5 Funkcje chromosomów w komórce: eukariotyczne, prokariotyczne, szczegółowe fakty

Życie na tej planecie jest cudowną rzeczą, a sposób rozwoju życia to kolejna zagadka, która nie została jeszcze w pełni rozwiązana. Wszystkie formy życia występujące na ziemi można podzielić na dwie kategorie: eukarionty i prokarionty.

Chromosomy są największymi jednostkami ułożenia DNA i białek. Podstawowa funkcja chromosomu w komórce obejmuje przenoszenie DNA i przekazywanie informacji genetycznej od rodziców do ich potomstwa w następnym pokoleniu. Podczas podziału komórki najważniejszą rolę odgrywają chromosomy.

Genom komórki prokariotyczne ma zwykle kształt a okrągły chromosom znajduje się w chromosomie. Materiał genetyczny w komórki eukariotyczne znajduje się w jądrze i jest ciasno upakowany w chromosomy liniowe.

Skład chromosomów składa się z kompleksu lub mieszaniny DNA i białka, który jest znany jako chromatyna. Chromatyna jest dalej podzielona na mniejsze podjednostki znane jako nukleosomy. Eukarionty są ciasno upakowane, a ich chromatyna jest ułożona w taki sposób, że duża ilość DNA może być dostosowana na małej przestrzeni. Jest to również pomocne, ponieważ może regulować ekspresja genów.

W komórce DNA komórkowe nigdy nie znajduje się samotnie i zawsze towarzyszą mu różne białka. Zamiast tego komórkowe DNA zawsze tworzy kompleks lub mieszaninę z innymi partnerami białka, które pomagają im dopasować się do małej przestrzeni. Ten kompleks DNA-białka jest znany jako chromatyna, gdzie ilość obecnego kwasu nukleinowego i białka jest prawie równoważna. W celach chromatyna fałduje się w charakterystyczne formacje znane jako chromosomy. Pojedynczy chromosom składa się z jednego kawałka dwuniciowego DNA oprócz wspomnianych wcześniej białek pakujących.

Połączenia chromosomy komórek eukariotycznych zawierają jednostki chromatyny który się powtarza i jest znany jako nukleosomy. Do ich odkrycia doprowadziła chemiczna degradacja jąder komórkowych i oderwanie od DNA jak największej części zewnętrznego opakowania białkowego. Nukleosomy składają się z dwuniciowego DNA. Tworzą kompleksy znane jako histony, które są maleńkimi fragmentami białka.

Cząstka rdzenia każdego z nukleosomu zawiera cząsteczki ośmiu histonów, jako para dwóch z czterech różnych typów histonów: H2A, H2B, H3 i H4. Struktura i kształt histonów pozostawały niezwykle spójne podczas całej ewolucji, co oznacza, że ​​rola pakowania DNA ma kluczowe znaczenie dla wszystkich komórki należące do eukariontów. Histony są na ogół dodatnio naładowanymi cząsteczkami i wiążą się razem z DNA, który jest ujemnie naładowany w określonej konformacji.

Typowy chromosom ma następujące części i ich funkcje:

(a) Centromer (przewężenie pierwotne):

W fazie metafazy dotychczasowy chromosom zawiera dwie siostry bliźniaczki znane jako chromatydy. Wiążą się one ze sobą w punkcie zwanym zwężeniem pierwotnym lub centromerem. Na etapie anafazy centromer dzieli identyczne siostry, tworząc dwa chromosomy anafazowe. Ramiona odnoszą się do segmentów chromosomowych po obu stronach centromeru.

Możemy więc powiedzieć, że chromosom metafazy ma cztery ramiona, podczas gdy chromosomy anafazy mają tylko dwa ramiona. Chromosomy izobrachialowe mają równe ramiona, podczas gdy chromosomy heteroramienne mają ramiona asymetryczne. Gdy ramiona są nierówne, krótkie ramię jest oznaczone jako „p”, a długie ramię jako „q”.

W lokalizacji centromer, chromosomy są nazwane:

  1. Telocentryczny (terminal centromeru)
  2.  Akrocentryczny (centromer subterminalny i zakończony telomerem),
  3.  Submetacentryczny (centromer jest submediany),
  4.  Metacentryczny (mediana centromeru).

Ogólnie chromosomy mają jeden centromer i nazywane są monocentrycznymi. Chromosomy mogą być dicentryczne, na przykład w kukurydzy i pszenicy; a czasem policentrycznym. Głównym celem centromeru jest położenie podwalin pod kinetochor, kompleks białkowy wymagany do prawidłowej segregacji chromosomów podczas mitozy.

(b) Kinetochor:

Kinetochor, wyspecjalizowany kompleks wielobiałkowy na powierzchni centromeru, jest miejscem, w którym przyczepiają się włókna wrzeciona (mikrotubule). Centromer chromosomu metafazowego składa się z dwóch kinctochorów skierowanych w przeciwnych kierunkach. Niższe rośliny mają kinetochor trilamilarny, podczas gdy rośliny wyższe mają kinetochor kulisty i kielichowy.

Kinetochor jest wielopodjednostkowym konstruktem białkowym występującym u eukariontów, który generuje nośne przyłączenia chromatyd siostrzanych (zreplikowanych chromosomów utrzymywanych razem przez kompleks białkowy kohezyny) do mikrotubul wrzeciona podczas podziału komórki.

(c) Zwężenia wtórne:

Oprócz centromeru achromosom może zawierać jedno lub więcej wtórnych zwężeń. Satelita lub trabant odnosi się do segmentu chromosomu, który jest połączony z głównym regionem chromosomu za pomocą nici chromatyny. Chromosom z satelitami jest nazywany chromosomem sat.

Istnieją dwa rodzaje przewężenia wtórnego: NOR i Joint. Utrzymują stałą lokalizację i są często używane jako znaczniki. Region organizatora jąderka (NOR) jest odpowiedzialny za produkcję jąderko i rRNA. Łamanie i fuzja segmentów chromosomowych może prowadzić do powstawania stawów. Służą one jako markery miejsca, w którym gromadzą się jąderka. Bierze udział w przegrupowaniu jąderka pod koniec podziału komórki i jest połączony z jąderkiem przez całą interfazę podziału komórki.

funkcja chromosomu w komórce
Źródło obrazu: Struktura chromosomu-Wikipedia

d) Telomery:

Końcowe końce chromosomów nazywane są telomerami. Telomer to krótki, powtarzalny kompleks sekwencji DNA (bogaty w GC) z białkami. Są one syntetyzowane oddzielnie, a następnie dodawane do końcówek chromosomów. Główną funkcją telomerów jest zakrywanie końców chromosomów, aby zapobiec utracie DNA podczas rund replikacji komórek.

Telomery pomagają na różne sposoby:

(i) Zapewniają stabilność poprzez zapobieganie końcowym fuzjom chromosomów,

(ii) działać jako inicjatorzy synaps,

(iii) Skrócenie telomerów powoduje starzenie się i starzenie.

(e) Chromomery:

Ze względu na gromadzenie się chromatyny chromosomy międzyfazowe mogą wyglądać na paciorkowe na całej ich długości. Chromomery to struktury przypominające koraliki. Chromomery są mocno zwinięte i nie są już widoczne podczas metafazy. Kontrolowanie ekspresji genów może być wspomagane przez układ struktura chromosomu. Można tworzyć mapy chromosomów do wykorzystania w badaniach genetycznych i ewolucyjnych.

Funkcja chromosomów w komórkach eukariotycznych:

Komórki eukariotyczne mają geny, które zawierają informacje dziedziczne i działają jak dziedziczny nośnik. Podział komórek, wzrost, metabolizm i różnicowanie są przez nie kontrolowane.

Jądro komórki zawiera chromosomy eukariotyczne. To jądro jest znane jako „centrum kontroli” komórki, które pomaga w przechowywaniu materiału genetycznego całej komórki lub DNA. Otoczka jądrowa, znana również jako błona jądrowa, składa się z kanałów zwanych porami, które pomagają w regulacji ruchu cząsteczek w jądrze.

DNA obecne w jądrze jest ułożone w postaci chromosomów. Chromosom to cząsteczka DNA, która jest bardzo ciasno owinięta wokół białek, tworząc histony. Komórki eukariotyczne zawierają kilka chromosomy o strukturze liniowej. Chromatyna obejmuje całe DNA obecne w jądrze, a także związane z nim białka. Chromatyna składa się z trzech podstawowych warstw rusztowania, które dają początek skondensowana cząsteczka DNA.

Obecność jądra związanego z błoną jest najważniejszą cechą odróżniającą prokariotyka komórka z eukariota komórka. To jądro jest określane jako „centrum kontroli”, ponieważ pomaga w przechowywaniu całego materiału genetycznego komórki lub DNA. Pory w otoczce jądrowej, znanej również jako błona jądrowa, pomagają w regulacji transportu molekularnego przez jądro.

komórka eukariotyczna
Źródło obrazu: komórki eukariotyczne Wikipedia

Dwuniciowa helisa cząsteczka DNA razem tworzy chromosom, ale wcześniej są one zwijane wokół skupiska białek zwanych histonami. Nukleosom, który jest najmniejszą jednostką struktury upakowania DNA, powstaje, gdy jednostka około 200 par zasad DNA zostaje zwinięta wokół ośmiu białek histonowych.

Linker DNA i nukleosomy łączą się, podobnie jak koraliki na sznurku, tworząc Włókna solenoidowe 30 nm które ciasno zapakowane. Te uformowane włókna są dalej zwijane i składane w pętle, które również są ciasno upakowane. To rusztowanie jest ostatnim etapem, w którym można zaobserwować chromosomy na etapie znanym jako metafaza mejozy i mitozy.

Proces superskręcenie tworzy te 30-nm włókna. Przyłożenie napięcia jest wykorzystywane przez superzwijanie, dzięki czemu może skręcić cząsteczkę DNA, tworząc pętle, owijając się wokół siebie. Z proces podziału komórek, mitoza lub mejoza, jednostka wyraźnie widać obecność chromosomów w jądrze za pomocą mikroskopu.

Połączenia funkcja chromosomu w komórkach prokariotycznych:

Podobny do chromosomu komórek eukariotycznych, chromosomy prokariotyczne komórki pomagają w przechowywaniu i przekazywaniu informacji genetycznej do innej komórki. Aby utworzyć RNA, DNA i białko, odpowiednio transkrybuje, replikuje i transluje. 

Chromosom obecny u prokariontów tworzy nieregularną strukturę zwaną nukleoidem. Wiele komórek prokariotycznych podlega procesowi superzwijania w celu wytworzenia chromosomu. Pojedynczy chromosom prokariontów ma kształt kolisty, brak histonów. Podążają za procesem zwijania i skręcania i stają się zwarte, dzięki czemu można je dopasować do nukleoidu.

Chromosomy prokariotyczne to pojedyncze cząsteczki DNA, które mają kształt liniowy lub okrągły i znajdują się w cytoplazmie organizmu prokariotycznego. Prokariota to mikroskopijne organizmy jednokomórkowe i prymitywne. Z drugiej strony, Eukarionty mają wiele komórek i należą do organizacji wysokiego szczebla. Znaczenie prokariota oznacza „przed” jądrem. Wyewoluował jeszcze przed jądrem i dlatego nie ma rozpoznawalnego wzoru podobnego do jądra.

komórka prokariota
Źródło obrazu: komórka prokariotyczna Wikipedia

Cały genom lub prokariotyczna informacja genetyczna znajduje się na pojedynczym chromosomie który ma liniowy kształt i jest obecny w cytoplazmie. Ten prokariotyczny chromosom jest strukturalnie różny od eukariotycznego chromosom, choć przekazuje również informację genetyczną z jednej komórki do drugiej. Genom prokariotyczny zawiera nie tylko chromosomy, ale także plazmid który działa jako dziedziczenie cech.

Plazmid ma okrągły kształt i jest jednoniciowym DNA. Dziedziczą wiele ważnych dla organizmów genów. W przeciwieństwie do komórek eukariotycznych, prokariota pozbawione są w nich organelli związanych z błoną. Niektóre przykłady prokariotów mogą obejmować glony, Archea, bakterie i a kilka grzybów.

Właściwości prokariota chromosom

  • Chromosom z prokarionty są albo liniowe, albo okrągłe w formie.
  • Składa się z pozachromosomalnego DNA, jeśli chodzi o plazmid.
  • Posiada genom, który ma charakter haploidalny. 
  • Chromosom zawiera tylko jedną kopię obecnego genu.  
  • Prokariota zawierają w sobie pojedynczy chromosom.

Połączenia geny obecne w chromosomach komórek prokariotycznych posiada szczególny rodzaj mechanizmu, który jest znany jako operon. Wykorzystując ten mechanizm, wiele genów może wytwarzać białko. Sekwencje genów, które nie są tak istotne, nie znajdują się na chromosomie; raczej znajdują się na plazmidach. The chromosomy obecne w komórkach prokariotycznych ma kilka ilości powtarzających się i śmieciowych DNA w nich.

Geny obecne na chromosomie znajdują się bardzo blisko siebie. Z całości tylko 12% śmieciowego DNA znajduje się w genomie komórek prokariotycznych. Są one zwykle ściśle ze sobą zwarte i składają się z mniej śmieciowego materiału genetycznego. Zarówno proces, a mianowicie tłumaczenie, jak i występuje transkrypcja w cytoplazmie.

Jest to możliwe dzięki wielu białka i enzymy, w tym topoizomerazy I i II, gyraza, HU, H0NS, IHF. Wszystkie z nich pomagają w regulacji i zachowaniu superzwijania u prokariontów.

Superzwijanie może zachodzić w tej samej kolejności lub kierunku co dwuniciowe DNA, dlatego jest znane jako „ujemna superzwijanie”. Natomiast jeśli superzwijanie odbywa się w odwrotnym kierunku, superzwijanie jest znane jako dodatnia superzwijanie. Prokariota, zwłaszcza bakterie, podlegają procesowi ujemnego superskręcenia. Topoisimeraza to nazwa klasy enzymów, które pomagają w regulacji napięcia wywołanego mechanizmem superzwijania podczas replikacji.

Chromosomy prokariotyczne są mocno skręcone. Zatem wartość replikacji jest tutaj bardzo powolna w porównaniu z eukariontami. Również ze względu na położenie w cytoplazmie mechanizmy translacji i transkrypcji zachodzą obok siebie w tym samym miejscu.

Przeczytaj także: