Определение хромосом, функций, чисел, типов форм и структур
Определение хромосом
В ядре эукариотических клеток есть гладкие, прямые, как палочки, объекты, состоящие из веществ, которые легко связываются с красителями. Эти объекты называются хромосомами. Хромосомы были впервые открыты К. Фон Нагели (1824 г.), но термин «хромосома» впервые был введен Вальдейером (1888 г.), что означает «цветное тело».
Хромосомы легко наблюдать, если использовать специальные методы окрашивания во время деления клеток. У каждой хромосомы есть пара, и эти пары хромосом называются гомологичными хромосомами. Хромосомные признаки легче всего изучить в прометафазной фазе митоза, потому что в это время хромосомы кажутся разбросанными. не перекрывают друг друга, и каждая хромосома имеет цилиндрическую форму с четырьмя плечами, потому что у нее есть 2 похожие хроматиды (сестры). хроматиды). Каждая хроматида на хромосоме состоит из молекул ДНК. Эти молекулы ДНК соединяются с гистоновыми белками с образованием нуклеосом. Эти нуклеосомы с белками, не являющимися гистонами, будут скручиваться и скручиваться, образуя спираль (клубок), и эти нити снова скручиваются и сворачиваются, образуя суперспираль (суперспираль). Таким образом, хромосомы будут казаться укороченными (конденсированными) после окончания межфазной фазы клеточного цикла (Godam, 2008).
Хромосомы содержат гены. Гены - это единицы, которые несут генетическую информацию. Хромосомы у живых существ имеют длину 0,2–50 мкм и диаметр 0,2–20 мкм. У человека размер хромосомы составляет примерно 6 микрон. Хромосомы несут индивидуальные черты и генетическую информацию, потому что хромосомы содержат гены. Гены хромосом расположены в месте, называемом локусом (Prawhartono и др., 1988).
В дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) генетическая информация хранится в клетках и позволяет передавать информацию от одного поколения к другому. Хромосомы находятся в ядрах большинства живых клеток и состоят из ДНК, которая плотно закручена в нитевидную структуру. Дополнительные белковые структуры, называемые гистонами, поддерживают молекулы ДНК в хромосомах. Существует четыре основных типа хромосом: метацентрические, субметацентрические, акроцентрические и телоцентрические.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Приложения современной биотехнологии - определение, генетика, медицина, сельское хозяйство, животноводство, отходы, биохимия, вирусология, клеточная биология
Хромосомное устройство и состав
Хромосомное устройство
Хромосомы у прокариотических организмов существуют только в форме РНК. Это можно найти в вирусе мозаики (табак). Хромосомы также могут быть просто ДНК, например, в вирусе Т, и могут также содержать как ДНК, так и РНК, как в бактериях Escherichia coli. Хромосомы содержат структуры, состоящие из тонких спиральных нитей.
Вдоль этих нитей регулярно проходят структуры, называемые генами. Каждый ген занимает определенное место в хромосоме. Расположение гена на хромосоме называется локусом гена. Таким образом, именно этот ген фактически регулирует черты, которые передаются от родителей к их потомству. Кроме того, гены регулируют индивидуальное развитие и метаболизм. Гены состоят из ДНК (нуклеиновой кислоты). У ряда генов, расположенных в хромосомах, есть своя задача. Есть гены, которые регулируют цвет цветов, высоту волос, форму носа, тип волос, цвет волос, группу крови, цвет шерсти и так далее.
Количество хромосом в каждом организме разное у разных организмов. Размер хромосом также сильно варьируется от одного типа организма к другому. В каждой клетке тела хромосомы расположены парами. Парные хромосомы одинаковой формы, размера и состава называются гомологичными хромосомами. Каждая пара гомологичных хромосом отличается от других пар гомологичных хромосом. Есть пары хромосом клеток тела (аллельные), поэтому хромосомы тела состоят из двух наборов. Два набора хромосом в клетках тела диплоидны (2n). В половых клетках (гаметах) нет пар или только один набор хромосом. Один набор хромосом в половых клетках гаплоидный (n).
Материал хромосомной композиции
Строительными блоками хромосом являются нити хроматина, состоящие из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), транскрипционной РНК и белков (гистонов или кислот и негистонов или оснований). Каждая хроматида несет молекулу ДНК, имеющую двухцепочечную структуру, так что в обеих хроматидах есть две молекулы ДНК. В человека входит не менее 7 белков, составляющих хромосомы, в то время как другие белки не получают места в хромосомах. Один из белков, CENP-A, очень похож на гистон H и, как полагают, заменяет этот гистон в центромере нуклеосомы.
Функциональная часть самой центромеры выражается с помощью электронной микроскопии, которая демонстрируется делением клеток в.-Образном сечении. диск - кинетохора, эта часть уже находится на поверхности хромосомы в области центромеры, дополнительная структура - микротрубочки, которые испускается из спирали тела, которая расположена на поверхности ядра и может быть описана как разветвленная хромосома, которая входит в ядра. Часть кинетохоры состоит из альпоидной ДНК плюс CENP-A и других белков, но эта структура не может быть описана подробно. Вторая важная часть хромосомы - это терминальная область, называемая теломер. Теломеры важны, потому что они служат маркерами для конечной мишени хромосом и позволяют клеткам различать конечную область, вызванную хромосомным повреждением. Теломерная ДНК состоит из 100 копий повторяющегося мотива 5'-TTAGGG-3 'у человека с коротким удлинением от 3'-конца двухцепочечной молекулы ДНК.
Два специальных белка закреплены на повторах последовательности в теломерах человека, называемых TRF1, которые помогают регулировать плечо теломер человека, а TRF2 поддерживает удлинение одной цепи. Если TRF2 активен, то удлинение теряется, и 2 полинуклеотида сливаются вместе в ковалентную связь. Другие белки теломер рассматривают форму связи между теломерами и периферией ядра, как расположение последней хромосомы.
Хромосомы эукариотических организмов состоят из следующих частей:
- ДНК составляют около 35% хромосом.
- РНК РНК составляет около 5% хромосом.
- Белки Эти белки состоят из основных гистонов и кислых негистонов. Эти два типа белков функционируют, скручивая хромосомные нити, так что они становятся блеклыми и действуют как ферменты удвоения ДНК и копирования ДНК.
Есть два типа белков, из которых состоят хромосомы:
- Гистоновые белки
Белки гистонов являются основными. Гистоновые белки, завернутые в ДНК, называются нуклеосомами. - Негистоновые белки
Негистоновые белки являются кислыми. В прокариотических клетках хромосомный материал находится в ядерной области, и деление клетки происходит напрямую (бинарное деление). У эукариот хромосомный материал равномерно распределен в цитоплазме, и деление клеток происходит через стадии митоза и мейоза. 2009).
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Клетки растений: типы, части, изображения и функции завершены
Хромосомная структура
Строение хромосомы можно разделить на две части: центромеру и плечо.
центромера
Центромера - это круглая головка хромосомы, которая является центром хромосомы и делит хромосому на два плеча. Этот участок - первая область сужения на хромосоме, которая является особенной и фиксированной. Эту область также называют кинетохорой или местом прикрепления волокон веретена. Эти элементы служат для перемещения хромосом во время митоза или части митоза. Расщепление центромеры инициирует движение хроматид во время анафазы. А центромера - это часть хромосомы, которая прикрепляет хромосомы к нити веретена дробления, чтобы она могла перемещаться от экваториальной плоскости к соответствующим полюсам.
Рука
Это плечо является частью основной части хромосомы, содержащей хромосомы и гены. Обычно количество плеч на хромосоме два, но есть и такие, которые только номер один. Рука покрыта тонкой мембраной, а внутри находится прозрачная заполненная жидкостью матрица, которая заполняет всю руку. Эта жидкость содержит тонкие скрученные нити, называемые хромонемой. Часть хромонемы, которая подвергается делению, называется хромомером, который несет наследственные характеристики. поэтому он называется локусом гена, а хромомер - это белковый материал, который оседает в хромонемы. Ленточные хромонемы имеют спиралевидную форму в хромосомах и имеют отступы на обоих основаниях хромонем. Функция второго углубления заключается в том, что ядрышко формируется. В конце хромосомы есть дополнение, называемое сателлитом, сателлит - это дополнение к концу хромосомы. Центромера - это узкая и светлая часть хромосомы, разделяющая два плеча хромосомы, а также прямая хромонема. На центромере есть кинетохора, который является структурным белком, который играет роль в перемещении хромосом во время деления клетки. Кинетохора - это выступ возле центромеры, который служит для прикрепления к нити веретена (Mader, Silvia, 1995).
В общем, хромосома состоит из частей хромонемы, хроморнера, центромеры, второй бороздки, теломеры и сателлита. По строению хромосомы бывают:
- Хромонема представляет собой спиралевидную полосу с утолщением.
- Хромомеры - это утолщения в хромонеме. Внутри хромомера находится белок, содержащий молекулу ДНК. Функционирует как носитель наследственных признаков, поэтому его называют генным локусом.
- Центромера - это часть хромосомы, которая сужается и кажется светлее. Внутри центромеры находятся маленькие гранулы, называемые сферами.
- Теломеры - это концы хромосом, которые препятствуют соединению одного конца хромосомы с другим.
- Сателлит - это добавление или выступ на конце хромосомы. Не у всех хромосом есть спутники (Suryo, 1994).
Строительный блок хромосом - хроматин. Часть хромосомы, которая не является плотной и несет гены, называется эухроматином, а часть, которая остается твердой, называется гетерохроматином. При сильном увеличении плечи хромосом показывают, что хромомеры выглядят как плотно выстроенные бусинки. Этот хромомер служит осажденным нуклеопротеидным материалом. Есть два типа белков, составляющих хромосомы, а именно гистоновые белки, которые являются основными, и негистоновые белки, которые являются кислыми. Эти гистоновые и негистоновые белки функционируют, скручивая хромосомные нити в плотные, и действуют как ферменты удвоения ДНК и копируют ДНК в РНК. Обзор структуры этой хромосомы можно увидеть на рисунке 2.1. Хромосома, состоящая из двух одинаковых хроматид, имеет короткое плечо (p) и длинное плечо (q). Два плеча этой хромосомы разделены частью, называемой центромерой или первым углублением (центромера), и Каждая хроматида имеет секцию, называемую кинетохорой, которая служит для удержания хромосом вместе нитями. шпиндель. На некоторых хромосомах иногда все еще можно увидеть углубление по направлению к другой, так что отделяет небольшую часть плеча хромосомы, и это углубление называется вторичным перетяжка).
Во вторичной бороздке находятся соединения, образующие ядрышко (детское ядро), поэтому это углубление также называют ядрышковым организатором. Внутри хроматид есть две спиралевидные полосы, называемые хромонемами (множественное число: хромонемы). В хромонемах есть утолщения, называемые хромомерами. Основной материал хромосомного плеча, на котором расположены хромонемы, называется матрицей. Кроме того, части концов хромосом называются теломерами, которые предотвращают продолжение хромосом друг от друга (Suryo, 1994).
В эукариотических клетках хромосомы конденсируются за счет постепенной упаковки ДНК, состоящей из ДНК, РНК и белков. Тогда эукариоты, такие как бактерии, также имеют одну или несколько плазмид. Плазмиды - это небольшие круглые экстракты хромосомной ДНК, которые могут кодировать 20–100 белков. Все основные гены бактерий находятся на хромосомах двухцепочечной ДНК, которые имеют круглую форму и расположены в нуклеоидной области цитоплазмы. Считается, что бактериальные хромосомы связаны с плазматической мембраной и кодируют от 1000 до 5000 белков (Schaum's, 2006). Хромосомы эукариот, которые, как мы знаем, являются линейными, можно сгруппировать в соответствии с их центромерным положением. Центромера - это область хромосомы, где волокна веретена центриоли прикрепляются во время деления клетки. Судя по положению центромеры, известно, что существует три типа эукариотических хромосомных структур: метацентрические, субметацентрические и акроцентрические. Эту хромосомную структуру можно ясно увидеть, когда деление клеток находится на стадии анафазы (Fabioqta, 2009).
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Объяснение механизма газообмена при дыхании
Хромосомная форма
Исходя из расположения центромеры на хромосоме, хромосомы можно разделить на 4 формы, а именно:
- Метацентрические хромосомы
Это хромосома с центромерой посередине (медиана), поэтому хромосома разделена на 2 плеча одинаковой длины. Во время анафазы метацентрическая хромосома будет иметь форму буквы V, если хромосома изогнута по первичной кривой. - Субметацентрические хромосомы
А именно хромосомы, у которых центромера находится рядом с центром (суб-медиана), так что хромосома разделена на два плеча одинаковой длины. В анафазе хромосомы будут иметь форму буквы J или L. - Субтелоцентрические (акроцентрические) хромосомы
То есть хромосома, которая имеет центромеру около конца плеча хромосомы (суб-терминал). Эти хромосомы обычно не изогнуты и будут прямыми. - Телоцентрические хромосомы
Это хромосома, которая имеет центромеру на одном конце хромосомного плеча (терминал), поэтому хромосома, кажется, имеет только одно плечо.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Объяснение клеточных органелл и их функций по мнению специалистов
Организация хромосом и нуклеосом
Хромосомная организация
Основная часть клетки состоит из ядра и цитоплазмы. Внутри ядра находятся тонкие нити, называемые хроматином. Когда клетка готова к делению, тонкие нити прядутся и образуют хромосомы. Хромосомы - это твердые структуры, состоящие из двух молекулярных компонентов, а именно белков и ДНК. Плотную структуру хромосом можно четко увидеть только на стадии метафазы во время деления клетки.
Нуклеосома (основная единица хромосом)
Нуклеосомы находятся на всех хромосомах эукариот. Было сказано, что нуклеосома - это простейшая структура в упаковке эукариотической ДНК. Упаковка происходит путем обертывания ДНК вокруг оси нуклеосомы, которая представляет собой октамер небольших основных белков, называемых осевыми гистонами. Этот гистоновый белок оси является основным или положительно заряженным, потому что он содержит много аминокислот аргинина и лизина. То, как ДНК и белковые молекулы расположены в хромосомах, на самом деле довольно сложно. Упаковка ДНК в хромосомы происходит на стадии профазы. Кратко упаковку можно пояснить так:
Нить ДНК скручена на наборе белков, а именно гистонах, в структуру, называемую нуклеосомной единицей. Есть четыре типа гистоновых осей, которые составляют ось нуклеосомы, а именно H2A, H2B, H3 и H4. Эти четыре вида гистонов находятся в форме октамера, потому что каждый состоит из двух молекул. Кроме того, существует еще один вид гистона, а именно H1, который расположен не на оси нуклеосомы, а на краю нуклеосомы. В присутствии этой молекулы H1 размер нуклеосомы увеличивается на 20 п.н., и ее обычно называют хроматосомой.
Каждая цепь ДНК длиной 146 пар оснований окружает одну ось нуклеосомы, в то время как остальная часть ДНК становится связующим звеном между одной осью нуклеосомы и другой. Скручивание ДНК вокруг оси нуклеосомы происходит в левом направлении или возникает отрицательная суперспирализация. Скручивание происходит так сильно, потому что ДНК заряжена отрицательно, а гистоны оси - положительно. Нуклеосомные единицы плотно упакованы вместе, образуя более плотные нити, и скручены в соленоидные складки. Складки соленоидов плотно упакованы в нити хроматина. Нити хроматина расположены конденсированными в рукавах хроматид. Плечи двойных хроматид называются хромосомами.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: История открытия клеток - теория, концепции, развитие, типы, характеристики
Хромосомная морфология
Размер и форма хромосомы
Хромосомы лучше видны, если во время деления ядер используются специальные методы окрашивания. Это связано с тем, что в то время хромосомы сокращались, поэтому они становились толще, помимо того, что они могли поглощать краситель лучше, чем хромосомы, содержащиеся в покоящемся ядре.
Размер хромосом сильно варьируется от одного вида к другому. Длина составляет от 12 до 50 микрон, а диаметр от 0,2 до 20 микрон. Размер различных хромосом, содержащихся в клетке, никогда не бывает одинаковым. Как правило, хромосомы в клетках с небольшим числом больше, чем хромосомы в клетках с большим количеством хромосом.
Форма хромосом также различается. Исходя из расположения центромеры на хромосоме, хромосомы можно разделить на 4 формы, а именно:
- Метацентрические хромосомы
Это хромосома с центромерой посередине (медиана), поэтому хромосома разделена на 2 плеча одинаковой длины. Во время анафазы метацентрическая хромосома будет иметь форму буквы V, когда хромосома изогнута по первичной кривой. - Субметацентрические хромосомы
А именно хромосомы, у которых центромера находится рядом с центром (суб-медиана), так что хромосома разделена на два плеча одинаковой длины. Во время анафазы хромосомы будут иметь форму буквы J или L. - Субтелоцентрические (акроцентрические) хромосомы
Это хромосома, у которой есть центромера около конца плеча хромосомы (субтерминал). Эти хромосомы обычно не изогнуты и будут прямыми. Где одно плечо хромосомы очень длинное, а другое - очень короткое. - Телоцентрические хромосомы
Хромосома с центромерой на одном конце плеча.
хромосома (терминальная), так что хромосома имеет только одно плечо и имеет форму стержня (Prawhartono, et al, 1988).
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Объяснение характеристик и функций клеточных микрофиламентов
Номер хромосомы
У каждого вида есть определенное количество хромосом. Виды, которые имеют одинаковое или почти одинаковое количество хромосом, не указывают на то, что эти виды имеют много общих характеристик или тесно связаны между собой. Например, и рис, и сосна имеют 24 хромосомы (12 пар), но обе имеют очень разные характеристики. Точно так же и кошки, и гидры имеют 32 хромосомы. Особенно между красным луком и планариями (плоскими червями), у которых у обоих по 16 хромосом.
В следующей таблице приведены примеры нескольких видов растений с указанием количества имеющихся у них хромосом:
Нет |
Организм |
Номер хромосомы |
Количество пар |
| 1 | Капуста | 12 | 6 |
| 2 | Шалот | 16 | 8 |
| 3 | Кукуруза | 20 | 10 |
| 4 | Рис | 24 | 12 |
| 5 | сосна | 24 | 12 |
| 6 | Подсолнечник | 34 | 17 |
| 7 | Табак | 48 | 24 |
| 8 | Картофель | 48 | 24 |
| 9 | Хлопок | 52 | 26 |
| 10 | Трость | 86 | 43 |
В следующей таблице приведены примеры нескольких видов животных и людей с указанием количества имеющихся у них хромосом:
Нет |
Организм |
Номер хромосомы |
Количество пар |
| 1 | Плодовые мошки | 8 | 4 |
| 2 | Планария | 16 | 8 |
| 3 | Кот | 32 | 16 |
| 4 | Гидра | 32 | 16 |
| 5 | Дождевые черви | 36 | 18 |
| 6 | мышей | 40 | 20 |
| 7 | Обезьяна | 42 | 21 |
| 8 | Человек | 46 | 23 |
| 9 | Амеба | 50 | 25 |
| 10 | Бык | 60 | 30 |
| 11 | морская свинка | 64 | 32 |
| 12 | Лошадь | 64 | 32 |
| 13 | Собака | 78 | 39 |
| 14 | голубь | 80 | 40 |
| 15 | Золотая рыбка | 94 | 47 |
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Объяснение клеточного дыхания у растений в биологии
Хромосомы и ДНК
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) - это генетический код, который позволяет передавать информацию от одного поколения к другому. Молекула ДНК состоит из двух линейных цепей, намотанных друг на друга, образуя двойную спиральную структуру.
Спиральная структура находится дальше в структуре хромосомы. Хромосомы разделены на две половины с точкой сужения в середине, известной как центромера. Четыре типа хромосом в клетках животных классифицируются по положению центромеры.
Также читайте статьи, которые могут быть связаны: Клеточная мембрана - определение, структура, компоненты, каркас, функция, состав
Основные типы хромосом
Есть несколько основных типов хромосом, в том числе:
- Метацентрические хромосомы
Метацентрические хромосомы имеют центромеру посередине, что делает две половины одинаковой длины. Хромосомы 1 и 3 человека метацентрические. - Субметацентрические хромосомы
Субметацентрические хромосомы имеют центромеры, слегка смещенные от центра, что приводит к небольшой асимметрии в длине двух половин. Человеческие хромосомы с 4 по 12 субметацентрические. - Акроцентрические хромосомы
Акроцентрические хромосомы имеют центромеры, которые сильно смещены от центра, что приводит к одному очень длинному и одному очень короткому участку. Хромосомы 13, 15, 21 и 22 человека акроцентрические. - Телоцентрические хромосомы
Телоцентрические хромосомы имеют центромеру на конце хромосомы. У людей нет телецентрических хромосом, но они встречаются у других видов, например, у мышей.