Функциите на хромозомите и тяхната структура. Каква е функцията на хромозомите в клетката?

В тази статия ще разгледаме такива структури еукариотни клетки,

История на откритието

Клетките, основните компоненти на ядрото, бяха открити от хромозоми през 19 век от няколко учени. Руският биолог И. Д. Читяков проучи техния процес на митоза (клетъчно деление), Германският анатомист Валдейер ги открил по време на подготовката на хистологични препарати и наречени хромозоми, т.е. оцветяващи тела за бърза реакция на тези структури при взаимодействие с органично боядисване с фуксин.

Флеминг обобщи научните факти за функцията, която хромозомите изпълняват в клетките, които имат образувано ядро.

Външна структура на хромозомите

Тези микроскопични образувания се намират в ядрата - най-важните органели на клетката и служат като място за съхранение и предаване наследствена информация на даден организъм. Хромозомите съдържат специално вещество - хроматин. Това е конгломерат от фини нишки - фибрили и гранули. От химическа гледна точка тази връзка на линейна ДНК молекули (около 40% от тях) със специфични хистонови протеини.

Комплекси, съдържащи 8 молекули от пептиди и ДНК вериги, усукани върху протеинови глобули, както на намотки, се наричат ​​нуклеозоми. Секцията на дезоксирибонуклеиновата киселина образува 1.75 оборота около сърцевината и има формата на елипсоид с дължина около 10 нанометра и ширина 5-6. Наличието на тези структури (хромозоми) в ядрото служи като системен знак на клетките на еукариотните организми. Във формата на нуклеозом хромозомите изпълняват функцията на запазване и предаване на всички генетични черти.

Зависимост на структурата на хромозомата във фазата на клетъчния цикъл

Ако клетката е в интерфазата, който се характеризира с интензивен растеж и метаболизъм, но липсата на разделяне, хромозомите в ядрото имат формата на тънки нишки despiralizovannyh - chromonemata. Обикновено те са преплетени и е невъзможно да ги разделим визуално в отделни структури. По време на началото на клетъчното делене, което се нарича митоза в соматичните клетки, и мейозата при половете, хромозомите започват да се спирали и се сгъстяват, ставайки добре разграничими в микроскоп.

Нива на организация на хромозомите

Единици на наследствеността са хромозоми, науката за генетиката се изучава подробно. Учените са установили, че нуклеозомната верига, съдържаща ДНК и хистонни протеини, образува спирала от първа линия. Гъстата опаковка на хроматина се получава поради формирането на структура от по-висок ред - соленоид. Той се самоорганизира и се превръща в още по-сложна супер спирала. Всички горни нива на хромозомна организация преминават по време на подготовката на клетката за разделяне.

В митотичния цикъл структурните единици на наследственост, състоящи се от гени, съдържащи ДНК, се скъсяват и уделяват в сравнение с нишкоподобните хромони от интерфазния период с приблизително 19 хиляди пъти. В такава компактна форма на хромозома ядки, функции които се състоят в предаването на наследствени признаци на организма, да бъдат готови за разделянето на соматични или сексуални клетки.

Морфология на хромозомите

Функциите на хромозомите могат да бъдат обяснени чрез изучаване на морфологичните им характеристики, които най-добре се проследяват в митотичния цикъл. Доказано е, че дори в синтетичната фаза на интерфазата масата на ДНК в клетката се удвоява, тъй като всяка от дъщерните клетки, образувани в резултат на разделянето, трябва да има същото количество наследствена информация като оригиналната майчина. Това се постига в резултат на процеса на редуциране - самодипликиране на ДНК, което се осъществява с участието на ДНК полимеразния ензим.

В цитологичните препарати, приготвени в момента на метафоза на митозата, в растителни или животински клетки под микроскоп ясно се вижда, че всяка хромозома се състои от две части, наречени хроматиди. В по-нататъшните фази на митоза-анафаза и особено на телофазата - възниква пълното им разделяне, в резултат на което всеки хроматид се превръща в отделна хромозома. Той съдържа непрекъснато уплътнена ДНК молекула, както и липиди, киселинни протеини и РНК. От минералните вещества в него има йони от магнезий и калций.

Допълнителни структурни елементи на хромозомата

За да се гарантира, че функциите на хромозомите в клетката са напълно реализирани, тези единици на наследственост имат специална адаптация - първичната constriction (centromere), която никога не спира. Тя е, която разделя хромозомата на две части, наречени рамене. В зависимост от местоположението на центромерите, генетиката класифицира хромозомите в равноденствие (метацентрично), неравното (субметоцентрично) и акроцентричното. Специални образувания се формират върху първичните стеснения - кинетохори, които са дискови подобни протеинови гранули, разположени от двете страни на центромерите. Самите кинекохори се състоят от две секции: външните контакти с микрофиламенти (нишковидни вретеновидни нишки), прикрепени към тях.

Чрез намаляване на нишките (микрофиламенти) е строго подредени разпространение хроматиди съдържащи хромозомата между дъщерните клетки. Някои хромозоми имат един или повече вторични стеснения, които не са включени в митоза, тъй като те не могат да се присъединят към оста на нишката, но тези области (вторични стеснения) осигуряват контрол на синтеза на нуклеоли - органели, които са отговорни за образуването на рибозоми.

Какъв е кариотипът?

Известните генетични изследователи Морган, Н. Колцов и Сеттън в началото на 20-ти век внимателно изучават хромозомите, тяхната структура и функции в соматичните и сексуалните клетки - гамети. Те открили, че всяка клетка от всички биологични видове има определен брой хромозоми, които имат специфична форма и размер. Предполага се, че целият набор от хромозоми в ядрото на соматичната клетка се нарича кариотип.

В популярната литература кариотипът често се идентифицира с хромозомен набор. Всъщност те не са идентични понятия. Например, при човек, кариотипът е 46 хромозома в соматичните клетъчни ядра и е означен с общата формула 2n. Но такива клетки, като например хепатоцитите (чернодробните клетки) имат няколко ядра, чийто хромозомен набор се определя като 2n * 2 = 4n или 2n * 4 = 8n. Това означава, че броят на хромозомите в тези клетки ще бъде по-голям от 46, въпреки че кариотипът на хепатоцитите е 2n, т.е. 46 хромозома.

Броят на хромозомите в зародишните клетки винаги е половин по-голям от този в соматичните клетки (в клетките на тялото), такава група се нарича хаплоид и се обозначава като n. Всички останали клетки на тялото имат набор от 2n, който се нарича diploid.

Хромозомна теория за наследствеността на Морган

Американският генетик Морган открива закона за свързаното наследство на гените, като провежда експерименти с хибридизацията на плодни мухи - плодни мухи. Благодарение на изследванията му бяха изследвани функциите на хромозомите на зародишните клетки. Морган доказва, че гените, разположени в съседни локуси на същата хромозома, са наследени предимно заедно, т.е. свързани. Ако гените са далеч една от друга в хромозомата, тогава кръстосването на сестри може да се осъществи между сестра хромозоми - обмен на места.

Благодарение на изследванията на Морган, бяха създадени генетични карти, чрез които изучават функциите на хромозоми и тяхното широко използване в генетична консултация, за да отговорят на въпросите от възможните патологии хромозоми или гени, причиняващи наследствени заболявания при хората. Значението на заключенията, направени от учения, е трудно да се надцени.

В тази статия разгледахме структурата и функциите на хромозомите, които те изпълняват в клетката.