytinių požymių, kurie leidžia egzistuoti lytinis dauginimasis.

Funkcija

Pagrindinė chromosomų funkcija, be ląstelės genetinės medžiagos laikymo, sutankinimo, kad ją būtų galima laikyti, pernešti ir „nuskaityti“ branduolyje, yra užtikrinti genetinės medžiagos pasiskirstymą tarp ląstelių.

Kodėl? Nes kai chromosomos yra atskirtos ląstelių dalijimosi metu, replikacijos mechanizmas ištikimai „nukopijuoja“ kiekvienoje DNR grandinėje esančią informaciją, kad naujos ląstelės turėtų tą pačią informaciją kaip ir ląstelė, kuri jas sukėlė.

Be to, DNR susiejimas su baltymais, kurie yra chromatino dalis, leidžia apibrėžti kiekvienos chromosomos specifinę „teritoriją“, o tai turi didelę reikšmę genų ekspresijos ir tapatumo požiūriu. ląstelinis.

Chromosomos toli gražu nėra statiškos ar „inertiškos“ molekulės, iš tikrųjų yra visiškai priešingai, histonų baltymai, kurie bendradarbiauja sutraukiant kiekvieną DNR molekulę chromosomoje, taip pat dalyvauja dinamikoje, kurią turi padaryti perrašant ar nutildant tam tikras genomo dalis.

Taigi, chromosomų struktūra ne tik veikia organizme DNR branduolyje, bet ir nustato, kurie genai yra „skaitomi“, o kurie ne, tiesiogiai veikiantys jį pernešančių asmenų savybes.

Konstrukcija (dalys)

Chromosomos struktūrą galima išanalizuoti „mikroskopiniu“ (molekuliniu) ir „makroskopiniu“ (citologiniu) požiūriu.

- eukariotinės chromosomos molekulinė struktūra

Tipiška eukariotų chromosoma yra sudaryta iš linijinės dvigubos DNR molekulės, kuri gali būti šimtų milijonų bazinių porų ilgio. Ši DNR yra labai gerai organizuota skirtingais lygmenimis, todėl ją galima sutankinti.

Nukleosomos

Kiekvienos chromosomos DNR iš pradžių sutankinama ją „apvyniojant“ aplink histono baltymų oktamerį (H2A, H2B, H3 ir H4), sudarydami vadinamąją nukleosomą , kurios skersmuo yra 11 nanometrų.

Ryšys tarp histonų baltymų ir DNR yra įmanomas dėl elektrostatinės sąveikos, nes DNR yra neigiamai įkrauta, o histonai yra pagrindiniai baltymai, kuriuose gausu teigiamai įkrautų aminorūgščių liekanų.

Viena nukleosoma jungiasi su kita per jungiamąją sritį, kurią sudaro dalis DNR grandinės ir histono baltymo H1. Dėl šio sutankinimo susidariusi struktūra atrodo panaši į granulių eilutę ir sumažina DNR grandinės ilgį 7 kartus.

30 nm pluošto

DNR tampa dar kompaktiškesnė, kai chromatinas (DNR + histonai) nukleosomų pavidalu susisieja ant savęs, sudarydamas maždaug 30 nm skersmens pluoštą, kuris DNR grandinę sutankina dar 7 kartus,

Branduolinė matrica

30 nm pluoštas, savo ruožtu, siejamas su branduolinės matricos siūliniais baltymais (sluoksniuotosiomis medžiagomis), linijuojančiais vidinį branduolio membranos paviršių. Ši asociacija leidžia laipsniškai sutankinti pluoštą, nes susidaro „kilpų domenai“, kurie yra pritvirtinti prie matricos, organizuodami chromosomas apibrėžtose vietose branduolio viduje.

Svarbu pažymėti, kad chromosomų tankinimo lygis nėra vienodas visoje jų struktūroje. Yra vietų, kurios yra labai sutankintos, vadinamos heterochromatinu ir kurios genetiškai yra „tylios“.

Laisvesnės ar ramesnės struktūros vietos, į kurias replikacijos ar transkripcijos mechanizmai gali patekti santykinai lengvai, yra žinomos kaip euchromatinės vietos, kurios yra transkripciškai aktyvios genomo sritys.

- „Makroskopinė“ arba citologinė eukariotinės chromosomos struktūra

Kai ląstelė nedalijama, chromatinas yra matomas kaip „laisvas“ ir net „netvarkingas“. Tačiau ląstelių ciklui progresuojant, ši medžiaga kondensuojasi arba sutankėja ir leidžia vizualizuoti citologų aprašytas chromosomų struktūras.

Chromosomos struktūra: 1) Chromatidai; 2) Centromeras; 3) Trumpa ranka (p) ir 4) Ilga ranka (q) (Šaltinis:! Failas: Chromosome-upright.png Originali versija: Magnusas Manske'as, ši versija su vertikalia chromosoma: Vartotojas: Dietzel65Vektorius: darinys „Tryphon“ per „Wikimedia Commons“).

Centromeras

Ląstelių dalijimosi metafazės metu laikoma, kad kiekviena chromosoma yra sudaryta iš cilindrinių „chromatidų“, sujungtų tarpusavyje struktūros, vadinamos centrometru, poros.

Centromeras yra labai svarbi chromosomų dalis, nes tai yra vieta, prie kurios mitozinis verpstės jungiasi dalijimosi metu. Ši sąjunga leidžia atskirti chromatidus, kurie yra pritvirtinti per centromerą. Tai procesas, po kurio jie vadinami „dukterinėmis chromosomomis“.

Centromerą sudaro baltymų ir DNR kompleksas, formuojamas kaip „mazgas“, o jo vieta išilgai chromatido struktūros daro tiesioginę įtaką kiekvienos chromosomos morfologijai branduolio dalijimosi metu.

Specializuotame centromero regione mokslininkai vadina kinetochorą, tai yra ta vieta, kurioje mitozinis verpstė jungiasi, kad atskirtų seserines chromatides ląstelių dalijimosi metu.

Ginklai

Centromero padėtis lemia ir dviejų sijų egzistavimą: trumpąją arba mažąją (p) ir didesniąją (q). Atsižvelgiant į tai, kad centromerų padėtis praktiškai nekinta, citologai aprašydami kiekvieną chromosomą naudoja nomenklatūrą „p“ ir „q“.

Telomerai

Tai yra specializuotos DNR sekos, kurios „apsaugo“ kiekvienos chromosomos galus. Jo apsauginė funkcija yra neleisti skirtingoms chromosomoms jungtis viena prie kitos per jų galus.

Šiems chromosomų regionams buvo skiriamas didelis dėmesys, nes mokslininkai mano, kad telomerinės sekos (kai DNR sudaro struktūras, sudėtingesnes nei dviguba spiralė) daro įtaką aplinkinių genų aktyvumui ir, be to, nustatant ląstelės ilgaamžiškumas.

Nuorodos

1. Bostock, CJ, & Sumner, AT (1978). Eukariotų chromosoma (102-103 psl.). Amsterdamas, Naujasis Srb, AM, Owen, RD ir Edgar, RS (1965). Bendroji genetika (Nr. 04; QH431, 1969, S69). San Franciskas: WH Freeman. Jorkas, Oksfordas: Šiaurės Olandijos leidybos įmonė.
2. Brookeris, R. (2014). Biologijos principai. „McGraw-Hill“ aukštasis mokslas.
3. Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, ir Santana Calderón, A. (2000). Genetikos principai.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ir Miller, JH (2005). Įvadas į genetinę analizę. Macmillanas.
5. Markings, S. (2018). Mokslas. Gauta 2019 m. Gruodžio 3 d. Iš www.sciencing.com/four-major-types-chromosomes-14674.html
6. Watsonas, JD (2004). Geno molekulinė biologija. „Pearson Education Indija“.