In diesem Artikel werden solche Strukturen eukaryotischer Zellen wie Chromosomen diskutiert, deren Struktur und Funktion von einem Zweig der Biologie namens Zytologie untersucht werden.
Discovery-Verlauf
Als Hauptbestandteil des Zellkerns wurden Chromosomen im 19. Jahrhundert von mehreren Wissenschaftlern gleichzeitig entdeckt. Der russische Biologe I. D. Chistyakov untersuchte sie im Prozess der Mitose (Zellteilung), der deutsche Anatom Waldeyer entdeckte sie bei der Herstellung histologischer Präparate und nannte sie Chromosomen, d.h. Färbekörper für die schnelle Reaktion dieser Strukturen bei der Wechselwirkung mit den organischer Farbstoff fuchsin.
Fleming fasste die wissenschaftlichen Fakten über die Funktion von Chromosomen in Zellen mit einem gebildeten Zellkern zusammen.
Äußere Chromosomenstruktur
Diese mikroskopisch kleinen Gebilde befinden sich in den Kernen - den wichtigsten Organellen der Zelle - und dienen als Ort zur Speicherung und Übertragung der Erbinformationen eines bestimmten Organismus. Chromosomenenth alten eine spezielle Substanz - Chromatin. Es ist ein Konglomerat aus dünnen Filamenten - Fibrillen und Körnern. Chemisch gesehen ist dies eine Kombination aus linearen DNA-Molekülen (es sind etwa 40%) mit spezifischen Histonproteinen.
Komplexe, die aus 8 Peptidmolekülen und DNA-Strängen bestehen, die auf Proteinkügelchen wie auf Spiralen verdreht sind, nennt man Nukleosomen. Die Desoxyribonukleinsäureregion bildet 1,75 Windungen um den Stammabschnitt herum und ist ein Ellipsoid mit einer Länge von ungefähr 10 Nanometern und einer Breite von 5–6 Nanometern. Das Vorhandensein dieser Strukturen (Chromosomen) im Zellkern ist ein systematisches Merkmal der Zellen eukaryontischer Organismen. In Form von Nukleosomen erfüllen Chromosomen die Funktion, alle genetischen Merkmale zu bewahren und zu übertragen.
Abhängigkeit der Struktur des Chromosoms von der Phase des Zellzyklus
Befindet sich eine Zelle in einem Zustand der Interphase, der durch Wachstum und intensiven Stoffwechsel, aber fehlende Teilung gekennzeichnet ist, dann sehen die Chromosomen im Zellkern aus wie dünne entspiralisierte Fäden - Chromoneme. Normalerweise sind sie miteinander verflochten, und es ist unmöglich, sie visuell in separate Strukturen zu trennen. Im Moment der Zellteilung, die in somatischen Zellen als Mitose und in Geschlechtszellen als Meiose bezeichnet wird, beginnen sich die Chromosomen zu winden und zu verdicken, was unter dem Mikroskop deutlich sichtbar wird.
Ebenen der Chromosomenorganisation
Die Einheiten der Vererbung sind Chromosomen, die Wissenschaft der Genetik studiert im Detail. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das nukleosomale Filament,mit DNA und Histonproteinen bilden eine Helix erster Ordnung. Eine dichte Packung von Chromatin tritt aufgrund der Bildung einer Struktur höherer Ordnung auf - eines Solenoids. Es organisiert sich selbst und verdichtet sich zu einer noch komplexeren Superspule. Alle oben genannten Ebenen der Chromosomenorganisation finden während der Vorbereitung der Zelle auf die Teilung statt.
Im mitotischen Zyklus werden die Struktureinheiten der Vererbung, bestehend aus DNA-h altigen Genen, im Vergleich zu den filamentösen Chromonemen der Interphase um etwa das 19.000-fache verkürzt und verdickt. In solch einer kompakten Form werden die Chromosomen des Zellkerns, deren Funktion darin besteht, die erblichen Eigenschaften des Organismus zu übertragen, bereit für die Teilung von somatischen oder Keimzellen.
Chromosomenmorphologie
Die Funktionen der Chromosomen lassen sich erklären, indem man ihre morphologischen Merkmale untersucht, die am besten im mitotischen Zyklus zu sehen sind. Es ist erwiesen, dass sich bereits im synthetischen Stadium der Interphase die Masse der DNA in der Zelle verdoppelt, da jede der durch Teilung entstandenen Tochterzellen die gleiche Menge an Erbinformationen haben muss wie die ursprüngliche Mutter. Dies wird durch den Reduplikationsprozess erreicht - die Selbstverdopplung der DNA, die unter Beteiligung des Enzyms DNA-Polymerase auftritt.
In zytologischen Präparaten, die zum Zeitpunkt der Metaphase der Mitose in pflanzlichen oder tierischen Zellen unter dem Mikroskop hergestellt wurden, ist deutlich zu sehen, dass jedes Chromosom aus zwei Teilen besteht, genanntChromatiden. In den weiteren Phasen der Mitose - Anaphase und insbesondere Telophase - werden sie vollständig getrennt, wodurch jedes Chromatid zu einem separaten Chromosom wird. Es enthält ein kontinuierlich kompaktiertes DNA-Molekül sowie Lipide, saure Proteine und RNA. Von den Mineralstoffen enthält es Magnesium- und Calciumionen.
Hilfsstrukturelemente des Chromosoms
Damit die Funktionen der Chromosomen in der Zelle voll erfüllt werden können, verfügen diese Vererbungseinheiten über eine spezielle Vorrichtung - die primäre Verengung (Zentromer), die sich niemals spiralisiert. Sie teilt das Chromosom in zwei Teile, die Schultern genannt werden. Abhängig von der Lage des Zentromers klassifizieren Genetiker Chromosomen als gleicharmig (metazentrisch), ungleicharmig (submetazentrisch) und akrozentrisch. An den primären Verengungen bilden sich spezielle Formationen - Kinetochoren, bei denen es sich um scheibenförmige Proteinkügelchen handelt, die sich auf beiden Seiten des Zentromers befinden. Die Kinetochoren selbst bestehen aus zwei Abschnitten: Die äußeren stehen in Kontakt mit Mikrofilamenten (Filamentspindelfäden), an denen sie anhaften.
Durch die Reduktion von Filamenten (Mikrofilamenten) erfolgt eine streng geordnete Verteilung der Chromatiden, aus denen das Chromosom besteht, zwischen Tochterzellen. Einige Chromosomen haben eine oder mehrere sekundäre Verengungen, die nicht an der Mitose teilnehmen, da sich keine Sp altspindelfäden daran anheften können, aber es sind diese Abschnitte (sekundäre Verengungen), die die Kontrolle über die Synthese von Nukleolen – Organellen, die darauf reagieren – bereitstellenfür die Bildung von Ribosomen.
Was ist ein Karyotyp
Die bekannten Genetiker Morgan, N. Koltsov, Setton haben zu Beginn des 20. Jahrhunderts Chromosomen, ihre Struktur und Funktionen in Körper- und Keimzellen - Gameten - gewissenhaft untersucht. Sie fanden heraus, dass jede Zelle aller biologischen Arten durch eine bestimmte Anzahl von Chromosomen gekennzeichnet ist, die eine bestimmte Form und Größe haben. Es wurde vorgeschlagen, den gesamten Chromosomensatz im Zellkern einer somatischen Zelle als Karyotyp zu bezeichnen.
In der populären Literatur wird der Karyotyp oft mit dem Chromosomensatz gleichgesetzt. Tatsächlich sind dies keine identischen Konzepte. Zum Beispiel ist der Karyotyp beim Menschen 46 Chromosomen in den Kernen somatischer Zellen und wird durch die allgemeine Formel 2n bezeichnet. Aber solche Zellen wie zB Hepatozyten (Leberzellen) sind mehrkernig, ihr Chromosomensatz wird mit 2n2=4n oder 2n4=8n bezeichnet. Das heißt, die Anzahl der Chromosomen in solchen Zellen beträgt mehr als 46, obwohl der Karyotyp der Hepatozyten 2n ist, dh 46 Chromosomen.
Die Anzahl der Chromosomen in Keimzellen ist immer zweimal geringer als in somatischen (in den Körperzellen), ein solcher Satz wird als haploid bezeichnet und als n bezeichnet. Alle anderen Zellen im Körper haben einen Satz von 2n, der als diploid bezeichnet wird.
Morgans Chromosomentheorie der Vererbung
Der amerikanische Genetiker Morgan entdeckte das Gesetz der verknüpften Vererbung von Genen und führte Experimente zur Hybridisierung von Fruchtfliegen und Drosophila durch. Dank seiner Forschung wurden die Funktionen der Chromosomen von Keimzellen untersucht. Morgan bewies, dass sich benachbarte Gene befindenLoci des gleichen Chromosoms werden überwiegend gemeinsam vererbt, also verknüpft. Liegen die Gene im Chromosom weit auseinander, dann ist ein Crossing over zwischen den Schwesterchromosomen möglich - der Austausch von Abschnitten.
Dank Morgans Forschung wurden genetische Karten erstellt, die die Funktionen von Chromosomen untersuchen und in genetischen Beratungen häufig verwendet werden, um Fragen zu möglichen Pathologien von Chromosomen oder Genen zu klären, die zu Erbkrankheiten beim Menschen führen. Die Bedeutung der Schlussfolgerungen des Wissenschaftlers kann nicht hoch genug eingeschätzt werden.
In diesem Artikel haben wir die Struktur und Funktionen der Chromosomen untersucht, die sie in der Zelle ausführen.
