Хромосоми: що це таке, характеристики та як вони працюють

Наша ДНК, яка знаходиться в ядрі наших клітин, організована у вигляді хромосом, структури, видимі під час поділу клітин, які успадковуються як від батьків, так і від матерів.

У них є гени, що кодують наші анатомічні та особистісні характеристики. Вони не є чимось унікальним для людини, оскільки кожен організм має хромосоми, хоча в різних формах і кількостях.

Давайте детальніше розглянемо, що вони собою являють, які їх частини, що вони містять і яка різниця між еукаріотичними організмами та прокаріотичними.

• Пов’язана стаття: "Основні типи клітин людського тіла"

Що таке хромосоми

Хромосоми (від грецького "кольоровість", "колір, фарбування" та "сома", "тіло або елемент") - кожна з високоорганізованих структур, що складається з ДНК та білків, в якому знайдено більшу частину генетичної інформації. Причина їх назви пов’язана з тим, що коли вони були виявлені, це було завдяки тому, що вони є структурами, які темно фарбуються в мікроскопських препаратах.

Поки хромосоми знаходяться в клітинному ядрі еукаріотичних клітин, це під час мітозу і мейоз, коли клітина ділиться, хромосоми мають свою характерну X (або Y) форму.

Кількість хромосом особин одного виду є постійноюЦе широко використовуваний критерій в біологічних науках для визначення того, де вид починається і закінчується. Кількість хромосом виду позначається цифрою, вона називається плоїдністю і символізується 1n, 2n, 4n... залежно від типу клітини та особливостей організму. Людина має 23 пари хромосом, одна пара яких визначає нашу стать.

Будова та хімічний склад хроматину

Хромосоми еукаріотичних клітин є довгі молекули ДНК із подвійною спіраллю Вони тісно пов’язані з білками двох типів - гістонами та негістонами.

Спосіб виявлення хромосом залежить від фази клітини. Їх можна знайти слабо ущільненими та в’ялими, як у ядрах клітин на межі розділу або в нормальному стані, або сильно ущільнений і окремо помітний, як це відбувається, коли відбувається мітотична метафаза, одна з фаз поділу мобільний.

Хроматин - це форма, в якій ДНК проявляється в ядрі клітини, і можна сказати, саме з цього зроблені хромосоми. Цей компонент складається з ДНК, гістонічних та негістонічних білків, а також РНК.

1. Гістони

Гістони - це білки, багаті лізином та аргініном, які взаємодіють з ДНК, утворюючи субодиницю, звану нуклеосомою, яка повторюється протягом хроматину. Основними гістонами, виявленими в еукаріотичних організмах, є: H1, H2A, H2B, H3 і H4.

Гени, що кодують гістони, згруповані в ніші або «скупчення», які повторюються від десятків до сотень разів. Кожен кластер містить гени, багаті парами G-C (гуанін-цитозин), що кодують гістони у наступному порядку H1-H2A-H3-H2B-H4.

2. Нуклеосома

Хроматин під час інтерфейсу можна спостерігати за допомогою електронного мікроскопа, представляючи форму, подібну до форми намиста або розарію. Кожна перлина на намисті - це сферична субодиниця, яка називається нуклеосомою, пов’язана між собою волокнами ДНК, і є основною одиницею хроматину.

Нуклеосома, як правило, пов'язана з 200 парами основ ДНК, утворений мозковою речовиною та лінкером. Мозоль складається з октамеру, складеного з двох субодиниць гістонів H2A, H2B, H3 і H4. Навколо мозку ДНК намотується, роблячи майже два оберти. Решта ДНК є частиною лінкера, взаємодіючи з гістоном Н1.

Асоціація ДНК з гістонами утворює нуклеосоми, діаметром близько 100 Å (Ångström). У свою чергу, нуклеосоми можуть бути згорнуті, утворюючи соленоїд, який складає хроматинові волокна міжфазних ядер (300 Å). Вони можуть скручуватися ще далі, утворюючи супер соленоїди діаметром 6000 Å, утворюючи волокна метафазних хромосом.

3. Негістонічні білки

Негістонові білки є білки, крім гістонів, які екстрагуються з хроматину ядер хлоридом натрію (NaCl), мають високий вміст основних амінокислот (25%), високий вміст кислих амінокислот (20-30%), високу частку проліну (7%) або низький вміст гідрофобних амінокислот.

Частини хромосом

Організація хроматину не є однорідною по всій хромосомі. Можна виділити ряд диференційованих елементів: центромери, теломери, організуючі ядерця області та хронометри, які можуть містити специфічні послідовності ДНК.

1. Сантромери

Центромера - це частина хромосоми, яка при фарбуванні здається менш забарвленою порівняно з рештою. Це ділянка хромосоми, яка взаємодіє з волокнами ахроматичного веретена від профази до анафази, як при мітозі, так і при мейозі. Він відповідає за здійснення та регулювання хромосомних рухів, що відбуваються під час фаз клітинного поділу.

2. Теломери

Теломери - це кінцівочні частини хромосом. Вони є регіонами, в яких існує некодуюча ДНК, що сильно повторюється, основною функцією якої є структурна стабільність хромосом в клітинах еукаріотів.

3. Регіони, що організують ядерце

Крім центромер і теломер, які називаються первинними перетяжкамиУ деяких хромосомах можна зустріти інші типи тонких ділянок, які називаються вторинними звуженнями, тісно пов’язаними з наявністю рибосомних послідовностей ДНК.

Ці регіони є регіонами, що організують ядерце (NOR). Послідовності рибосомальної ДНК охоплюються всередині ядерця, яке залишається охопленим NOR протягом більшої частини клітинного циклу.

4. Хромомери

Хромомери - це товсті та компактні ділянки хромосоми, які розподіляються більш-менш рівномірно вздовж хромосоми і можуть бути візуалізовані під час фаз мітозу або мейозу з меншою конденсацією хроматину (профази).

• Вас може зацікавити: "Відмінності між ДНК та РНК"

Хромосомна форма

Форма хромосом однакова для всіх соматичних (нестатевих) клітин і характерна для кожного виду. Форма принципово залежить від розташування хромосоми та її розташування на хроматиді.

Як ми вже згадували, хромосома в основному складається з центромери, яка ділить хромосому на коротке і довге плече. Положення центромери може змінюватися від хромосоми до хромосоми, надаючи їм різну форму.

1. Метацентричний

Це прототипова хромосома, центромера розташована в середині хромосоми, і два плечі мають однакову довжину.

2. Субметацентричний

Довжина одного плеча хромосоми більша, ніж іншого, але це не щось дуже перебільшене.

3. Акроцентричний

Одна рука дуже коротка, а друга дуже довга.

4. Телоцентричний

Одне плече хромосоми дуже коротке, центромера розташована дуже до одного кінця.

Закон числової сталості

Зазвичай у більшості видів тварин і рослин всі особини одного і того ж мають постійну і визначену кількість хромосом, що становлять його каріотип. Це правило називається законом числової сталості хромосом. Наприклад, у випадку з людьми, переважна більшість із нас представляє 23 пари.

Однак, це правда, що є особини, які через помилки в розподілі хромосом під час утворення гамет або статевих клітин вони отримують різну кількість хромосом. Це стосується таких захворювань, як синдром Дауна (трисомія хромосоми 21), Клайнфелтер (XXY чоловіки) XYY чоловіки та XXX жінки.

Кількість хромосом, виставлених диплоїдними видамиЯк і в нашому випадку, він має дві пари хромосом кожного типу і представлений як 2n. У гаплоїдних організмах, тобто які містять лише один набір кожної хромосоми, вони представлені літерою n. Є поліплоїдні види, які представляють більше двох наборів кожної хромосоми, представлені як 3n, 4n ...

Як би дивно це не здавалося, не існує взаємозв'язку між кількістю хромосом та ступенем їх складності. Є види рослин, такі як Haplopappus gracilis, який має лише чотири хромосоми, тоді як інші овочі, такі як хлібна пшениця, мають на 42 більше, ніж наші види, але це все-таки овоч без мозку та інших органів. Організм з найбільшою кількістю хромосом, відомих на сьогоднішній день, називається Аулаканта, є мікроорганізмом, який має 1600 хромосом

Статеві хромосоми

У багатьох організмах одна з гомологічних пар хромосом відрізняється від решти і визначає стать особи. Це Це трапляється у людського виду, і ці хромосоми називаються статевими хромосомами або гетерохромосомами.

Система визначення XY

Це система визначення статі людей та багатьох інших тварин:

Самки XX (однорідна самка), тобто мають дві Х-хромосоми і зможуть доставляти яйця лише з Х-хромосомою.

Самці, з іншого боку, є XY (гетерогаметичний самець), мають X і Y хромосому і здатні давати сперму як одним, так і іншим.

Союз між яйцеклітиною і спермою дасть особинам або XX, або XY, ймовірність становить 50% від того чи іншого біологічного статі.

Система визначення ZW

Це стосується інших видів, таких як метелики або птахи. У попередньому випадку справа протилежна, і з цієї причини переважно використовувати інші літери, щоб уникнути плутанини.

Самці - ZZ (гомогаметні самці), а самки - ZW (гетерогаметичні самки).

Система визначення XO

І якщо попередня система виявилася не дуже рідкісною, то ця, безумовно, нікого не залишить байдужим.

Це відбувається переважно у риб та земноводних, а також у деяких інших комах, оскільки вони не мають статевої хромосоми, крім Х, тобто не мають щось на зразок Y.

Стать визначається тим, мають вони два Х або лише один. Самець XO, це означає, що він має лише одну статеву хромосому X, тоді як самка XX, у них дві.

Хромосоми людини

Люди мають 23 пари хромосом, 22 з яких є аутосомами і одна пара статевих хромосом. Залежно від того, чоловік ви чи жінка, у вас є статеві хромосоми XY або XX, відповідно.

Загальний розмір геному людини, тобто кількість генів, які має наш вид, становить близько 3200 мільйонів пар основ ДНК, що містять від 20 000 до 25 000 генів. Кодована послідовність ДНК людини містить інформацію, необхідну для експресії людського протеома, тобто набір білків, які синтезує людина, і це є причиною того, що ми такі, як ми є.

Було підраховано, що близько 95% ДНК, пов’язаної з генами, відповідала б некодуючій ДНК, яку зазвичай називають «непотрібною ДНК»: псевдогени, фрагменти генів інтрони... Хоча, хоча вважалося, що ці послідовності ДНК є хромосомними ділянками без функції, останнім часом дослідження ставлять це під сумнів ствердження.

Прокаріотична хромосома

Прокаріотичні організми, царством яких є бактерії та археї, мають лише одну хромосому в круговій формі, хоча правда, що з цього правила є винятки. Цей тип хромосом, який зазвичай називають бактеріальною хромосомою, може містити близько 160 000 пар основ.

Ця хромосома розпорошена по всій цитоплазмі організму, оскільки ці живі істоти не мають певного ядра.

Бібліографічні посилання:

• Олінс, Д. І.; Олінс, А. Л. (2003), Історія хроматину: наш погляд з мосту, Nature Reviews Molecular Cell Biology 4 (10): 809-13
• Ворона, Е. W.; Ворона, Дж. Ф. (2002), 100 років тому: Уолтер Саттон і хромосомна теорія спадковості, Генетика 160 (1): 1-4
• Daintith, John, et al., (1994), Біографічна енциклопедія вчених, друге видання. Брістоль, Великобританія: Видавництво Інституту фізики.