Chromosomen: was sie sind, Eigenschaften und wie sie funktionieren

Unsere DNA, die sich im Kern unserer Zellen befindet, ist in Form von Chromosomen organisiert organized, während der Zellteilung sichtbare Strukturen, die sowohl von Vätern als auch von Müttern vererbt werden.

In ihnen sind die Gene, die unsere anatomischen und Persönlichkeitsmerkmale kodieren. Sie sind nichts Einzigartiges für den Menschen, da jeder Organismus Chromosomen hat, wenn auch in unterschiedlichen Formen und Mengen.

Schauen wir uns genauer an, was sie sind, was ihre Bestandteile sind, was sie enthalten und was der Unterschied zwischen eukaryotischen Organismen und prokaryotischen Organismen ist.

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Was sind Chromosomen?

Chromosomen (von griechisch „chroma“, „Farbe, Färbung“ und „soma“, „Körper oder Element“) sind jeweils die hoch organisierten Strukturen aus DNA und Proteinen, in dem die meisten genetischen Informationen enthalten sind. Der Grund für ihren Namen liegt darin, dass sie bei ihrer Entdeckung der Tatsache zu verdanken sind, dass es sich um dunkel färbende Strukturen in Mikroskoppräparaten handelt.

Während sich Chromosomen in eukaryontischen Zellen im Zellkern befinden, ist dies während der Mitose und Meiose, wenn sich die Zelle teilt, präsentieren die Chromosomen ihre charakteristische X- (oder Y-) Form.

Die Anzahl der Chromosomen von Individuen derselben Art ist konstantDies ist ein weit verbreitetes Kriterium in den biologischen Wissenschaften, um zu bestimmen, wo eine Art beginnt und endet. Die Anzahl der Chromosomen einer Art wird mit einer Zahl angegeben, sie wird Ploidie genannt und wird durch 1n, 2n, 4n... je nach Zelltyp und den Eigenschaften des Organismus symbolisiert. Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, von denen ein Paar unser Geschlecht bestimmt.

Struktur und chemische Zusammensetzung von Chromatin

Die Chromosomen eukaryontischer Zellen sind lange Doppelhelix-DNA-Moleküle Sie sind eng mit Proteinen zweier Arten verwandt, Histone und Nicht-Histone.

Wie Chromosomen gefunden werden können, hängt von der Phase der Zelle ab. Sie können locker verdichtet und schlaff gefunden werden, wie in den Zellkernen an der Grenzfläche oder im Normalzustand, oder stark verdichtet und separat sichtbar, wie bei der mitotischen Metaphase, einer der Teilungsphasen Handy, Mobiltelefon.

Chromatin ist die Form, in der sich DNA im Zellkern manifestiert, und man könnte sagen, woraus Chromosomen bestehen. Diese Komponente besteht aus DNA, Histon- und Nicht-Histonproteinen sowie RNA.

1. Histone

Histone sind lysin- und argininreiche Proteine, die mit der DNA interagieren, um eine Untereinheit zu bilden, die als Nukleosom bezeichnet wird und sich im gesamten Chromatin wiederholt. Die wichtigsten Histone in eukaryotischen Organismen sind: H1, H2A, H2B, H3 und H4.

Die Gene, die Histone kodieren, sind in Nischen oder "Clustern" gruppiert, die sich zehn- bis hundertmal wiederholen. Jeder Cluster enthält Gene, die reich an G-C-Paaren (Guanin-Cytosin) sind und Histone kodieren in der folgenden Reihenfolge H1-H2A-H3-H2B-H4.

2. Nukleosom

Das Chromatin während der Grenzfläche kann mit einem Elektronenmikroskop beobachtet werden, das eine Form ähnlich der einer Halskette oder eines Rosenkranzes aufweist. Jede Perle an der Halskette ist eine kugelförmige Untereinheit, Nukleosom genannt, die mit DNA-Fasern verbunden ist und die Grundeinheit des Chromatins ist.

Ein Nukleosom ist normalerweise mit 200 Basenpaaren DNA assoziiert, gebildet von einer Medulla und einem Linker. Die Medulla besteht aus einem Oktamer aus zwei Untereinheiten der Histone H2A, H2B, H3 und H4. Um das Mark wird die DNA gewunden, was fast zwei Umdrehungen macht. Der Rest der DNA ist Teil des Linkers und interagiert mit Histon H1.

Die Assoziation von DNA mit Histone erzeugt Nukleosomen mit einem Durchmesser von etwa 100 Å (Ångström). Die Nukleosomen wiederum können zu einem Solenoid gewickelt werden, das die Chromatinfasern der Interphase-Kerne (300 Å) bildet. Sie können sich noch weiter verdrehen und Supersolenoide mit einem Durchmesser von 6000 Å bilden, die die Fasern von Metaphase-Chromosomen bilden.

3. Nichthistonische Proteine

Nicht-Histonproteine ​​sind andere Proteine ​​als Histone, die mit Natriumchlorid aus dem Chromatin der Kerne extrahiert werden (NaCl), einen hohen Anteil an basischen Aminosäuren (25%), einen hohen Anteil an sauren Aminosäuren (20-30%), einen hohen Anteil an Prolin (7 %) oder einen geringen Anteil an hydrophoben Aminosäuren aufweisen.

Teile von Chromosomen

Die Organisation des Chromatins ist nicht im gesamten Chromosom einheitlich. Man kann eine Reihe differenzierter Elemente unterscheiden: Zentromere, Telomere, Nukleolus-organisierende Regionen und Chronometer, die alle spezifische DNA-Sequenzen enthalten können.

1. Zentromere

Das Zentromer ist der Teil des Chromosoms, der bei Färbung weniger gefärbt erscheint als der Rest. Es ist der Bereich des Chromosoms, der mit den Fasern der achromatischen Spindel interagiert von Prophase zu Anaphase, sowohl in der Mitose als auch in der Meiose. Es ist verantwortlich für die Durchführung und Regulierung der Chromosomenbewegungen, die während der Phasen der Zellteilung auftreten.

2. Telomere

Telomere sind die gliedmaßenbildenden Teile der Chromosomen. Es handelt sich um Regionen, in denen sich nicht-kodierende DNA mit hoher Repetitivität befindet, deren Hauptfunktion die strukturelle Stabilität der Chromosomen in eukaryontischen Zellen ist.

3. Nucleolus organisierende Regionen

Neben Zentromeren und Telomeren, die als primäre Einschnürungen bezeichnet werdenIn einigen Chromosomen können andere Arten von dünnen Regionen gefunden werden, die als sekundäre Einschnürungen bezeichnet werden und eng mit dem Vorhandensein ribosomaler DNA-Sequenzen verbunden sind.

Diese Regionen sind die nukleolusorganisierenden Regionen (NORs). Die ribosomalen DNA-Sequenzen sind im Nukleolus eingeschlossen, der für einen Großteil des Zellzyklus von den NORs eingeschlossen bleibt.

4. Chromomere

Chromomere sind die dicken und kompakten Bereiche des Chromosoms, die mehr oder weniger gleichmäßig über das Chromosom verteilt sind und in den Phasen der Mitose oder Meiose mit geringerer Kondensation von Chromatin (Prophase) sichtbar gemacht werden können.

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Chromosomenform

Die Form der Chromosomen ist für alle somatischen (nicht-sexuellen) Zellen gleich und für jede Art charakteristisch. Die Form hängt grundsätzlich ab von die Lage des Chromosoms und seine Lage auf dem Chromatid.

Wie bereits erwähnt, besteht das Chromosom im Wesentlichen aus dem Zentromer, das das Chromosom in einen kurzen und einen langen Arm teilt. Die Position des Zentromers kann von Chromosom zu Chromosom variieren, wodurch sie unterschiedliche Formen haben.

1. Metazentrisch

Es ist das prototypische Chromosom, das Zentromer befindet sich in der Mitte des Chromosoms und die beiden Arme haben die gleiche Länge.

2. Submetazentrisch

Die Länge eines Chromosomenarms ist größer als der andere, aber das ist nicht sehr übertrieben.

3. Akrozentrisch

Ein Arm ist sehr kurz und der andere sehr lang.

4. Telozentrisch

Ein Arm des Chromosoms ist sehr kurz, das Zentromer befindet sich sehr an einem Ende.

Gesetz der Zahlenkonstanz

Normalerweise werden bei den meisten Tier- und Pflanzenarten alle Individuen derselben haben eine konstante und bestimmte Anzahl von Chromosomen, die seinen Karyotyp ausmachen. Diese Regel wird als Gesetz der numerischen Konstanz der Chromosomen bezeichnet. Bei den Menschen zum Beispiel präsentiert die überwiegende Mehrheit von uns 23 Paare davon.

Es stimmt jedoch, dass es Individuen gibt, die aufgrund von Fehlern in der Verteilung der Chromosomen während der Bildung von Gameten oder Geschlechtszellen erhalten sie eine unterschiedliche Anzahl von Chromosomen. Dies ist der Fall bei Erkrankungen wie Down-Syndrom (Trisomie des Chromosoms 21), Klinefelter (XXY-Männer), XYY-Männer und XXX-Frauen.

Die Anzahl der Chromosomen, die diploide Arten aufweisenWie in unserem Fall hat es zwei Chromosomenpaare jedes Typs und wird als 2n dargestellt. In haploiden Organismen, die nur einen Satz jedes Chromosoms enthalten, werden sie durch den Buchstaben n dargestellt. Es gibt polyploide Arten, die mehr als zwei Sätze jedes Chromosoms aufweisen und als 3n, 4n ...

So überraschend es klingen mag, es gibt keinen Zusammenhang zwischen der Anzahl der Chromosomen und ihrem Komplexitätsgrad. Es gibt Pflanzenarten, wie z Haploappus gracilis, das nur vier Chromosomen hat, während andere Gemüse, wie die Brotweizenpflanze, 42 mehr als unsere Art hat, aber es ist immer noch ein Gemüse ohne Gehirn oder andere Organe. Der Organismus mit den meisten bisher bekannten Chromosomen heißt Aulacantha, ist ein Mikroorganismus mit 1600 Chromosomen

Geschlechtschromosomen

In vielen Organismen unterscheidet sich eines der homologen Chromosomenpaare vom Rest und bestimmt das Geschlecht des Individuums. Diese Es passiert in der menschlichen Spezies und diese Chromosomen werden Geschlechtschromosomen oder Heterochromosomen genannt.

XY-Bestimmungssystem

Dies ist das Geschlechtsbestimmungssystem des Menschen und vieler anderer Tiere:

Weibchen sind XX (homogenes Weibchen), d.h. haben zwei X-Chromosomen und können nur Eier mit dem X-Chromosom liefern.

Die Männchen hingegen sind XY (heterogametische Männchen), haben ein X- und ein Y-Chromosom und können entweder mit dem einen oder dem anderen Spermien geben.

Die Vereinigung zwischen der Eizelle und dem Sperma gibt den Individuen entweder XX oder XY, wobei die Wahrscheinlichkeit 50% des einen oder anderen biologischen Geschlechts beträgt.

ZW-Bestimmungssystem

Dies ist das von anderen Arten, wie Schmetterlingen oder Vögeln. Im vorherigen Fall ist das Gegenteil der Fall, und aus diesem Grund wird es vorgezogen, andere Buchstaben zu verwenden, um Verwechslungen zu vermeiden.

Männchen sind ZZ (homogametisches Männchen) und Weibchen sind ZW (heterogametisches Weibchen).

XO-Bestimmungssystem

Und wenn sich das bisherige System nicht als sehr selten herausgestellt hat, wird dieses sicherlich niemanden gleichgültig lassen.

Es kommt hauptsächlich bei Fischen und Amphibien vor, aber auch bei einigen anderen Insekten, da sie kein anderes Geschlechtschromosom als X haben, d.h. habe nicht so etwas wie Y.

Das Geschlecht wird dadurch bestimmt, ob sie zwei X haben oder nur eines. Das Männchen ist XO, das heißt, es hat nur ein Geschlechtschromosom X, während das Weibchen XX ist und zwei hat.

Menschliche Chromosomen

Der Mensch hat 23 Chromosomenpaare, davon 22 Autosomen und ein Paar Geschlechtschromosomen. Je nachdem, ob Sie männlich oder weiblich sind, haben Sie die Geschlechtschromosomen XY bzw. XX.

Die Gesamtgröße des menschlichen Genoms, d. h. die Anzahl der Gene, die unsere Spezies besitzt, beträgt etwa 3.200 Millionen DNA-Basenpaare, die zwischen 20.000 und 25.000 Gene enthalten. Die kodierte menschliche DNA-Sequenz enthält die für die Expression des menschlichen Proteoms notwendigen Informationen, also die Menge der Proteine, die der Mensch synthetisiert, und das ist die Ursache dafür, dass wir so sind, wie wir sind.

Es wurde geschätzt, dass etwa 95 % der DNA, die mit Genen in Verbindung steht, nicht kodierender DNA entsprechen würde, die normalerweise als „Junk-DNA“ bezeichnet wird: Pseudogene, Fragmente von Genen, Introns... Obwohl angenommen wurde, dass diese DNA-Sequenzen chromosomale Regionen ohne Funktion sind, hat die Forschung dies in letzter Zeit in Frage gestellt Bejahung.

Das prokaryontische Chromosom

Prokaryontische Organismen, deren Reich das von Bakterien und Archaeen ist, haben nur ein Chromosom in kreisförmiger Form, obwohl es Ausnahmen von dieser Regel gibt. Dieser Chromosomentyp, der normalerweise als Bakterienchromosom bezeichnet wird, kann etwa 160.000 Basenpaare enthalten.

Dieses Chromosom ist über das Zytoplasma des Organismus verstreut, da diese Lebewesen keinen definierten Kern haben.

Bibliographische Referenzen:

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• Daintith, John et al., (1994), Biographical Encyclopedia of Scientists, zweite Auflage. Bristol, Großbritannien: Institute of Physics Publishing.