Ako sú chromozómy usporiadané a z čoho sa skladajú. Z gréčtiny Homos – to isté

Video lekcia 1: Bunkové delenie. Mitóza

Video lekcia 2: meióza. Fázy meiózy

Prednáška: Bunka je genetická jednotka živej veci. Chromozómy, ich štruktúra (tvar a veľkosť) a funkcie

Bunka je genetická jednotka života

Jedna bunka je uznávaná ako základná jednotka života. Práve na bunkovej úrovni prebiehajú procesy, ktoré odlišujú živú hmotu od neživej hmoty. Každá z buniek uchováva a intenzívne využíva dedičné informácie o chemickej štruktúre bielkovín, ktoré sa v nej musia syntetizovať, a preto sa nazýva genetická jednotka živého. Dokonca aj bezjadrové erytrocyty v počiatočných štádiách svojej existencie majú mitochondrie a jadro. Len v zrelom stave im chýbajú štruktúry na syntézu bielkovín.

Veda dodnes nepozná bunky, ktoré by neobsahovali DNA alebo RNA ako nosič genómovej informácie. Pri absencii genetického materiálu nie je bunka schopná syntézy bielkovín, a teda života.

DNA nie je prítomná len v jadrách, jej molekuly sú obsiahnuté v chloroplastoch a mitochondriách, tieto organely sa môžu množiť vo vnútri bunky.

DNA v bunke je vo forme chromozómov - komplexných komplexov proteín-nukleová kyselina. Eukaryotické chromozómy sa nachádzajú v jadre. Každá z nich má zložitú štruktúru:

Jediná dlhá molekula DNA, ktorej 2 metre je zabalená do kompaktnej štruktúry (u ľudí) s veľkosťou až 8 mikrónov;

Špeciálne histónové proteíny, ktorých úlohou je zbaliť chromatín (substanciu chromozómu) do známej tyčinkovej formy;

Chromozómy, ich štruktúra (tvar a veľkosť) a funkcie

Toto husté balenie genetického materiálu produkuje bunka pred delením. Práve v tomto momente možno pod mikroskopom skúmať husto zbalené, vytvorené chromozómy. Keď je DNA zložená do kompaktných chromozómov nazývaných heterochromatín, syntéza messengerovej RNA nie je možná. V období náboru bunkovej hmoty a jej medzifázového vývoja sú chromozómy v menej zbalenom stave, ktorý sa nazýva interchromatín a v ňom sa syntetizuje mRNA, dochádza k replikácii DNA.

Hlavné prvky štruktúry chromozómov sú:

centroméra. Ide o časť chromozómu so špeciálnou sekvenciou nukleotidov. Spája dve chromatidy, zúčastňuje sa konjugácie. Práve k nemu sú pripojené proteínové vlákna vretenových rúrok bunkového delenia.

teloméry. Ide o koncové úseky chromozómov, ktoré nie sú schopné spojenia s inými chromozómami, zohrávajú ochrannú úlohu. Pozostávajú z opakujúcich sa úsekov špecializovanej DNA, ktoré tvoria komplexy s proteínmi.

Body iniciácie replikácie DNA.

Chromozómy prokaryotov sú veľmi odlišné od eukaryotických, predstavujú štruktúry obsahujúce DNA umiestnené v cytoplazme. Geometricky predstavujú kruhovú molekulu.

Chromozómová sada bunky má svoj vlastný názov - karyotyp. Každý z druhov živých organizmov má svoje vlastné, len pre neho charakteristické, zloženie, počet a tvar chromozómov.

Somatické bunky obsahujú diploidnú (dvojitú) sadu chromozómov, z ktorých každý rodič dostal polovicu.

Chromozómy zodpovedné za kódovanie rovnakých funkčných proteínov sa nazývajú homológne. Ploidia buniek môže byť rôzna - u zvierat sú gaméty spravidla haploidné. V rastlinách je polyploidia v súčasnosti pomerne bežným javom, ktorý sa využíva na vytváranie nových odrôd v dôsledku hybridizácie. Porušenie množstva ploidie u teplokrvných a ľudí spôsobuje vážne vrodené ochorenia ako Downov syndróm (prítomnosť troch kópií 21. chromozómu). Najčastejšie chromozomálne abnormality vedú k neživotaschopnosti organizmu.

U ľudí sa kompletná sada chromozómov skladá z 23 párov. Najväčší známy počet chromozómov, 1600, bol nájdený v najjednoduchších planktónových organizmoch, rádiolariách. Najmenšia sada chromozómov v austrálskych mravcoch čiernych buldogov je iba 1.

Životný cyklus bunky. Fázy mitózy a meiózy

Medzifáza, inými slovami, čas medzi dvoma deleniami definuje veda ako životný cyklus bunky.

Počas interfázy prebiehajú v bunke životne dôležité chemické procesy, bunka rastie, vyvíja sa a hromadí rezervné látky. Príprava na reprodukciu zahŕňa zdvojnásobenie obsahu - organely, vakuoly s nutričným obsahom, objem cytoplazmy. Vďaka deleniu ako spôsobu rýchleho zvýšenia počtu buniek je možný dlhý život, rozmnožovanie, zväčšenie tela, jeho prežitie v prípade poranenia a regenerácia tkaniva. V bunkovom cykle sa rozlišujú tieto štádiá:

Medzifáza.Čas medzi divíziami. Najprv bunka rastie, potom sa zvyšuje počet organel, zvyšuje sa objem rezervnej látky, syntetizujú sa proteíny. V poslednej časti interfázy sú chromozómy pripravené na následné delenie – tvoria ich pár sesterských chromatíd.

Mitóza. Toto je názov jednej z metód delenia jadra, charakteristickej pre telesné (somatické) bunky, v jej priebehu sa z jednej získajú 2 bunky s identickým súborom genetického materiálu.

Meióza je charakteristická pre gametogenézu. Prokaryotické bunky si zachovali starodávny spôsob rozmnožovania – priame delenie.

Mitóza pozostáva z 5 hlavných fáz:

Profáza. Za jeho začiatok sa považuje okamih, keď sa chromozómy stanú tak husto zbalené, že sú viditeľné pod mikroskopom. V tomto čase sú tiež zničené jadrá, vytvára sa deliace vreteno. Mikrotubuly sú aktivované, trvanie ich existencie klesá na 15 sekúnd, ale rýchlosť tvorby sa tiež výrazne zvyšuje. Centrioly sa rozchádzajú na opačné strany bunky a vytvárajú obrovské množstvo neustále sa syntetizujúcich a dezintegrujúcich proteínových mikrotubulov, ktoré sa od nich tiahnu až k centromérom chromozómov. Takto sa tvorí vreteno. Membránové štruktúry ako ER a Golgiho aparát sa rozpadajú na samostatné vezikuly a tubuly náhodne umiestnené v cytoplazme. Ribozómy sú oddelené od membrán ER.

metafáza. Vytvorí sa metafázová doska pozostávajúca z chromozómov vyvážených v strede bunky úsilím opačných centriolových mikrotubulov, z ktorých každý ich ťahá vlastným smerom. Zároveň pokračuje syntéza a rozpad mikrotubulov, ich akejsi „prepážky“. Táto fáza je najdlhšia.

• Anaphase. Úsilie mikrotubulov preruší spojenia chromozómov v oblasti centroméry a silou ich natiahne k pólom bunky. V tomto prípade majú chromozómy niekedy tvar V kvôli rezistencii cytoplazmy. V oblasti metafázovej platničky sa objavuje prstenec proteínových vlákien.
• Telofáza. Za jeho začiatok sa považuje okamih, keď chromozómy dosiahnu póly delenia. Začína sa proces obnovy vnútorných membránových štruktúr bunky – EPS, Golgiho aparát, jadro. Rozbaľujú sa chromozómy. Jadierka sa zostavujú a začína sa syntéza ribozómov. Deliace vreteno sa rozpadá.
• cytokinéza. Posledná fáza, v ktorej sa proteínový kruh, ktorý sa objavil v centrálnej oblasti bunky, začína zmenšovať a tlačí cytoplazmu smerom k pólom. Dochádza k rozdeleniu bunky na dve časti a k ​​vytvoreniu proteínového kruhu bunkovej membrány.

Regulátory procesu mitózy sú špecifické proteínové komplexy. Výsledkom mitotického delenia je pár buniek s identickou genetickou informáciou. V heterotrofných bunkách prebieha mitóza rýchlejšie ako v rastlinných bunkách. V heterotrofoch môže tento proces trvať od 30 minút, v rastlinách - 2-3 hodiny.

Aby sa vytvorili bunky s polovičným počtom chromozómov oproti normálnemu počtu, telo používa iný mechanizmus delenia - meióza.

Spája sa s potrebou produkcie zárodočných buniek, u mnohobunkových organizmov zabraňuje neustálemu zdvojnásobovaniu počtu chromozómov v ďalšej generácii a umožňuje získavať nové kombinácie alelických génov. Líši sa počtom fáz, sú dlhšie. Výsledný pokles počtu chromozómov vedie k vytvoreniu 4 haploidných buniek. Meióza sú dve divízie, ktoré na seba bez prerušenia nadväzujú.

Definujú sa nasledujúce fázy meiózy:

Profáza I. Homologické chromozómy sa k sebe približujú a spájajú sa pozdĺžne. Takáto asociácia sa nazýva konjugácia. Potom dochádza k prekríženiu – dvojité chromozómy si prekrížia ramená a vymenia si úseky.

Metafáza I Chromozómy sa oddeľujú a zaujímajú pozície na rovníku bunkového vretienka, pričom v dôsledku napätia mikrotubulov nadobúdajú tvar V.

Anafáza I Homologické chromozómy sú natiahnuté mikrotubulami k pólom bunky. Ale na rozdiel od mitotického delenia sa rozchádzajú ako celok, nie ako jednotlivé chromatidy.

Výsledkom prvého delenia meiózy je vytvorenie dvoch buniek s polovičným počtom celých chromozómov. Medzi deleniami meiózy interfáza prakticky chýba, k zdvojeniu chromozómov nedochádza, sú už dvojchromatidové.

Ihneď po prvom opakovanom meiotickém delení je úplne podobné mitóze – chromozómy sú v nej rozdelené na samostatné chromatidy, ktoré sú rovnomerne rozdelené medzi nové bunky.

oogonia prechádzajú štádiom mitotickej reprodukcie v embryonálnom štádiu vývoja, takže ženské telo sa už rodí s ich nezmeneným počtom;

spermatogónie sú schopné reprodukcie kedykoľvek počas reprodukčného obdobia mužského tela. Generuje sa ich oveľa viac ako ženských gamét.

Gametogenéza živočíšnych organizmov prebieha v pohlavných žľazách – gonádach.

Proces transformácie spermatogónie na spermie prebieha v niekoľkých fázach:

Mitotické delenie transformuje spermatogóniu na spermatocyty 1. rádu.

V dôsledku jedinej meiózy sa menia na spermatocyty 2. rádu.

Druhé meiotické delenie produkuje 4 haploidné spermatidy.

Nastáva obdobie formácie. V bunke sa jadro zhutní, množstvo cytoplazmy sa zníži a vytvorí sa bičík. Taktiež sa ukladajú proteíny a zvyšuje sa počet mitochondrií.

K tvorbe vajíčok v dospelom ženskom tele dochádza takto:

Z oocytu 1. rádu, ktorého je v organizme určité množstvo, vznikajú následkom meiózy pri znížení počtu chromozómov o polovicu oocyty 2. rádu.

V dôsledku druhého meiotického delenia vzniká zrelé vajíčko a tri malé redukčné telieska.

Toto nerovnovážne rozdelenie živín medzi 4 bunky je navrhnuté tak, aby poskytovalo veľký zdroj živín pre nový živý organizmus.

Vajíčka papradí a machov sa vyrábajú v archegóniách. Vo viac organizovaných rastlinách - v špeciálnych vajíčkach umiestnených vo vaječníku.

Dnes budeme spoločne analyzovať zaujímavú otázku týkajúcu sa biológie školského kurzu, a to: typy chromozómov, ich štruktúra, vykonávané funkcie atď.

Najprv musíte pochopiť, čo to je, chromozóm? Preto je zvykom nazývať štruktúrne prvky jadra v eukaryotických bunkách. Práve tieto častice obsahujú DNA. Ten obsahuje dedičnú informáciu, ktorá sa prenáša z rodičovského organizmu na potomkov. To je možné pomocou génov (štrukturálnych jednotiek DNA).

Predtým, ako sa podrobne pozrieme na typy chromozómov, je dôležité oboznámiť sa s niektorými problémami. Napríklad, prečo sa nazývajú týmto výrazom? Takéto meno im dal ešte v roku 1888 vedec W. Waldeyer. Ak sa preloží z gréčtiny, potom doslova dostaneme farbu a telo. S čím to súvisí? To sa dozviete v článku. Je tiež veľmi zaujímavé, že chromozómy sa v baktériách bežne nazývajú kruhová DNA. A to aj napriek tomu, že štruktúra chromozómov eukaryotických a druhého je veľmi odlišná.

Príbeh

Takže nám bolo jasné, že organizovaná štruktúra DNA a proteínu, ktorá je obsiahnutá v bunkách, sa nazýva chromozóm. Je veľmi zaujímavé, že jeden kúsok DNA obsahuje množstvo génov a iných prvkov, ktoré kódujú všetky genetické informácie organizmu.

Pred zvážením typov chromozómov navrhujeme povedať niečo o histórii vývoja týchto častíc. A tak experimenty, ktoré začal v polovici 80. rokov 19. storočia vykonávať vedec Theodore Boveri, preukázali vzťah medzi chromozómami a dedičnosťou. Wilhelm Roux zároveň predložil nasledujúcu teóriu – každý chromozóm má inú genetickú záťaž. Túto teóriu testoval a dokázal Theodore Boveri.

Vďaka práci Gregora Mendela v roku 1900 dokázal Boveri vysledovať vzťah medzi pravidlami dedičnosti a správaním chromozómov. Boveriho objavy boli schopné ovplyvniť nasledujúcich cytológov:

• Edmund Beecher Wilson.
• Walter Sutton.
• Teofil maliar.

Práca Edmunda Wilsona mala prepojiť teórie Boveriho a Suttona, čo je popísané v knihe The Cell in Development and Inheritance. Práca vyšla okolo roku 1902 a zaoberala sa chromozómovou teóriou dedičnosti.

Dedičnosť

A ešte minúta teórie. Výskumník Walter Sutton vo svojich spisoch dokázal zistiť, koľko chromozómov je ešte obsiahnutých v jadre bunky. Už skôr bolo povedané, že vedec považoval tieto častice za nosiče dedičnej informácie. Walter navyše zistil, že všetky chromozómy sú tvorené génmi, takže práve tie sú vinníkmi toho, že rodičovské vlastnosti a funkcie sa prenášajú na potomkov.

Paralelne s tým pracoval Theodore Boveri. Ako už bolo spomenuté, obaja vedci skúmali niekoľko otázok:

• prenos dedičných informácií;
• formulácia hlavných ustanovení o úlohe chromozómov.

Táto teória sa teraz nazýva Boveri-Suttonova teória. Jeho ďalší vývoj sa uskutočnil v laboratóriu amerického biológa Thomasa Morgana. Spoločne vedci dokázali:

• vytvoriť vzorce umiestňovania génov do týchto štruktúrnych prvkov;
• vyvinúť cytologický základ.

Štruktúra

V tejto časti navrhujeme zvážiť štruktúru a typy chromozómov. takze rozprávame sa o štrukturálnych bunkách, ktoré uchovávajú a prenášajú dedičné informácie. Z čoho sa skladajú chromozómy? Z DNA a bielkovín. Okrem toho tvoria jednotlivé časti chromozómov chromatín. Proteíny hrajú dôležitú úlohu pri balení DNA v bunkovom jadre.

Priemer jadra nepresahuje päť mikrónov a DNA je úplne zabalená do jadra. Takže DNA v jadre má slučkovú štruktúru, ktorá je podporovaná proteínmi. Tie zároveň rozpoznávajú sekvenciu nukleotidov pre ich konvergenciu. Ak sa chystáte študovať štruktúru chromozómov pod mikroskopom, potom je na to najlepší čas metafáza mitózy.

Chromozóm má tvar malej tyčinky, ktorá sa skladá z dvoch chromatidov. Posledné sú držané centromérou. Je tiež veľmi dôležité poznamenať, že každá jednotlivá chromatida pozostáva z chromatínových slučiek. Všetky chromozómy môžu byť v jednom z dvoch stavov:

• aktívny;
• neaktívne.

Formuláre

Teraz zvážime existujúce typy chromozómov. V tejto časti môžete zistiť, aké formy týchto častíc existujú.

Všetky chromozómy majú svoju vlastnú individuálnu štruktúru. Charakteristickým znakom sú sfarbenie. Ak študujete morfológiu chromozómov, je potrebné venovať pozornosť niekoľkým dôležitým veciam:

• umiestnenie centroméry;
• dĺžka a poloha ramien.

Existujú teda tieto hlavné typy chromozómov:

• metacentrické chromozómy (ich rozlišovacím znakom je umiestnenie centroméry v strede, táto forma sa bežne nazýva aj rovnoramenné);
• submetacentrické (výrazným znakom je posunutie zúženia na jednu zo strán, iným názvom sú nerovnomerné ramená);
• akrocentrický (výrazným znakom je umiestnenie centroméry takmer na jednom konci chromozómu, iný názov je tyčinkovitý);
• bod (takéto meno dostali kvôli tomu, že ich tvar je veľmi ťažké určiť, čo súvisí s malou veľkosťou).

Funkcie

Bez ohľadu na typ chromozómov u ľudí a iných tvorov vykonávajú tieto častice množstvo rôznych funkcií. Čo je v stávke, si môžete prečítať v tejto časti článku.

• V uchovávaní dedičných informácií. Chromozómy sú nositeľmi genetickej informácie.
• pri prenose dedičnej informácie. Dedičná informácia sa prenáša replikáciou molekuly DNA.
• Pri implementácii dedičnej informácie. Vďaka reprodukcii jedného alebo druhého typu i-RNA, a teda jedného alebo druhého typu proteínu, sa vykonáva kontrola nad všetkými životne dôležitými procesmi bunky a celého organizmu.

DNA a RNA

Pozreli sme sa na to, aké typy chromozómov existujú. Teraz sa obraciame na podrobnú štúdiu otázky úlohy DNA a RNA. Je veľmi dôležité poznamenať, že práve nukleové kyseliny tvoria asi päť percent hmoty bunky. Ukazujú sa nám ako mononukleotidy a polynukleotidy.

Existujú dva typy týchto nukleových kyselín:

• DNA, čo znamená deoxyribonukleové kyseliny;
• RNA, dekódovanie - ribonukleové kyseliny.

Okrem toho je dôležité mať na pamäti, že tieto polyméry sú zložené z nukleotidov, teda monomérov. Tieto monoméry v DNA aj RNA majú v podstate podobnú štruktúru. Každý jednotlivý nukleotid tiež pozostáva z niekoľkých komponentov, alebo skôr troch, vzájomne prepojených silnými väzbami.

Teraz trochu o biologickej úlohe DNA a RNA. Na začiatok je dôležité poznamenať, že v bunke sa môžu vyskytovať tri typy RNA:

• informačné (odstránenie informácií z DNA, pôsobiace ako matrica pre syntézu bielkovín);
• transport (nesie aminokyseliny na syntézu bielkovín);
• ribozomálne (podieľa sa na biosyntéze bielkovín, tvorbe štruktúry ribozómu).

Aká je úloha DNA? Tieto častice uchovávajú informácie o dedičnosti. Úseky tohto reťazca obsahujú špeciálnu sekvenciu dusíkatých báz, ktoré sú zodpovedné za dedičné znaky. Úloha DNA navyše spočíva v prenose týchto znakov počas procesu delenia buniek. Pomocou RNA v bunkách sa uskutočňuje syntéza RNA, vďaka čomu dochádza k syntéze bielkovín.

Chromozomálna sada

Takže sa pozeráme na typy chromozómov, sady chromozómov. Obraciame sa na podrobné zváženie problému týkajúceho sa sady chromozómov.

Množstvo týchto prvkov je charakteristickým znakom druhu. Vezmite si napríklad muchu Drosophila. Má ich spolu osem a primáti štyridsaťosem. Ľudské telo má štyridsaťšesť chromozómov. Okamžite upozorňujeme na skutočnosť, že ich počet je rovnaký pre všetky bunky tela.

Okrem toho je dôležité pochopiť, že existujú dva možné typy sady chromozómov:

• diploidné (charakteristické pre eukaryotické bunky, je kompletný súbor, to znamená 2n, sú prítomné v somatických bunkách);
• haploidné (polovica kompletnej sady, t.j. n, je prítomná v zárodočných bunkách).

Je potrebné vedieť, že chromozómy tvoria pár, ktorého zástupcovia sú homológy. Čo znamená tento pojem? Homológne sa nazývajú chromozómy, ktoré majú rovnaký tvar, štruktúru, umiestnenie centroméry atď.

pohlavné chromozómy

Teraz sa bližšie pozrieme na ďalší typ chromozómu – pohlavie. Toto nie je jeden, ale pár chromozómov, ktoré sa líšia u mužov a žien toho istého druhu.

Jeden z organizmov (muž alebo žena) je spravidla vlastníkom dvoch identických, pomerne veľkých chromozómov X, zatiaľ čo genotyp je XX. Jedinec opačného pohlavia má jeden chromozóm X a o niečo menší chromozóm Y. Genotyp je XY. Je tiež dôležité poznamenať, že v niektorých prípadoch dochádza k tvorbe mužského pohlavia v neprítomnosti jedného z chromozómov, to znamená genotypu X0.

autozómy

Ide o párové častice v organizmoch s chromozomálnym určením pohlavia, ktoré sú rovnaké pre mužov aj ženy. Jednoducho povedané, všetky chromozómy (okrem pohlavia) sú autozómy.

Upozorňujeme, že prítomnosť, kópie a štruktúra nezávisia od pohlavia eukaryotov. Všetky autozómy majú sériové číslo. Ak vezmeme osobu, potom dvadsaťdva párov (štyridsaťštyri chromozómov) sú autozómy a jeden pár (dva chromozómy) sú pohlavné chromozómy.

Chromozómy sú najdôležitejším prvkom bunky. Sú zodpovedné za prenos a implementáciu dedičnej informácie a v eukaryotickej bunke sú lokalizované v jadre.

Podľa chemickej štruktúry sú chromozómy komplexy deoxyribonukleových kyselín (DNA) a pridružených proteínov, ako aj malého počtu iných látok a iónov. Chromozómy sú teda deoxyribonukleoproteíny (DNP).

Každý chromozóm v interfáze obsahuje jednu dlhú molekulu dvojvláknovej DNA. Gén je sekvencia určitého počtu po sebe nasledujúcich nukleotidov, ktoré tvoria DNA. Gény, ktoré tvoria DNA jedného chromozómu, nasledujú za sebou. V medzifáze prebieha v bunke mnoho procesov, mnohé časti chromozómu sú v rôznej miere despiralizované. Mnoho oblastí DNA sa podieľa na syntéze RNA.

Počas delenia buniek (pri mitóze aj meióze) sa chromozómy špiralizujú (dochádza k ich zhutneniu). Zároveň sa znižuje ich dĺžka a syntéza RNA na nich sa stáva nemožnou. Pred spiralizáciou sa každý chromozóm zdvojnásobí. Hovorí sa, že chromozóm sa skladá z dvoch chromatidy. To znamená, že počas interfázy chromozóm pozostával z jednej chromatidy.

Proteíny, ktoré tvoria chromozóm, hrajú dôležitú úlohu pri zhutňovaní chromatidov.

V závislosti od fázy bunkového cyklu, podľa vonkajšej štruktúry chromozómu môžu byť teda reprezentované 1) ako neviditeľné vo svetelnom mikroskope chromatín(v interfáze) a pozostávajú z jednej chromatidy alebo 2) vo forme dvoch špirálovitých chromatíd viditeľných vo svetelnom mikroskope (vo fázach bunkového delenia, počnúc metafázou).

V štruktúre chromozómov je ďalší dôležitý prvok - centroméra(primárny úsek). Je bielkovinovej povahy a zodpovedá za pohyb chromozómu a sú k nemu pripojené aj vlákna štiepneho vretienka. V závislosti od umiestnenia centroméry sa rozlišujú chromozómy rovnakého ramena (metacentrické), nerovnoramenné (submetacentrické) a tyčovité (akrocentrické). V prvom je centroméra umiestnená v strede a rozdeľuje každú chromatídu na dve rovnaké ramená, v druhom sú ramená nerovnakej dĺžky a v treťom je centroméra umiestnená na jednom z koncov chromatídy.

V zdvojených chromozómoch sú chromatidy prepojené na centromére.

1 - chromatid; 2 - centroméra; 3 - krátke rameno; 4 - dlhé rameno.

Prítomnosť primárnej konstrikcie v štruktúre chromozómov je povinná. Okrem nich však existujú sekundárne zúženia ( nukleárne organizátory), nie sú pozorované vo všetkých chromozómoch. V jadre na sekundárnych zúženiach chromozómov dochádza k syntéze jadierok.

Na koncoch chromatíd sú tzv teloméry. Zabraňujú zlepeniu chromozómov.

V haploidnej sade je každý chromozóm jedinečný svojou štruktúrou. Poloha centroméry (a z toho vyplývajúce dĺžky chromozómových ramien) umožňuje odlíšiť každé od zvyšku.

V diploidnej sade má každý chromozóm jeden homológny, má rovnakú štruktúru a rovnakú sadu génov (ale možno aj ich iné alely) a je dedený od iného rodiča.

Každý typ živého organizmu sa vyznačuje vlastným karyotypom, t. j. vlastným počtom chromozómov a ich znakmi (dĺžka, poloha centromér, znaky chemickej štruktúry). Biologické druhy možno určiť podľa karyotypu.

Prednáška č.3

Téma: Organizovanie toku genetických informácií

Plán prednášok

1. Štruktúra a funkcie bunkového jadra.

2. Chromozómy: štruktúra a klasifikácia.

3. Bunkové a mitotické cykly.

4. Mitóza, meióza: cytologické a cytogenetické charakteristiky, význam.

Štruktúra a funkcie bunkového jadra

Hlavná genetická informácia je obsiahnutá v jadre buniek.

bunkové jadro(lat. - jadro; grécky - karyon) bol opísaný v roku 1831. Robert Brown. Tvar jadra závisí od tvaru a funkcie bunky. Veľkosti jadier sa menia v závislosti od metabolickej aktivity buniek.

Škrupina medzifázového jadra (karyolema) pozostáva z vonkajších a vnútorných elementárnych membrán. Medzi nimi je perinukleárny priestor. Membrána má otvory pórov. Medzi okrajmi jadrového póru sú proteínové molekuly, ktoré tvoria komplexy pórov. Otvor pórov je pokrytý tenkým filmom. Pri aktívnych metabolických procesoch v bunke je väčšina pórov otvorená. Cez ne dochádza k toku látok – z cytoplazmy do jadra a naopak. Počet pórov v jednom jadre

Ryža. Schéma štruktúry bunkového jadra

1 a 2 - vonkajšie a vnútorné membrány jadrovej membrány, 3

- jadrový pór, 4 - jadierko, 5 - chromatín, 6 - jadrová šťava

dosahuje 3-4 tis. Vonkajšia jadrová membrána sa spája s kanálmi v endoplazmatickom retikule. Zvyčajne obsahuje ribozómy. Na vnútornom povrchu jadrového obalu sa tvoria proteíny jadrová platňa. Udržuje stály tvar jadra, pripájajú sa k nemu chromozómy.

Jadrová šťava - karyolymfa, koloidný roztok v gélovom stave, ktorý obsahuje proteíny, lipidy, sacharidy, RNA, nukleotidy, enzýmy. jadierko je nestála zložka jadra. Na začiatku bunkového delenia zaniká a na jeho konci sa obnovuje. Chemické zloženie jadierok: proteín (~90%), RNA (~6%), lipidy, enzýmy. Jadierka sa tvoria v oblasti sekundárnych zúžení satelitných chromozómov. Funkcia jadierka: zostavenie ribozómových podjednotiek.

X romatin jadrá sú interfázové chromozómy. Obsahujú DNA, histónové proteíny a RNA v pomere 1:1,3:0,2. DNA sa spája s proteínom a vzniká deoxyribonukleoproteín(DNP). Počas mitotického delenia jadra sa DNP spiralizuje a tvorí chromozómy.

Funkcie bunkového jadra:

1) uchováva dedičnú informáciu bunky;

2) podieľa sa na delení buniek (reprodukcii);

3) reguluje metabolické procesy v bunke.

Chromozómy: štruktúra a klasifikácia

Chromozómy(grécky - chromo- farba, soma telo) je špirálovitý chromatín. Ich dĺžka je 0,2 - 5,0 mikrónov, priemer je 0,2 - 2 mikróny.

Ryža. Typy chromozómov

Metafázový chromozóm pozostáva z dvoch chromatidy, ktoré sú spojené centroméra (primárna konstrikcia). Rozdeľuje chromozóm na dva rameno. Jednotlivé chromozómy majú sekundárne zúženia. Oblasť, ktorú oddeľujú, je tzv satelit a takéto chromozómy sú satelitné. Konce chromozómov sa nazývajú teloméry. Každá chromatida obsahuje jednu súvislú molekulu DNA v kombinácii s histónovými proteínmi. Intenzívne zafarbené časti chromozómov sú oblasti silnej spiralizácie ( heterochromatín). Svetlejšie oblasti sú oblasti so slabou špirálou ( euchromatínu).

Typy chromozómov sa rozlišujú podľa umiestnenia centroméry (obr.).

1. metacentrické chromozómy- centroméra je umiestnená v strede a ramená majú rovnakú dĺžku. Časť ramena v blízkosti centroméry sa nazýva proximálna, opačná sa nazýva distálna.

2. Submetacentrické chromozómy- centroméra je posunutá zo stredu a ramená majú rôzne dĺžky.

3. Akrocentrické chromozómy- centroméra je silne posunutá zo stredu a jedno rameno je veľmi krátke, druhé rameno je veľmi dlhé.

V bunkách slinných žliaz hmyzu (muchy Drosophila) sú obrovské, polyténové chromozómy(viacvláknové chromozómy).

Pre chromozómy všetkých organizmov platia 4 pravidlá:

1. Pravidlo nemennosti počtu chromozómov. Za normálnych okolností majú organizmy určitých druhov konštantný počet chromozómov charakteristických pre daný druh. Napríklad: človek má 46, pes 78, ovocná muška má 8.

2. párovanie chromozómov. V diploidnom súbore má každý chromozóm normálne párový chromozóm - rovnaký v tvare a veľkosti.

3. Individualita chromozómov. Chromozómy rôznych párov sa líšia tvarom, štruktúrou a veľkosťou.

4. Chromozómová kontinuita. Keď sa genetický materiál zdvojí, z chromozómu sa vytvorí chromozóm.

Súbor chromozómov somatickej bunky, charakteristických pre organizmus daného druhu, sa nazýva tzv karyotyp.

Klasifikácia chromozómov sa uskutočňuje podľa rôznych kritérií.

1. Chromozómy, ktoré sú rovnaké v bunkách mužských a ženských organizmov, sa nazývajú autozómy. Ľudský karyotyp má 22 párov autozómov. Chromozómy, ktoré sa líšia v mužských a ženských bunkách, sa nazývajú heterochromozómy alebo pohlavné chromozómy. U mužov sú to chromozómy X a Y, u žien X a X.

2. Usporiadanie chromozómov v zostupnom poradí je tzv idiogram. Ide o systematický karyotyp. Chromozómy sú usporiadané do párov (homologické chromozómy). Prvý pár je najväčší, 22. pár je najmenší a 23. pár sú pohlavné chromozómy.

3. V roku 1960 Bola navrhnutá Denverova klasifikácia chromozómov. Je postavený na základe ich tvaru, veľkosti, polohy centroméry, prítomnosti sekundárnych zúžení a satelitov. Dôležitým ukazovateľom v tejto klasifikácii je centromérový index(CI). Ide o pomer dĺžky krátkeho ramena chromozómu k celej jeho dĺžke, vyjadrený v percentách. Všetky chromozómy sú rozdelené do 7 skupín. Skupiny sú označené latinskými písmenami od A do G.

Skupina A obsahuje 1 - 3 páry chromozómov. Ide o veľké metacentrické a submetacentrické chromozómy. Ich CI je 38-49%.

Skupina B. 4. a 5. pár sú veľké metacentrické chromozómy. CI 24-30 %.

Skupina C. Páry chromozómov 6 - 12: stredne veľké, submetacentrické. CI 27-35 %. Do tejto skupiny patrí aj chromozóm X.

Skupina D. 13. - 15. pár chromozómov. Chromozómy sú akrocentrické. CI asi 15 %.

Skupina E. Páry chromozómov 16 - 18. Relatívne krátke, metacentrické alebo submetacentrické. CI 26-40 %.

Skupina F. 19. - 20. pár. Krátke, submetacentrické chromozómy. CI 36-46 %.

Skupina G. 21-22 párov. Malé akrocentrické chromozómy. CI 13-33 %. Do tejto skupiny patrí aj chromozóm Y.

4. Parížska klasifikácia ľudských chromozómov bola vytvorená v roku 1971. Pomocou tejto klasifikácie je možné určiť lokalizáciu génov v konkrétnom páre chromozómov. Pomocou špeciálnych metód farbenia sa v každom chromozóme odhalí charakteristické poradie striedania tmavých a svetlých pruhov (segmentov). Segmenty sú označené názvom metód, ktoré ich odhaľujú: Q - segmenty - po farbení chinakrinnou horčicou; G - segmenty - farbenie Giemsa; R - segmenty - farbenie po tepelnej denaturácii a iné. Krátke rameno chromozómu sa označuje písmenom p, dlhé rameno písmenom q. Každé rameno chromozómu je rozdelené na oblasti a očíslované od centroméry po teloméru. Pásy v rámci oblastí sú očíslované v poradí od centroméry. Napríklad umiestnenie génu D esterázy - 13p14 - je štvrtý pás prvej oblasti krátkeho ramena 13. chromozómu.

Funkcia chromozómov: uchovávanie, rozmnožovanie a prenos genetickej informácie pri rozmnožovaní buniek a organizmov.

Podobné informácie.