Χρωμόσωμα

Διάγραμμα ενός αναπαραχθέντος και συμπυκνωμένου ευκαριωτικού χρωμοσώματος. (1) χρωματίδιο - ένα από τα δύο ίδια μέρη του χρωμοσώματος μετά από φάση S. (2) κεντρομερίδιο - το σημείο όπου τα δύο χρωματίδια αγγίζουν. (3) κοντός βραχίονας. (4) μακρύς βραχίονας.

Το χρωμόσωμα είναι μια οργανωμένη δομή DNA και πρωτεϊνών που βρίσκεται στα κύτταρα. Είναι ένα μοναδικό κομμάτι περιελιγμένου DNA που περιλαμβάνει πολλά γονίδια και άλλες ακολουθίες νουκλεοτιδίων. Τα χρωμοσώματα περιέχουν τις συνδεδεμένες πρωτεΐνες, οι οποίες χρησιμεύουν για να συσκευάσουν το DNA και να ελέγξουν τις λειτουργίες του. Η λέξη χρωμόσωμα προέρχεται από τις λέξεις χρώμα και σώμα και το όνομα που οφείλεται στην ιδιότητα του χρωμοσώματος να χρωματίζεται πολύ έντονα από ιδιαίτερες χρωστικές ουσίες.

Τα χρωμοσώματα ποικίλλουν μεταξύ διαφορετικών οργανισμών. Το μόριο DNA μπορεί να είναι κυκλικό ή γραμμικό, και μπορεί να αποτελείται από 10.000 έως 1.000.000.000 νουκλεοτίδια, σε μια μακριά αλυσίδα. Χαρακτηριστικά τα ευκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα που περιέχουν σχηματισμένο πυρήνα) έχουν μεγάλα, γραμμικά χρωμοσώματα. Τα προκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα χωρίς σχηματισμένο πυρήνα) έχουν μικρότερα κυκλικά χρωμοσώματα, αν και υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα. Επιπλέον, τα κύτταρα μπορούν να περιέχουν περισσότερους από έναν τύπους χρωμοσώματος, για παράδειγμα τα μιτοχόνδρια στα περισσότερους ευκαρυωτικά κύτταρα, και επίσης οι χλωροπλάστες των φυτών διαθέτουν το δικό τους DNA, γι' αυτό και αποκαλούνται ημιαυτόνομα οργανίδια.

Στην πράξη "χρωμοσώμα" είναι ένας μάλλον αόριστα καθορισμένος όρος. Στα προκαρυωτικά κύτταρα ένα μικρό κυκλικό μόριο DNA ονομάζεται είτε πλασμίδιο είτε μικρό χρωμόσωμα. Αυτά τα μικρά κυκλικά γονιδιώματα βρίσκονται επίσης στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες, απεικονίζοντας τη βακτηριακή προέλευσή τους. Τα απλούστερα χρωμοσώματα βρίσκονται στους ιούς: αυτά τα μόρια DNA ή RNA είναι κοντά γραμμικά ή κυκλικά χρωμοσώματα που στερούνται συχνά οποιεσδήποτε δομικές πρωτεΐνες.

Ο πυρήνας σαν φορέας της κληρονομικότητας

Η προέλευση αυτής της επαναστατικής ιδέας βρίσκεται σε κάποιες προτάσεις στο βιβλίο Generelle Morphologie του Ερνστ Χέκελ από το 1866.. Τα στοιχεία για αυτήν την ιδέα συσσωρεύθηκαν βαθμιαία μέσα σε είκοσι χρόνια. Δύο από τους μεγαλύτερους Γερμανούς επιστήμονες επινόησαν την έννοια. O Άουγκουστ Βάισμαν πρότεινε ότι η γραμμή μικροβίων είναι χωριστή από το σώμα και ότι ο πυρήνας των κυττάρων είναι η αποθήκη του κληρονομικού υλικού, το οποίο τακτοποιείται κατά μήκος των χρωμοσωμάτων κατά τρόπο γραμμικό. Περαιτέρω, ο Άουγκουστ Βάισμαν πρότεινε ότι κατά την αναπαραγωγή διαμορφωνόταν ένας νέος συνδυασμός χρωμοσωμάτων (και κληρονομικού υλικό).

Αυτό ήταν η εξήγηση για το τμήμα μείωσης (που περιγράφεται πρώτα με τον van Beneden).

Τα Χρωμοσώματα ως πηγές της κληρονομικότητας

Με μία σειρά πειραμάτων, ο Θίοντορ Μπόβερι έδωσε την οριστική απόδειξη ότι τα χρωμοσώματα είναι τα διανύσματα της κληρονομικότητας. Δύο αρχές του Μπόβερι βασίστηκαν στη συνοχή των χρωμοσωμάτων και την προσωπικότητα των χρωμοσωμάτων. Είναι η δεύτερη αυτών των αρχών που ήταν τόσο επαναστατική. Ο Μπόβερι ήταν σε θέση να εξετάσει την πρόταση που υποβλήθηκε από το Βίλχελμ Ρου, ότι κάθε χρωμόσωμα φέρνει ένα διαφορετικό γενετικό φορτίο, και έδειξε ότι ο Roux ήταν σωστός. Επάνω στη επανεύρεση του Μέντελ, ο Μπόβερι ήταν σε θέση να βασίσει τη σύνδεση μεταξύ των κανόνων της κληρονομιάς και της συμπεριφοράς των χρωμοσωμάτων.

Είναι ενδιαφέρον να δει κανείς ότι ο Μπόβερι επηρέασε δύο γενεές αμερικανικών κυτολόγων: οι Έντμουντ Μπίτσερ Ουίλσον, Γουόλτερ Σάτον και Θεόφιλος Πέιντερ όλοι επηρεάστηκαν από τον Μπόβερι (Ουίλσον και Πέιντερ συνεργάζονταν μαζί). Στο διάσημο εγχειρίδιό του "The Cell", ο Ουίλσον συνέδεσε τον Μπόβερι και Σάτον με τη θεωρία Μπόβερι-Σάτον. Ο Μάιρ παρατήρησε ότι η θεωρία αμφισβητήθηκε θερμά από μερικούς διάσημους γενετησιολόγους, όπως ο Γουίλιαμ Μπέιτσον, ο Βίλχελμ Γιόχανσεν, ο Ρίτσαρντ Γκόλντσμιτ και ο T.H. Μόργκαν. Η τελικά πλήρης απόδειξη προήλθε από τους χάρτες χρωμοσωμάτων στο εργαστήριο του Μόργκαν.

Χρωμοσώματα σε Ευκαρυωτικά κύτταρα

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα με σχηματισμένους πυρήνες όπως στα φυτά, στους μύκητες και στα ζώα) κατέχουν πολλαπλάσια μεγάλα γραμμικά χρωμοσώματα που περιλαμβάνονται στον πυρήνα τους. Κάθε χρωμόσωμα έχει ένα κεντρομερίδιο, με ένα ή δύο πλοκάμια που προβάλλουν από το κεντρομερίδιο, αν και, κάτω από τις περισσότερες περιστάσεις, τα πλοκάμια δεν είναι ορατά υπό αυτήν τη μορφή.

Επιπλέον, οι περισσότεροι Ευκαρυώτες έχουν ένα μικρό κυκλικό μιτοχονδριακό γονιδίωμα, και μερικοί Ευκαρυώτες μπορούν να έχουν πρόσθετα μικρά κυκλικά ή γραμμικά κυτταροπλασματικά χρωμοσώματα. Στα πυρηνικά χρωμοσώματα των Ευκαρυωτών, το DNA υπάρχει σε μια ημι-διαταγμένη δομή, όπου είναι τυλιγμένο γύρω από ιστόνες (δομικές πρωτεΐνες), διαμορφώνοντας ένα σύνθετο υλικό, αποκαλούμενο χρωματίνη.

Χρωματίνη

Η χρωματίνη είναι η σύνδεση DNA και πρωτεϊνών που βρίσκονται στον ευκαρυωτικό πυρήνα και συσκευάζει τα χρωμοσώματα σε πακέτα. Η δομή της χρωματίνης ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των διαφορετικών σταδίων του κύκλου κυττάρων, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του DNA.

Χρωμοσώματα σε Προκαρυώτες

Οι Προκαρυώτες - βακτήρια και archaea - τυπικά έχουν ένα ενιαίο κυκλικό χρωμόσωμα, αλλά υπάρχουν πολλές παραλλαγές. Τα περισσότερα βακτηρίδια έχουν ένα ενιαίο κυκλικό χρωμόσωμα που μπορεί να κυμανθεί σε μέγεθος από μόνο 160.000 ζευγάρια βάσεων στο βακτήριο endosymbiotic ruddii Candidatus Carsonella, μέχρι σε 12.200.000 ζευγάρια βάσεων στο βακτήριο Cellulosum Sorangium.

Συσκευασία DNA

Οι Προκαρυώτες δεν διαθέτουν σχηματισμένο πυρήνα. Για αυτό τον λόγο το DNA τους οργανώνεται σε μια δομή αποκαλούμενη πυρηνοειδή. ο πυρηνοειδής είναι μια ευδιάκριτη δομή και καταλαμβάνει μια καθορισμένη περιοχή του βακτηριακού κυττάρου. Αυτή η δομή είναι, εντούτοις, δυναμική και διατηρείται και αναδιαμορφώνεται από τις ενέργειες μιας σειράς πρωτεϊνών, οι οποίες συνδέονται με το βακτηριακό χρωμόσωμα. Στα archaea, το DNA στα χρωμοσώματα είναι οργανωμένο, με το DNA να συσκευάζεται μέσα στις δομές παρόμοιες με τα ευκαρυωτικά νουκλεοσώματα. Τα βακτηριακά χρωμοσώματα τείνουν να δένονται στη μεμβράνη του πλάσματος των βακτηρίων.

Ευκαρυώτες

Αυτοί οι πίνακες δίνουν το συνολικό αριθμό των χρωμοσωμάτων (συμπεριλαμβανομένων των φυλετικών χρωμοσωμάτων) σε έναν πυρήνα κυττάρων. Παραδείγματος χάριν, τα ανθρώπινα κύτταρα είναι διπλοειδή και έχουν 22 διαφορετικούς τύπους αυτοσωμάτων. Κάθε χρωμοσωμα έχει ως δύο αντίγραφα και δύο φυλετικά χρωμοσώματα. Αυτό δίνει 46 χρωμοσώματα στο σύνολο. Άλλοι οργανισμοί έχουν περισσότερα από δύο αντίγραφα των χρωμοσωμάτων τους, όπως ο σίτος ψωμιού, ο οποίος είναι εξαπλοειδής και έτσι έχει έξι αντίγραφα επτά διαφορετικών χρωμοσωμάτων - 42 χρωμοσώματα στο σύνολο.

Χρωμοσώματα σε Φυτά Φυτά # Arabidopsis thaliana (diploid 10 Κριθάρι (diploid) 14 Καλαμπόκι (diploid) 20 Einkorn σιτάρι (diploid) 14 σκληρό σιτάρι (tetraploid) 28 μαλακό σιτάρι (hexaploid) 42 Πατάτες (tetraploid) 48 Καπνός (diploid) 48

Χρωμοσώματα (2n) σε Ζώα Οργανισμοί # Οργανισμοί # Δροσόφυλλα melanogaster 8 Σαλιγκάρι 54 Σκουλήκι Octodrilus complanatus 36 Αλεπού Θιβέτ 36 Γάτα 38 Γουρούνι 38 Ποντίκι 40 Αρουραίος 42 Κουνέλι 44 Χάμστερ 44 Λαγός 46 Άνθρωπος 46 Γορίλλας, Χιμπαντζής 48 Πρόβατο 54 Ελέφαντας 56 Αγελάδα 60 Γάιδαρος 62 Άλογο 64 Σκύλος 78 Kingfisher 132 Χρυσόψαρο 100-104 Μεταξοσκώληκας 56 Κότα 8 Μουλάρι 63

Απλοομάδα στον Άνθρωπο Στην ανθρώπινη γενετική, μία ανθρώπινη DNA Υ-χρωμοσωμάτων Απλοομάδα είναι μια ομάδα γονιδίων που καθορίζεται από τις διαφορές στα μη-επανασυνδυζόμενα τμήματα του DNA στο χρωμόσωμα Υ (αποκαλούμενο Υ-DNA). Η απλοομάδα υποδηλώνει το γενετικό παρελθόν ενός ατόμου. Υπάρχει μια ειδική πλευρά της γενετικής που ασχολείται ειδικά με την απλοομάδα και πώς αυτή καθορίζει την γενετική καταγωγή. Ανωμαλίες και ανευπλοειδία χρωμοσωμάτων Τρεις είναι οι πιο σημαντικές μεταλλάξεις χρωμοσωμάτων: διαγραφή (απώλεια μέρους χρωμοσώματος) διπλασιασμός (πρόσθετα αντίγραφα ενός μέρους του χρωμοσώματος) αντιστροφή (αντιστροφή κατεύθυνσης ενός μέρους ενός χρωμοσώματος) Οι περισσότερες μεταλλαγές είναι ουδέτερες και έχουν ελάχιστη ή καμία επίδραση (βουβές μεταλλαγές). Στο σύνδρομο Ντάουν, υπάρχουν τρία αντίγραφα του χρωμοσώματος 21. Ανωμαλίες χρωμοσωμάτων είναι διασπάσεις στο κανονικό χρωμοσωμικό περιεχόμενο ενός κυττάρου και είναι μια σημαντική αιτία των γενετικών ασθενειών στους ανθρώπους, όπως το σύνδρομο Ντάουν. Μερικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες δεν προκαλούν την ασθένεια στους φορείς, αν και μπορούν να οδηγήσουν σε μια υψηλότερη πιθανότητα γέννησης παιδιού με μια αναταραχή χρωμοσωμάτων. Ανώμαλοι αριθμοί χρωμοσωμάτων ή συνόλων χρωμοσωμάτων, μπορούν να είναι θανατηφόροι ή να δώσουν αφορμή σε γενετικές αναταραχές. Η γενετική παροχή συμβουλών θα πρέπει να προσφέρεται σε οικογένειες που είναι υποψήφιες για γενετικές διαταραχές. Λιγότερο ή περισσότερο DNA σε χρωμοσώματα μπορεί να οδηγήσει σε ποικίλες γενετικές αναταραχές. Τα ανθρώπινα παραδείγματα περιλαμβάνουν: Σύνδρομο Cri du Chat, το οποίο προκαλείται από τη διαγραφή μέρους του κοντού βραχίονα του χρωμοσώματος. "Cri du chat": μεταφράζεται ως "κραυγή της γάτας" στα γαλλικά. Ονομάστηκε έτσι επειδή τα επηρεασθέντα βρέφη παράγουν κραυγές σε υψηλό τόνο. Οι πάσχοντες έχουν μάτια σε μεγάλη απόσταση, μικρό κεφάλι και σαγόνι και είναι διανοητικά καθυστερημένοι. Σύνδρομο Wolf-Hirschhorn, το οποίο προκαλείται από τη μερική διαγραφή του κοντού βραχίονα του χρωμοσώματος 4. Χαρακτηρίζεται από την καθυστέρηση αύξησης του ύψους και σοβαρή διανοητική καθυστέρηση. Το σύνδρομο Ντάουν συνήθως προκαλείται από ένα πρόσθετο αντίγραφο του χρωμοσώματος 21 (Τρισωμία 21). Τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν μειωμένο τόνο μυών, πιο βραχεία κατασκευή, ασυμμετρικό κρανίο, αμυγδαλωτά μάτια και ήπια έως σοβαρή διανοητική καθυστέρηση. Σύνδρομο Edwards, είναι η δεύτερη πιο κοινή τρισωμία. Το Ντάουν σύνδρομο είναι το πιο κοινό. Είναι μία τρισωμία του χρωμοσώματος 18. Τα συμπτώματα περιλαμβάνουν διανοητική καθυστέρηση. 90% πεθαίνουν στους πρώτους μήνες. Αυτοί που ζουν μετά από τα πρώτα γενέθλιά τους είναι συνήθως αρκετά υγιείς. Οι ασθενείς πάσχουν από μια μορφολογική πάθηση στα δάκτυλα του χεριού. Το Σύνδρομο Πατάου ονομάζεται Δ-σύνδρομο ή Τρισωμία 13. Τα συμπτώματα είναι κάπως παρόμοια με την τρισωμία-18, αλλά δεν έχουν τη χαρακτηριστική πάθηση στα δάκτυλα. Idic15, σύντμηση στο χρωμόσωμα 15. Έχει τα ακόλουθα ονόματα λόγω των διάφορων ερευνών, αλλά όλοι σημαίνουν το ίδιο πράγμα. Σύνδρομο Γιάκομπσεν, αποκαλούμενο επίσης τελική 11q διαταραχή διαγραφής. Αυτό το σύνδρομο είναι μια πολύ σπάνια αναταραχή. Οι επηρεασθέντες έχουν κανονική νοημοσύνη ή μια ήπια διανοητική καθυστέρηση, με φτωχές εκφραστικές γλωσσικές δεξιότητες. Οι περισσότεροι εμφανίζουν αιμορραγική διαταραχή. (Σύνδρομο Paris-Trousseau). Σύνδρομο Κλαϊνεφέλτερ ή σύνδρομο XXY. Τα άτομα με το σύνδρομο Klinefelter είναι συνήθως στείρα και τείνουν να έχουν μακρύτερα χέρια και πόδια και να είναι πιο ψηλά από συνομήλικους. Τα αγόρια με το σύνδρομο είναι συχνά ντροπαλά και ήρεμα και έχουν μια υψηλότερη συχνότητα λεκτικής καθυστέρησης και δυσλεξίας. Κατά τη διάρκεια της εφηβείας, οι πάσχοντες χωρίς ενέσεις τεστοστερόνης μπορεί να αναπτύξουν γυναικομαστία. Σύνδρομο Τέρνερ (Χ αντί ΧΧ). Στο σύνδρομο Τερνερ, τα θηλυκά σεξουαλικά χαρακτηριστικά είναι παρόντα αλλά υπανάπτυκτα. Οι άνθρωποι με το σύνδρομο Τέρνερ έχουν συχνά μικρό ανάστημα, χαμηλή γραμμή τρίχωσης του κεφαλιού, ανώμαλη ανάπτυξη χαρακτηριστικών γνωρισμάτων ματιών και οστών. Σύνδρομο XYY. Τα αγόρια XYY είναι συνήθως πιο ψηλά από τους συνομήλικους τους. Όπως σε αγόρια με XXY και κορίτσια με XXX, είναι κάπως πιθανότερο να έχουν μαθησιακές δυσκολίες. Τριπλό σύνδρομο (XXX ή Triplo-X). XXX τα κορίτσια τείνουν να είναι ψηλά και λεπτά. Έχουν μια υψηλότερη συχνότητα σε δυσλεξία. Ανθρώπινο χρωμόσωμα Τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν 23 ζευγάρια χρωμοσωμάτων, που δίνουν συνολικά 46 χρωμοσώματα ανά κύτταρο. Εκτός από τα χρωμοσώματα, τα ανθρώπινα κύτταρα έχουν πολλές εκατοντάδες αντίγραφα του μιτοχονδριακού γονιδίωματος. Η Αλληλοuχία DNA του ανθρώπινου γονιδιώματος παρέχει πολλές πληροφορίες για κάθε ένα από τα χρωμοσώματα. Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει μια στατιστική σύναψη των χρωμοσωμάτων, βασισμένο στο ίδρυμα Sanger.. Ο αριθμός των γονιδίων δεν είναι πολύ ακριβής. Χρωμόσωμα Γονίδια Σύνολο Αλληλοuχημένα 1 4,220 247,199,719 224,999,719 2 1,491 242,751,149 237,712,649 3 1,550 199,446,827 194,704,827 4 446 191,263,063 187,297,063 5 609 180,837,866 177,702,766 6 2,281 170,896,993 167,273,993 7 2,135 158,821,424 154,952,424 8 1,106 146,274,826 142,612,826 9 1,920 140,442,298 120,312,298 10 1,793 135,374,737 131,624,737 11 379 134,452,384 131,130,853 12 1,430 132,289,534 130,303,534 13 924 114,127,980 95,559,980 14 1,347 106,360,585 88,290,585 15 921 100,338,915 81,341,915 16 909 88,822,254 78,884,754 17 1,672 78,654,742 77,800,220 18 519 76,117,153 74,656,155 19 1,555 63,806,651 55,785,651 20 1,008 62,435,965 59,505,254 21 578 46,944,323 34,171,998 22 1,092 49,528,953 34,893,953 X χρωμόσωμα 1,846 154,913,754 151,058,754 Y χρωμόσωμα 454 57,741,652 25,121,652 Total 32,185 3,079,843,747 2,857,698,560 Παραπομπές