KROMOSOMER: FUNN, TYPER, FUNKSJON, STRUKTUR - BIOLOGI - 2026

De kromosomer er strukturer som består av en DNA-molekyl og en kontinuerlig assosierte proteiner. De finnes pent innenfor kjernen til eukaryote celler og inneholder det meste av genetisk materiale. Disse strukturene sees tydeligst under celledeling.

Eukaryote kromosomer ble først identifisert og studert på slutten av 1700-tallet. I dag er ordet "kromosom" et viden kjent begrep, selv for mennesker som bare har studert de mest elementære aspektene ved biologi eller genetikk.

Representativt diagram over et kromosom og informasjonen det inneholder (Kilde: KES47 via Wikimedia Commons)

På kromosomer er gener, hvorav mange koder for proteiner, enzymer og den informasjonen som er nødvendig for levetiden til hver celle. Imidlertid har mange kromosomer rent strukturelle funksjoner, noe som betyr at de tillater et spesifikt arrangement av gener i det nukleære interiøret.

Generelt har alle cellene til et individ like antall kromosomer. Hos mennesker har for eksempel hver billion billioner som er beregnet å utgjøre den voksne kroppen, 46 kromosomer, som er organisert i 23 forskjellige par.

Hvert av de 46 kromosomene i mennesker og andre levende organismer har unike egenskaper; bare de som er kjent som "homologe par" deler kjennetegn med hverandre, men ikke med forskjellige par; det vil si at alle kromosomer 1 ligner hverandre, men disse er forskjellige fra 2 og 3, og så videre.

Hvis alle kromosomene til en menneskelig celle var ordnet på en lineær måte, ville de dannet en kjede på mer eller mindre 2 meter i lengde, så en av hovedfunksjonene til kromosomer er å komprimere arvestoffet slik at det "passer" i kjernen, samtidig som det gir tilgang til transkripsjons- og replikasjonsmaskineriet.

Til tross for de enorme forskjellene som finnes mellom bakteriegenomer og eukaryote organismer, kalles genetisk materiale fra prokaryoter (så vel som i noen indre organeller av eukaryoter) også et kromosom og består av et sirkulært molekyl .

Oppdagelse

På det tidspunktet Mendel bestemte arvelighetsprinsippene, ante han ikke om kromosomers eksistens. Imidlertid konkluderte han med at arvelige elementer ble overført i duplikat gjennom spesielle partikler, en forestilling godt foran sin tid.

To forskere fra 1700-tallet, botanikeren K. Nageli og zoologen E. Beneden, engasjerte seg i observasjonen og studiet av plante- og dyreceller under cellefordelingshendelser; Dette var de første som beskrev strukturer formet som "små stenger" inne i det sentrale kammeret kjent som kjernen.

Begge forskerne detaljerte at under celledelingen av en "typisk" celle, ble det dannet en ny kjerne, hvori et nytt sett med "små stenger" dukket opp, lik den som ble funnet i cellen opprinnelig.

Denne delingsprosessen ble senere beskrevet mer presist av den tyske forskeren W. Flemming i 1879, som ved bruk av fargestoffer under observasjon klarte å beise de "små stavene" for å bedre visualisere dem.

TH Morgan demonstrerte at fenotyper arves på den måten Mendel antydet og at arvenhetene ligger på kromosomer. Morgan ga de fysiske bevisene som konsoliderte den "Mendelianske revolusjonen."

Begrepene kromosom og kromatin

Flemming dokumenterte oppførselen til "stengene" under interfase og cytokinesis (celledeling). I 1882 publiserte han en undersøkelse der han først tegnet uttrykket "kromatin" for stoffet som ble beiset inne i kjernen når cellen ikke var i oppdeling.

Han hadde også observert at under celledeling ble antall "stenger" (kromosomer) i kjernen doblet. Ett av hvert par dupliserte kromosomer ble plassert inne i hver kjerne av de resulterende celler, så kromosomalkomplementet til disse cellene under mitose var identisk.

Fotografi av en menneskelig Karyotype (Kilde: Plociam ~ commonswik, via Wikimedia Commons)

W. Waldeyer, etter Flemming-verkene, etablerte begrepet "kromosom" (fra det greske "kroppen som er beiset") for å beskrive det samme stoffet som ble ordnet på en ordnet måte på tidspunktet for celledeling.

Over tid studerte forskjellige forskere studiet av genetisk materiale, som betydningen av begrepene "kromosom" og "kromatin" endret litt på. I dag er et kromosom en diskret enhet av genetisk materiale, og kromatin er blandingen av DNA og proteiner som utgjør det.

Kromosomtyper og deres egenskaper

EB Wilson etablerte i den andre utgaven av boken La Célula (The Cell) den første klassifiseringen av kromosomer, som er basert på plasseringen av sentromerene, et kjennetegn som påvirker tilknytningen av kromosomer til den mitotiske spindelen under celledelingen.

Det er minst tre forskjellige måter å klassifisere kromosomer på, siden det er forskjellige kromosomer mellom arter og hos individer av samme art er det kromosomer med forskjellige strukturer og funksjoner. De vanligste klassifiseringene er:

I følge cellen

Det genetiske materialet i bakteriene blir sett på som en tett og ordnet sirkulær masse, mens det i eukaryote organismer blir sett på som en tett masse som virker "uorganisert" inne i kjernen. Avhengig av cellen kan kromosomer klassifiseres i to store grupper:

- Prokaryotiske kromosomer : hver prokaryotiske organisme har et enkelt kromosom sammensatt av et kovalent lukket (sirkulært) DNA-molekyl, uten histonproteiner og ligger i et område av cellen kjent som nukleoid.

- Eukaryote kromosomer : i en eukaryot kan det være to eller flere kromosomer for hver celle, disse er plassert inne i kjernen og er mer komplekse strukturer enn bakteriekromosomet. DNAet som utgjør dem er svært pakket takket være forbindelsen til proteiner som kalles "histoner".

I henhold til plasseringen av sentromeren

Sentromerene er en del av kromosomene som inneholder en ganske kompleks kombinasjon av proteiner og DNA, og som har en primær funksjon under celledelingen, ettersom det er ansvarlig for å "sørge for" at kromosomsegregasjonsprosessen oppstår.

I henhold til den strukturelle plasseringen av dette "komplekset" (sentromer), har noen forskere klassifisert kromosomer i 4 kategorier, nemlig:

- Metasentriske kromosomer: dette er de hvis sentromere er i sentrum, det vil si der sentromerene skiller kromosomstrukturen i to deler av samme lengde.

- Submetasentriske kromosomer: kromosomer der sentromerene er avviket fra "sentrum", og bidrar til utseendet til en "asymmetri" i lengde mellom de to delene som den skiller.

- Akosentriske kromosomer: i akrocentriske kromosomer er "avviket" fra sentromerene markert, som to kromosomseksjoner av veldig forskjellige størrelser produseres, en veldig lang og en virkelig kort.

- Telosentriske kromosomer: de kromosomene hvis sentromer er plassert i endene av strukturen (telomerer).

I henhold til funksjon

Organismer som har seksuell reproduksjon og som har separate kjønn, har to typer kromosomer som klassifiseres, i henhold til deres funksjon, i kjønnskromosomer og autosomale kromosomer.

Autosomale kromosomer (eller autosomer) deltar i kontrollen av arven etter alle egenskapene til et levende vesen, med unntak av bestemmelsen av kjønn. Mennesker har for eksempel 22 par autosomale kromosomer.

Sex kromosomer , som navnet indikerer, oppfylle en elementær funksjon i å bestemme kjønn på enkeltpersoner, fordi de bærer den nødvendige informasjonen for utviklingen av mange av de seksuelle karakteristikker av kvinner og menn som tillater eksistensen av seksuell reproduksjon.

Funksjon

Hovedfunksjonen til kromosomer, i tillegg til å huse det genetiske materialet i en celle, og komprimere den slik at den kan lagres, transporteres og "leses" i kjernen, er å sikre fordelingen av genetisk materiale mellom cellene som er resultatet av deling.

Hvorfor? For når kromosomer blir separert under celledeling, kopierer replikasjonsmaskineriet trofast informasjonen som finnes i hver DNA-streng, slik at de nye cellene har den samme informasjonen som cellen som ga opphav til dem.

Videre muliggjør tilknytning av DNA med proteiner som er en del av kromatin definisjonen av et spesifikt "territorium" for hvert kromosom, noe som er av stor betydning med tanke på genuttrykk og identitet. mobilnettet.

Kromosomer er langt fra statiske eller "inerte" molekyler, faktisk er det ganske motsatt, histonproteiner, som er de som samarbeider med komprimeringen av hvert DNA-molekyl i et kromosom, deltar også i dynamikken som må gjøre med transkripsjon eller lyddemping av spesifikke deler av genomet.

Dermed fungerer kromosomstrukturen ikke bare på organisering av DNA i kjernen, men bestemmer også hvilke gener som "leses" og hvilke som ikke direkte påvirker egenskapene til individene som bærer den.

Struktur (deler)

Strukturen til et kromosom kan analyseres fra et "mikroskopisk" (molekylært) synspunkt og fra et "makroskopisk" (cytologisk) synspunkt.

- Molekylær struktur av et eukaryotisk kromosom

Et typisk eukaryotisk kromosom består av et lineært dobbeltstrenget DNA-molekyl som kan være hundrevis av millioner basepar i lengde. Dette DNAet er veldig organisert på forskjellige nivåer, noe som gjør det mulig å komprimere det.

nucleosomes

DNAet til hvert kromosom komprimeres opprinnelig ved at det "vikles" rundt en oktamer av histonproteiner (H2A, H2B, H3 og H4), og danner det som er kjent som et nukleosom , som er 11 nanometer i diameter.

Forbindelsen mellom histonproteiner og DNA er mulig takket være en elektrostatisk interaksjon, siden DNA er negativt ladet og histoner er basiske proteiner, rik på positivt ladede aminosyrerester.

Ett nukleosom kobles til et annet gjennom et veikryssområde dannet av en del av DNA-strengen og et histonprotein, H1. Strukturen som følger av denne komprimeringen ser ut som en streng perler og reduserer lengden på DNA-strengen med 7 ganger.

30nm fiber

DNA blir ytterligere komprimert når kromatinet (DNA + histoner) i form av nukleosomer spoler på seg selv, og danner en fiber på omtrent 30 nm i diameter, som komprimerer DNA-strengen ytterligere 7 ganger,

Atommatrisen

30 nm fiberen er i sin tur assosiert med de trådformede proteinene fra kjernematrisen (laminae), som linjer den indre overflaten av den indre kjernemembranen. Denne assosiasjonen tillater den progressive komprimeringen av fiberen, siden det dannes "loop-domener" som er forankret i matrisen, og organiserer kromosomene i definerte regioner inne i kjernen.

Det er viktig å merke seg at komprimeringsnivået til kromosomer ikke er likt gjennom hele strukturen. Det er steder som er hyperkomprimert, som er kjent som heterokromatin og som generelt er "tause" genetisk sett.

De løsere eller mer avslappede steder i strukturen, de som replikasjons- eller transkripsjonsmaskineriet kan få tilgang til med relativt letthet, er kjent som eukromatiske steder, og er regioner av genomet transkripsjonelt aktive.

- “Makroskopisk” eller cytologisk struktur av et eukaryotisk kromosom

Når cellen ikke deler seg, blir kromatin sett på som "løs" og til og med "uordnet". Imidlertid, når cellesyklusen utvikler seg, kondenseres eller komprimerer dette materialet og muliggjør visualisering av kromosomstrukturene som er beskrevet av cytologer.

Struktur av et kromosom: 1) kromatid; 2) Sentromere; 3) Kort arm (p) og 4) Lang arm (q) (Kilde:! Fil: Chromosome-upright.png Originalversjon: Magnus Manske, denne versjonen med oppreist kromosom: Bruker: Dietzel65Vector: derivatarbeid Tryphon via Wikimedia Commons)

Sentromeren

Under metafasen til celledeling blir hvert kromosom sett på å være sammensatt av et par sylindriske "kromatider" som er koblet sammen takket være en struktur kjent som en sentromer.

Sentromerene er en veldig viktig del av kromosomer, ettersom det er stedet som den mitotiske spindelen binder seg under deling. Denne foreningen gjør det mulig å separere kromatidene som er festet gjennom sentromerene, en prosess hvoretter de kalles "datterkromosomer".

Sentromerene består av et kompleks av proteiner og DNA som er formet som en "knute" og beliggenheten langs strukturen til et kromatid påvirker direkte morfologien til hvert kromosom under kjernefordeling.

I en spesialisert region av sentromeren er det forskere kjenner som kinetochore, som er det spesielle stedet der den mitotiske spindelen blir med for å skille søsterkromatider under celledeling.

Armene

Sentromerens plassering avgjør også eksistensen av to armer: en kort eller liten en (p) og en større en (q). Med tanke på det faktum at sentromererenes plassering praktisk talt er ufravikelig, benytter cytologer nomenklaturen "p" og "q" under beskrivelsen av hvert kromosom.

telomerer

Dette er spesialiserte DNA-sekvenser som "beskytter" endene av hvert kromosom. Den beskyttende funksjonen er å forhindre at forskjellige kromosomer blir sammen med hverandre gjennom endene.

Disse regionene i kromosomene har fått stor oppmerksomhet, siden forskere vurderer at telomere sekvenser (der DNA danner strukturer noe mer komplekse enn en dobbel helix) påvirker aktiviteten til omkringliggende gener og dessuten i bestemmelsen av en celles levetid.

referanser

1. Bostock, CJ, & Sumner, AT (1978). Det eukaryote kromosomet (s. 102-103). Amsterdam, New Srb, AM, Owen, RD, & Edgar, RS (1965). Generell genetikk (nr. 04; QH431, S69 1965.). San Francisco: WH Freeman, York, Oxford: North-Holland Publishing Company.
2. Brooker, R. (2014). Prinsipper for biologi. McGraw-Hill høyere utdanning.
3. Gardner, EJ, Simmons, MJ, Snustad, PD, & Santana Calderón, A. (2000). Prinsipper for genetikk.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduksjon til genetisk analyse. Macmillan.
5. Markings, S. (2018). Sciencing. Hentet 3. desember 2019 fra www.sciencing.com/four-major-types-chromosomes-14674.html
6. Watson, JD (2004). Molekylærbiologi av genet. Pearson Education India.