Chromosomy: czym są, cechy i jak działają

Nasze DNA, które znajduje się w jądrze naszych komórek, jest zorganizowane w formie chromosomów, struktury widoczne podczas podziału komórki, które są dziedziczone zarówno po ojcach, jak i matkach.

W nich są geny, które kodują nasze cechy anatomiczne i osobowości. Nie są czymś wyjątkowym dla ludzi, ponieważ każdy organizm ma chromosomy, chociaż w różnych kształtach i ilościach.

Przyjrzyjmy się bliżej, czym one są, jakie są ich części, co zawierają i jaka jest różnica między organizmami eukariotycznymi a organizmami prokariotycznymi.

• Powiązany artykuł: „Główne typy komórek ludzkiego ciała"

Czym są chromosomy

Chromosomy (z greckiego „chroma”, „kolor, barwienie” i „soma”, „ciało lub element”) to każda z wysoce zorganizowanych struktur składających się z DNA i białek, w którym znajduje się większość informacji genetycznej. Powodem ich nazwy jest fakt, że kiedy zostały odkryte, to dzięki temu, że są to struktury, które zabarwiają się na ciemno w preparatach mikroskopowych.

Podczas gdy chromosomy znajdują się w jądrze komórkowym w komórkach eukariotycznych, dzieje się to podczas mitozy i mejoza, gdy komórka się dzieli, chromosomy prezentują swój charakterystyczny kształt X (lub Y).

Liczba chromosomów osobników tego samego gatunku jest stałaJest to szeroko stosowane kryterium w naukach biologicznych w celu określenia, gdzie gatunek zaczyna się i kończy. Liczba chromosomów gatunku jest określona liczbą, nazywa się to Ploidią i jest symbolizowana przez 1n, 2n, 4n... w zależności od typu komórki i cech organizmu. Istoty ludzkie mają 23 pary chromosomów, z których jedna decyduje o naszej płci.

Struktura i skład chemiczny chromatyny

Chromosomy komórek eukariotycznych są długie cząsteczki DNA z podwójną helisą Są one blisko spokrewnione z białkami dwóch typów, histonami i niehistonami.

To, jak można znaleźć chromosomy, zależy od fazy komórki. Można je znaleźć luźno zbite i luźne, jak w jądrach komórek na styku lub w stanie normalnym, lub silnie zagęszczony i oddzielnie widoczny, jak to ma miejsce, gdy występuje metafaza mitotyczna, jedna z faz podziału mobilny.

Chromatyna to forma, w której DNA manifestuje się w jądrze komórkowymi można powiedzieć, że z tego właśnie zbudowane są chromosomy. Składnik ten składa się z DNA, białek histonowych i niehistonowych, a także RNA.

1. Histony

Histony to białka bogate w lizynę i argininę, które oddziałują z DNA, tworząc podjednostkę zwaną nukleosomem, która jest powtarzana w całej chromatynie. Główne histony występujące w organizmach eukariotycznych to: H1, H2A, H2B, H3 i H4.

Geny kodujące histony są pogrupowane w nisze lub „klastry”, które powtarzają się od dziesiątek do setek razy. Każdy klaster zawiera geny bogate w pary G-C (guanina-cytozyna), kodujące histony w następującej kolejności H1-H2A-H3-H2B-H4.

2. Nukleosom

Chromatynę podczas interfazy można obserwować pod mikroskopem elektronowym, prezentując kształt zbliżony do naszyjnika lub różańca. Każda perła na naszyjniku to kulista podjednostka, zwana nukleosomem, połączona ze sobą włóknami DNA i jest podstawową jednostką chromatyny.

Nukleosom jest zwykle związany z 200 parami zasad DNA, utworzony przez rdzeń i łącznik. Rdzeń składa się z oktameru złożonego z dwóch podjednostek histonów H2A, H2B, H3 i H4. Wokół szpiku DNA nawija się, wykonując prawie dwa obroty. Reszta DNA jest częścią łącznika, oddziałując z histonem H1.

Połączenie DNA z histonami generuje nukleosomy o średnicy około 100 Å (angström). Z kolei nukleosomy można zwinąć, tworząc solenoid, który stanowi włókna chromatyny jąder międzyfazowych (300 Å). Mogą skręcać się jeszcze bardziej, tworząc super solenoidy o średnicy 6000 Å, tworząc włókna chromosomów metafazowych.

3. Białka niehistoniczne

Białka niehistonowe są białka inne niż histony, które są ekstrahowane z chromatyny jąder za pomocą chlorku sodu (NaCl), mają wysoką zawartość aminokwasów zasadowych (25%), wysoką zawartość aminokwasów kwaśnych (20-30%), wysoki udział proliny (7%) lub niską zawartość aminokwasów hydrofobowych.

Części chromosomów

Organizacja chromatyny nie jest jednolita w całym chromosomie. Można wyróżnić szereg zróżnicowanych elementów: centromery, telomery, regiony organizujące jąderka i chronometry, z których wszystkie mogą zawierać określone sekwencje DNA.

1. Centromery

Centromer jest częścią chromosomu, która po zabarwieniu wydaje się mniej zabarwiona w porównaniu z resztą. Jest to obszar chromosomu, który oddziałuje z włóknami wrzeciona achromatycznego od profazy do anafazy, zarówno w mitozie, jak i mejozie. Odpowiada za przeprowadzanie i regulowanie ruchów chromosomowych zachodzących podczas faz podziału komórki.

2. Telomery

Telomery to części chromosomów tworzące kończyny. Są to regiony, w których znajduje się niekodujący DNA, wysoce powtarzalny, którego główną funkcją jest strukturalna stabilność chromosomów w komórkach eukariotycznych.

3. Regiony organizujące jąderko

Oprócz centromerów i telomerów, które nazywane są zwężeniami pierwotnymiW niektórych chromosomach można znaleźć inne typy cienkich obszarów, zwane zwężeniami wtórnymi, które są ściśle związane z obecnością rybosomalnych sekwencji DNA.

Regiony te to regiony organizujące jąderka (NOR). Sekwencje rybosomalnego DNA są objęte jąderkiem, które pozostaje objęte przez NOR przez większą część cyklu komórkowego.

4. Chromomery

Chromomery to grube i zwarte regiony chromosomu, które są rozmieszczone mniej więcej równomiernie wzdłuż chromosomu i można je uwidocznić w fazach mitozy lub mejozy z mniejszą kondensacją chromatyny (profaza).

• Możesz być zainteresowany: "Różnice między DNA a RNA"

Kształt chromosomu

Kształt chromosomów jest taki sam dla wszystkich komórek somatycznych (niepłciowych) i charakterystyczny dla każdego gatunku. Forma zależy zasadniczo od lokalizacja chromosomu i jego lokalizacja na chromatydzie.

Jak już wspomnieliśmy, chromosom składa się w zasadzie z centromeru, który dzieli chromosom na krótkie i długie ramię. Pozycja centromeru może się różnić w zależności od chromosomu, nadając im różne kształty.

1. Metacentryczna

Jest to prototypowy chromosom, którego centromer znajduje się w środku chromosomu, a oba ramiona mają tę samą długość.

2. Submetacentryczny

Długość jednego ramienia chromosomu jest większa niż drugiego, ale nie jest to coś bardzo przesadzonego.

3. Akrocentryczny

Jedno ramię jest bardzo krótkie, a drugie bardzo długie.

4. Telocentryczny

Jedno ramię chromosomu jest bardzo krótkie, a centromer znajduje się bardzo blisko jednego końca.

Prawo stałości liczbowej

Zwykle u większości gatunków zwierząt i roślin wszystkie osobniki tego samego mają stałą i określoną liczbę chromosomów, które stanowią jego kariotyp. Ta zasada nazywa się prawem stałości liczbowej chromosomów. Na przykład w przypadku ludzi zdecydowana większość z nas ma 23 pary.

Prawdą jest jednak, że są osoby, które z powodu błędów w rozmieszczeniu chromosomów Podczas tworzenia gamet lub komórek płciowych otrzymują różną liczbę chromosomy. Tak jest w przypadku schorzeń, takich jak zespół Downa (trisomia chromosomu 21), Klinefelter (XXY mężczyźni), XYY mężczyźni i XXX kobiety.

Liczba chromosomów wykazywana przez gatunki diploidalneTak jak w naszym przypadku, ma dwie pary chromosomów każdego typu i jest reprezentowane jako 2n. W organizmach haploidalnych, czyli zawierających tylko jeden zestaw każdego chromosomu, są one reprezentowane przez literę n. Istnieją gatunki poliploidalne, które prezentują więcej niż dwa zestawy każdego chromosomu, reprezentowane jako 3n, 4n ...

Choć może się to wydawać zaskakujące, nie ma związku między liczbą chromosomów a ich stopniem złożoności. Istnieją gatunki roślin, takie jak Haplopappus gracilis, który ma tylko cztery chromosomy, podczas gdy inne warzywa, takie jak pszenica chlebowa, mają 42, więcej niż nasz gatunek, ale wciąż jest warzywem bez mózgu i innych organów. Organizm z największą dotychczasową liczbą chromosomów nazywa się Aulacantha, to mikroorganizm posiadający 1600 chromosomów

Chromosomy płciowe

W wielu organizmach jedna z par chromosomów homologicznych różni się od pozostałych i określa płeć osobnika. To Dzieje się tak u ludzi, a chromosomy te nazywane są chromosomami płci lub heterochromosomami.

System oznaczania XY

Oto system determinacji płci ludzi i wielu innych zwierząt:

Samice to XX (jednorodna samica), to znaczy mają dwa chromosomy X i będą w stanie dostarczyć jaja tylko z chromosomem X X.

Samce, z drugiej strony, to XY (mężczyzna heterogametyczny), mający chromosom X i Y i mogący dawać plemniki jednym lub drugim.

Połączenie między komórką jajową a plemnikiem da osobniki lub XX lub XY, przy czym prawdopodobieństwo wynosi 50% przynależności do jednej lub drugiej płci biologicznej.

System oznaczania ZW

Dotyczy to innych gatunków, takich jak motyle czy ptaki. W poprzednim przypadku sytuacja jest odwrotna i z tego powodu preferowane jest używanie innych liter, aby uniknąć nieporozumień.

Samce to ZZ (samiec homogametyczny), a samice to ZW (samica heterogametyczna).

System oznaczania XO

A jeśli poprzedni system nie okazał się bardzo rzadki, to ten z pewnością nie pozostawi nikogo obojętnym.

Występuje głównie u ryb i płazów, a także u niektórych innych owadów, ponieważ nie mają one innego chromosomu płci niż X, czyli nie masz czegoś takiego jak Y.

Płeć zależy od tego, czy mają dwa X, czy tylko jeden. Samiec to XO, co oznacza, że ​​ma tylko jeden chromosom płciowy, X, podczas gdy kobieta to XX, mając dwa.

Ludzkie chromosomy

Ludzie mają 23 pary chromosomów, z których 22 to autosomy i jedną parę chromosomów płci. W zależności od tego, czy jesteś mężczyzną czy kobietą, masz chromosomy płciowe odpowiednio XY lub XX.

Całkowity rozmiar ludzkiego genomu, czyli liczba genów, które posiada nasz gatunek, wynosi około 3200 milionów par zasad DNA, zawierających od 20 000 do 25 000 genów. Zakodowana sekwencja ludzkiego DNA zawiera informacje niezbędne do ekspresji ludzkiego proteomu, to znaczy zestaw białek, które ludzie syntetyzują i który jest przyczyną tego, że jesteśmy tacy, jacy jesteśmy.

Szacuje się, że około 95% DNA związanego z genami będzie odpowiadać niekodującemu DNA, zwykle zwanemu „śmieciowym DNA”: pseudogenom, fragmentom genów, introny... Chociaż, chociaż sądzono, że te sekwencje DNA są regionami chromosomowymi bez funkcji, ostatnio badania zakwestionowały to afirmacja.

Chromosom prokariotyczny

Organizmy prokariotyczne, których królestwami są bakterie i archeony, mają tylko jeden chromosom w formie kolistej, choć prawdą jest, że od tej reguły są wyjątki. Ten typ chromosomu, zwykle nazywany chromosomem bakteryjnym, może zawierać około 160 000 par zasad.

Ten chromosom jest rozproszony w cytoplazmie organizmu, ponieważ te żywe istoty nie mają określonego jądra.

Odniesienia bibliograficzne:

• Olins, D. I.; Olins, A. L. (2003), Historia chromatyny: nasz widok z mostu, Nature Reviews Molecular Cell Biology 4 (10): 809-13
• Wrona, E. W.; Wrona, J. FA. (2002), 100 lat temu: Walter Sutton i chromosomowa teoria dziedziczności, Genetyka 160 (1): 1-4
• Daintith, John i in., (1994), Biographical Encyclopedia of Scientists, wydanie drugie. Bristol, Wielka Brytania: Institute of Physics Publishing.