ستناقش هذه المقالة هياكل الخلايا حقيقية النواة مثل الكروموسومات ، والتي يتم دراسة هيكلها ووظيفتها بواسطة فرع من علم الأحياء يسمى علم الخلايا.
تاريخ الاكتشاف
كونها المكونات الرئيسية لنواة الخلية ، تم اكتشاف الكروموسومات في القرن التاسع عشر من قبل العديد من العلماء في وقت واحد. قام عالم الأحياء الروسي ID Chistyakov بدراستها في عملية الانقسام الفتيلي (انقسام الخلايا) ، اكتشفها عالم التشريح الألماني فالداير أثناء تحضير المستحضرات النسيجية وأطلق عليها الكروموسومات ، أي تلطيخ الأجسام للتفاعل السريع لهذه الهياكل عند التفاعل مع صبغة فوشين عضوية.
فلمنج لخص الحقائق العلمية حول وظيفة الكروموسومات في الخلايا ذات النواة المشكلة.
البنية الخارجية للكروموسومات
توجد هذه التكوينات المجهرية في النواة - أهم عضيات الخلية ، وتعمل كمكان لتخزين ونقل المعلومات الوراثية لكائن حي معين. الكروموسوماتتحتوي على مادة خاصة - الكروماتين. وهي عبارة عن تكتل من الخيوط الرقيقة - الألياف والحبيبات. من وجهة نظر كيميائية ، هذا هو مزيج من جزيئات DNA الخطية (يوجد حوالي 40٪) مع بروتينات هيستون محددة.
المجمعات ، التي تشمل 8 جزيئات الببتيد وخيوط الحمض النووي ، الملتوية على كريات البروتين ، مثل الملفات ، تسمى nucleosomes. تشكل منطقة حمض الديوكسي ريبونوكلييك 1.75 تدور حول جزء الساق وهي عبارة عن شكل بيضاوي بطول 10 نانومتر وعرض 5-6. إن وجود هذه الهياكل (الكروموسومات) في النواة هو سمة منهجية لخلايا الكائنات حقيقية النواة. في شكل نيوكليوسومات تؤدي الكروموسومات وظيفة الحفاظ على جميع الصفات الوراثية ونقلها.
اعتماد بنية الكروموسوم على مرحلة دورة الخلية
إذا كانت الخلية في حالة الطور البيني ، والتي تتميز بنموها واستقلابها المكثف ، ولكن بغياب الانقسام ، فإن الكروموسومات في النواة تبدو مثل الخيوط الرقيقة المنفصلة - الكروموسومات. عادة ما تكون متشابكة ، ومن المستحيل فصلها بصريًا في هياكل منفصلة. في لحظة انقسام الخلية ، وهو ما يسمى الانقسام في الخلايا الجسدية ، والانقسام الاختزالي في الخلايا الجنسية ، تبدأ الكروموسومات في الالتفاف والتكثيف ، وتصبح مرئية بوضوح تحت المجهر.
مستويات تنظيم الكروموسوم
وحدات الوراثة هي الكروموسومات ، علم دراسات الوراثة بالتفصيل. لقد وجد العلماء أن الخيوط النووية ،التي تحتوي على بروتينات الحمض النووي والهيستون تشكل الحلزون من الدرجة الأولى. تحدث التعبئة الكثيفة للكروماتين بسبب تكوين بنية أعلى رتبة - ملف لولبي. إنه ينظم ذاتيًا ويتكثف في ملف فائق أكثر تعقيدًا. كل المستويات المذكورة أعلاه من تنظيم الكروموسوم تحدث أثناء تحضير الخلية للانقسام.
في الدورة الانقسامية يتم تقصير الوحدات الهيكلية للوراثة ، المكونة من جينات تحتوي على DNA ، وتثخينها مقارنة بالكرومونات الخيطية في فترة الطور البيني بنحو 19 ألف مرة. في مثل هذا الشكل المضغوط ، تصبح كروموسومات النواة ، التي تتمثل وظائفها في نقل الخصائص الوراثية للكائن الحي ، جاهزة لتقسيم الخلايا الجسدية أو الجرثومية.
مورفولوجيا الكروموسوم
يمكن تفسير وظائف الكروموسومات من خلال دراسة سماتها المورفولوجية ، والتي يمكن رؤيتها بشكل أفضل في الدورة الانقسامية. لقد ثبت أنه حتى في المرحلة الاصطناعية من الطور البيني ، تتضاعف كتلة الحمض النووي في الخلية ، حيث يجب أن تحتوي كل خلية من الخلايا الوليدة التي تشكلت نتيجة للانقسام على نفس القدر من المعلومات الوراثية مثل الأم الأصلية. يتم تحقيق ذلك نتيجة لعملية المضاعفة - المضاعفة الذاتية للحمض النووي ، والتي تحدث بمشاركة إنزيم DNA polymerase.
في المستحضرات الخلوية المحضرة في وقت الطور الاستوائي للانقسام الفتيلي ، في الخلايا النباتية أو الحيوانية تحت المجهر ، من الواضح أن كل كروموسوم يتكون من جزأين ، يسمىالكروماتيدات. في المراحل الأخرى من الانقسام الفتيلي - الطور الطوري ، وخاصة الطور البعيد - يتم فصلهما تمامًا ، ونتيجة لذلك يصبح كل كروماتيد كروموسومًا منفصلاً. يحتوي على جزيء DNA مضغوط باستمرار ، بالإضافة إلى الدهون والبروتينات الحمضية والحمض النووي الريبي. من المواد المعدنية ، فهو يحتوي على أيونات المغنيسيوم والكالسيوم.
العناصر الهيكلية المساعدة للكروموسوم
من أجل تنفيذ وظائف الكروموسومات في الخلية بالكامل ، فإن هذه الوحدات الوراثية لها جهاز خاص - الانقباض الأساسي (centromere) ، والذي لا يتصاعد أبدًا. هي التي تقسم الكروموسوم إلى قسمين ، يسمى الكتفين. اعتمادًا على موقع السنترومير ، يصنف علماء الوراثة الكروموسومات على أنها متساوية التسلح (مترية) وغير متساوية التسليح (تحت المركز) وأخرى مركزية. على القيود الأولية ، يتم تشكيل تكوينات خاصة - kinetochores ، وهي كريات بروتينية على شكل قرص تقع على جانبي السنترومير. تتكون kinetochores نفسها من قسمين: الأجزاء الخارجية على اتصال مع الخيوط الدقيقة (خيوط المغزل الخيطية) ، متصلة بها.
بسبب تقليل الخيوط (الخيوط الدقيقة) ، يتم إجراء توزيع منظم بدقة للكروماتيدات التي تشكل الكروموسوم بين الخلايا الوليدة. تحتوي بعض الكروموسومات على واحد أو أكثر من القيود الثانوية التي لا تشارك في الانقسام الفتيلي ، نظرًا لأن خيوط المغزل الانشطاري لا يمكن أن ترتبط بها ، ولكن هذه الأقسام (القيود الثانوية) هي التي توفر التحكم في تركيب النوى - العضيات التي تستجيبلتكوين الريبوسومات.
ما هو النمط النووي
علماء الوراثة المشهورين مورغان ، إن كولتسوف ، سيتون في بداية القرن العشرين درسوا بدقة الكروموسومات وهيكلها ووظائفها في الخلايا الجسدية والجراثيم - الأمشاج. وجدوا أن كل خلية من جميع الأنواع البيولوجية تتميز بعدد معين من الكروموسومات التي لها شكل وحجم محدد. تم اقتراح تسمية المجموعة الكاملة من الكروموسومات في نواة الخلية الجسدية بالنمط النووي.
في الأدبيات الشعبية ، غالبًا ما يتم تحديد النمط النووي مع مجموعة الكروموسوم. في الواقع ، هذه ليست مفاهيم متطابقة. على سبيل المثال ، في البشر ، يكون النمط النووي هو 46 كروموسومًا في نوى الخلايا الجسدية ويُشار إليه بالصيغة العامة 2n. لكن مثل هذه الخلايا ، على سبيل المثال ، خلايا الكبد (خلايا الكبد) لها عدة نوى ، مجموعة الكروموسومات الخاصة بها محددة على أنها 2n2=4n أو 2n4=8n. أي أن عدد الكروموسومات في هذه الخلايا سيكون أكثر من 46 ، على الرغم من أن النمط النووي لخلايا الكبد هو 2 ن ، أي 46 كروموسوم.
عدد الكروموسومات في الخلايا الجرثومية دائمًا أقل مرتين من عدد الكروموسومات الجسدية (في خلايا الجسم) ، وتسمى هذه المجموعة أحادية العدد ويشار إليها بالرمز n. تحتوي جميع الخلايا الأخرى في الجسم على مجموعة من 2n ، والتي تسمى ثنائية الصبغيات.
نظرية مورغان للكروموسوم في الوراثة
اكتشف عالم الوراثة الأمريكي مورغان قانون الوراثة المترابطة للجينات ، حيث أجرى تجارب على تهجين ذباب الفاكهة - ذبابة الفاكهة. بفضل بحثه ، تمت دراسة وظائف كروموسومات الخلايا الجرثومية. أثبت مورغان أن الجينات الموجودة في الجواريتم توريث مواضع نفس الكروموسوم في الغالب معًا ، أي مرتبط. إذا كانت الجينات متباعدة في الكروموسوم ، فمن الممكن العبور بين الكروموسومات الشقيقة - تبادل الأقسام.
بفضل بحث مورغان ، تم إنشاء الخرائط الجينية التي تدرس وظائف الكروموسومات وتستخدم على نطاق واسع في الاستشارات الوراثية لحل الأسئلة حول الأمراض المحتملة للكروموسومات أو الجينات التي تؤدي إلى أمراض وراثية لدى البشر. لا يمكن المبالغة في تقدير أهمية الاستنتاجات التي توصل إليها العالم.
في هذه المقالة ، قمنا بفحص بنية ووظائف الكروموسومات التي تؤديها في الخلية.
