Хромосомы
Хромосомы (от греч. chrōma — цвет и sōma — тело) — органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Они способны к самовоспроизведению, обладают структурной и функциональной индивидуальностью и сохраняют её в ряду поколений.
Термин «хромосома» предложен немецким анатомом В. Вальдейером в 1888 году.
Строение и состав:
- Основу хромосомы составляет одна непрерывная двухцепочечная молекула ДНК (в хромосомах сосредоточено около 99 % ДНК клетки).
- ДНК связана с белками (в основном гистонами и другими белками) в комплекс — нуклеопротеид.
- Строением молекулы ДНК и её генетическим кодом обеспечивается запись наследственной информации.
- Белки (в хромосомах высших растений и животных их содержится до 65 %) участвуют в сложной упаковке (конденсации) ДНК в хромосоме и регуляции её способности к синтезу РНК — транскрипции.
Цикл и морфология:
В процессе клеточного цикла хромосомы претерпевают структурные преобразования, в основе которых лежит процесс спирализации и деспирализации их структурных субъединиц — хромонем. На стадии метафазы деления клеток спирализованные (плотно упакованные) хромосомы хорошо различимы в световой микроскоп.
- Каждая хромосома состоит из двух продольных копий — хроматид, образовавшихся в ходе репликации и скреплённых центромерой.
- В соматических клетках (клетках тела) двуполых животных и растений каждая хромосома представлена парой гомологичных хромосом, одна из которых происходит от материнского, а другая — от отцовского организма.
- Половые клетки (гаметы), образовавшиеся в результате мейоза, содержат только одну хромосому из каждой гомологичной пары (гаплоидный набор).
- Число хромосом сильно варьирует у разных видов: от двух до нескольких сотен. Совокупность хромосом клетки называется кариотипом.
- Каждый вид организмов обладает характерным и постоянным набором хромосом в клетке, закреплённым в эволюции. Изменения в наборе происходят только в результате мутаций.
- В кариотипе различают:
- Аутосомы — парные хромосомы, одинаковые у особей мужского и женского пола.
- Половые хромосомы (гетерохромосомы) — хромосомы, определяющие пол организма.
- Ядрышкообразующие хромосомы — несут гены рибосомальной РНК и участвуют в формировании ядрышка.
- У некоторых видов могут существовать добавочные (В-)хромосомы, число которых непостоянно и которые часто не содержат жизненно важных генов.
Специальные формы:
В процессе развития многоклеточных организмов хромосомы в некоторых типах клеток могут приобретать своеобразную форму и иметь специальные названия, например:
- Политенные хромосомы (в слюнных железах двукрылых насекомых).
- Хромосомы типа «ламповых щёток» (в ооцитах многих животных на стадии профазы I мейоза).
Хромосомы прокариот и вирусов:
К генетическому аппарату бактерий и вирусов понятие хромосомы применимо условно, так как оно сформировалось при изучении эукариот. Прокариоты обычно содержат одну кольцевую (реже линейную) молекулу ДНК, которая не имеет сложной надмолекулярной укладки с гистонами и не отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой. Эта структура часто называется нуклеоидом или бактериальной хромосомой.
Современный контекст
Современные исследования, основанные на методах молекулярной биологии и высокоразрешающей микроскопии, значительно углубили понимание структуры и функции хромосом. Установлено, что упаковка ДНК в хромосомах эукариот имеет несколько уровней организации (нуклеосомная фибрилла, хроматиновая петля, хромонема), которые динамически меняются в зависимости от активности генов. Открытие теломер (концевых участков хромосом, защищающих ДНК от повреждений) и центромер (участков, обеспечивающих расхождение хромосом при делении) стало ключевым для понимания стабильности генома. Развитие таких методов, как флуоресцентная in situ гибридизация (FISH) и секвенирование нового поколения, позволило детально картировать хромосомы, выявлять тонкие структурные перестройки и изучать трёхмерную организацию хроматина в ядре, что напрямую связано с регуляцией работы генов.