Хромозоми: какви са те, характеристики и как работят

Нашата ДНК, която се намира в ядрото на нашите клетки, е организирана под формата на хромозоми, структури, видими по време на клетъчното делене, които са наследени както от бащите, така и от майките.

В тях са гените, които кодират нашите анатомични и личностни характеристики. Те не са нещо уникално за хората, тъй като всеки организъм има хромозоми, макар и в различни форми и количества.

Нека разгледаме по-отблизо какви са те, какви са техните части, какво съдържат и каква е разликата между еукариотните организми и прокариотните организми.

• Свързана статия: "Основни клетъчни типове на човешкото тяло"

Какво представляват хромозомите

Хромозоми (от гръцки "chroma", "цвят, оцветяване" и "сома", "тяло или елемент") са всяка от високо организираните структури, изградени от ДНК и протеини, в която се намира по-голямата част от генетичната информация. Причината за името им се дължи на факта, че когато са били открити, това е благодарение на факта, че те са структури, които оцветяват тъмно в микроскопските препарати.

Докато хромозомите са в клетъчното ядро ​​в еукариотните клетки, това е по време на митоза и мейоза, когато клетката се раздели, хромозомите представят своята характерна X (или Y) форма.

Броят на хромозомите на индивиди от същия вид е постояненТова е широко използван критерий в биологичните науки, за да се определи къде даден вид започва и свършва. Броят на хромозомите на даден вид се посочва с число, нарича се Ploidy и се символизира с 1n, 2n, 4n... в зависимост от вида на клетката и характеристиките на организма. Човешките същества имат 23 двойки хромозоми, една двойка от които определя нашия пол.

Структура и химичен състав на хроматина

Хромозомите на еукариотните клетки са дълги двойни спирални ДНК молекули Те са тясно свързани с протеини от два вида, хистони и нехистони.

Начинът на откриване на хромозомите зависи от фазата на клетката. Те могат да бъдат намерени слабо уплътнени и разхлабени, както в ядрата на клетките на границата или в нормално състояние, или силно уплътнен и отделно видим, както се случва, когато настъпи митотична метафаза, една от фазите на разделяне Подвижен.

Хроматинът е формата, в която ДНК се проявява в клетъчното ядро, и може да се каже, че от това са изградени хромозомите. Този компонент се състои от ДНК, хистонови и нехистонови протеини, както и РНК.

1. Хистони

Хистоните са протеини, богати на лизин и аргинин, които взаимодействат с ДНК, за да образуват субединица, наречена нуклеозома, която се повтаря в целия хроматин. Основните хистони, открити в еукариотните организми, са: H1, H2A, H2B, H3 и H4.

Гените, които кодират хистони, са групирани в ниши или „клъстери“, които се повтарят от десетки до стотици пъти. Всеки клъстер съдържа гени, богати на двойки G-C (гуанин-цитозин), кодиращи хистони в следния ред H1-H2A-H3-H2B-H4.

2. Нуклеозома

Хроматинът, по време на интерфазата, може да се наблюдава с помощта на електронен микроскоп, представящ форма, подобна на тази на огърлица или броеница. Всяка перла на огърлицата е сферична субединица, наречена нуклеозома, свързана заедно с ДНК влакна и е основната единица хроматин.

Нуклеозома обикновено се свързва с 200 базови двойки ДНК, образуван от медула и линкер. Медулата се състои от октамер, направен от две субединици на хистоните H2A, H2B, H3 и H4. Около костния мозък ДНК се навива, като прави почти два завъртания. Останалата част от ДНК е част от линкера, взаимодействащ с хистон Н1.

Свързването на ДНК с хистони генерира нуклеозоми с диаметър около 100 Å (Ångström). На свой ред нуклеозомите могат да бъдат навити, за да образуват соленоид, който съставлява хроматиновите влакна на междуфазните ядра (300 Å). Те могат да се усукат още повече, образувайки супер соленоиди с диаметър 6000 Å, образувайки влакната на метафазните хромозоми.

3. Нехистонични протеини

Нехистоновите протеини са протеини, различни от хистони, които се извличат от хроматина на ядрата с натриев хлорид (NaCl), имат високо съдържание на основни аминокиселини (25%), високо съдържание на кисели аминокиселини (20-30%), висок дял на пролин (7%) или ниско съдържание на хидрофобни аминокиселини.

Части от хромозоми

Организацията на хроматина не е еднородна в цялата хромозома. Могат да бъдат разграничени поредица от диференцирани елементи: центромери, теломери, организиращи нуклеоли области и хронометри, всички от които могат да съдържат специфични ДНК последователности.

1. Центромери

Центромерата е частта от хромозомата, която при оцветяване изглежда по-малко оцветена в сравнение с останалите. Това е областта на хромозомата, която взаимодейства с влакната на ахроматичното вретено от профаза до анафаза, както при митоза, така и при мейоза. Той е отговорен за извършването и регулирането на хромозомните движения, които се случват по време на фазите на клетъчното делене.

2. Теломери

Теломерите са крайнообразуващите части на хромозомите. Те са региони, в които има некодираща ДНК, силно повтаряща се, чиято основна функция е структурната стабилност на хромозомите в еукариотните клетки.

3. Региони за организиране на нуклеоли

В допълнение към центромери и теломери, които се наричат ​​първични свиванияВ някои хромозоми могат да бъдат намерени други видове тънки области, наречени вторични свивания, които са тясно свързани с наличието на рибозомни ДНК последователности.

Тези региони са ядрените организиращи региони (NOR). Рибозомните ДНК последователности са обхванати в ядрото, което остава обхванато от NORs през по-голямата част от клетъчния цикъл.

4. Хромомери

Хромомерите са дебелите и компактни области на хромозомата, които се разпределят повече или по-малко равномерно по хромозомата и могат да се визуализират по време на фазите на митоза или мейоза с по-малко кондензация на хроматин (профаза).

• Може да се интересувате: "Разлики между ДНК и РНК"

Хромозомна форма

Формата на хромозомите е еднаква за всички соматични (несексуални) клетки и характерна за всеки вид. Формата зависи по същество от местоположението на хромозомата и нейното местоположение върху хроматидата.

Както вече споменахме, хромозомата се състои основно от центромерата, която разделя хромозомата на къса и дълга ръка. Положението на центромерата може да варира от хромозома до хромозома, придавайки им различни форми.

1. Метацентричен

Това е прототипната хромозома, като центромерата се намира в средата на хромозомата и двете рамена имат еднаква дължина.

2. Субметацентричен

Дължината на едното рамо на хромозомата е по-голямо от другото, но не е нещо много преувеличено.

3. Акроцентричен

Едната ръка е много къса, а другата е много дълга.

4. Телоцентричен

Едното рамо на хромозомата е много късо, като центромерата е към единия край.

Закон за числовото постоянство

Обикновено при повечето животински и растителни видове всички индивиди от един и същ имат постоянен и определен брой хромозоми, които съставляват неговия кариотип. Това правило се нарича закон за численото постоянство на хромозомите. Например, в случая с хората, по-голямата част от нас представя 23 двойки от тях.

Вярно е обаче, че има индивиди, които поради грешки в разпределението на хромозомите по време на образуването на гамети или полови клетки, те получават различен брой хромозоми. Това е случаят на медицински състояния като синдром на Даун (тризомия на хромозома 21), Klinefelter (XXY мъже) XYY мъже и XXX жени.

Броят на хромозомите, изложени от диплоидни видовеКакто е в нашия случай, той има две двойки хромозоми от всеки тип и е представен като 2n. В хаплоидните организми, т.е. които съдържат само по един набор от всяка хромозома, те са представени с буквата n. Има полиплоидни видове, които представят повече от два комплекта от всяка хромозома, представени като 3n, 4n ...

Колкото и изненадващо да изглежда, няма връзка между броя на хромозомите и тяхната степен на сложност. Има растителни видове, като например Haplopappus gracilis, който има само четири хромозоми, докато други зеленчуци, като растението хлебна пшеница, имат 42, повече от нашия вид, но все пак е зеленчук без мозък или други органи. Организмът с най-много известни към момента хромозоми се нарича Аулаканта, е микроорганизъм, който има 1600 хромозоми

Полови хромозоми

В много организми една от хомоложните хромозомни двойки се различава от останалите и определя пола на индивида. Това Това се случва в човешкия вид и тези хромозоми се наричат ​​полови хромозоми или хетерохромозоми.

XY система за определяне

Това е системата за определяне на пола на хората и много други животни:

Женските са XX (хомогенна женска), т.е. имат две Х хромозоми и ще могат да доставят яйцеклетки само с Х хромозомата.

Мъжките, от друга страна, са XY (хетерогаметичен мъж), имат X и Y хромозома и могат да дават сперматозоиди с единия или с другия.

Съюзът между яйцеклетката и спермата ще даде индивиди или XX или XY, вероятността да бъде 50% от това, че сте от единия или от другия биологичен пол.

Система за определяне на ZW

Това е на други видове, като пеперуди или птици. Обратният случай е в предишния случай и поради тази причина се предпочита да се използват други букви, за да се избегне объркване.

Мъжките са ZZ (хомогаметични мъжки), а женските са ZW (хетерогаметични женски).

XO система за определяне

И ако предишната система не се оказа много рядка, тази със сигурност няма да остави никого безразличен.

Среща се главно при риби и земноводни, а също и при някои други насекоми, тъй като те нямат полова хромозома, различна от X, т.е. нямат нещо като Y.

Сексът се определя от това дали имат два X или само един. Мъжът е XO, това означава, че той има само една полова хромозома, X, докато женската е XX, има две.

Човешки хромозоми

Хората имат 23 двойки хромозоми, 22 от които са автозоми и една двойка полови хромозоми. В зависимост от това дали сте мъж или жена, имате съответно половите хромозоми XY или XX.

Общият размер на човешкия геном, тоест броят на гените, с които разполага нашият вид, е около 3 200 милиона двойки ДНК основи, съдържащи между 20 000-25 000 гена. Кодираната човешка ДНК последователност съдържа информацията, необходима за експресията на човешкия протеом, тоест наборът от протеини, които човешките същества синтезират и това е причината да сме такива, каквито сме.

Изчислено е, че около 95% от ДНК, свързана с гени, ще съответства на некодираща ДНК, обикновено наричана „боклук ДНК“: псевдогени, фрагменти от гени, интрони... Въпреки че, въпреки че се смяташе, че тези ДНК последователности са хромозомни области без функция, напоследък изследванията поставят под съмнение това утвърждаване.

Прокариотната хромозома

Прокариотните организми, чиито царства са тези на бактериите и археите, имат само една хромозома в кръгла форма, въпреки че е вярно, че има изключения от това правило. Този тип хромозома, обикновено наричана бактериална хромозома, може да съдържа около 160 000 базови двойки.

Тази хромозома е разпръсната из цитоплазмата на организма, тъй като тези живи същества нямат определено ядро.

Библиографски справки:

• Олинс, Д. И.; Олинс, А. L. (2003), Хроматинова история: нашият поглед от моста, Nature Reviews Molecular Cell Biology 4 (10): 809-13
• Кроу, Е. W.; Кроу, Дж. F. (2002), 100 години преди: Уолтър Сътън и хромозомната теория за наследствеността, Генетика 160 (1): 1-4
• Daintith, John, et al., (1994), Биографична енциклопедия на учените, второ издание. Бристол, Великобритания: Издателски институт по физика.