Cet article traitera de structures de cellules eucaryotes telles que les chromosomes, dont la structure et la fonction sont étudiées par une branche de la biologie appelée cytologie.
Historique des découvertes
Étant les composants principaux du noyau cellulaire, les chromosomes ont été découverts au 19ème siècle par plusieurs scientifiques à la fois. Le biologiste russe I. D. Chistyakov les a étudiés dans le processus de mitose (division cellulaire), l'anatomiste allemand Waldeyer les a découverts lors de la préparation de préparations histologiques et les a appelés chromosomes, c'est-à-dire des corps colorants pour la réaction rapide de ces structures lors de l'interaction avec le fuchsine de colorant organique.
Fleming a résumé les faits scientifiques sur la fonction des chromosomes dans les cellules à noyau formé.
Structure externe des chromosomes
Ces formations microscopiques sont situées dans les noyaux - les organites les plus importants de la cellule, et servent de lieu de stockage et de transmission des informations héréditaires d'un organisme donné. Chromosomescontiennent une substance spéciale - la chromatine. C'est un conglomérat de filaments minces - fibrilles et granules. D'un point de vue chimique, il s'agit d'une combinaison de molécules d'ADN linéaires (il y en a environ 40%) avec des protéines histones spécifiques.
Les complexes, qui comprennent 8 molécules peptidiques et des brins d'ADN, torsadés sur des globules protéiques, comme sur des bobines, sont appelés nucléosomes. La région d'acide désoxyribonucléique forme 1,75 tours autour de la partie tige et est un ellipsoïde d'environ 10 nanomètres de long et 5-6 de large. La présence de ces structures (chromosomes) dans le noyau est une caractéristique systématique des cellules des organismes eucaryotes. C'est sous forme de nucléosomes que les chromosomes assurent la fonction de préservation et de transmission de tous les traits génétiques.
Dépendance de la structure du chromosome à la phase du cycle cellulaire
Si une cellule est dans un état d'interphase, qui se caractérise par sa croissance et son métabolisme intensif, mais l'absence de division, alors les chromosomes du noyau ressemblent à de minces fils déspiralisés - des chromonèmes. Habituellement, ils sont entrelacés et il est impossible de les séparer visuellement en structures distinctes. Au moment de la division cellulaire, appelée mitose dans les cellules somatiques, et méiose dans les cellules sexuelles, les chromosomes commencent à s'enrouler et à s'épaissir, devenant clairement visibles au microscope.
Niveaux d'organisation des chromosomes
Les unités de l'hérédité sont les chromosomes, la science de la génétique étudie en détail. Les scientifiques ont découvert que le filament nucléosomal,contenant de l'ADN et des protéines histones forment une hélice de premier ordre. Un emballage dense de chromatine se produit en raison de la formation d'une structure d'ordre supérieur - un solénoïde. Il s'auto-organise et se condense en un super-enroulement encore plus complexe. Tous les niveaux d'organisation chromosomique ci-dessus ont lieu pendant la préparation de la cellule pour la division.
C'est dans le cycle mitotique que les unités structurelles de l'hérédité, constituées de gènes contenant de l'ADN, sont raccourcies et épaissies par rapport aux chromonèmes filamenteux de la période d'interphase d'environ 19 000 fois. Sous une forme aussi compacte, les chromosomes du noyau, dont les fonctions sont de transmettre les caractères héréditaires de l'organisme, se préparent pour la division des cellules somatiques ou germinales.
Morphologie des chromosomes
Les fonctions des chromosomes peuvent être expliquées en étudiant leurs caractéristiques morphologiques, qui sont mieux visibles dans le cycle mitotique. Il a été prouvé que même au stade synthétique de l'interphase, la masse d'ADN dans la cellule double, puisque chacune des cellules filles formées à la suite de la division doit avoir la même quantité d'informations héréditaires que la mère d'origine. Ceci est réalisé grâce au processus de reduplication - l'auto-doublement de l'ADN, qui se produit avec la participation de l'enzyme ADN polymérase.
Dans les préparations cytologiques préparées au moment de la métaphase de la mitose, dans des cellules végétales ou animales au microscope, on voit clairement que chaque chromosome est constitué de deux parties, appeléeschromatides. Dans les phases ultérieures de la mitose - anaphase et, surtout, télophase - elles sont complètement séparées, à la suite de quoi chaque chromatide devient un chromosome séparé. Il contient une molécule d'ADN continuellement compactée, ainsi que des lipides, des protéines acides et de l'ARN. Parmi les substances minérales, il contient des ions magnésium et calcium.
Éléments structurels auxiliaires du chromosome
Pour que les fonctions des chromosomes dans la cellule soient pleinement remplies, ces unités d'hérédité ont un dispositif spécial - la constriction primaire (centromère), qui ne se spiralise jamais. C'est elle qui divise le chromosome en deux parties, appelées épaules. Selon l'emplacement du centromère, les généticiens classent les chromosomes en chromosomes à bras égaux (métacentriques), à bras inégaux (sous-métacentriques) et acrocentriques. Sur les constrictions primaires, des formations spéciales se forment - les kinétochores, qui sont des globules protéiques en forme de disque situés des deux côtés du centromère. Les kinétochores eux-mêmes se composent de deux sections: les plus externes sont en contact avec des microfilaments (fils de broche de filament), qui s'y attachent.
En raison de la réduction des filaments (microfilaments), une distribution strictement ordonnée des chromatides qui composent le chromosome entre les cellules filles est effectuée. Certains chromosomes ont une ou plusieurs constrictions secondaires qui ne participent pas à la mitose, car les fils de fuseau de fission ne peuvent pas s'y attacher, mais ce sont ces sections (constrictions secondaires) qui permettent de contrôler la synthèse des nucléoles - organites qui répondentpour la formation des ribosomes.
Qu'est-ce qu'un caryotype
Les généticiens bien connus Morgan, N. Koltsov, Setton au début du XXe siècle ont scrupuleusement étudié les chromosomes, leur structure et leurs fonctions dans les cellules somatiques et germinales - les gamètes. Ils ont découvert que chaque cellule de toutes les espèces biologiques est caractérisée par un certain nombre de chromosomes qui ont une forme et une taille spécifiques. Il a été proposé d'appeler l'ensemble complet des chromosomes du noyau d'une cellule somatique un caryotype.
Dans la littérature populaire, le caryotype est souvent identifié avec l'ensemble chromosomique. En fait, ce ne sont pas des concepts identiques. Par exemple, chez l'homme, le caryotype est de 46 chromosomes dans les noyaux des cellules somatiques et est désigné par la formule générale 2n. Mais des cellules telles que, par exemple, les hépatocytes (cellules du foie) ont plusieurs noyaux, leur ensemble de chromosomes est désigné par 2n2=4n ou 2n4=8n. Autrement dit, le nombre de chromosomes dans ces cellules sera supérieur à 46, bien que le caryotype des hépatocytes soit 2n, c'est-à-dire 46 chromosomes.
Le nombre de chromosomes dans les cellules germinales est toujours deux fois inférieur à celui des somatiques (dans les cellules du corps), un tel ensemble est appelé haploïde et est noté n. Toutes les autres cellules du corps ont un ensemble de 2n, appelé diploïde.
La théorie chromosomique de Morgan sur l'hérédité
Le généticien américain Morgan a découvert la loi de l'héritage lié des gènes, en menant des expériences sur l'hybridation des mouches des fruits-drosophile. Grâce à ses recherches, les fonctions des chromosomes des cellules germinales ont été étudiées. Morgan a prouvé que des gènes situés dans des régions voisinesles locus d'un même chromosome sont hérités principalement ensemble, c'est-à-dire liés. Si les gènes sont éloignés les uns des autres dans le chromosome, un croisement est alors possible entre les chromosomes frères - l'échange de sections.
Grâce aux recherches de Morgan, des cartes génétiques ont été créées pour étudier les fonctions des chromosomes et sont largement utilisées dans les consultations génétiques pour résoudre des questions sur d'éventuelles pathologies des chromosomes ou des gènes qui conduisent à des maladies héréditaires chez l'homme. L'importance des conclusions tirées par le scientifique ne peut être surestimée.
Dans cet article, nous avons examiné la structure et les fonctions des chromosomes qu'ils remplissent dans la cellule.
