บทความนี้จะกล่าวถึงโครงสร้างของเซลล์ยูคาริโอต เช่น โครโมโซม โครงสร้างและหน้าที่ของโครโมโซมได้รับการศึกษาโดยสาขาวิชาชีววิทยาที่เรียกว่าเซลล์วิทยา
ประวัติการค้นพบ
เนื่องจากเป็นองค์ประกอบหลักของนิวเคลียสของเซลล์ โครโมโซมจึงถูกค้นพบในศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนพร้อมกัน นักชีววิทยาชาวรัสเซีย I. D. Chistyakov ศึกษาพวกเขาในกระบวนการของการแบ่งเซลล์ (การแบ่งเซลล์) นักกายวิภาคศาสตร์ชาวเยอรมัน Waldeyer ค้นพบพวกเขาในระหว่างการเตรียมการเตรียมเนื้อเยื่อวิทยาและเรียกพวกมันว่าโครโมโซมนั่นคือการย้อมสีร่างกายเพื่อปฏิกิริยาที่รวดเร็วของโครงสร้างเหล่านี้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับ ฟูชินย้อมอินทรีย์
เฟลมมิ่งสรุปข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการทำงานของโครโมโซมในเซลล์ที่มีนิวเคลียสก่อตัว
โครงสร้างภายนอกของโครโมโซม
การก่อตัวด้วยกล้องจุลทรรศน์เหล่านี้อยู่ในนิวเคลียส - ออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุดของเซลล์ และเป็นสถานที่สำหรับจัดเก็บและส่งข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตที่กำหนด โครโมโซมมีสารพิเศษคือโครมาติน เป็นกลุ่มของเส้นใยบาง ๆ - เส้นใยและแกรนูล จากมุมมองทางเคมี นี่คือการรวมกันของโมเลกุลดีเอ็นเอเชิงเส้น (มีประมาณ 40%) กับโปรตีนฮิสโตนจำเพาะ
คอมเพล็กซ์ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลเปปไทด์ 8 ตัวและสาย DNA บิดเกลียวบนโปรตีนทรงกลม เช่น บนขดลวด เรียกว่านิวคลีโอโซม บริเวณกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกก่อตัว 1.75 รอบส่วนก้านและเป็นทรงรียาวประมาณ 10 นาโนเมตรและกว้าง 5-6 การปรากฏตัวของโครงสร้างเหล่านี้ (โครโมโซม) ในนิวเคลียสเป็นลักษณะที่เป็นระบบของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต มันอยู่ในรูปของนิวคลีโอโซมที่โครโมโซมทำหน้าที่รักษาและถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมทั้งหมด
การขึ้นอยู่ของโครงสร้างของโครโมโซมกับเฟสของวัฏจักรเซลล์
หากเซลล์อยู่ในสถานะระหว่างเฟส ซึ่งมีลักษณะการเจริญเติบโตและการเผาผลาญอย่างเข้มข้น แต่ไม่มีการแบ่งตัว โครโมโซมในนิวเคลียสจะมีลักษณะเป็นเกลียวบางๆ - โครโมนีม โดยปกติพวกเขาจะพันกันและเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกพวกมันออกเป็นโครงสร้างที่แยกจากกัน ในช่วงเวลาของการแบ่งเซลล์ ซึ่งเรียกว่าไมโทซิสในเซลล์โซมาติก และไมโอซิสในเซลล์เพศ โครโมโซมจะเริ่มหมุนเป็นเกลียวและหนาขึ้น โดยจะมองเห็นได้ชัดเจนภายใต้กล้องจุลทรรศน์
ระดับการจัดโครโมโซม
หน่วยของพันธุกรรมคือโครโมโซม ศาสตร์แห่งพันธุศาสตร์ศึกษาอย่างละเอียด นักวิทยาศาสตร์พบว่าเส้นใยนิวคลีโอโซมที่มีโปรตีน DNA และฮิสโตนเป็นเกลียวอันดับที่หนึ่ง การบรรจุโครมาตินอย่างหนาแน่นเกิดขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของโครงสร้างที่มีลำดับสูงกว่า - โซลินอยด์ มันจัดระเบียบตัวเองและควบแน่นเป็นซุปเปอร์คอยล์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น การจัดระดับโครโมโซมข้างต้นทั้งหมดเกิดขึ้นระหว่างการเตรียมเซลล์เพื่อการแบ่งตัว
มันอยู่ในวัฏจักรไมโทติคที่หน่วยโครงสร้างของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ซึ่งประกอบด้วยยีนที่มี DNA จะถูกทำให้สั้นลงและหนาขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับโครโมเนมแบบใยยาวของช่วงเวลาระหว่างเฟสประมาณ 19,000 ครั้ง ในรูปแบบที่กะทัดรัดเช่นนี้ โครโมโซมของนิวเคลียสซึ่งมีหน้าที่ในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ก็พร้อมสำหรับการแบ่งตัวของโซมาติกหรือเซลล์สืบพันธุ์
สัณฐานวิทยาของโครโมโซม
หน้าที่ของโครโมโซมสามารถอธิบายได้โดยการศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาของโครโมโซม ซึ่งจะมองเห็นได้ดีที่สุดในวงจรไมโทติค ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแม้ในระยะสังเคราะห์ของเฟสระหว่างเฟส มวลของ DNA ในเซลล์จะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เนื่องจากเซลล์ลูกสาวแต่ละเซลล์ที่เกิดจากการแบ่งตัวจะต้องมีข้อมูลทางพันธุกรรมในปริมาณเท่ากันกับมารดาดั้งเดิม สิ่งนี้เกิดขึ้นได้จากกระบวนการทำซ้ำ - การเพิ่มตัวเองของ DNA ซึ่งเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ DNA polymerase
ในการเตรียมเซลล์วิทยาที่เตรียมในช่วงเมตาเฟสของไมโทซิสในเซลล์พืชหรือสัตว์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์จะเห็นว่าแต่ละโครโมโซมประกอบด้วยสองส่วน เรียกว่าโครมาทิด ในระยะต่อไปของไมโทซิส - แอนาเฟสและโดยเฉพาะอย่างยิ่งเทโลเฟส - พวกมันถูกแยกออกจากกันโดยสิ้นเชิงอันเป็นผลมาจากโครมาทิดแต่ละอันกลายเป็นโครโมโซมที่แยกจากกัน ประกอบด้วยโมเลกุล DNA ที่มีการอัดแน่นอย่างต่อเนื่อง เช่นเดียวกับไขมัน โปรตีนที่เป็นกรด และอาร์เอ็นเอ ของแร่ธาตุประกอบด้วยแมกนีเซียมและแคลเซียมไอออน
องค์ประกอบโครงสร้างเสริมของโครโมโซม
เพื่อให้การทำงานของโครโมโซมในเซลล์ทำงานอย่างเต็มที่ หน่วยการถ่ายทอดทางพันธุกรรมเหล่านี้จึงมีอุปกรณ์พิเศษ - การหดตัวเบื้องต้น (เซนโทรเมียร์) ซึ่งจะไม่หมุนวน เธอเป็นผู้แบ่งโครโมโซมออกเป็นสองส่วนเรียกว่าไหล่ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของ centromere นักพันธุศาสตร์จำแนกโครโมโซมเป็นอาวุธที่เท่าเทียมกัน (metacentric) อาวุธไม่เท่ากัน (submetacentric) และ acrocentric บนข้อ จำกัด หลักจะเกิดรูปแบบพิเศษขึ้น - kinetochores ซึ่งเป็นโปรตีนทรงกลมที่มีรูปร่างคล้ายแผ่นดิสก์ซึ่งอยู่ทั้งสองด้านของ centromere kinetochore เองประกอบด้วยสองส่วน: ส่วนด้านนอกสัมผัสกับไมโครฟิลาเมนต์ (เกลียวแกนไส้หลอด) ติดอยู่
เนื่องจากการลดลงของเส้นใย (ไมโครฟิลาเมนต์) จึงมีการดำเนินการแจกจ่ายโครมาทิดที่ประกอบเป็นโครโมโซมระหว่างเซลล์ลูกสาวอย่างเคร่งครัด โครโมโซมบางโครโมโซมมีการบีบรัดทุติยภูมิตั้งแต่หนึ่งข้อขึ้นไปซึ่งไม่เกี่ยวข้องกับไมโทซิส เนื่องจากเกลียวของแกนฟิชชันไม่สามารถยึดติดกับพวกมันได้ แต่เป็นส่วนเหล่านี้ (การหดตัวรอง) ที่ให้การควบคุมการสังเคราะห์นิวคลีโอลี - ออร์แกเนลล์ที่ตอบสนองสำหรับการก่อตัวของไรโบโซม
คาริโอไทป์คืออะไร
นักวิทยาศาสตร์ด้านพันธุศาสตร์ที่รู้จักกันดี Morgan, N. Koltsov, Setton เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ศึกษาโครโมโซมอย่างละเอียดถี่ถ้วน โครงสร้างและหน้าที่ของโครโมโซมในเซลล์ร่างกายและเซลล์สืบพันธุ์ - gametes พวกเขาพบว่าแต่ละเซลล์ของสปีชีส์ทางชีววิทยาทั้งหมดมีลักษณะเป็นโครโมโซมจำนวนหนึ่งที่มีรูปร่างและขนาดเฉพาะ มีการเสนอให้เรียกโครโมโซมทั้งชุดในนิวเคลียสของเซลล์โซมาติกว่าคาริโอไทป์
ในวรรณคดียอดนิยม คาริโอไทป์มักถูกระบุด้วยชุดโครโมโซม อันที่จริง สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่แนวคิดที่เหมือนกัน ตัวอย่างเช่น ในมนุษย์ โครโมโซมคือ 46 โครโมโซมในนิวเคลียสของเซลล์โซมาติกและแสดงโดยสูตรทั่วไป 2n แต่เซลล์อย่างเช่น เซลล์ตับ (เซลล์ตับ) มีหลายนิวเคลียส ชุดโครโมโซมของพวกมันถูกกำหนดเป็น 2n2=4n หรือ 2n4=8n นั่นคือจำนวนโครโมโซมในเซลล์ดังกล่าวจะมากกว่า 46 แม้ว่าโครโมโซมของตับจะมีขนาด 2n นั่นคือ 46 โครโมโซม
จำนวนโครโมโซมในเซลล์สืบพันธุ์นั้นน้อยกว่าในเซลล์ร่างกายถึงสองเท่า (ในเซลล์ของร่างกาย) เสมอ ชุดดังกล่าวเรียกว่าเดี่ยวและเขียนแทนด้วย n เซลล์อื่นๆ ในร่างกายมีชุด 2n ซึ่งเรียกว่าดิพลอยด์
ทฤษฎีการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของโครโมโซมของมอร์แกน
มอร์แกนนักพันธุศาสตร์ชาวอเมริกันค้นพบกฎการถ่ายทอดยีนที่เชื่อมโยงกัน ทำการทดลองเกี่ยวกับการผสมพันธุ์ของแมลงหวี่แมลงหวี่ ต้องขอบคุณงานวิจัยของเขาที่ทำการศึกษาหน้าที่ของโครโมโซมของเซลล์สืบพันธุ์ มอร์แกนพิสูจน์แล้วว่ายีนที่อยู่ใกล้เคียงตำแหน่งของโครโมโซมเดียวกันนั้นสืบทอดมารวมกันเป็นส่วนใหญ่ กล่าวคือ เชื่อมโยงกัน หากยีนในโครโมโซมห่างกันมาก การข้ามระหว่างโครโมโซมน้องก็เป็นไปได้ - การแลกเปลี่ยนส่วนต่างๆ
จากการวิจัยของมอร์แกน แผนที่ทางพันธุกรรมถูกสร้างขึ้นเพื่อศึกษาหน้าที่ของโครโมโซมและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรึกษาหารือทางพันธุกรรมเพื่อแก้ปัญหาเกี่ยวกับพยาธิสภาพที่เป็นไปได้ของโครโมโซมหรือยีนที่นำไปสู่โรคทางพันธุกรรมในมนุษย์ ความสำคัญของข้อสรุปที่ทำโดยนักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถประเมินค่าสูงไปได้
ในบทความนี้ เราตรวจสอบโครงสร้างและหน้าที่ของโครโมโซมที่โครโมโซมทำในเซลล์