Este artigo discutirá estruturas de células eucarióticas como cromossomos, cuja estrutura e função são estudadas por um ramo da biologia chamado citologia.
Histórico de descobertas
Sendo os principais componentes do núcleo da célula, os cromossomos foram descobertos no século 19 por vários cientistas ao mesmo tempo. O biólogo russo I. D. Chistyakov os estudou no processo de mitose (divisão celular), o anatomista alemão Waldeyer os descobriu durante a preparação de preparações histológicas e os chamou de cromossomos, ou seja, corpos de coloração para a rápida reação dessas estruturas ao interagir com o corante orgânico fucsina.
Fleming resumiu os fatos científicos sobre a função dos cromossomos em células com núcleo formado.
Estrutura externa dos cromossomos
Essas formações microscópicas estão localizadas nos núcleos - as organelas mais importantes da célula, e servem como local de armazenamento e transmissão das informações hereditárias de um determinado organismo. Cromossomoscontêm uma substância especial - cromatina. É um conglomerado de filamentos finos - fibrilas e grânulos. Do ponto de vista químico, trata-se de uma combinação de moléculas lineares de DNA (há cerca de 40%) com proteínas histonas específicas.
Complexos, que incluem 8 moléculas peptídicas e fitas de DNA, torcidas em glóbulos de proteína, como em bobinas, são chamados de nucleossomos. A região do ácido desoxirribonucleico forma 1,75 voltas ao redor da porção do caule e é um elipsóide de aproximadamente 10 nanômetros de comprimento e 5-6 de largura. A presença dessas estruturas (cromossomos) no núcleo é uma característica sistemática das células de organismos eucarióticos. É na forma de nucleossomos que os cromossomos desempenham a função de preservar e transmitir todas as características genéticas.
Dependência da estrutura do cromossomo da fase do ciclo celular
Se uma célula está em um estado de interfase, que é caracterizado por seu crescimento e metabolismo intenso, mas a ausência de divisão, então os cromossomos no núcleo parecem finos fios desspiralizados - cromonemas. Geralmente eles estão entrelaçados e é impossível separá-los visualmente em estruturas separadas. No momento da divisão celular, que é chamada de mitose nas células somáticas e meiose nas células sexuais, os cromossomos começam a espiralar e engrossar, tornando-se claramente visíveis ao microscópio.
Níveis de organização cromossômica
As unidades de hereditariedade são os cromossomos, a ciência da genética estuda em detalhes. Os cientistas descobriram que o filamento nucleossômico,contendo DNA e proteínas histonas formam uma hélice de primeira ordem. O empacotamento denso da cromatina ocorre devido à formação de uma estrutura de ordem superior - um solenóide. Ele se auto-organiza e se condensa em uma superbobina ainda mais complexa. Todos os níveis acima de organização cromossômica ocorrem durante a preparação da célula para a divisão.
É no ciclo mitótico que as unidades estruturais da hereditariedade, constituídas por genes contendo DNA, são encurtadas e engrossadas em relação aos cromonemas filamentosos do período interfásico em cerca de 19 mil vezes. De forma tão compacta, os cromossomos do núcleo, cujas funções são transmitir as características hereditárias do organismo, ficam prontos para a divisão das células somáticas ou germinativas.
Morfologia cromossômica
As funções dos cromossomos podem ser explicadas estudando suas características morfológicas, que são melhor observadas no ciclo mitótico. Está comprovado que, mesmo na fase sintética da interfase, a massa de DNA na célula duplica, pois cada uma das células filhas formadas como resultado da divisão deve ter a mesma quantidade de informação hereditária que a mãe original. Isso é obtido como resultado do processo de reduplicação - a autoduplicação do DNA, que ocorre com a participação da enzima DNA polimerase.
Nas preparações citológicas preparadas no momento da metáfase da mitose, em células vegetais ou animais ao microscópio, vê-se claramente que cada cromossomo é constituído por duas partes, denominadascromátides. Nas fases posteriores da mitose - anáfase e, especialmente, telófase - eles são completamente separados, como resultado, cada cromátide se torna um cromossomo separado. Contém uma molécula de DNA continuamente compactada, bem como lipídios, proteínas ácidas e RNA. Das substâncias minerais, contém íons de magnésio e cálcio.
Elementos estruturais auxiliares do cromossomo
Para que as funções dos cromossomos na célula sejam realizadas ao máximo, essas unidades de hereditariedade possuem um dispositivo especial - a constrição primária (centrômero), que nunca espirala. É ela quem divide o cromossomo em duas partes, chamadas de ombros. Dependendo da localização do centrômero, os geneticistas classificam os cromossomos como de braços iguais (metacêntricos), braços desiguais (submetacêntricos) e acrocêntricos. Nas constrições primárias, formam-se formações especiais - cinetócoros, que são glóbulos de proteína em forma de disco localizados em ambos os lados do centrômero. Os próprios cinetócoros consistem em duas seções: as externas estão em contato com microfilamentos (fios do fuso de filamentos), aderindo a eles.
Devido à redução dos filamentos (microfilamentos), é realizada uma distribuição estritamente ordenada das cromátides que compõem o cromossomo entre as células filhas. Alguns cromossomos têm uma ou mais constrições secundárias que não participam da mitose, pois os fios do fuso de fissão não podem se ligar a eles, mas são essas seções (constrições secundárias) que fornecem controle sobre a síntese de nucléolos - organelas que respondempara a formação de ribossomos.
O que é um cariótipo
Cientistas genéticos bem conhecidos Morgan, N. Koltsov, Setton no início do século 20 estudaram escrupulosamente os cromossomos, sua estrutura e funções nas células somáticas e germinativas - gametas. Eles descobriram que cada célula de todas as espécies biológicas é caracterizada por um certo número de cromossomos que têm uma forma e tamanho específicos. Foi proposto chamar todo o conjunto de cromossomos no núcleo de uma célula somática de cariótipo.
Na literatura popular, o cariótipo é frequentemente identificado com o conjunto de cromossomos. Na verdade, estes não são conceitos idênticos. Por exemplo, em humanos, o cariótipo é de 46 cromossomos nos núcleos das células somáticas e é denotado pela fórmula geral 2n. Mas células como, por exemplo, hepatócitos (células do fígado) têm vários núcleos, seu conjunto de cromossomos é designado como 2n2=4n ou 2n4=8n. Ou seja, o número de cromossomos nessas células será superior a 46, embora o cariótipo dos hepatócitos seja 2n, ou seja, 46 cromossomos.
O número de cromossomos nas células germinativas é sempre duas vezes menor do que nas células somáticas (nas células do corpo), tal conjunto é chamado de haploide e é denotado como n. Todas as outras células do corpo têm um conjunto de 2n, que é chamado de diplóide.
Teoria cromossômica da hereditariedade de Morgan
O geneticista americano Morgan descobriu a lei da herança ligada de genes, realizando experimentos sobre a hibridização de moscas-das-frutas-Drosophila. Graças à sua pesquisa, as funções dos cromossomos das células germinativas foram estudadas. Morgan provou que genes localizados em regiões vizinhasloci do mesmo cromossomo são herdados predominantemente juntos, ou seja, ligados. Se os genes estiverem distantes no cromossomo, então o cruzamento é possível entre os cromossomos irmãos - a troca de seções.
Graças à pesquisa de Morgan, foram criados mapas genéticos que estudam as funções dos cromossomos e são amplamente utilizados em consultas genéticas para esclarecer dúvidas sobre possíveis patologias de cromossomos ou genes que levam a doenças hereditárias em humanos. A importância das conclusões feitas pelo cientista não pode ser superestimada.
Neste artigo, examinamos a estrutura e as funções dos cromossomos que eles desempenham na célula.
