染色体、機能、数、形態および構造の種類の定義
染色体の定義
真核細胞の核には、桿体のように真っ直ぐで、色素に結合しやすい物質からなる滑らかな物体があります。 これらのオブジェクトは染色体と呼ばれます。 染色体はCによって最初に発見されました。 フォンナゲリ（1824）ですが、染色体という用語は、色付きの体を意味するWaldeyer（1888）によって最初に造られました。
染色体は、細胞分裂中に特別な染色技術を使用すると簡単に観察できます。 各染色体にはペアがあり、これらの染色体のペアは相同染色体と呼ばれます。 染色体の特徴は、有糸分裂の前中期段階で最も簡単に研究されます。その時点では、染色体が散在しているように見えるからです。 互いに重ならないようにし、各染色体は2つの類似した染色分体（姉妹）を持っているため、4本の腕を持つ円筒形です。 染色分体）。 染色体上の各染色分体は、DNA分子で構成されています。 これらのDNA分子はヒストンタンパク質と結合してヌクレオソームを形成します。 非ヒストンタンパク質を含むこれらのヌクレオソームは、ねじれてねじれてらせん（コイル）を形成し、これらの糸は再びねじれて回旋してスーパースパイラル（スーパーコイル）を形成します。 したがって、染色体は、細胞周期の間期の終了後に短縮（凝縮）したように見えます（Godam、2008）。
染色体には遺伝子が含まれています。 遺伝子は、遺伝情報を運ぶ単位です。 生物の染色体は、長さが0.2〜50ミクロン、直径が0.2〜20ミクロンです。 人間の場合、染色体のサイズは約6ミクロンです。 染色体には遺伝子が含まれているため、染色体は個々の特性を伝達し、遺伝情報を伝達するように機能します。 染色体上の遺伝子は遺伝子座と呼ばれる場所にあります（Prawhartono、et al、1988）。
デオキシリボ核酸（DNA）は、遺伝情報が細胞に保存される方法であり、ある世代から次の世代への情報の伝達を可能にします。 染色体はほとんどの生細胞の核に見られ、糸のような構造にしっかりと巻かれたDNAで構成されています。 ヒストンと呼ばれる追加のタンパク質構造は、染色体のDNA分子をサポートします。 染色体には、メタセントリック、サブメタセントリック、アクロセントリック、テロセントリックの4つの主要なタイプがあります。
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染色体の配置と構成
染色体再配列
原核生物の染色体はRNAの形でのみ存在します。 これはモザイクウイルス（タバコ）に見られます。 染色体は、たとえばTウイルスの場合、単なるDNAである場合もあり、大腸菌の場合のようにDNAとRNAの両方を含む場合もあります。 染色体には、細いコイル状の糸からなる構造が含まれています。
これらの糸に沿って、遺伝子と呼ばれる構造が規則的にあります。 各遺伝子は染色体上の特定の場所を占めています。 染色体上の遺伝子の位置は遺伝子座と呼ばれます。 したがって、実際に機能するのはこの遺伝子であり、親から子孫に受け継がれる形質を調節します。 さらに、遺伝子はまた、個人の発達と代謝を調節するように機能します。 遺伝子はDNA（核酸）で構成されています。 染色体上に並んでいる多くの遺伝子には、それぞれ特定のタスクがあります。 花の色、髪の高さ、鼻の形、髪の種類、髪の色、血液型、毛皮の色などを調節する遺伝子があります。
各生物の染色体数は、生物によって異なります。 染色体のサイズも、生物の種類によって大きく異なります。 体のすべての細胞で、染色体はペアになっています。 対になっていて、形、大きさ、組成が同じ染色体は、相同染色体と呼ばれます。 相同染色体の各ペアは、他の相同染色体のペアとは異なります。 体の染色体が2つのセットで構成されるように、体の細胞の染色体（対立遺伝子）のペアがあります。 体細胞の染色体の2つのセットは二倍体（2n）です。 性細胞（配偶子）には、染色体のペアがないか、1セットしかありません。 性細胞の染色体の1つのセットは一倍体（n）です。
染色体組成材料
染色体の構成要素は、DNA（デオキシリボ核酸）、転写RNA、およびタンパク質（ヒストンまたは酸および非ヒストンまたは塩基）からなるクロマチンスレッドです。 各染色分体は、構造が二本鎖であるDNA分子を持っているため、両方の染色分体に2つのDNA分子があります。 人間の場合、染色体を構成する少なくとも7つのタンパク質を入力しますが、他のタンパク質は染色体に配置されません。 タンパク質の1つであるCENP-Aは、ヒストンHと非常によく似ており、ヌクレオソームのセントロメアでこのヒストンを置き換えると考えられています。
セントロメア自体の機能部分は、電子顕微鏡で表現されます。これは、.- likeセクションの細胞分裂で示されます。 ディスクは動原体であり、その部分はすでにセントロメア領域の染色体の表面にあり、追加の構造は微小管であり、 核の表面にあるボディコイルから放出され、分岐した染色体として説明することができます。 核。 動原体の一部はアルポイドDNAとCENP-Aなどのタンパク質で構成されていますが、この構造を詳しく説明することはできません。 染色体の2番目に重要な部分は、末端領域またはテロメアと呼ばれます。 テロメアは、染色体の最終的な標的のマーカーとして機能し、細胞が染色体の損傷によって引き起こされる最終的な領域を区別できるようにするため、重要です。 テロメアDNAは、ヒトでは5'-TTAGGG-3 'の繰り返しモチーフの100コピーで構成されており、二本鎖DNA分子の3'末端から短い延長があります。
2つの特別なタンパク質がTRF1と呼ばれるヒトテロメアの配列反復に固定されており、これはヒトテロメアアームの調節を助け、TRF2は一本鎖伸長を維持します。 TRF2 inがアクティブな場合、伸長は失われ、2つのポリヌクレオチドが共有結合で融合します。 他のテロメアタンパク質は、最後の染色体の位置として、テロメアと核の周辺との間の接続の形態を考慮します。
真核生物の染色体は、次の部分で構成されています。
- DNAは染色体の約35％を占めています。
- RNA RNAは染色体の約5％を占めています。
- タンパク質これらのタンパク質は、塩基性ヒストンと酸性非ヒストンで構成されています。 これらの2種類のタンパク質は、染色体の糸をコイル状に巻くように機能するため、色あせてDNA倍加酵素およびDNAコピーとして機能します。
染色体を構成するタンパク質には2種類あります。
- ヒストンタンパク質
ヒストンタンパク質は基本的です。 DNAに包まれたヒストンタンパク質はヌクレオソームと呼ばれます。 - 非ヒストンタンパク質
非ヒストンタンパク質は酸性です。 原核細胞では、染色体物質が核領域に見られ、細胞分裂が直接起こります（二分裂）。 真核生物では、染色体物質が細胞質に均一に分布しており、細胞分裂は有糸分裂と減数分裂の段階を経て起こります。 2009).
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染色体構造
染色体の構造は、セントロメアと腕の2つの部分に分けることができます。
セントロメア
セントロメアは染色体の中心である染色体の丸い頭であり、染色体を2本の腕に分割します。 このセクションは、染色体上で特別で固定された最初の狭小化領域です。 この領域は、動原体または紡錘繊維（紡錘繊維）の付着場所とも呼ばれます。 これらの要素は、有糸分裂または有糸分裂の一部の間に染色体を動かすのに役立ちます。 セントロメアの開裂は、後期の間に染色分体の動きを開始します。 また、セントロメアは染色体の一部であり、染色体を切断スピンドルスレッドに接続して、赤道面からそれぞれの極に移動できるようにします。
腕
この腕は、染色体と遺伝子を含む染色体本体の一部です。 一般的には染色体2の腕の数ですが、1つしかないものもあります。 腕は薄い膜で覆われており、内部には腕全体を満たす透明な液体で満たされたマトリックスがあります。 この液体には、クロモネマと呼ばれる細いねじれた糸が含まれています。 分裂する染色小粒の部分は染色小粒と呼ばれ、遺伝的特徴を運ぶ働きをします 遺伝子座と呼ばれ、染色小粒はタンパク質物質であり、 クロモネマタ。 リボンクロモネマタは染色体内でらせん状であり、クロモネマタの両方の基部でインデントされています。 2番目のくぼみの機能は、核小体が形成される場所です。 染色体の終わりには衛星と呼ばれる追加があり、衛星は染色体の終わりへの追加です。 セントロメアは染色体の狭くて明るい色の部分であり、染色体の2つの腕を分割し、まっすぐな染色体でもあります。 セントロメアには 動原体、これは細胞分裂中の染色体の動きに役割を果たす構造タンパク質です。 動原体はセントロメア近くの突起であり、紡錘体のねじ山に付着する働きをします（Mader、Silvia、1995）。
一般に、染色体は、染色体、染色体、セントロメア、第2溝、テロメア、および衛星の一部で構成されます。 染色体の構造は次のとおりです。
- クロモネマは、厚みのあるスパイラルバンドです。
- 染色小粒は、クロモネマの肥厚です。 染色小粒の中には、DNA分子を含むタンパク質があります。 遺伝的形質の保因者として機能するため、遺伝子座と呼ばれます。
- セントロメアは染色体の一部であり、狭くなり、明るく見えます。 セントロメアの中には球と呼ばれる小さな顆粒があります。
- テロメアは染色体の末端の一部であり、ある染色体の末端を別の染色体に接続することを防ぎます。
- 衛星は、染色体の終わりにある追加または突起です。 すべての染色体に衛星があるわけではありません（Suryo、1994）。
染色体の構成要素はクロマチンです。 染色体の密ではなく遺伝子を運ぶ部分はユークロマチンと呼ばれ、固体のままの部分はヘテロクロマチンと呼ばれます。 強い倍率で、染色体の腕は、染色体がしっかりと並んでいるビーズのように見えることを示しています。 この染色小粒は、沈殿した核タンパク質材料として機能します。 染色体を構成するタンパク質には、塩基性のヒストンタンパク質と酸性の非ヒストンタンパク質の2種類があります。 これらのヒストンおよび非ヒストンタンパク質は、染色体の糸を固体に巻き、DNA倍加酵素として機能し、DNAをRNAにコピーするように機能します。 この染色体の構造の概要を図2.1に示します。 2つの類似した染色分体からなる染色体には、短い腕（p）と長い腕（q）があります。 この染色体の2つの腕は、セントロメアまたは最初のくぼみ（セントロメア）と呼ばれる部分によって分離されています。 各染色分体には動原体と呼ばれるセクションがあり、糸と一緒に染色体を保持するのに役立ちます スピンドル。 一部の染色体では、他の染色体へのくぼみがまだ見られることがあります。 染色体アームの小さな部分を分離し、このくぼみは二次と呼ばれます 狭窄）。
二次溝には核小体（核の子）を形成する化合物があるため、このくぼみは核小体形成域とも呼ばれます。 染色分体の内部には、クロモネマ（複数形：クロモネマタ）と呼ばれる2つのらせん状の帯があります。 染色小粒には、染色小粒と呼ばれる肥厚があります。 染色体が位置する染色体アームの基本的な材料は、マトリックスと呼ばれます。 さらに、染色体の末端の一部はテロメアと呼ばれ、染色体同士の連続を防ぐ働きをします（Suryo、1994）。
真核細胞では、染色体はDNA、RNA、およびタンパク質からなるDNAの段階的なパッキングによって凝縮されます。 次に、細菌などの真核生物も1つまたは複数のプラスミドを持っています。 プラスミドは、20〜100個のタンパク質をコードできる小さな環状染色体DNA抽出物です。 細菌のすべての必須遺伝子は、円形で細胞質の核様体領域にある二本鎖DNA染色体上にあります。 細菌の染色体は原形質膜に結合し、1000から5000のタンパク質をコードすると考えられています（Schaum's、2006）。 線形であることがわかっている真核生物の染色体は、セントロメアの位置に従ってグループ化できます。 セントロメアは、細胞分裂中に中心小体の紡錘体繊維が付着する染色体上の領域です。 セントロメアの位置から判断すると、真核生物の染色体構造には、メタセントリック、サブメタセントリック、アクロセントリックの3種類があることが知られています。 この染色体構造は、細胞分裂が後期段階にあるときにはっきりと見ることができます（Fabioqta、2009）。
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染色体の形
染色体上のセントロメアの位置に基づいて、染色体は4つの形式に分けることができます。
- メタセントリック染色体
これは、中央（中央値）にセントロメアがある染色体であるため、染色体は同じ長さの2つのアームに分割されます。 後期のとき、染色体が一次曲線で曲がっている場合、メタセントリック染色体は文字Vのような形で表示されます - サブメタセントリック染色体
つまり、中心（中央値以下）の近くにセントロメアがあり、染色体が同じ長さの2つのアームに分割されている染色体。 後期では、染色体は文字JまたはLの形になります - サブテロセントリック（アクロセントリック）染色体
つまり、染色体は染色体アームの端（サブターミナル）の近くにセントロメアを持っています。 これらの染色体は通常曲がっておらず、まっすぐになります - テロセントリック染色体
これは、染色体の腕の一端（末端）にセントロメアがある染色体であるため、染色体には片方の腕しかないように見えます。
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染色体とヌクレオソームの構成
染色体構成
細胞の主要部分は核と細胞質で構成されています。 核の中にはクロマチンと呼ばれる細い糸があります。 細胞が分裂する準備ができると、細い糸が紡がれて染色体を形成します。 染色体は、タンパク質とDNAという2つの分子成分からなる固体構造です。 染色体の密な構造は、細胞分裂の中期段階でのみはっきりと見ることができます。
ヌクレオソーム（染色体の基本単位）
ヌクレオソームはすべての真核生物の染色体に見られます。 ヌクレオソームは真核生物のDNAパッケージングで最も単純な構造であると言われています。 パッケージングは、軸ヒストンと呼ばれる小さな塩基性タンパク質の八量体であるヌクレオソームの軸の周りにDNAを巻き付けることによって行われます。 この軸ヒストンタンパク質は、多くのアミノ酸であるアルギニンとリジンを含んでいるため、塩基性または正に帯電しています。 DNAとタンパク質の分子が染色体に配置される方法は、実際には非常に複雑です。 染色体へのDNAのパッケージングは、前期の段階で発生します。 簡単に言うと、パッケージは次のように説明できます。
DNA鎖は、一連のタンパク質、つまりヒストン上で、ヌクレオソームユニットと呼ばれる構造に回転します。 ヌクレオソームの軸を構成するヒストン軸には、H2A、H2B、H3、H4の4種類があります。 これらの4種類のヒストンは、それぞれが2つの分子で構成されているため、八量体の形をしています。 さらに、別の種類のヒストン、すなわちH1があります。これは、ヌクレオソームの軸ではなく、ヌクレオソームの端にあります。 このH1分子の存在下では、ヌクレオソームのサイズは20 bp大きくなり、通常はクロマトソームと呼ばれます。
DNAの各146bp鎖は、1つのヌクレオソーム軸を取り囲み、残りのDNAは1つのヌクレオソーム軸と次の軸の間のリンカーになります。 ヌクレオソーム軸の周りのDNAコイルは左方向に発生するか、負のスーパーコイルが発生します。 DNAが負に帯電しているのに対し、軸のヒストンは正に帯電しているため、ねじれは非常に強く発生します。 ヌクレオソームユニットは密に詰められてより密な糸を形成し、ソレノイドのひだに回転します。 ソレノイドの折り目はクロマチンの糸にしっかりと詰め込まれています。 クロマチン糸は染色分体アームに凝縮して配置されています。 双子の染色分体の腕は染色体と呼ばれます。
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染色体形態
染色体のサイズと形
核分裂中に特別な染色技術を使用すると、染色体がより見やすくなります。 これは、その時、染色体が収縮して太くなり、静止核に含まれる染色体よりも色素を吸収しやすくなったためです。
染色体のサイズは種によって大きく異なります。 長さは12〜50ミクロン、直径は0.2〜20ミクロンです。 細胞に含まれるさまざまな染色体のサイズが同じになることはありません。 一般に、染色体数が少ない細胞の染色体は、染色体数が多い細胞の染色体よりも大きくなります。
染色体の形もさまざまです。 染色体上のセントロメアの位置に基づいて、染色体は4つの形式に分けることができます。
- メタセントリック染色体
これは、中央（中央値）にセントロメアがある染色体であるため、染色体は同じ長さの2つのアームに分割されます。 後期のとき、染色体が一次曲線で曲がっているとき、メタセントリック染色体は文字Vのような形で表示されます。 - サブメタセントリック染色体
つまり、中心（中央値以下）の近くにセントロメアがあり、染色体が同じ長さの2つのアームに分割されている染色体。 後期の間、染色体はJまたはLの形になります。 - サブテロセントリック（アクロセントリック）染色体
それは染色体アーム（サブターミナル）の端の近くにセントロメアを持っている染色体です。 これらの染色体は通常曲がっておらず、まっすぐになります。 染色体の一方の腕が非常に長く、もう一方の腕が非常に短い場合。 - テロセントリック染色体
腕の一端にセントロメアがある染色体
染色体（末端）。染色体は片方の腕しかないように見え、棒のような形をしています（Prawhartono、et al、1988）。
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染色体番号
それぞれの種は特定の数の染色体を持っています。 染色体の数が同じまたはほぼ同じである種は、これらの種が多くの共通の特徴を持っていること、または密接に関連していることを示すものではありません。 たとえば、米と松はどちらも24本の染色体（12ペア）を持っていますが、どちらも非常に異なる特性を持っています。 同様に、猫とヒドラは両方とも32本の染色体を持っています。 特に赤玉ねぎとプラナリア（扁形動物）の間では、どちらも16番染色体を持っています。
次の表は、いくつかの種類の植物種とそれらが持つ染色体の数の例です。
番号 |
生命体 |
染色体番号 |
ペアの数 |
| 1 | キャベツ | 12 | 6 |
| 2 | エシャロット | 16 | 8 |
| 3 | トウモロコシ | 20 | 10 |
| 4 | ご飯 | 24 | 12 |
| 5 | 松 | 24 | 12 |
| 6 | ひまわり | 34 | 17 |
| 7 | タバコ | 48 | 24 |
| 8 | ポテト | 48 | 24 |
| 9 | コットン | 52 | 26 |
| 10 | 杖 | 86 | 43 |
次の表は、いくつかの種類の動物と人間の種の例と、それらが持つ染色体の数です。
番号 |
生命体 |
染色体番号 |
ペアの数 |
| 1 | ミバエ | 8 | 4 |
| 2 | プラナリア | 16 | 8 |
| 3 | ネコ | 32 | 16 |
| 4 | ハイドラ | 32 | 16 |
| 5 | ミミズ | 36 | 18 |
| 6 | マウス | 40 | 20 |
| 7 | モンキー | 42 | 21 |
| 8 | 人間 | 46 | 23 |
| 9 | アメーバ | 50 | 25 |
| 10 | 牛 | 60 | 30 |
| 11 | モルモット | 64 | 32 |
| 12 | うま | 64 | 32 |
| 13 | 犬 | 78 | 39 |
| 14 | 鳩 | 80 | 40 |
| 15 | 金魚 | 94 | 47 |
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染色体とDNA
デオキシリボ核酸（DNA）は、ある世代から次の世代に情報を転送できるようにする遺伝暗号です。 DNA分子は、二重らせん構造を形成するために互いに巻き付けられた2本の線形鎖で構成されています。
らせん構造はさらに染色体構造に入ります。 染色体は2つに分かれており、中央にセントロメアと呼ばれる狭窄点があります。 動物細胞の4種類の染色体は、セントロメアの位置によって分類されます。
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染色体の主な種類
染色体には、次のようないくつかの主要なタイプがあります。
- メタセントリック染色体
メタセントリック染色体の中央にはセントロメアがあり、2つの半分の長さが同じになります。 人間の染色体1と3はメタセントリックです。 - サブメタセントリック染色体
サブメタセントリック染色体は、中心からわずかにオフセットされたセントロメアを持ち、2つの半分の長さにわずかな非対称性をもたらします。 ヒトの4番染色体から12番染色体はサブメタセントリックです。 - アクロセントリック染色体
アクロセントリック染色体には、中心から大きくオフセットされたセントロメアがあり、1つの非常に長いセクションと1つの非常に短いセクションにつながっています。 ヒトの染色体13、15、21、22はアクロセントリックです。 - テロセントリック染色体
テロセントリック染色体は、染色体の終わりにセントロメアを持っています。 人間はテロセントリック染色体を持っていませんが、マウスなどの他の種に見られます。