Este artículo discutirá estructuras de células eucariotas como los cromosomas, cuya estructura y función son estudiadas por una rama de la biología llamada citología.
Historial de descubrimientos
Siendo los principales componentes del núcleo celular, los cromosomas fueron descubiertos en el siglo XIX por varios científicos a la vez. El biólogo ruso I. D. Chistyakov los estudió en el proceso de mitosis (división celular), el anatomista alemán Waldeyer los descubrió durante la elaboración de preparaciones histológicas y los llamó cromosomas, es decir, cuerpos colorantes por la reacción rápida de estas estructuras al interactuar con el colorante orgánico fucsina.
Fleming resumió los datos científicos sobre la función de los cromosomas en las células con núcleo formado.
Estructura externa de los cromosomas
Estas formaciones microscópicas están ubicadas en los núcleos, los orgánulos más importantes de la célula, y sirven como un lugar para almacenar y transmitir la información hereditaria de un organismo determinado. cromosomascontienen una sustancia especial: la cromatina. Es un conglomerado de filamentos delgados - fibrillas y gránulos. Desde un punto de vista químico, se trata de una combinación de moléculas de ADN lineal (hay alrededor del 40 %) con proteínas histonas específicas.
Los complejos, que incluyen 8 moléculas peptídicas y hebras de ADN, enrolladas en glóbulos de proteína, como en espirales, se llaman nucleosomas. La región del ácido desoxirribonucleico forma 1,75 vueltas alrededor de la parte del tallo y es un elipsoide de aproximadamente 10 nanómetros de largo y 5-6 de ancho. La presencia de estas estructuras (cromosomas) en el núcleo es una característica sistemática de las células de los organismos eucariotas. Es en forma de nucleosomas que los cromosomas realizan la función de preservar y transmitir todos los rasgos genéticos.
Dependencia de la estructura del cromosoma en la fase del ciclo celular
Si una célula se encuentra en un estado de interfase, que se caracteriza por su crecimiento y metabolismo intensivo, pero la ausencia de división, entonces los cromosomas en el núcleo se ven como hilos delgados desespiralizados: cromonemas. Por lo general, están entrelazados y es imposible separarlos visualmente en estructuras separadas. En el momento de la división celular, que se denomina mitosis en las células somáticas y meiosis en las células sexuales, los cromosomas comienzan a formar espirales y espesarse, haciéndose claramente visibles al microscopio.
Niveles de organización cromosómica
Las unidades de la herencia son los cromosomas, la ciencia de la genética estudia en detalle. Los científicos han descubierto que el filamento nucleosomal,que contienen ADN y proteínas histonas forman una hélice de primer orden. El empaquetamiento denso de cromatina ocurre debido a la formación de una estructura de orden superior: un solenoide. Se autoorganiza y se condensa en un superenrollamiento aún más complejo. Todos los niveles anteriores de organización cromosómica tienen lugar durante la preparación de la célula para la división.
Es en el ciclo mitótico que las unidades estructurales de la herencia, que consisten en genes que contienen ADN, se acortan y engrosan en comparación con los cromonemas filamentosos del período de interfase unas 19 mil veces. De esta forma compacta, los cromosomas del núcleo, cuyas funciones son transmitir las características hereditarias del organismo, quedan preparados para la división de las células somáticas o germinales.
Morfología cromosómica
Las funciones de los cromosomas se pueden explicar estudiando sus características morfológicas, que se ven mejor en el ciclo mitótico. Se ha comprobado que incluso en la etapa sintética de interfase, la masa de ADN en la célula se duplica, ya que cada una de las células hijas formadas como resultado de la división debe tener la misma cantidad de información hereditaria que la madre original. Esto se logra como resultado del proceso de reduplicación - la auto-duplicación del ADN, que ocurre con la participación de la enzima ADN polimerasa.
En preparaciones citológicas preparadas en el momento de la metafase de la mitosis, en células vegetales o animales bajo el microscopio, se ve claramente que cada cromosoma consta de dos partes, llamadascromátidas. En las fases posteriores de la mitosis, la anafase y, especialmente, la telofase, están completamente separadas, como resultado de lo cual cada cromátida se convierte en un cromosoma separado. Contiene una molécula de ADN continuamente compactada, así como lípidos, proteínas ácidas y ARN. De las sustancias minerales, contiene iones de magnesio y calcio.
Elementos estructurales auxiliares del cromosoma
Para que las funciones de los cromosomas en la célula se lleven a cabo al máximo, estas unidades de herencia tienen un dispositivo especial: la constricción primaria (centrómero), que nunca se espiraliza. Es ella quien divide el cromosoma en dos partes, llamadas hombros. Dependiendo de la ubicación del centrómero, los genetistas clasifican los cromosomas como de brazos iguales (metacéntricos), de brazos desiguales (submetacéntricos) y acrocéntricos. En las constricciones primarias, se forman formaciones especiales: cinetocoros, que son glóbulos de proteína en forma de disco ubicados a ambos lados del centrómero. Los cinetocoros en sí constan de dos secciones: las exteriores están en contacto con los microfilamentos (hilos del huso del filamento), uniéndose a ellos.
Debido a la reducción de filamentos (microfilamentos), se lleva a cabo una distribución estrictamente ordenada de las cromátidas que componen el cromosoma entre las células hijas. Algunos cromosomas tienen una o más constricciones secundarias que no participan en la mitosis, ya que los hilos del huso de fisión no pueden adherirse a ellos, pero son estas secciones (constricciones secundarias) las que proporcionan control sobre la síntesis de nucléolos, orgánulos que responden.para la formación de ribosomas.
Qué es un cariotipo
Los reconocidos científicos genéticos Morgan, N. Koltsov, Setton a principios del siglo XX estudiaron escrupulosamente los cromosomas, su estructura y funciones en las células somáticas y germinales: los gametos. Descubrieron que cada célula de todas las especies biológicas se caracteriza por una cierta cantidad de cromosomas que tienen una forma y tamaño específicos. Se propuso llamar cariotipo al conjunto completo de cromosomas en el núcleo de una célula somática.
En la literatura popular, el cariotipo a menudo se identifica con el juego de cromosomas. De hecho, estos no son conceptos idénticos. Por ejemplo, en humanos, el cariotipo es de 46 cromosomas en los núcleos de las células somáticas y se denota por la fórmula general 2n. Pero células como, por ejemplo, los hepatocitos (células del hígado) tienen varios núcleos, su juego de cromosomas se designa como 2n2=4n o 2n4=8n. Es decir, el número de cromosomas en dichas células será superior a 46, aunque el cariotipo de los hepatocitos es 2n, es decir, 46 cromosomas.
El número de cromosomas en las células germinales es siempre dos veces menor que en las somáticas (en las células del cuerpo), tal conjunto se llama haploide y se denota como n. Todas las demás células del cuerpo tienen un conjunto de 2n, que se llama diploide.
Teoría cromosómica de la herencia de Morgan
El genetista estadounidense Morgan descubrió la ley de la herencia ligada de genes, realizando experimentos sobre la hibridación de moscas de la fruta-Drosophila. Gracias a sus investigaciones se estudiaron las funciones de los cromosomas de las células germinales. Morgan demostró que los genes ubicados en vecinoslos loci del mismo cromosoma se heredan predominantemente juntos, es decir, unidos. Si los genes están muy separados en el cromosoma, entonces es posible el cruce entre los cromosomas hermanos: el intercambio de secciones.
Gracias a la investigación de Morgan se crearon mapas genéticos que estudian las funciones de los cromosomas y son muy utilizados en las consultas genéticas para resolver dudas sobre posibles patologías de cromosomas o genes que conducen a enfermedades hereditarias en humanos. La importancia de las conclusiones a las que llega el científico no se puede subestimar.
En este artículo, examinamos la estructura y las funciones de los cromosomas que realizan en la célula.
