Химическая и структурная организация хромосом

Хромосомы – это органоиды клеточного ядра, являющиеся носителями генов и определяющие наследственные свойства клеток и организмов. Термин хромосомы был предложен в 1888 г. немецким морфологом В. Вальдейером.

Хромосомы обеспечивают:

1) хранение наследственной информации;

2) использование этой информации для создания и поддержания клеточной организации;

3) регуляцию считывания наследственной информации;

4) самоудвоение генетического материала;

5) передачу его от материнской клетки дочерним.

Основу хромосомы составляет одна непрерывная двуцепочечная ДНК, соединенная с белками: основными (гистоновыми) и кислыми (негистоновыми), на долю которых соответственно приходится 40% и 20%. В хромосомах также содержится РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов.

Гистоны представлены пятью главными фракциями и выполняют структурную и регуляторную роль.

Число фракций негистоновых белков превышает 100. Они представлены ферментами редупликации и репарации (восстановления) ДНК, синтеза РНК, а также выполняют структурную и регуляторную роль.

Различают митотическую и интерфазную формы структурной организации хромосом, взаимопереходящие друг в друга в митотическом цикле.

Элементарной структурой хромосомы является нить диаметром 10-13 нм, представляющая собой комплекс ДНК и гистоновых белков (нуклеогистон). Толщина нити зависит от располагающихся по ее длине телец - нуклеосом. Ядра этих телец образованы гистонами. Функциональное значение нуклеосом до конца не ясно. Однако считается, что нуклеосомы выполняют функцию плотной упаковки ДНК. У ряда генов нуклеосомная структура при транскрипции может утрачиваться.

Микроскопическое изучение митотических хромосом дает следующую схему структурной организации хромосом (рис.4):

Рис.4. Морфология хромосом на стадии метафазы митоза.

Биспираль ДНК диаметром 1,5 нм в результате скручивания и присоединения белка преобразуется в нуклеогистоновый комплекс с нуклеосомной структурой нитевидной формы. В результате дальнейшего скручивания этой нити и дополнительного складывания, образуются митотические хромосомы.

Реорганизация нити нуклеогистона с образованием более компактной структуры называется спирализацией (конденсацией), обратный же процесс - это деспирализация (деконденсация). Благодаря спирализации достигается плотная упаковка наследственного материала, что важно при перемещениях хромосом в процессе митоза. Каждая хромосома содержит одну двойную спираль ДНК. В особых, так называемых политенных хромосомах клеток насекомых присутствует несколько двойных спиралей ДНК.

Для изучения кариотипа (хромосомного набора клеток конкретного организма) особое значение имеют митотические метафазные хромосомы.

Метафазные хромосомы образованы двумя хроматидами, которые являются двумя продольными копиями, процессе митоза расходящимися в дочерние клетки. Хроматиды соединены в области первичной перетяжки (центромеры, кинетохора), к которой прикрепляются нити веретена деления. Фрагменты, на которые первичная перетяжка делит хромосому, называются плечами.

В зависимости от положения первичной перетяжки различают следующие виды хромосом (см. рис. 4):

- метацентрические (равноплечие);

- субметацентрические (умереннно неравноплечие);

- акроцентрические (выраженно неравноплечие);

- телоцентрические (центромера находится на конце плеча).

Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, которые возникают в участках неполной конденсации хроматина. Вторичные перетяжки отделяют концевые участки коротких плеч 13-15, 21-22 хромосом человека в виде спутников. В области вторичных перетяжек некоторых хромосом располагаются ядрышковые организаторы. Они содержат гены, кодирующие р-РНК и служат местом образования ядрышка. Описанные структурные особенности используют для идентификации хромосом.