Ovaj članak će raspravljati o takvim strukturama eukariotskih stanica kao što su kromosomi, čiju strukturu i funkciju proučava grana biologije koja se zove citologija.
Povijest otkrića
Kao glavne komponente stanične jezgre, kromosome je u 19. stoljeću otkrilo nekoliko znanstvenika odjednom. Ruski biolog I. D. Chistyakov proučavao ih je u procesu mitoze (diobe stanice), njemački anatom Waldeyer otkrio ih je tijekom pripreme histoloških preparata i nazvao ih kromosomima, odnosno tijelima za bojenje za brzu reakciju tih struktura u interakciji s organska boja fuksin.
Fleming je sažeo znanstvene činjenice o funkciji kromosoma u stanicama s formiranom jezgrom.
Vanjske strukture kromosoma
Ove mikroskopske formacije nalaze se u jezgrama - najvažnijim organelama stanice, i služe kao mjesto za pohranjivanje i prijenos nasljednih informacija određenog organizma. kromosomisadrže posebnu tvar - kromatin. To je konglomerat tankih filamenata – fibrila i granula. S kemijskog gledišta, ovo je kombinacija linearnih molekula DNA (ima ih oko 40%) sa specifičnim histonskim proteinima.
Kompleksi, koji uključuju 8 peptidnih molekula i DNA lanaca, upleteni na proteinske globule, kao na zavojnicama, nazivaju se nukleosomi. Područje deoksiribonukleinske kiseline čini 1,75 zavoja oko dijela stabljike i elipsoid je približno 10 nanometara dug i 5-6 širok. Prisutnost ovih struktura (kromosoma) u jezgri sustavno je obilježje stanica eukariotskih organizama. Kromosomi u obliku nukleosoma obavljaju funkciju očuvanja i prijenosa svih genetskih svojstava.
Ovisnost strukture kromosoma o fazi staničnog ciklusa
Ako je stanica u stanju interfaze, koju karakterizira njezin rast i intenzivan metabolizam, ali odsutnost diobe, tada kromosomi u jezgri izgledaju kao tanke despiralizirane niti - kromonemi. Obično su međusobno isprepleteni i nemoguće ih je vizualno razdvojiti u zasebne strukture. U trenutku diobe stanice, koja se u somatskim stanicama naziva mitozom, i mejozom u spolnim stanicama, kromosomi počinju spiralno i zgušnjavati, postajući jasno vidljivi pod mikroskopom.
Razine organizacije kromosoma
Jedinice nasljeđa su kromosomi, znanost koja detaljno proučava genetiku. Znanstvenici su otkrili da nukleosomski filament,koji sadrže DNA i histonske proteine tvore spiralu prvog reda. Gusto pakiranje kromatina nastaje zbog stvaranja strukture višeg reda - solenoida. Samoorganizira se i kondenzira u još složeniji superzavoj. Sve gore navedene razine organizacije kromosoma odvijaju se tijekom pripreme stanice za diobu.
U mitotičkom ciklusu strukturne jedinice nasljeđa, koje se sastoje od gena koji sadrže DNK, skraćuju se i debljaju u usporedbi s filamentoznim kromonemama interfaznog razdoblja za oko 19 tisuća puta. U tako kompaktnom obliku, kromosomi jezgre, čija je funkcija prenošenje nasljednih karakteristika organizma, postaju spremni za diobu somatskih ili zametnih stanica.
Morfologija kromosoma
Funkcije kromosoma mogu se objasniti proučavanjem njihovih morfoloških značajki, koje se najbolje vide u mitotičkom ciklusu. Dokazano je da se čak i u sintetskoj fazi interfaze, masa DNA u stanici udvostručuje, budući da svaka od stanica kćeri nastala diobom mora imati istu količinu nasljednih informacija kao izvorna majka. To se postiže kao rezultat procesa reduplikacije - samo-udvostručavanja DNK, koji se događa uz sudjelovanje enzima DNA polimeraze.
U citološkim preparatima pripremljenim u vrijeme metafaze mitoze, u biljnim ili životinjskim stanicama pod mikroskopom, jasno se vidi da se svaki kromosom sastoji od dva dijela, tzv.kromatida. U daljnjim fazama mitoze - anafazi i posebno telofazi - oni su potpuno odvojeni, uslijed čega svaka kromatida postaje zaseban kromosom. Sadrži kontinuirano zbijenu molekulu DNK, kao i lipide, kisele proteine i RNA. Od mineralnih tvari sadrži ione magnezija i kalcija.
Pomoćni strukturni elementi kromosoma
Da bi se funkcije kromosoma u stanici u potpunosti obavljale, ove jedinice nasljeđa imaju poseban uređaj - primarnu konstrikciju (centromeru), koja nikada ne spiralizira. Ona je ta koja dijeli kromosom na dva dijela, nazvana ramena. Ovisno o položaju centromere, genetičari dijele kromosome na jednakokrake (metacentrične), nejednakoruke (submetacentrične) i akrocentrične. Na primarnim suženjima nastaju posebne formacije - kinetohore, koje su bjelančevine globule u obliku diska smještene s obje strane centromere. Sami kinetohori se sastoje od dva dijela: vanjski su u kontaktu s mikrofilamentima (nit vretena filamenta), pričvršćujući se na njih.
Zbog redukcije filamenata (mikrofilamenata), provodi se strogo uređena raspodjela kromatida koje čine kromosom između stanica kćeri. Neki kromosomi imaju jednu ili više sekundarnih konstrikcija koje ne sudjeluju u mitozi, budući da se fisijske niti vretena ne mogu pričvrstiti na njih, ali upravo ti dijelovi (sekundarne konstrikcije) osiguravaju kontrolu nad sintezom nukleola - organela koji odgovarajuza stvaranje ribosoma.
Što je kariotip
Poznati genetički znanstvenici Morgan, N. Koltsov, Setton početkom 20. stoljeća savjesno su proučavali kromosome, njihovu strukturu i funkcije u somatskim i zametnim stanicama - gametama. Utvrdili su da je svaka stanica svih bioloških vrsta karakterizirana određenim brojem kromosoma koji imaju specifičan oblik i veličinu. Predloženo je da se cijeli skup kromosoma u jezgri somatske stanice nazove kariotipom.
U popularnoj literaturi, kariotip se često poistovjećuje s kromosomskim skupom. Zapravo, ovo nisu identični koncepti. Na primjer, kod ljudi kariotip je 46 kromosoma u jezgri somatskih stanica i označava se općom formulom 2n. Ali takve stanice kao što su, na primjer, hepatociti (stanice jetre) imaju nekoliko jezgri, njihov kromosomski skup označen je kao 2n2=4n ili 2n4=8n. Odnosno, broj kromosoma u takvim stanicama bit će veći od 46, iako je kariotip hepatocita 2n, odnosno 46 kromosoma.
Broj kromosoma u zametnim stanicama je uvijek dva puta manji nego u somatskim (u stanicama tijela), takav skup naziva se haploidnim i označava se kao n. Sve ostale stanice u tijelu imaju skup 2n, koji se naziva diploidnim.
Morganova kromosomska teorija nasljeđa
Američki genetičar Morgan otkrio je zakon povezanog nasljeđivanja gena, provodeći eksperimente o hibridizaciji voćnih mušica-Drosophila. Zahvaljujući njegovom istraživanju proučavane su funkcije kromosoma zametnih stanica. Morgan je dokazao da se geni nalaze u susjednimlokusi istog kromosoma nasljeđuju se pretežno zajedno, odnosno povezani. Ako su geni u kromosomu daleko jedan od drugog, tada je moguć križanje između sestrinskih kromosoma – razmjena sekcija.
Zahvaljujući Morganovom istraživanju stvorene su genetske karte koje proučavaju funkcije kromosoma i koje se široko koriste u genetskim konzultacijama za rješavanje pitanja o mogućim patologijama kromosoma ili gena koje dovode do nasljednih bolesti kod ljudi. Važnost zaključaka znanstvenika ne može se precijeniti.
U ovom članku ispitali smo strukturu i funkcije kromosoma koje obavljaju u stanici.
