Denne artikel vil diskutere strukturer af eukaryote celler som kromosomer, hvis struktur og funktion studeres af en gren af biologien kaldet cytologi.
Opdagelseshistorik
Som hovedkomponenterne i cellekernen blev kromosomer opdaget i det 19. århundrede af flere videnskabsmænd på én gang. Den russiske biolog I. D. Chistyakov studerede dem i processen med mitose (celledeling), den tyske anatom Waldeyer opdagede dem under fremstillingen af histologiske præparater og kaldte dem kromosomer, det vil sige farvning af kroppe til hurtig reaktion af disse strukturer, når de interagerer med organisk farvestof fuchsin.
Fleming opsummerede de videnskabelige fakta om funktionen af kromosomer i celler med en dannet kerne.
Ydre struktur af kromosomer
Disse mikroskopiske formationer er placeret i kernerne - cellens vigtigste organeller, og tjener som et sted for lagring og overførsel af arvelig information fra en given organisme. Kromosomerindeholder et særligt stof - kromatin. Det er et konglomerat af tynde filamenter - fibriller og granulat. Fra et kemisk synspunkt er dette en kombination af lineære DNA-molekyler (der er ca. 40%) med specifikke histonproteiner.
Komplekser, som omfatter 8 peptidmolekyler og DNA-strenge, snoet på proteinkugler, ligesom på spoler, kaldes nukleosomer. Deoxyribonukleinsyreregionen danner 1,75 omdrejninger omkring stilkdelen og er en ellipsoide på ca. 10 nanometer lang og 5-6 bred. Tilstedeværelsen af disse strukturer (kromosomer) i kernen er et systematisk træk ved cellerne i eukaryote organismer. Det er i form af nukleosomer, at kromosomer udfører funktionen med at bevare og overføre alle genetiske egenskaber.
Afhængighed af kromosomets struktur af cellecyklusfasen
Hvis en celle er i en tilstand af interfase, som er karakteriseret ved dens vækst og intensive stofskifte, men fraværet af deling, så ligner kromosomerne i kernen tynde despiraliserede tråde - kromonemer. Norm alt er de sammenflettet, og det er umuligt visuelt at adskille dem i separate strukturer. I tidspunktet for celledeling, som kaldes mitose i somatiske celler, og meiose i kønsceller, begynder kromosomerne at spiralforme og blive tykkere og bliver tydeligt synlige under et mikroskop.
Niveauer af kromosomorganisering
Arvelighedsenhederne er kromosomer, videnskaben om genetiske undersøgelser i detaljer. Forskere har fundet ud af, at det nukleosomale filament,indeholdende DNA og histonproteiner danner en førsteordens helix. Tæt pakning af kromatin opstår på grund af dannelsen af en højere ordens struktur - en solenoide. Den organiserer sig selv og kondenserer til en endnu mere kompleks superspole. Alle de ovennævnte niveauer af kromosomorganisering finder sted under forberedelsen af cellen til deling.
Det er i den mitotiske cyklus, at de strukturelle enheder for arv, bestående af gener, der indeholder DNA, forkortes og fortykkes i forhold til de filamentøse kromonemer i interfaseperioden med omkring 19 tusind gange. I en så kompakt form bliver kernens kromosomer, hvis funktioner er at overføre organismens arvelige karakteristika, klar til deling af somatiske celler eller kønsceller.
kromosommorfologi
Kromosomernes funktioner kan forklares ved at studere deres morfologiske træk, som bedst ses i den mitotiske cyklus. Det er blevet bevist, at selv i den syntetiske fase af interfase fordobles massen af DNA i cellen, da hver af de datterceller, der dannes som følge af deling, skal have samme mængde arvelig information som den oprindelige mor. Dette opnås som et resultat af processen med reduplikation - selvfordoblingen af DNA, som sker med deltagelse af enzymet DNA-polymerase.
I cytologiske præparater fremstillet på tidspunktet for mitosens metafase, i plante- eller dyreceller under et mikroskop, ses det tydeligt, at hvert kromosom består af to dele, kaldetkromatider. I de yderligere faser af mitose - anafase og især telofase - er de fuldstændig adskilt, som et resultat af hvilket hvert kromatid bliver et separat kromosom. Den indeholder et kontinuerligt komprimeret DNA-molekyle samt lipider, sure proteiner og RNA. Af mineralske stoffer indeholder det magnesium- og calciumioner.
Kromosomets strukturelle hjælpeelementer
For at kromosomernes funktioner i cellen kan udføres fuldt ud, har disse arvelige enheder en speciel enhed - den primære indsnævring (centromer), som aldrig spiraliserer. Det er hende, der deler kromosomet i to dele, kaldet skuldre. Afhængigt af placeringen af centromeren klassificerer genetikere kromosomer som ligearmede (metacentriske), uligearmede (submetacentriske) og akrocentriske. På de primære indsnævringer dannes specielle formationer - kinetochorer, som er skiveformede proteinkugler placeret på begge sider af centromeren. Selve kinetochorerne består af to sektioner: de ydre er i kontakt med mikrofilamenter (filament spindeltråde), der fæstnes til dem.
På grund af reduktionen af filamenter (mikrofilamenter) udføres en strengt ordnet fordeling af kromatider, der udgør kromosomet, mellem datterceller. Nogle kromosomer har en eller flere sekundære forsnævringer, der ikke deltager i mitosen, da fissionsspindeltråde ikke kan fæstne sig til dem, men det er disse sektioner (sekundære forsnævringer), der giver kontrol over syntesen af nukleoler - organeller, der reagerertil dannelse af ribosomer.
Hvad er en karyotype
Velkendte genetiske videnskabsmænd Morgan, N. Koltsov, Setton studerede i begyndelsen af det 20. århundrede omhyggeligt kromosomer, deres struktur og funktioner i somatiske celler og kønsceller - kønsceller. De fandt ud af, at hver celle af alle biologiske arter er karakteriseret ved et vist antal kromosomer, der har en bestemt form og størrelse. Det blev foreslået at kalde hele sættet af kromosomer i kernen af en somatisk celle for en karyotype.
I populærlitteratur identificeres karyotypen ofte med kromosomsættet. Faktisk er disse ikke identiske begreber. For eksempel er karyotypen hos mennesker 46 kromosomer i kernerne i somatiske celler og er angivet med den generelle formel 2n. Men sådanne celler som for eksempel hepatocytter (leverceller) har flere kerner, deres kromosomsæt er betegnet som 2n2=4n eller 2n4=8n. Det vil sige, at antallet af kromosomer i sådanne celler vil være mere end 46, selvom karyotypen af hepatocytter er 2n, det vil sige 46 kromosomer.
Antallet af kromosomer i kønsceller er altid to gange mindre end i somatiske (i kroppens celler), et sådant sæt kaldes haploid og betegnes som n. Alle andre celler i kroppen har et sæt på 2n, som kaldes diploid.
Morgans kromosomteori om arvelighed
Den amerikanske genetiker Morgan opdagede loven om koblet nedarvning af gener ved at udføre eksperimenter med hybridisering af frugtfluer-Drosophila. Takket være hans forskning blev funktionerne af kønscellernes kromosomer undersøgt. Morgan beviste, at gener er placeret i nabolandetloci af det samme kromosom nedarves overvejende sammen, det vil sige bundet. Hvis generne er langt fra hinanden i kromosomet, så er krydsning mulig mellem søsterkromosomerne - udveksling af sektioner
Takket være Morgans forskning blev der skabt genetiske kort, der studerer kromosomernes funktioner og er meget brugt i genetiske konsultationer for at løse spørgsmål om mulige patologier af kromosomer eller gener, der fører til arvelige sygdomme hos mennesker. Vigtigheden af videnskabsmandens konklusioner kan ikke overvurderes.
I denne artikel undersøgte vi strukturen og funktionerne af kromosomer, som de udfører i cellen.
