Artikel ini akan membincangkan struktur sel eukariotik seperti kromosom, struktur dan fungsinya dikaji oleh cabang biologi yang dipanggil sitologi.
Sejarah penemuan
Sebagai komponen utama nukleus sel, kromosom ditemui pada abad ke-19 oleh beberapa saintis sekaligus. Ahli biologi Rusia I. D. Chistyakov mengkaji mereka dalam proses mitosis (pembahagian sel), ahli anatomi Jerman Waldeyer menemui mereka semasa penyediaan persediaan histologi dan memanggilnya kromosom, iaitu, mengotorkan badan untuk tindak balas pesat struktur ini apabila berinteraksi dengan pewarna organik fuchsin.
Fleming meringkaskan fakta saintifik tentang fungsi kromosom dalam sel dengan nukleus yang terbentuk.
Struktur luaran kromosom
Pembentukan mikroskopik ini terletak di dalam nukleus - organel sel yang paling penting, dan berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan dan menghantar maklumat keturunan organisma tertentu. Kromosommengandungi bahan khas - kromatin. Ia adalah konglomerat filamen nipis - fibril dan butiran. Dari sudut pandangan kimia, ini ialah gabungan molekul DNA linear (terdapat kira-kira 40%) dengan protein histon tertentu.
Kompleks, yang merangkumi 8 molekul peptida dan helai DNA, dipintal pada globul protein, seperti pada gegelung, dipanggil nukleosom. Rantau asid deoksiribonukleik membentuk 1.75 pusingan di sekeliling bahagian batang dan merupakan ellipsoid kira-kira 10 nanometer panjang dan 5-6 lebar. Kehadiran struktur (kromosom) ini dalam nukleus adalah ciri sistematik sel organisma eukariotik. Ia adalah dalam bentuk nukleosom bahawa kromosom menjalankan fungsi memelihara dan menghantar semua sifat genetik.
Pergantungan struktur kromosom pada fasa kitaran sel
Jika sel berada dalam keadaan interfase, yang dicirikan oleh pertumbuhan dan metabolisme intensif, tetapi ketiadaan pembahagian, maka kromosom dalam nukleus kelihatan seperti benang terputus-putus nipis - chromonemes. Biasanya mereka saling berkait, dan mustahil untuk memisahkannya secara visual ke dalam struktur yang berasingan. Pada saat pembahagian sel, yang dipanggil mitosis dalam sel somatik, dan meiosis dalam sel seks, kromosom mula berputar dan menebal, menjadi jelas kelihatan di bawah mikroskop.
Tahap organisasi kromosom
Unit keturunan ialah kromosom, sains kajian genetik secara terperinci. Para saintis telah mendapati bahawa filamen nukleosomal,mengandungi DNA dan protein histon membentuk heliks urutan pertama. Pembungkusan padat kromatin berlaku disebabkan oleh pembentukan struktur tertib lebih tinggi - solenoid. Ia menyusun sendiri dan terpeluwap menjadi gegelung super yang lebih kompleks. Semua peringkat organisasi kromosom di atas berlaku semasa penyediaan sel untuk pembahagian.
Adalah dalam kitaran mitosis bahawa unit struktur keturunan, yang terdiri daripada gen yang mengandungi DNA, dipendekkan dan menebal berbanding dengan kromonem berfilamen tempoh interfasa sebanyak kira-kira 19 ribu kali. Dalam bentuk yang padat sedemikian, kromosom nukleus, yang berfungsi untuk menghantar ciri keturunan organisma, bersedia untuk pembahagian sel somatik atau kuman.
morfologi kromosom
Fungsi kromosom boleh dijelaskan dengan mengkaji ciri morfologinya, yang paling baik dilihat dalam kitaran mitosis. Telah terbukti bahawa walaupun dalam peringkat sintetik interphase, jisim DNA dalam sel berganda, kerana setiap sel anak yang terbentuk sebagai hasil pembahagian mesti mempunyai jumlah maklumat keturunan yang sama dengan ibu asal. Ini dicapai hasil daripada proses reduplikasi - penggandaan diri DNA, yang berlaku dengan penyertaan enzim DNA polimerase.
Dalam persediaan sitologi yang disediakan pada masa metafasa mitosis, dalam sel tumbuhan atau haiwan di bawah mikroskop, jelas dilihat bahawa setiap kromosom terdiri daripada dua bahagian, dipanggilkromatid. Dalam fasa selanjutnya mitosis - anaphase dan, terutamanya, telophase - mereka dipisahkan sepenuhnya, akibatnya setiap kromatid menjadi kromosom yang berasingan. Ia mengandungi molekul DNA yang dipadatkan secara berterusan, serta lipid, protein berasid dan RNA. Daripada bahan mineral, ia mengandungi ion magnesium dan kalsium.
Unsur struktur tambahan kromosom
Untuk membolehkan fungsi kromosom dalam sel dijalankan sepenuhnya, unit keturunan ini mempunyai peranti khas - penyempitan utama (centromere), yang tidak pernah berpilin. Dialah yang membahagikan kromosom kepada dua bahagian, yang dipanggil bahu. Bergantung pada lokasi centromere, ahli genetik mengklasifikasikan kromosom sebagai sama-bersenjata (metasentrik), tidak sama-bersenjata (submetasentrik) dan akrosentrik. Pada penyempitan utama, pembentukan khas terbentuk - kinetochores, yang merupakan globul protein berbentuk cakera yang terletak di kedua-dua belah sentromer. Kinetokor itu sendiri terdiri daripada dua bahagian: bahagian luar bersentuhan dengan mikrofilamen (benang gelendong filamen), melekat padanya.
Disebabkan pengurangan filamen (mikrofilamen), pengedaran tertib kromatid yang membentuk kromosom antara sel anak dijalankan. Sesetengah kromosom mempunyai satu atau lebih penyempitan sekunder yang tidak mengambil bahagian dalam mitosis, kerana benang gelendong pembelahan tidak boleh melekat padanya, tetapi bahagian ini (pengecutan sekunder) yang memberikan kawalan ke atas sintesis nukleoli - organel yang bertindak balas.untuk pembentukan ribosom.
Apakah itu karyotype
Saintis genetik terkenal Morgan, N. Koltsov, Setton pada awal abad ke-20 dengan teliti mengkaji kromosom, struktur dan fungsinya dalam sel somatik dan kuman - gamet. Mereka mendapati bahawa setiap sel semua spesies biologi dicirikan oleh bilangan kromosom tertentu yang mempunyai bentuk dan saiz tertentu. Ia dicadangkan untuk memanggil keseluruhan set kromosom dalam nukleus sel somatik sebagai karyotype.
Dalam kesusasteraan popular, karyotype sering dikenal pasti dengan set kromosom. Sebenarnya, ini bukanlah konsep yang sama. Sebagai contoh, pada manusia, karyotype ialah 46 kromosom dalam nukleus sel somatik dan dilambangkan dengan formula umum 2n. Tetapi sel-sel seperti, sebagai contoh, hepatosit (sel hati) mempunyai beberapa nukleus, set kromosom mereka ditetapkan sebagai 2n2=4n atau 2n4=8n. Iaitu, bilangan kromosom dalam sel tersebut akan lebih daripada 46, walaupun karyotype hepatosit ialah 2n, iaitu, 46 kromosom.
Bilangan kromosom dalam sel kuman sentiasa dua kali kurang daripada dalam somatik (dalam sel badan), set sedemikian dipanggil haploid dan dilambangkan sebagai n. Semua sel lain dalam badan mempunyai set 2n, yang dipanggil diploid.
teori keturunan kromosom Morgan
Ahli genetik Amerika Morgan menemui undang-undang pewarisan gen yang dipautkan, menjalankan eksperimen mengenai hibridisasi lalat buah-Drosophila. Terima kasih kepada penyelidikannya, fungsi kromosom sel kuman telah dikaji. Morgan membuktikan bahawa gen terletak di jiranlokus kromosom yang sama diwarisi terutamanya bersama-sama, iaitu, berpaut. Jika gen berjauhan dalam kromosom, maka persilangan adalah mungkin antara kromosom kakak - pertukaran bahagian.
Terima kasih kepada penyelidikan Morgan, peta genetik telah dicipta yang mengkaji fungsi kromosom dan digunakan secara meluas dalam perundingan genetik untuk menyelesaikan soalan tentang kemungkinan patologi kromosom atau gen yang membawa kepada penyakit keturunan pada manusia. Kepentingan kesimpulan yang dibuat oleh saintis tidak boleh dipandang terlalu tinggi.
Dalam artikel ini, kami telah mengkaji struktur dan fungsi kromosom yang dilakukannya dalam sel.
