Функції хромосом і їх будова. Яку функцію виконують хромосоми в клітці?

У даній статті будуть розглянуті такі структури еукаріотів, як хромосоми, будова і функції яких вивчаються галуззю біології, званої цитологія.

Історія відкриття

Які є основними компонентами ядра клітини, хромосоми були виявлені в 19 столітті відразу декількома вченими. Російський біолог І. Д Чистяков вивчав їх процесі мітозу (поділу клітин), німецький анатом Вальдейер виявив їх під час приготування гістологічних препаратів і назвав хромосомами, тобто фарбуються тільцями за швидку реакцію цих структур при взаємодії з органічним барвником фуксином.

Флемінг узагальнив наукові факти про те, яку функцію виконують хромосоми в клітинах, що мають оформлене ядро.

Зовнішня будова хромосом

Ці мікроскопічні утворення знаходяться в ядрах - найважливіших органелах клітини, і служать місцем зберігання і передачі спадкової інформації даного організму. Хромосоми містять особливу речовину - хроматин. Воно являє собою конгломерат з тонких ниток - фібрил і гранул. З хімічної точки зору, це з`єднання лінійних молекул ДНК (Їх близько 40%) зі специфічними білками-гистонами.

Комплекси, до складу яких входить 8 молекул пептидів і нитки ДНК, закручені на білкових глобулах, як на котушках, називаються нуклеосомами. ділянка дезоксирибонуклеїнової кислоти утворює 1,75 обертів навколо стрижневої частини і має вигляд еліпсоїда приблизно 10 нанометрів в довжину і 5-6 в ширину. Присутність цих структур (хромосом) в ядрі служить систематичним ознакою клітин еукаріотичних організмів. Саме у вигляді нуклеосом хромосоми виконують функцію збереження і передачі всіх генетичних ознак.

Відео: MIT Biology lecture 1 (Ru subs)

Залежність будови хромосоми від фази клітинного циклу

Якщо клітина знаходиться в стані інтерфази, яка характеризується її ростом і інтенсивним обміном речовин, але відсутністю поділу, то хромосоми в ядрі мають вигляд тонких деспіралізованние ниток - хромонем. Зазвичай вони переплетені між собою, і візуально розділити їх на окремі структури неможливо. У момент настання клітинного ділення, яке у соматичних клітин називається митозом, а у статевих - мейозом, хромосоми починають спіраль і потовщуватись, стаючи добре помітними в мікроскопі.

Рівні організації хромосом

Одиниці спадковості - хромосоми, детально вивчає наука генетика. Вчені встановили, що нуклеосомна нитка, яка містить ДНК і білки-гістони утворюють спіраль першого порядку. Щільна упаковка хроматину відбувається внаслідок утворення структури більш високого порядку - соленоїда. Він самоорганізується і ущільнюється в ще більш складну суперспіраль. Всі перераховані вище рівні організації хромосоми проходять в період підготовки клітини до поділу.

Саме в мітотичного циклу структурні одиниці спадковості, що складаються з генів, що містять ДНК, коротшають і товщають в порівнянні з ниткоподібними хромонеми періоду інтерфази приблизно в 19 тис. Разів. У такому компактному вигляді хромосоми ядра, функції яких полягають у передачі спадкових ознак організму, стають готовими до поділу соматичних або статевих клітин.

Морфологія хромосом

Функції хромосом можна пояснити, вивчивши їх морфологічні особливості, які найкращим чином простежуються в мітотичного циклу. Доведено, що ще в синтетичної стадії інтерфази маса ДНК у клітині подвоюється, так як кожна з дочірніх клітин, що утворилися в результаті поділу, повинна мати такий же обсяг спадкової інформації, як і вихідна материнська. Це досягається в результаті процесу редуплікації - самоудвоения ДНК, що відбувається за участю ферменту ДНК-полімерази.

Відео: Функції білків

У цитологічних препаратах, приготовлених в момент метафази мітозу, в рослинних або тваринних клітинах під мікроскопом добре помітно, що кожна хромосома складається з двох частин, які називаються хроматидами. У подальших фазах мітозу - анафазе і, особливо, телофазе - відбувається їх повне розділення, в результаті чого кожна хроматида стає окремою хромосомою. Вона містить безперервно ущільнену молекулу ДНК, а також ліпіди, кислі білки і РНК. З мінеральних речовин в ній присутні іони магнію і кальцію.

Відео: ДНК

Допоміжні структурні елементи хромосоми

Щоб функції хромосом в клітині здійснювалися в повній мірі, ці одиниці спадковості мають спеціальне пристосування - первинну перетяжку (центромеру), яка ніколи не спіралізуются. Саме вона поділяє хромосому на дві частини, звані плечима. Залежно від розташування центромери, генетики класифікують хромосоми на равноплечіе (метацентрічние), неравноплечіе (субметацентрічние) і акроцентричних. На первинних перетяжках формуються особливі освіти - кінетохор, що представляють собою дископодібні білкові глобули, розташовані по обох боках центромери. Самі кінетохор складаються з двох ділянок: зовнішні контактують з микрофиламентами (нитками веретена ділення), прикріплений до них.

Завдяки скороченню ниток (мікрофіламентів), здійснюється строго впорядковане розподіл хроматид, що входять до складу хромосоми, між дочірніми клітинами. Деякі хромосоми мають одну або кілька вторинних перетяжок, які не беруть участі в мітозі, так як до них не можуть приєднуватися нитки веретена поділу, але саме ці ділянки (вторинні перетяжки) забезпечують контроль над синтезом ядерець - органел, які відповідають за формування рибосом.

Що таке каріотип

Відомі вчені-генетики Морган, Н. Кольцов, Сеттон на початку 20-го століття скрупульозно вивчили хромосоми, будова і функції їх в соматичних і статевих клітинах - гаметах. Ними було встановлено, що кожній клітині всіх біологічних видів властиво певну кількість хромосом, що мають специфічну форму і розміри. Було запропоновано всю сукупність хромосом в ядрі соматичної клітини назвати кариотипом.

У популярній літературі каріотип часто ототожнюють з хромосомним набором. Насправді це не ідентичні поняття. Наприклад, у людини каріотип складає 46 хромосом в ядрах соматичних клітин і позначається загальною формулою 2n. Але такі клітини, як наприклад гепатоцити (клітини печінки) мають кілька ядер, їх хромосомний набір позначається як 2n * 2 = 4n або 2n * 4 = 8n. Тобто кількість хромосом в таких клітинах буде більше ніж 46, хоча каріотип гепатоцитів становить 2n, тобто 46 хромосом.

Число хромосом в статевих клітинах завжди в два рази менше, ніж в соматичних (в клітинах тіла), такий набір називається гаплоїдний і позначається як n. Всі інші клітини тіла мають набір 2n, який називається диплоїдним.

Хромосомна теорія спадковості Моргана

Американський генетик Морган відкрив закон зчепленого успадкування генів, проводячи досліди по гібридизації плодових мушок-дрозофіл. Завдяки його дослідженням, були вивчені функції хромосом статевих клітин. Морган довів, що гени, розташовані в сусідніх локусах однієї і тієї ж хромосоми, успадковуються переважно разом, тобто сцепленно. Якщо ж гени знаходяться в хромосомі далеко один від одного, то між сестринськими хромосомами можливий кросинговер - обмін ділянками.

Відео: STAR FOG

Завдяки дослідженням Моргана, були створені генетичні карти, за допомогою яких вивчають функції хромосом і широко використовують їх в генетичних консультаціях для вирішення питань про можливі патологіях хромосом або генів, що призводять до спадкових захворювань у людини. Важливість висновків, зроблених вченим, складно переоцінити.

У даній статті нами були розглянуті будова і функції хромосом, які вони виконують в клітці.