Hromosomu funkcijas un to uzbūve. Kāda ir hromosomu funkcija šūnā?

Satura rādītājs:

Hromosomu funkcijas un to uzbūve. Kāda ir hromosomu funkcija šūnā?
Hromosomu funkcijas un to uzbūve. Kāda ir hromosomu funkcija šūnā?
Anonim

Šajā rakstā tiks aplūkotas tādas eikariotu šūnu struktūras kā hromosomas, kuru struktūru un funkcijas pēta bioloģijas nozare, ko sauc par citoloģiju.

Atklājumu vēsture

Tā kā hromosomas ir galvenās šūnas kodola sastāvdaļas, tās 19. gadsimtā atklāja vairāki zinātnieki vienlaikus. Krievu biologs I. D. Čistjakovs tos pētīja mitozes (šūnu dalīšanās) procesā, vācu anatoms Valdejers atklāja histoloģisko preparātu sagatavošanas laikā un nosauca tos par hromosomām, tas ir, krāsojošiem ķermeņiem šo struktūru ātrai reakcijai, mijiedarbojoties ar organiskā krāsviela fuksīns.

Flemings apkopoja zinātniskos faktus par hromosomu darbību šūnās ar izveidojušos kodolu.

Hromosomu ārējā struktūra

Šie mikroskopiskie veidojumi atrodas kodolos - svarīgākajās šūnas organellās un kalpo kā vieta, kur glabājas un pārraida dotā organisma iedzimto informāciju. Hromosomassatur īpašu vielu - hromatīnu. Tas ir plānu pavedienu – fibrilu un granulu konglomerāts. No ķīmiskā viedokļa šī ir lineāru DNS molekulu (ir aptuveni 40%) kombinācija ar specifiskiem histona proteīniem.

hromosomu funkcijas
hromosomu funkcijas

Kompleksi, kas ietver 8 peptīdu molekulas un DNS pavedienus, kas savīti uz proteīna globulām, tāpat kā uz spirālēm, sauc par nukleosomām. Dezoksiribonukleīnskābes reģions veido 1,75 apgriezienus ap stumbra daļu un ir elipsoīds, kura garums ir aptuveni 10 nanometri un 5–6 nm plats. Šo struktūru (hromosomu) klātbūtne kodolā ir sistemātiska eikariotu organismu šūnu iezīme. Tieši nukleosomu formā hromosomas veic visu ģenētisko īpašību saglabāšanas un pārnešanas funkciju.

Hromosomas struktūras atkarība no šūnu cikla fāzes

Ja šūna atrodas starpfāzes stāvoklī, kam raksturīga tās augšana un intensīva vielmaiņa, bet dalīšanās neesamība, tad hromosomas kodolā izskatās pēc plāniem despiralizētiem pavedieniem – hromonēmām. Parasti tie ir savstarpēji saistīti, un tos nav iespējams vizuāli sadalīt atsevišķās struktūrās. Šūnu dalīšanās brīdī, ko sauc par mitozi somatiskajās šūnās un par mejozi dzimumšūnās, hromosomas sāk spirāli un sabiezēt, kļūstot skaidri redzamas mikroskopā.

hromosomu struktūra un funkcija
hromosomu struktūra un funkcija

Hromosomu organizācijas līmeņi

Iedzimtības vienības ir hromosomas, ģenētikas zinātne pēta detalizēti. Zinātnieki ir atklājuši, ka nukleosomu pavediens,saturoši DNS un histona proteīni veido pirmās kārtas spirāli. Blīvs hromatīna iesaiņojums rodas, jo veidojas augstākas kārtas struktūra - solenoīds. Tā pašorganizējas un kondensējas vēl sarežģītākā superspirālē. Visi iepriekš minētie hromosomu organizācijas līmeņi notiek šūnas sagatavošanas laikā dalīšanai.

hromosomu funkcijas šūnā
hromosomu funkcijas šūnā

Tieši mitotiskajā ciklā iedzimtības struktūrvienības, kas sastāv no DNS saturošiem gēniem, tiek saīsinātas un sabiezinātas, salīdzinot ar starpfāžu perioda pavedienu hromonēmām, aptuveni 19 tūkstošus reižu. Šādā kompaktā formā kodola hromosomas, kuru funkcijas ir nodot organisma iedzimtās īpašības, kļūst gatavas somatisko jeb dzimumšūnu dalīšanai.

Hromosomu morfoloģija

Hromosomu funkcijas var izskaidrot, pētot to morfoloģiskās pazīmes, kas vislabāk redzamas mitotiskajā ciklā. Ir pierādīts, ka pat sintētiskajā starpfāzes stadijā DNS masa šūnā dubultojas, jo katrai no dalīšanās rezultātā izveidotajām meitas šūnām ir jābūt tādam pašam iedzimtības informācijas daudzumam kā sākotnējai mātei. Tas tiek panākts reduplikācijas procesa rezultātā – DNS pašdubultošanās, kas notiek, piedaloties enzīmam DNS polimerāzei.

hromosomas veic funkciju
hromosomas veic funkciju

Citoloģiskajos preparātos, kas sagatavoti mitozes metafāzes laikā, augu vai dzīvnieku šūnās zem mikroskopa ir skaidri redzams, ka katra hromosoma sastāv no divām daļām, t.s.hromatīdi. Turpmākajās mitozes fāzēs - anafāzē un īpaši telofāzē - tās tiek pilnībā atdalītas, kā rezultātā katra hromatīda kļūst par atsevišķu hromosomu. Tas satur nepārtraukti sablīvētu DNS molekulu, kā arī lipīdus, skābos proteīnus un RNS. No minerālvielām tas satur magnija un kalcija jonus.

Hromosomas palīgstrukturālie elementi

Lai hromosomu funkcijas šūnā tiktu veiktas pilnvērtīgi, šīm iedzimtības vienībām ir īpašs aparāts - primārā sašaurināšanās (centromērs), kas nekad neveidojas spirālē. Tā ir viņa, kas sadala hromosomu divās daļās, ko sauc par pleciem. Atkarībā no centromēra atrašanās vietas ģenētiķi klasificē hromosomas vienādrokās (metacentriskās), nevienādās (submetacentriskās) un akrocentriskās. Uz primārajiem sašaurinājumiem veidojas īpaši veidojumi - kinetohori, kas ir diskveida proteīna lodītes, kas atrodas abās centromēra pusēs. Paši kinetohori sastāv no divām sekcijām: ārējās saskaras ar mikrofilamentiem (šķiedru vārpstas vītnēm), piestiprinoties pie tiem.

funkcionējošas kodola hromosomas
funkcionējošas kodola hromosomas

Pavedienu (mikrofilamentu) samazināšanas dēļ tiek veikta stingri sakārtota hromosomu veidojošo hromatīdu sadale starp meitas šūnām. Dažām hromosomām ir viens vai vairāki sekundārie sašaurinājumi, kas nepiedalās mitozē, jo skaldīšanas vārpstas pavedieni nevar tām pievienoties, bet tieši šīs sekcijas (sekundārie sašaurinājumi) nodrošina kontroli pār nukleolu sintēzi - organellu, kas reaģē.ribosomu veidošanai.

Kas ir kariotips

Pazīstamie ģenētiskie zinātnieki Morgans, N. Koļcovs, Setons 20. gadsimta sākumā skrupulozi pētīja hromosomas, to uzbūvi un funkcijas somatiskajās un dzimumšūnās – gametās. Viņi atklāja, ka katrai visu bioloģisko sugu šūnai ir raksturīgs noteikts skaits hromosomu, kurām ir noteikta forma un izmērs. Tika ierosināts visu hromosomu kopumu somatiskās šūnas kodolā saukt par kariotipu.

kāda ir hromosomu funkcija
kāda ir hromosomu funkcija

Populārajā literatūrā kariotips bieži tiek identificēts ar hromosomu kopu. Patiesībā tie nav identiski jēdzieni. Piemēram, cilvēkiem kariotips ir 46 hromosomas somatisko šūnu kodolos, un to apzīmē ar vispārīgo formulu 2n. Bet tādām šūnām kā, piemēram, hepatocīti (aknu šūnas) ir vairāki kodoli, to hromosomu kopa ir apzīmēta kā 2n2=4n vai 2n4=8n. Tas ir, hromosomu skaits šādās šūnās būs vairāk nekā 46, lai gan hepatocītu kariotips ir 2n, tas ir, 46 hromosomas.

Hromosomu skaits dzimumšūnās vienmēr ir divas reizes mazāks nekā somatiskajās (ķermeņa šūnās), šādu kopu sauc par haploīdu un apzīmē ar n. Visām pārējām ķermeņa šūnām ir 2n kopa, ko sauc par diploīdu.

Morgana iedzimtības hromosomu teorija

Amerikāņu ģenētiķis Morgans atklāja gēnu saistītās mantošanas likumu, veicot eksperimentus par augļu mušu – Drosophila hibridizāciju. Pateicoties viņa pētījumiem, tika pētītas dzimumšūnu hromosomu funkcijas. Morgan pierādīja, ka gēni atrodas kaimiņosvienas hromosomas loki pārsvarā tiek mantoti kopā, tas ir, saistīti. Ja gēni hromosomā atrodas tālu viens no otra, tad starp māsu hromosomām iespējama krustošanās - sekciju apmaiņa.

Pateicoties Morgana pētījumiem, tika izveidotas ģenētiskās kartes, kas pēta hromosomu funkcijas un tiek plaši izmantotas ģenētiskajās konsultācijās, lai atrisinātu jautājumus par iespējamām hromosomu vai gēnu patoloģijām, kas izraisa cilvēku iedzimtas slimības. Zinātnieka izdarīto secinājumu nozīmi nevar pārvērtēt.

Šajā rakstā mēs pētījām hromosomu struktūru un funkcijas, ko tās veic šūnā.

Ieteicams: