HROMOSOMI: OTKRIĆE, VRSTE, FUNKCIJA, STRUKTURA - BIOLOGIJA - 2026

A kromosomi su strukture sastavljene od DNA molekule i kontinuiranog povezanih proteina. Oni se uredno nalaze unutar jezgre eukariotskih stanica i sadrže većinu njihovog genetskog materijala. Ove se strukture najjasnije vide tijekom diobe stanica.

Eukariotski kromosomi prvi su put identificirani i proučeni u kasnom 18. stoljeću. Danas je riječ "kromosom" nadaleko poznat pojam, čak i za ljude koji su proučavali samo najosnovnije aspekte biologije ili genetike.

Reprezentativni dijagram kromosoma i informacija koje sadrži (Izvor: KES47 putem Wikimedia Commonsa)

Na kromosomima su geni, od kojih mnogi kodiraju proteine, enzime i informacije potrebne za život svake stanice. Međutim, mnogi kromosomi ispunjavaju isključivo strukturne funkcije, što znači da omogućuju specifičan raspored gena unutar nuklearne unutrašnjosti.

Općenito, sve stanice jedinke imaju isti broj kromosoma. Na primjer, kod ljudi svaka od trilijuna stanica za koje se procjenjuje da čine odraslo tijelo ima 46 kromosoma, koji su organizirani u 23 različita para.

Svaki od 46 kromosoma u ljudi i drugih živih organizama ima jedinstvene karakteristike; samo oni poznati kao "homologni parovi" dijele karakteristike jedni s drugima, ali ne i s različitim parovima; to jest, svi su kromosomi 1 slični jedni drugima, ali ovi se razlikuju od 2 i 3, i tako dalje.

Ako bi svi kromosomi ljudske stanice bili raspoređeni linearno, formirali bi lanac duljine više od 2 metra, tako da je jedna od glavnih funkcija kromosoma zbijanje genetskog materijala tako da se "uklapa" u jezgra, dok omogućuje pristup strojevima za prepisivanje i umnožavanje.

Unatoč ogromnim razlikama koje postoje između bakterijskih genoma i onih eukariotskih organizama, genetski materijal prokariota (kao i onaj nekih unutarnjih organela eukariota) naziva se i kromosomom i sastoji se od kružne molekule,

Otkriće

U vrijeme kada je Mendel odredio principe nasljednosti nije imao pojma o postojanju kromosoma. Ipak, zaključio je da se nasljedni elementi prenose dvostruko putem posebnih čestica, što je pojava koja je bila mnogo prije vremena.

Dva znanstvenika iz 18. stoljeća, botaničar K. Nageli i zoolog E. Beneden, koji su se bavili promatranjem i proučavanjem biljnih i životinjskih stanica tijekom događaja dijeljenja stanica; Oni su prvi opisali strukture u obliku „malih štapića“ unutar središnjeg odjeljka zvanih jezgra.

Oba su znanstvenika detaljno objasnila da je tijekom stanične diobe "tipične" stanice nastalo novo jezgro unutar kojeg se pojavio novi niz "malih štapića", sličan onome koji je pronađen u stanici u početku.

Taj postupak dijeljenja kasnije je preciznije opisao njemački znanstvenik W. Flemming iz 1879. godine, koji je pomoću boja za vrijeme promatranja uspio obojiti „male štapove“ kako bi ih bolje vizualizirao.

TH Morgan je pokazao da se fenotipi nasljeđuju na način koji je predložio Mendel i da jedinice nasljeđivanja borave na kromosomima. Morgan je pružio fizičke dokaze koji su objedinjavali "Mendeljevu revoluciju".

Pojmovi kromosom i kromatin

Flemming je dokumentirao ponašanje "štapova" tijekom interfaze i citokineze (dioba stanica). 1882. objavio je istragu u kojoj je prvi put skovao izraz "kromatin" za tvar koja se mrlja unutar jezgre kad se stanica ne dijeli.

Također je uočio da se tijekom diobe stanica broj "štapova" (kromosoma) u jezgru udvostručio. Jedan od svakog para umnoženih kromosoma smješten je u svakoj jezgri rezultirajućih stanica, pa je kromosomski komplement ovih stanica tijekom mitoze bio identičan.

Fotografija ljudskog kariotipa (Izvor: Plociam ~ commonswik, putem Wikimedia Commons)

W. Waldeyer, slijedeći Flemmingova djela, uspostavio je izraz "kromosom" (od grčkog "tijelo koje je obojeno") kako bi opisao istu tvar koja je bila uredno uređena u vrijeme diobe stanica.

S vremenom su se različiti istraživači udubili u proučavanje genetskog materijala, s kojim se značenje pojmova "kromosom" i "kromatin" malo promijenilo. Danas je kromosom diskretna jedinica genetskog materijala, a kromatin je mješavina DNK i proteina koja je tvori.

Vrste kromosoma i njihove karakteristike

EB Wilson je u drugom izdanju knjige La Célula (Stanica) uspostavio prvu klasifikaciju kromosoma koja se temelji na položaju centromera, karakteristici koja utječe na pričvršćivanje kromosoma na mitotičko vreteno tijekom diobe stanica.

Postoje najmanje tri različita načina za razvrstavanje kromosoma, budući da postoje različiti kromosomi među vrstama, a kod pojedinaca iste vrste postoje kromosomi s različitim strukturama i funkcijama. Najčešće klasifikacije su:

Prema ćeliji

Genetski materijal unutar bakterija doživljava se kao gusta i uređena kružna masa, dok se u eukariotskim organizmima vidi kao gusta masa koja se čini „neorganizirana“ unutar jezgre. Ovisno o stanici, kromosomi se mogu svrstati u dvije velike skupine:

- prokariotski kromosomi: svaki prokariotski organizam ima po jedan kromosom sastavljen od kovalentno zatvorene (kružne) molekule DNK, bez proteina histona i smješten je u području stanice poznatoj kao nukleoid.

- Eukariotski kromosomi: u eukariotu može postojati dva ili više kromosoma za svaku stanicu, smješteni su unutar jezgre i složenije su strukture od bakterijskog kromosoma. DNK koji sačinjava je visoko upakiran zahvaljujući povezanosti s proteinima zvanim "histoni".

Prema lokaciji centromera

Centromerom je dio kromosoma koji sadrži prilično složenu kombinaciju proteina i DNK i koji ima primarnu funkciju tijekom diobe stanica jer je odgovoran za „osiguravanje“ da se dogodi proces segregacije kromosoma.

Prema strukturalnom smještaju ovog "kompleksa" (centromera), neki su znanstvenici kromosome svrstali u 4 kategorije, naime:

- Metacentrični kromosomi: to su oni čiji je centromere u centru, to jest gdje centromere razdvaja kromosomsku strukturu na dva dijela jednake duljine.

- Submetacentrični kromosomi: kromosomi kod kojih je centromere odstupan od "središta", doprinoseći pojavljivanju "asimetrije" u duljini između dva dijela koja razdvaja.

- Akrocentrični kromosomi: kod akrocentričnih kromosoma znatno je označeno "odstupanje" centromera, pri čemu nastaju dva odsječka kromosoma vrlo različitih veličina, jedan vrlo dugačak i jedan uistinu kratak.

- Telocentrični kromosomi: oni kromosomi čiji se centromere nalaze na krajevima strukture (telomeri).

Prema funkciji

Organizmi koji imaju spolnu reprodukciju i imaju odvojen spol imaju dvije vrste kromosoma koji su prema njihovoj funkciji razvrstani u spolne kromosome i autosomne ​​kromosome.

Autosomni kromosomi (ili autosomi) sudjeluju u kontroli nasljeđivanja svih karakteristika živog bića, osim u određivanju spola. Na primjer, ljudi imaju 22 para autosomnih kromosoma.

Spolni kromosomi, kako im samo ime govori, ispunjavaju elementarnu funkciju u određivanju pola jedinki, jer oni sadrže potrebne informacije za razvoj mnogih seksualnih karakteristika ženki i muškaraca koji omogućavaju postojanje seksualna reprodukcija.

Funkcija

Glavna funkcija kromosoma, uz smještaj genetskog materijala stanice, kompaktiranje tako da se ona može pohraniti, transportirati i „čitati“ u jezgri, je osigurati raspodjelu genetskog materijala među stanicama koje nastaju dijeljenjem.

Zašto? Jer kad se kromosomi razdvoje tijekom stanične diobe, strojevi za umnožavanje vjerno "kopiraju" informacije sadržane u svakom lancu DNA tako da nove stanice imaju iste podatke kao i stanice koje su ih stvorile.

Nadalje, povezanost DNA s proteinima koji su dio kromatina omogućava definiranje specifičnog "teritorija" za svaki kromosom, što je od velike važnosti sa stajališta ekspresije i identiteta gena. mobitel.

Kromosomi nisu daleko od statičkih ili "inertnih" molekula, zapravo je suprotno, histonski proteini, koji su oni koji surađuju sa zbijanjem svake molekule DNA u kromosomu, također sudjeluju u dinamizmu koji treba učiniti s transkripcijom ili ušutkivanjem određenih dijelova genoma.

Dakle, kromosomska struktura ne samo da djeluje na organizaciju DNK unutar jezgre, već i određuje koji su geni "očitani", a koji nisu, izravno utječući na karakteristike pojedinaca koji ih nose.

Struktura (dijelovi)

Struktura kromosoma može se analizirati s "mikroskopskog" (molekularnog) stanovišta i "makroskopskog" (citološkog) gledišta.

- Molekularna struktura eukariotskog kromosoma

Tipični eukariotski kromosom sastoji se od linearne dvolančane molekule DNK koja može biti duljine stotine milijuna baznih parova. Ovaj je DNK visoko organiziran na različitim razinama, što mu omogućuje da se kompaktira.

nukleosomi

DNK svakog kromosoma prvotno se zbija tako što se "namotavanjem" oko oktamera histonskih proteina (H2A, H2B, H3 i H4), tvoreći ono što je poznato kao nukleosom, promjera 11 nanometara.

Povezanost histonskih proteina i DNK moguća je zahvaljujući elektrostatskoj interakciji, budući da je DNA negativno nabijena, a histoni osnovni proteini, bogati pozitivno nabijenim aminokiselinskim ostacima.

Jedan nukleosom povezuje se s drugim kroz područje spajanja formirano dijelom DNA lanaca i proteinom histona, H1. Struktura koja nastaje ovom zbijanjem sliči nizu kuglica i smanjuje dužinu trake DNA za 7 puta.

30 nm vlakana

DNK se dalje zbija kada kromatin (DNA + histoni) u obliku nukleosoma namota na sebe, tvoreći vlakno promjera oko 30 nm, koje zbije DNA lanac još 7 puta,

Nuklearna matrica

Vlakna od 30 nm povezana su, s druge strane, vlaknastim proteinima nuklearnog matriksa (lamine), koji usmjeravaju unutarnju površinu unutarnje nuklearne membrane. Ta povezanost omogućuje progresivno zbijanje vlakana, jer se formiraju "petlje domene" koje su usidrene u matricu, organizirajući kromosome u definiranim područjima unutar jezgre.

Važno je napomenuti da razina zbijanja kromosoma nije jednaka u cijeloj njihovoj strukturi. Postoje mjesta koja su hiperkomplicirana, koja su poznata kao heterokromatin i koja su genetski gledano općenito "tiha".

Labavija ili opuštenija mjesta u strukturi, ona do kojih uređaji za umnožavanje ili kopiranje mogu relativno lako pristupiti, poznata su kao eukromatska mjesta, koja su regije genoma transkriptivno aktivna.

- "Makroskopska" ili citološka struktura eukariotskog kromosoma

Kada se stanica ne dijeli, kromatin se vidi kao "labav" i čak "neuredan". Međutim, kako stanični ciklus napreduje, taj se materijal kondenzira ili zbija i omogućava vizualizaciju kromosomskih struktura koje opisuju citolozi.

Struktura kromosoma: 1) kromatid; 2) Centromere; 3) Kratka ruka (p) i 4) Duga ruka (q) (Izvor: Datoteka: Chromosome-upright.png Izvorna verzija: Magnus Manske, ova verzija sa uspravnim kromosomom: Korisnik: Dietzel65Vector: izvedbeni rad Tryphon putem Wikimedia Commons)

Centrometar

Tijekom metafaze stanične podjele, svaki kromosom se vidi kao sastavljen od para cilindričnih "kromatida" koji su povezani zajedno zahvaljujući strukturi poznatoj kao centromera.

Centromerom je vrlo važan dio kromosoma, jer je to mjesto na koje se mitotsko vreteno veže tijekom odjeljenja. Ova zajednica omogućuje odvajanje kromatida koji su pričvršćeni kroz centromere, proces nakon kojeg su poznati kao "kćerni kromosomi".

Centrometar se sastoji od kompleksa bjelančevina i DNK koji je oblikovan poput "čvora", a njegov položaj duž strukture kromatida izravno utječe na morfologiju svakog kromosoma tijekom nuklearne diobe.

U specijaliziranoj regiji centromera znanstvenici znaju kao kinetohore, to je mjesto na kojem se mitotičko vreteno spaja u razdvajanje sestrinskih kromatida tijekom diobe stanica.

Ruke

Položaj centromera također određuje postojanje dva kraka: kratkog ili malog (p) i većeg (q). Budući da je položaj centromera praktički nepromijenjen, citolozi tijekom opisa svakog kromosoma koriste nomenklaturu "p" i "q".

telomere

Riječ je o specijaliziranim DNK sekvencama koje "štite" krajeve svakog kromosoma. Njegova zaštitna funkcija je spriječiti da se različiti kromosomi međusobno spajaju kroz njihove krajeve.

Ove regije kromosoma pripale su velikoj pažnji, budući da znanstvenici smatraju da telomerni nizovi (gdje DNK tvori strukture nešto složenije od dvostruke spirale) utječu na aktivnost okolnih gena i, dalje, na određivanje dugovječnost ćelije.

Reference

1. Bostock, CJ i Sumner, AT (1978). Eukariotski kromosom (str. 102-103). Amsterdam, New Srb, AM, Owen, RD i Edgar, RS (1965). Opća genetika (br. 04; QH431, S69 1965.). San Francisco: WH Freeman, York, Oxford: North-Holland Publishing.
2. Brooker, R. (2014). Načela biologije. McGraw-Hill visoko obrazovanje.
3. Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, i Santana Calderón, A. (2000). Načela genetike.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, i Miller, JH (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
5. Markings, S. (2018). Sciencing. Preuzeto 3. prosinca 2019. s www.sciencing.com/four-major-types-chromosomes-14674.html
6. Watson, JD (2004). Molekularna biologija gena. Pearson Education Indija.