Այս հոդվածը կքննարկի էուկարիոտ բջիջների այնպիսի կառուցվածքները, ինչպիսիք են քրոմոսոմները, որոնց կառուցվածքն ու գործառույթը ուսումնասիրվում է կենսաբանության մի ճյուղի կողմից, որը կոչվում է բջջաբանություն:
Հայտնաբերման պատմություն
Լինելով բջջի միջուկի հիմնական բաղադրիչները, քրոմոսոմները հայտնաբերվել են 19-րդ դարում միանգամից մի քանի գիտնականների կողմից: Ռուս կենսաբան Ի. Դ. Չիստյակովն ուսումնասիրել է դրանք միտոզի (բջջի բաժանման) գործընթացում, գերմանացի անատոմիստ Վալդեյերը հայտնաբերել է դրանք հյուսվածաբանական պատրաստուկների պատրաստման ժամանակ և անվանել դրանք քրոմոսոմներ, այսինքն՝ ներկող մարմիններ՝ այդ կառույցների արագ արձագանքման համար, երբ փոխազդում են դրանց հետ։ օրգանական ներկ ֆուկսին.
Ֆլեմինգն ամփոփել է ձևավորված միջուկով բջիջներում քրոմոսոմների ֆունկցիայի մասին գիտական փաստերը:
Քրոմոսոմների արտաքին կառուցվածք
Այս մանրադիտակային գոյացությունները տեղակայված են միջուկներում՝ բջջի ամենակարևոր օրգանելներում և ծառայում են որպես տվյալ օրգանիզմի ժառանգական տեղեկատվության պահպանման և փոխանցման վայր։ Քրոմոսոմներպարունակում է հատուկ նյութ՝ քրոմատին։ Այն իրենից ներկայացնում է բարակ թելերի կոնգլոմերատ՝ մանրաթելեր և հատիկներ։ Քիմիական տեսանկյունից սա գծային ԴՆԹ մոլեկուլների համակցություն է (կան մոտ 40%) հատուկ հիստոնային սպիտակուցների հետ։
Համալիրները, որոնք ներառում են 8 պեպտիդային մոլեկուլներ և ԴՆԹ-ի շղթաներ, որոնք ոլորված են սպիտակուցային գնդիկների վրա, ինչպես պարույրների վրա, կոչվում են նուկլեոսոմներ: Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի շրջանը կազմում է 1,75 պտույտ ցողունի հատվածի շուրջ և իրենից ներկայացնում է էլիպսոիդ՝ մոտավորապես 10 նանոմետր երկարությամբ և 5-6 լայնությամբ: Այս կառուցվածքների (քրոմոսոմների) առկայությունը միջուկում էուկարիոտիկ օրգանիզմների բջիջների համակարգված հատկանիշն է։ Հենց նուկլեոսոմների տեսքով են քրոմոսոմները կատարում բոլոր գենետիկական հատկանիշները պահպանելու և փոխանցելու գործառույթը։
Քրոմոսոմի կառուցվածքի կախվածությունը բջջային ցիկլի փուլից
Եթե բջիջը գտնվում է ինտերֆազային վիճակում, որը բնութագրվում է նրա աճով և ինտենսիվ նյութափոխանակությամբ, բայց բաժանման բացակայությամբ, ապա միջուկի քրոմոսոմները նման են բարակ դսպիրալացված թելերի՝ քրոմոնեմների։ Սովորաբար դրանք փոխկապակցված են, և անհնար է դրանք տեսողականորեն առանձնացնել առանձին կառույցների: Բջիջների բաժանման պահին, որը կոչվում է միտոզ սոմատիկ բջիջներում, և մեյոզ՝ սեռական բջիջներում, քրոմոսոմները սկսում են պարուրաձև գալ և խտանալ՝ հստակ տեսանելի դառնալով մանրադիտակի տակ։
Քրոմոսոմների կազմակերպման մակարդակներ
Ժառանգականության միավորները քրոմոսոմներն են, գենետիկայի գիտությունը մանրամասն ուսումնասիրում է։ Գիտնականները պարզել են, որ նուկլեոսոմային թելիկը,ԴՆԹ և հիստոնային սպիտակուցներ պարունակող առաջին կարգի խխունջ են կազմում: Քրոմատինի խիտ փաթեթավորումն առաջանում է ավելի բարձր կարգի կառուցվածքի՝ solenoid-ի ձևավորման շնորհիվ։ Այն ինքնակազմակերպվում և խտանում է ավելի բարդ սուպերոլորի մեջ։ Քրոմոսոմների կազմակերպման բոլոր վերը նշված մակարդակները տեղի են ունենում բջջի բաժանման նախապատրաստման ժամանակ:
Հենց միտոտիկ ցիկլում է, որ ժառանգականության կառուցվածքային միավորները՝ բաղկացած ԴՆԹ պարունակող գեներից, կարճանում և խտանում են՝ համեմատած ինտերֆազային շրջանի թելիկային քրոմոնեմների հետ մոտ 19 հազար անգամ։ Նման կոմպակտ ձևով միջուկի քրոմոսոմները, որոնց գործառույթն է փոխանցել օրգանիզմի ժառանգական հատկանիշները, պատրաստ են դառնում սոմատիկ կամ սեռական բջիջների բաժանմանը։
քրոմոսոմային ձևաբանություն
Քրոմոսոմների գործառույթները կարելի է բացատրել՝ ուսումնասիրելով նրանց մորֆոլոգիական առանձնահատկությունները, որոնք լավագույնս երևում են միտոտիկ ցիկլում։ Ապացուցված է, որ նույնիսկ ինտերֆազի սինթետիկ փուլում բջիջում ԴՆԹ-ի զանգվածը կրկնապատկվում է, քանի որ բաժանման արդյունքում ձևավորված դուստր բջիջներից յուրաքանչյուրը պետք է ունենա նույն քանակությամբ ժառանգական տեղեկատվություն, որքան սկզբնական մայրը: Դա ձեռք է բերվում կրկնօրինակման գործընթացի արդյունքում՝ ԴՆԹ-ի ինքնակրկնապատկման, որը տեղի է ունենում ԴՆԹ պոլիմերազ ֆերմենտի մասնակցությամբ։
Միտոզի մետաֆազի ժամանակ պատրաստված ցիտոլոգիական պատրաստուկներում, մանրադիտակի տակ գտնվող բույսերի կամ կենդանական բջիջներում, հստակ երևում է, որ յուրաքանչյուր քրոմոսոմ բաղկացած է երկու մասից.քրոմատիդներ. Միտոզի հետագա փուլերում՝ անաֆազ և, հատկապես, տելոֆազ, դրանք ամբողջովին տարանջատվում են, ինչի արդյունքում յուրաքանչյուր քրոմատիդ դառնում է առանձին քրոմոսոմ։ Այն պարունակում է շարունակաբար սեղմված ԴՆԹ մոլեկուլ, ինչպես նաև լիպիդներ, թթվային սպիտակուցներ և ՌՆԹ: Հանքային նյութերից այն պարունակում է մագնեզիումի և կալցիումի իոններ։
Քրոմոսոմի օժանդակ կառուցվածքային տարրեր
Որպեսզի բջջի քրոմոսոմների գործառույթներն ամբողջությամբ իրականացվեն, ժառանգականության այս միավորներն ունեն հատուկ սարք՝ առաջնային կծկում (ցենտրոմեր), որը երբեք պարուրաձև չի լինում։ Հենց նա է քրոմոսոմը բաժանում երկու մասի, որոնք կոչվում են ուսեր։ Կախված ցենտրոմերի տեղակայությունից՝ գենետիկները քրոմոսոմները դասակարգում են որպես հավասարազեն (մետակենտրոն), անհավասար զինված (ենթամետակենտրոն) և ակրոկենտրոն։ Առաջնային սեղմումների վրա ձևավորվում են հատուկ գոյացություններ՝ կինետոխորներ, որոնք սկավառակաձև սպիտակուցային գնդիկներ են, որոնք տեղակայված են ցենտրոմերայի երկու կողմերում։ Ինքնին կինետոխորները բաղկացած են երկու հատվածից. արտաքինները շփվում են միկրոթելերի հետ (թելերի լիսեռ թելեր)՝ ամրացված դրանց վրա։
Թելերի (միկրաթելերի) կրճատման շնորհիվ իրականացվում է քրոմոսոմը կազմող քրոմատիդների խիստ կարգավորված բաշխում դուստր բջիջների միջև։ Որոշ քրոմոսոմներ ունեն մեկ կամ մի քանի երկրորդական կծկումներ, որոնք չեն մասնակցում միտոզին, քանի որ տրոհման spindle թելերը չեն կարող միանալ դրանց, բայց հենց այս հատվածներն են (երկրորդային նեղացումներ), որոնք ապահովում են վերահսկում միջուկների սինթեզի վրա՝ օրգանելներ, որոնք արձագանքում են։ռիբոսոմների առաջացման համար։
Ի՞նչ է կարիոտիպը
Հայտնի գենետիկ գիտնականներ Մորգանը, Ն. Կոլցովը, Սեթոնը 20-րդ դարի սկզբին մանրակրկիտ ուսումնասիրել են քրոմոսոմները, դրանց կառուցվածքը և գործառույթները սոմատիկ և սեռական բջիջներում՝ գամետներում: Նրանք պարզել են, որ բոլոր կենսաբանական տեսակների յուրաքանչյուր բջիջ բնութագրվում է որոշակի թվով քրոմոսոմներով, որոնք ունեն որոշակի ձև և չափ: Առաջարկվում էր սոմատիկ բջջի միջուկի քրոմոսոմների ամբողջությունը անվանել կարիոտիպ։
Հանրաճանաչ գրականության մեջ կարիոտիպը հաճախ նույնացվում է քրոմոսոմային հավաքածուի հետ: Իրականում սրանք նույնական հասկացություններ չեն։ Օրինակ, մարդկանց մոտ կարիոտիպը 46 քրոմոսոմ է սոմատիկ բջիջների միջուկներում և նշվում է 2n ընդհանուր բանաձևով: Բայց այնպիսի բջիջները, ինչպիսիք են, օրինակ, հեպատոցիտները (լյարդի բջիջները) ունեն մի քանի միջուկներ, նրանց քրոմոսոմային հավաքածուն նշանակված է որպես 2n2=4n կամ 2n4=8n։ Այսինքն՝ նման բջիջներում քրոմոսոմների թիվը կկազմի 46-ից ավելի, թեև հեպատոցիտների կարիոտիպը 2n է, այսինքն՝ 46 քրոմոսոմ։
Սերմային բջիջներում քրոմոսոմների թիվը միշտ երկու անգամ պակաս է, քան սոմատիկում (մարմնի բջիջներում), նման բազմությունը կոչվում է հապլոիդ և նշվում է որպես n: Մարմնի մյուս բոլոր բջիջներն ունեն 2n-ի մի շարք, որը կոչվում է դիպլոիդ։
Ժառանգականության Մորգանի քրոմոսոմային տեսություն
Ամերիկացի գենետիկ Մորգանը հայտնաբերել է գեների փոխկապակցված ժառանգության օրենքը՝ կատարելով փորձեր մրգային ճանճերի հիբրիդացման վերաբերյալ՝ Drosophila: Նրա հետազոտության շնորհիվ ուսումնասիրվել են սեռական բջիջների քրոմոսոմների գործառույթները։ Մորգանն ապացուցեց, որ գեները գտնվում են հարևանՆույն քրոմոսոմի տեղամասերը հիմնականում ժառանգվում են միասին, այսինքն՝ կապված: Եթե քրոմոսոմում գեները հեռու են միմյանցից, ապա հնարավոր է խաչմերուկ քույր քրոմոսոմների միջև՝ հատվածների փոխանակում:
Մորգանի հետազոտության շնորհիվ ստեղծվել են գենետիկ քարտեզներ, որոնք ուսումնասիրում են քրոմոսոմների գործառույթները և լայնորեն օգտագործվում են գենետիկ խորհրդատվություններում՝ լուծելու քրոմոսոմների կամ գեների հնարավոր պաթոլոգիաների մասին հարցերը, որոնք հանգեցնում են մարդկանց ժառանգական հիվանդությունների: Գիտնականի կողմից արված եզրակացությունների կարևորությունը չի կարելի գերագնահատել։
Այս հոդվածում մենք ուսումնասիրեցինք քրոմոսոմների կառուցվածքը և գործառույթները, որոնք նրանք կատարում են բջջում:
