Хромозоми, тяхната структура и функции, Биология
Химичен състав на хромозомите
Хромозомата е дезоксирибонуклеопротеин (DNP), т.е. комплекс, образуван от една непрекъсната двойноверижна ДНК молекула и протеини (хистони и нехистони). Хромозомите също съдържат липиди и минерали (например Ca2+, Mg2+ йони).
Всяка хромозома е сложна супрамолекулна формация, образувана в резултат на уплътняване на хроматина.
Структурата на хромозомите
В повечето случаи хромозомите са ясно видими само в делящите се клетки от метафазния стадий, когато могат да се видят дори със светлинен микроскоп. През този период е възможно да се определи броят на хромозомите в ядрото, техният размер, форма и структура. Тези хромозоми се наричат метафаза. Интерфазните хромозоми често се наричат просто хроматин.
Броят на хромозомите обикновено е постоянен за всички клетки на индивид от всякакъв вид растения, животни и хора. Но при различните видове броят на хромозомите не е еднакъв (от две до няколкостотин). Конският кръгъл червей има най-малък брой хромозоми (2), най-големият се намира в протозоите и папратите, които се характеризират с високи нива на полиплоидия. Обикновено диплоидните комплекти съдържат от една до няколко десетки хромозоми. Броят на хромозомите в клетките на индивиди от различни видове е даден в таблицата.
Броят на хромозомите в ядрото не е свързан с нивото на еволюционно развитие на живите организми. В много примитивни форми тя е голяма, например ядрата на някои видове протозои съдържат стотици хромозоми, докато шимпанзетата имат само 48. Всяка хромозома, образувана от една ДНК молекула, е удължена структура с форма на пръчка - хроматид, който има две „рамена“, разделени от първично стесняване или центромер (от латински Centrum -средна точка, център и гръцки. meros - част, дял). Метафазната хромозома се състои от две сестрински хроматиди, свързани с центромер, всяка от които съдържа една ДНК молекула, подредена в спирала.
Центромерът е малко фибрилно тяло, което извършва първичното стесняване на хромозомата. Това е най-важната част от хромозомата, тъй като определя нейното движение. Центромерът, към който са прикрепени нишките на вретеното по време на деленето (при митоза и мейоза), се нарича кинетохор (от гръцки kinetos - подвижен и choros - място). Той контролира движението на различни хромозоми по време на клетъчното делене. Хромозома без центромер не е в състояние да извършва правилно движение и може да бъде загубена.
Обикновено центромерът на хромозомата заема определено място и това е една от видовите характеристики, по които се разграничават хромозомите. Промяната в позицията на центромера в определена хромозома служи като индикатор за хромозомни пренареждания. Рамената на хромозомите завършват в области, които не могат да се свържат с други хромозоми или техни фрагменти. Тези крайни участъци на хромозомите се наричат теломери (от гръцки telos - край и meros - част, дял). Теломерите предпазват краищата на хромозомите от слепване и по този начин осигуряват запазването на тяхната цялост. За откриването на механизма на защита на хромозомите от теломерите и ензима теломераза американските учени Е. Блекбърн, К. Грейдър и Д. Шостак бяха удостоени с Нобелова награда за медицина и физиология през 2009 г. Краищата на хромозомите често са обогатени с хетерохроматин.
INв зависимост от местоположението на центромера се определят три основни типа хромозоми: равнораменни (рамена с еднаква дължина), неравнораменни (с рамена с различна дължина) и пръчковидни (с едно, много дълго и друго, много късо, едва забележимо рамо). Някои хромозоми имат не само един центромер, но и вторично стесняване, което не е свързано с прикрепването на нишката на вретеното по време на деленето. Това място е нуклеоларният организатор, който изпълнява функцията за синтезиране на ядрото в ядрото.
Хромозомна репликация
Функция на хромозомите
Функцията на хромозомите е:
1) при съхранение на наследствена информация. Хромозомите са носители на генетична информация;
2) предаване на наследствена информация. Наследствената информация се предава чрез репликация на ДНК молекулата;
3) прилагане на наследствена информация. Благодарение на възпроизвеждането на един или друг вид i-RNA и съответно на един или друг вид протеин се осъществява контрол върху всички жизнени процеси на клетката и целия организъм.
По този начин хромозомите с гени, затворени в тях, причиняват непрекъсната серия от възпроизвеждане.
До началото на 40-те години повечето изследователи свързват генетичните функции на хромозомите с протеините. Както пише българският биолог и генетик Николай Константинович Колцов, „беше трудно да се признае, че толкова проста молекула като ДНК има толкова сложни функции“. По-късно обаче именно ДНК е идентифицирана като генетичен материал на всички растения, животни, микроорганизми и повечето вируси.
Хромозомите осъществяват сложна координация и регулиране на процесите в клетката благодарение на съдържащата се в тях генетична информация, която осигурява синтеза на първичната структура на ензимните протеини.
Всеки вид има свои собствени клетки в клетките си.броя на хромозомите. Те са носители на гени, които определят наследствените свойства на клетките и организмите от вида. Генът е част от ДНК молекула на хромозома, върху която се синтезират различни РНК молекули (транслатори на генетична информация). Генът е функционално неделима единица от генетичен материал и се представя като определен брой (поне три) линейно подредени нуклеотиди. Последователността на нуклеотидите в ДНК веригите определя кода на генетичната информация, която може да бъде транскрибирана (отписана, като от матрица) в молекули на иРНК, а те от своя страна превеждат (предават) в съответствие с кода последователността на включване на аминокиселини в синтезираната полимерна протеинова молекула според принципа "един ген - един протеин". Броят на нуклеотидите в хромозомите е огромен. Например, гените, които изграждат човешките хромозоми, могат да съдържат до два милиона базови двойки.
Набори от хромозоми
Соматичните, тоест телесните клетки обикновено съдържат двоен или диплоиден набор от хромозоми. Състои се от двойки (2n) почти еднакви по форма и размер хромозоми. Такива сдвоени хромозомни комплекти, подобни един на друг, се наричат хомоложни (от гръцки homos - равен, идентичен, общ). Те идват от два организма; единият комплект от майката, а другият от бащата. Такъв сдвоен набор от хромозоми съдържа цялата генетична информация на клетката и организма (индивида). Хомоложните хромозоми са еднакви по форма, дължина, структура, местоположение на центромера и носят едни и същи гени, които имат една и съща локализация. Те съдържат един и същ набор от гени, въпреки че могат да се различават по своите алели. По този начин хомоложните хромозоми съдържат много близка, но не идентична наследствена информация.
Наборът от характеристики на хромозомите (техният брой, размер, форма и детайли на микроскопичната структура) в клетките на тялото на организъм от определен вид се наричакариотип (от гръцки karyon - ядка, ядро на орех и typos - проба, форма). Формата на хромозомите, техният брой, размер, местоположението на центромера, наличието на вторични стеснения винаги са специфични за всеки вид; те могат да се използват за сравняване на връзката на организмите и установяване на тяхната принадлежност към определен вид.
Постоянството на кариотипа, характерно за всеки вид, се развива в процеса на неговата еволюция и се дължи на законите на митозата и мейозата. Въпреки това, по време на съществуването на даден вид в неговия кариотип, поради мутации, могат да настъпят промени в хромозомите. Някои мутации значително променят наследствените качества на клетката и на организма като цяло.
Постоянните характеристики на хромозомния набор - броят и морфологичните характеристики на хромозомите, определени главно от местоположението на центромерите, наличието на вторични стеснения, редуването на еухроматични и хетерохроматични области и др., Дават възможност за идентифициране на видовете. Поради това кариотипът се нарича "паспорт" на вида.