Хромозома — какво е, структура, функция и значение при човека

Хромозомите на клетката се намират в клетъчното ядро и представляват носители на наследствената информация. Те се състоят предимно от ДНК, свързана с протеини, образуващи хроматин. Всяка хромозома съдържа множество гени, които кодират протеини и регулират клетъчни функции. По правило хромозомите в клетката се подреждат по двойки — един комплект от майката и един от бащата; цитолозите ги номерират за удобство.

Структура и форма

На прагово ниво хромозомата е дълга молекула ДНК, опакована около белтъци (главно хистонни протеини) в хроматинови нишки. Структурните нива включват нуклеозоми, фибри и по-плътно пакетирани участъци, видими под микроскоп при делящи се клетки. При репликация и подготовка за делене хромозомата се кондензира и приема вид, който често се представя като буквата "Х": това са две сестрински хроматиди (вж. схемата), свързани в центромерата (центромера).

Описателни термини за формата и разположението на центромера включват:

• Метацентрична — центромерът е в средата;
• Субметацентрична — центромерът е малко изместен;
• Акроцентрична — центромерът е близо до единия край;
• Телоцентрична — центромерът почти в края.

Функции на хромозомите

• Носене и предаване на генетична информация между поколенията клетки и индивиди.
• Организация и регулация на експресията на гените чрез структурни промени в хроматина.
• Участие в процесите на репликация, делене и ремонт на ДНК.
• Поддържане на генетична стабилност и разнообразие — чрез механизми като рекомбинация по време на мейоза.

Деление на клетки: митоза и мейоза

В повечето еукариотни клетки — т.е. в клетки с ядро (еукариоти) — хромозомите участват активно при деленето. Когато една соматична (телесна) клетка, например мускулна клетка, се дели, процесът се нарича митоза. Преди митозата клетката репликира всички хромозоми, така че те се състоят от две сестрински хроматиди, свързани в центромера. По време на митозата хроматидите се разделят и всяка дъщерна клетка получава пълен комплект хромозоми.

За образуването на полови клетки (гамети) — яйцеклетки и сперматозоиди — стволовите клетки преминават през специално делене, наречено мейоза. По време на мейозата броят на хромозомите се намалява наполовина: от 23 двойки (диплоидни) до 23 единични (хаплоидни). В тази фаза се случва и обмен на генетичен материал между хомоложни хромозоми (кръстосване), което осигурява генното разнообразие. Когато гамета от мъж (сперма) и гамета от жена (яйцеклетка) се срещнат при оплождане, се възстановява диплоидният набор и се образува нов организъм със свой уникален кариотип.

Хромозомите при човека и наследственост

Човекът нормално има 46 хромозоми, подредени в 23 двойки — от които 22 двойки са автозоми и една двойка са полови (хромозоми). Всеки индивид получава един комплект хромозоми от майката и един от бащата. Яйцеклетките на майката винаги съдържат Х хромозома, докато спермата на бащата съдържа или Y хромозома, или Х хромозома — това определя генетичния пол на детето.

Аномалии и генетични разстройства

Промени в броя или структурата на хромозомите могат да доведат до здравословни проблеми. Някои примери:

• Анеуплодия — наличие на допълнителна или липсваща хромозома (напр. синдрома на Даун — допълнителна хромозома 21; синдрома на Клайнфелтер — мъж с две Х хромозоми).
• Моносомия — липса на една хромозома (напр. Търнър синдром: 45,X).
• Структурни промени — делеции (изгубени участъци), дупликации (повтори), инверсии (обърнати участъци), транслокации (пренос на сегменти между хромозоми), които могат да нарушат гени или тяхната регулация.
• Мозаицизъм — наличие на клетки с различен кариотип в един и същ организъм, в зависимост от времето и мястото на възникване на грешката.

Някои хромозомни изменения са несъвместими с живота, други причиняват вродени синдроми или повишен риск за заболявания. Общото наименование за нарушения, свързани с промени в хромозомите, е генетично разстройство.

Изследване на хромозомите

Кариотипизирането (визуализация на хромозомите под микроскоп) и по-модерни методи като FISH, микроарейни и секвениране позволяват да се открият както числови, така и структурни промени. Тези изследвания са важни при диагностика на вродени аномалии, безплодие, някои видове рак и предимплантационна диагностика.

Заключение

Хромозомите са основните структури, които организират и предават генетичната информация. Знанието за тяхната структура, функция и възможните им аномалии е ключово за разбирането на наследствеността, развитието на организма и диагностиката на много заболявания.

Политенни хромозоми

Политенните хромозоми са свръхголеми хромозоми, които са се развили от стандартните хромозоми. Специализираните клетки претърпяват многократни цикли на репликация на ДНК без клетъчно делене (ендомитоза). Политенните хромозоми се образуват, когато при многократните кръгове на репликация се получават много сестрински хроматиди, които са залепени паралелно една за друга.

Политенните хромозоми се срещат при видовете Drosophila и при нехапещите акари от семейство Chironomidae. Те присъстват и при друга група членестоноги от клас Collembola, протозойна група Ciliophora, трофобласти и антипод на бозайници и суспензорни клетки при растения.

Политенните клетки имат метаболитна функция. Многобройните копия на гените позволяват високо ниво на генна експресия. При Drosophila melanogaster например хромозомите на ларвните слюнчени жлези преминават през много кръгове на ендоредупликация. По този начин се получава голямо количество лепило преди окулирането.

Хромозомните пухчета (показани на схемата) са разпръснати ненавити участъци от политенната хромозома. Те са места на активна транскрипция.

Политенна хромозома

Политенни хромозоми

Политенните хромозоми са свръхголеми хромозоми, които са се развили от стандартните хромозоми. Специализираните клетки претърпяват многократни цикли на репликация на ДНК без клетъчно делене (ендомитоза). Политенните хромозоми се образуват, когато при многократните кръгове на репликация се получават много сестрински хроматиди, които са залепени паралелно една за друга.

Политенните хромозоми се срещат при видовете Drosophila и при нехапещите акари от семейство Chironomidae. Те присъстват и при друга група членестоноги от клас Collembola, протозойна група Ciliophora, трофобласти и антипод на бозайници и суспензорни клетки при растения.

Политенните клетки имат метаболитна функция. Многобройните копия на гените позволяват високо ниво на генна експресия. При Drosophila melanogaster например хромозомите на ларвните слюнчени жлези преминават през много кръгове на ендоредупликация. По този начин се получава голямо количество лепило преди окулирането.

Хромозомните пухчета (показани на схемата) са разпръснати ненавити участъци от политенната хромозома. Те са места на активна транскрипция.

Политенна хромозома

Въпроси и отговори

В: От какво са изградени хромозомите?

В: Колко хромозоми имат хората?

В: Какво определя пола на детето?

Въпрос: Кой процес намалява диплоидните клетки до хаплоидни?

В: Къде в клетката са разположени хромозомите?

В: Кога се случва митозата?

Въпрос: Има ли някакви изключения от наличието на хромозоми във всяко клетъчно ядро?

Търсене по буква