Ovaj članak će raspravljati o takvim strukturama eukariotskih ćelija kao što su hromozomi, čiju strukturu i funkciju proučava grana biologije koja se zove citologija.
Historija otkrića
Kao glavne komponente ćelijskog jezgra, hromozome je u 19. veku otkrilo nekoliko naučnika odjednom. Ruski biolog I. D. Čistjakov proučavao ih je u procesu mitoze (ćelijske diobe), njemački anatom Waldeyer otkrio ih je tokom pripreme histoloških preparata i nazvao ih hromozomima, odnosno tijelima za bojenje za brzu reakciju ovih struktura u interakciji sa organska boja fuksin.
Fleming je sažeo naučne činjenice o funkciji hromozoma u ćelijama sa formiranim jezgrom.
Spoljna struktura hromozoma
Ove mikroskopske formacije nalaze se u jezgrima - najvažnijim organelama ćelije, i služe kao mjesto za pohranjivanje i prenošenje nasljednih informacija datog organizma. hromozomisadrže posebnu tvar - kromatin. To je konglomerat tankih filamenata - fibrila i granula. Sa hemijske tačke gledišta, ovo je kombinacija linearnih DNK molekula (ima ih oko 40%) sa specifičnim histonskim proteinima.
Kompleksi, koji uključuju 8 peptidnih molekula i DNK lanaca, uvijeni na proteinske globule, kao na zavojnicama, nazivaju se nukleozomi. Područje dezoksiribonukleinske kiseline formira 1,75 okreta oko dijela stabljike i predstavlja elipsoid dug približno 10 nanometara i širok 5-6. Prisustvo ovih struktura (hromozoma) u jezgru je sistematska karakteristika ćelija eukariotskih organizama. U obliku nukleozoma hromozomi obavljaju funkciju očuvanja i prenošenja svih genetskih osobina.
Zavisnost strukture hromozoma o fazi ćelijskog ciklusa
Ako je ćelija u stanju interfaze, koje karakteriše njen rast i intenzivan metabolizam, ali odsustvo deobe, tada hromozomi u jezgru izgledaju kao tanke despiralizovane niti - hromoneme. Obično su isprepleteni i nemoguće ih je vizualno razdvojiti u zasebne strukture. U trenutku diobe ćelije, koja se naziva mitoza u somatskim stanicama, i mejoza u polnim stanicama, hromozomi počinju da se spiralno zgušnjavaju i zgušnjavaju, postajući jasno vidljivi pod mikroskopom.
Nivoi organizacije hromozoma
Jedinice nasljeđa su hromozomi, nauka koja detaljno proučava genetiku. Naučnici su otkrili da nukleosomski filament,koji sadrže DNK i histonske proteine formiraju spiralu prvog reda. Gusto pakiranje hromatina nastaje zbog formiranja strukture višeg reda - solenoida. Samoorganizira se i kondenzira u još složeniji superzavoj. Svi gore navedeni nivoi organizacije hromozoma odvijaju se tokom pripreme ćelije za deobu.
U mitotičkom ciklusu se strukturne jedinice nasljeđa, koje se sastoje od gena koji sadrže DNK, skraćuju i zgušnjavaju u poređenju sa filamentoznim kromonemama interfaznog perioda za oko 19 hiljada puta. U tako kompaktnom obliku, hromozomi jezgra, čije su funkcije prenošenje nasljednih karakteristika organizma, postaju spremni za diobu somatskih ili zametnih stanica.
Morfologija hromozoma
Funkcije hromozoma mogu se objasniti proučavanjem njihovih morfoloških karakteristika, koje se najbolje vide u mitotičkom ciklusu. Dokazano je da se čak i u sintetičkoj fazi interfaze, masa DNK u ćeliji udvostručuje, budući da svaka od ćelija kćeri nastala kao rezultat diobe mora imati istu količinu nasljednih informacija kao izvorna majka. Ovo se postiže kao rezultat procesa reduplikacije - samo-udvostručavanja DNK, koje se dešava uz učešće enzima DNK polimeraze.
U citološkim preparatima pripremljenim u vreme metafaze mitoze, u biljnim ili životinjskim ćelijama pod mikroskopom, jasno se vidi da se svaki hromozom sastoji od dva dela, tzv.hromatide. U daljnjim fazama mitoze - anafazi i posebno telofazi - oni su potpuno odvojeni, uslijed čega svaka kromatida postaje poseban kromosom. Sadrži kontinuirano zbijenu molekulu DNK, kao i lipide, kisele proteine i RNK. Od mineralnih materija sadrži jone magnezijuma i kalcijuma.
Pomoćni strukturni elementi hromozoma
Da bi se funkcije hromozoma u ćeliji obavljale u potpunosti, ove jedinice nasljeđa imaju poseban uređaj - primarnu konstrikciju (centromeru), koja nikada ne spiralizira. Ona je ta koja dijeli hromozom na dva dijela, nazvana ramena. U zavisnosti od lokacije centromere, genetičari klasifikuju hromozome na jednakokrake (metacentrične), nejednakoruke (submetacentrične) i akrocentrične. Na primarnim suženjima formiraju se posebne formacije - kinetohore, koje su proteinske globule u obliku diska smještene s obje strane centromere. Sami kinetohori se sastoje iz dva dela: spoljašnji su u kontaktu sa mikrofilamentima (nit vretena filamenta), pričvršćujući se za njih.
Usled redukcije filamenata (mikrofilamenata), vrši se striktno uređena distribucija hromatida koje čine hromozom između ćelija kćeri. Neki hromozomi imaju jednu ili više sekundarnih konstrikcija koje ne učestvuju u mitozi, jer fisione niti vretena ne mogu da se pričvrste za njih, ali upravo ti delovi (sekundarne konstrikcije) obezbeđuju kontrolu nad sintezom nukleola - organela koji odgovarajuza formiranje ribozoma.
Šta je kariotip
Poznati genetičari Morgan, N. Koltsov, Setton su početkom 20. veka savesno proučavali hromozome, njihovu strukturu i funkcije u somatskim i zametnim ćelijama - gametama. Otkrili su da svaku ćeliju svih bioloških vrsta karakterizira određeni broj kromosoma koji imaju specifičan oblik i veličinu. Predloženo je da se cijeli skup hromozoma u jezgru somatske ćelije nazove kariotipom.
U popularnoj literaturi, kariotip se često identifikuje sa hromozomskim skupom. Zapravo, ovo nisu identični koncepti. Na primjer, kod ljudi, kariotip je 46 kromosoma u jezgrima somatskih stanica i označava se općom formulom 2n. Ali takve ćelije kao što su, na primjer, hepatociti (ćelije jetre) imaju nekoliko jezgara, njihov kromosomski set je označen kao 2n2=4n ili 2n4=8n. Odnosno, broj hromozoma u takvim ćelijama će biti veći od 46, iako je kariotip hepatocita 2n, odnosno 46 hromozoma.
Broj hromozoma u zametnim ćelijama je uvek dva puta manji nego u somatskim (u ćelijama tela), takav skup se naziva haploidnim i označava se kao n. Sve ostale ćelije u tijelu imaju skup 2n, koji se naziva diploidnim.
Morganova hromozomska teorija nasljedstva
Američki genetičar Morgan otkrio je zakon povezanog nasljeđivanja gena, provodeći eksperimente o hibridizaciji voćnih mušica-Drosophila. Zahvaljujući njegovom istraživanju, proučavane su funkcije hromozoma zametnih ćelija. Morgan je dokazao da se geni nalaze u susjednimlokusi istog hromozoma se nasljeđuju pretežno zajedno, odnosno povezani. Ako su geni u hromozomu udaljeni jedan od drugog, tada je moguć ukrštanje između sestrinskih hromozoma – razmjena sekcija.
Zahvaljujući Morganovom istraživanju stvorene su genetske mape koje proučavaju funkcije hromozoma i koje se široko koriste u genetskim konsultacijama za rješavanje pitanja o mogućim patologijama hromozoma ili gena koje dovode do nasljednih bolesti kod ljudi. Važnost zaključaka naučnika ne može se precijeniti.
U ovom članku smo ispitali strukturu i funkcije hromozoma koje oni obavljaju u ćeliji.
