Den här artikeln kommer att diskutera strukturer hos eukaryota celler som kromosomer, vars struktur och funktion studeras av en gren av biologi som kallas cytologi.
Upptäcktshistorik
Eftersom de är huvudkomponenterna i cellkärnan, upptäcktes kromosomerna på 1800-talet av flera forskare samtidigt. Den ryske biologen I. D. Chistyakov studerade dem i processen med mitos (celldelning), den tyske anatomen Waldeyer upptäckte dem under beredningen av histologiska preparat och kallade dem kromosomer, det vill säga färgning av kroppar för den snabba reaktionen av dessa strukturer när de interagerar med organiskt färgämne fuchsin.
Fleming sammanfattade de vetenskapliga fakta om funktionen hos kromosomer i celler med en bildad kärna.
Kromosomernas yttre struktur
Dessa mikroskopiska formationer finns i kärnorna - de viktigaste organellerna i cellen, och fungerar som en plats för lagring och överföring av ärftlig information från en given organism. Kromosomerinnehåller ett speciellt ämne - kromatin. Det är ett konglomerat av tunna filament - fibriller och granulat. Ur kemisk synvinkel är detta en kombination av linjära DNA-molekyler (det finns cirka 40 %) med specifika histonproteiner.
Komplex, som inkluderar 8 peptidmolekyler och DNA-strängar, tvinnade på proteinkulor, som på spolar, kallas nukleosomer. Deoxiribonukleinsyraregionen bildar 1,75 varv runt skaftdelen och är en ellipsoid ungefär 10 nanometer lång och 5-6 bred. Närvaron av dessa strukturer (kromosomer) i kärnan är ett systematiskt inslag i cellerna i eukaryota organismer. Det är i form av nukleosomer som kromosomerna har funktionen att bevara och överföra alla genetiska egenskaper.
Beroende av kromosomens struktur av cellcykelns fas
Om en cell befinner sig i ett tillstånd av interfas, som kännetecknas av dess tillväxt och intensiva metabolism, men frånvaron av delning, så ser kromosomerna i kärnan ut som tunna despiraliserade trådar - kromonem. Vanligtvis är de sammanflätade, och det är omöjligt att visuellt separera dem i separata strukturer. I ögonblicket för celldelning, som kallas mitos i somatiska celler, och meios i könsceller, börjar kromosomerna att spiralforma och tjockna och blir tydligt synliga under ett mikroskop.
Nivåer av kromosomorganisation
Härftlighetsenheterna är kromosomer, vetenskapen om genetikstudier i detalj. Forskare har funnit att nukleosomala filamentet,innehållande DNA och histonproteiner bildar en första ordningens helix. Tät packning av kromatin uppstår på grund av bildandet av en högre ordningsstruktur - en solenoid. Den självorganiserar och kondenserar till en ännu mer komplex superspole. Alla ovanstående nivåer av kromosomorganisation äger rum under förberedelsen av cellen för delning.
Det är i den mitotiska cykeln som de strukturella enheterna för ärftlighet, bestående av gener som innehåller DNA, förkortas och förtjockas jämfört med de filamentösa kromonemen i interfasperioden med cirka 19 tusen gånger. I en sådan kompakt form blir kärnans kromosomer, vars funktioner är att överföra organismens ärftliga egenskaper, redo för delning av somatiska celler eller könsceller.
kromosommorfologi
Kromosomernas funktioner kan förklaras genom att studera deras morfologiska egenskaper, som bäst ses i den mitotiska cykeln. Det har bevisats att även i det syntetiska stadiet av interfas fördubblas massan av DNA i cellen, eftersom var och en av de dotterceller som bildas som ett resultat av delning måste ha samma mängd ärftlig information som den ursprungliga modern. Detta uppnås som ett resultat av redupliceringsprocessen - självfördubbling av DNA, som sker med deltagande av enzymet DNA-polymeras.
I cytologiska preparat framställda vid tiden för mitosens metafas, i växt- eller djurceller under ett mikroskop, ser man tydligt att varje kromosom består av två delar, som kallaskromatider. I de ytterligare faserna av mitos - anafas och speciellt telofas - är de helt separerade, vilket resulterar i att varje kromatid blir en separat kromosom. Den innehåller en kontinuerligt komprimerad DNA-molekyl, såväl som lipider, sura proteiner och RNA. Av mineralämnena innehåller den magnesium- och kalciumjoner.
Auxiliary strukturella element i kromosomen
För att funktionerna hos kromosomerna i cellen ska kunna utföras till fullo har dessa ärftlighetsenheter en speciell anordning - den primära förträngningen (centromeren), som aldrig spiraliseras. Det är hon som delar upp kromosomen i två delar, så kallade axlar. Beroende på placeringen av centromeren klassificerar genetiker kromosomerna som likaarmade (metacentriska), ojämlika armade (submetacentriska) och akrocentriska. På de primära förträngningarna bildas speciella formationer - kinetochorer, som är skivformade proteinkulor som ligger på båda sidor av centromeren. Själva kinetokorerna består av två sektioner: de yttre är i kontakt med mikrofilament (trådspindelgängor), fästa vid dem.
På grund av reduktionen av filament (mikrofilament) utförs en strikt ordnad fördelning av kromatiderna som utgör kromosomen mellan dotterceller. Vissa kromosomer har en eller flera sekundära förträngningar som inte deltar i mitos, eftersom fissionsspindeltrådar inte kan fästa vid dem, men det är dessa sektioner (sekundära förträngningar) som ger kontroll över syntesen av nukleoler - organeller som svararför bildandet av ribosomer.
Vad är en karyotyp
Välkända genetiska forskare Morgan, N. Koltsov, Setton studerade i början av 1900-talet noggrant kromosomer, deras struktur och funktioner i somatiska celler och könsceller - könsceller. De fann att varje cell av alla biologiska arter kännetecknas av ett visst antal kromosomer som har en specifik form och storlek. Det föreslogs att kalla hela uppsättningen kromosomer i kärnan i en somatisk cell för en karyotyp.
I populärlitteraturen identifieras karyotypen ofta med kromosomuppsättningen. I själva verket är dessa inte identiska begrepp. Till exempel, hos människor är karyotypen 46 kromosomer i kärnorna i somatiska celler och betecknas med den allmänna formeln 2n. Men sådana celler som till exempel hepatocyter (leverceller) har flera kärnor, deras kromosomuppsättning betecknas som 2n2=4n eller 2n4=8n. Det vill säga antalet kromosomer i sådana celler kommer att vara mer än 46, även om karyotypen av hepatocyter är 2n, det vill säga 46 kromosomer.
Antalet kromosomer i könsceller är alltid två gånger mindre än i somatiska (i kroppens celler), en sådan mängd kallas haploid och betecknas som n. Alla andra celler i kroppen har en uppsättning 2n, som kallas diploid.
Morgans kromosomteori om ärftlighet
Den amerikanske genetikern Morgan upptäckte lagen om länkat arv av gener, och genomförde experiment på hybridisering av fruktflugor-Drosophila. Tack vare hans forskning studerades funktionerna hos könscellers kromosomer. Morgan bevisade att gener finns i angränsandeloci av samma kromosom ärvs övervägande tillsammans, det vill säga länkade. Om generna är långt ifrån varandra i kromosomen, är korsning möjlig mellan systerkromosomerna - utbyte av sektioner
Tack vare Morgans forskning skapades genetiska kartor som studerar kromosomernas funktioner och som används i stor utsträckning i genetiska konsultationer för att lösa frågor om möjliga patologier hos kromosomer eller gener som leder till ärftliga sjukdomar hos människor. Vikten av forskarens slutsatser kan inte överskattas.
I den här artikeln undersökte vi strukturen och funktionerna hos kromosomerna som de utför i cellen.
