Chromosomy

Chromosomy to struktury zawierające materiał genetyczny komórki. Zbudowane są z pojedynczej liniowej cząsteczki DNA w formie chromatynychromatynachromatyny. Podczas podziału jądra komórkowego chromosomy przyjmują zwartą strukturę i stają się widoczne w mikroskopie. Liczba i wygląd chromosomów jest stałą cechą dla każdego gatunku.

RfUKzpkdunAtG

Grafika przedstawia dwadzieścia trzy pary chromosomów kobiety, w tym jedną parę chromosomów płci X oraz X. Chromosomy mają pałeczkowaty kształt - przypominają dłuższe lub krótsze wałeczki. Niektóre z nich są odgięte do boku. Każdy z nich jest poprzecznie prążkowany. Układ i kolor prążków jest podobny w każdej parze chromosomów. Chromosomy w poszczególnych parach są też do siebie podobne rozmiarem oraz kształtem. Pierwsza para jest najdłuższa, następnie każda kolejna para jest krótsza, aż do pary dwudziestej drugiej. Chromosomy płci, stanowiące ostatnią parę, są podobnej długości, co chromosomy od ósmej do dwunastej pary.

1. DNA i chromosomy

U wszystkich organizmów informacja genetyczna – czyli informacja o ich budowie i funkcjonowaniu – zawarta jest w DNA, kwasie deoksyrybonukleinowym. U organizmów jądrowych (eukariotycznych) materiał genetyczny przechowywany jest w jądrze komórkowym. Tylko niewielka ilość DNA znajduje się w mitochondriach i w chloroplastach.

Poszczególne odcinki DNA, zwane genamigengenami, zawierają instrukcje dotyczące budowy białek komórkowych i różnych procesów przebiegających w komórce. Kiedy komórka się nie dzieli, DNA zawarte w jądrze komórkowym ma postać długich cienkich nici.

W trakcie podziału jądra komórkowego długie, cienkie nici skręcają się, tworząc widoczne pod mikroskopem pałeczkowate struktury – chromosomychromosomychromosomy. Każdy chromosom składa się z dwóch chromatydchromatydachromatyd, które łączą się ze sobą w miejscu zwanym centromeremcentromercentromerem. Każda chromatyda zbudowana jest z jednej cząsteczki DNA.

2. Komórki diploidalne i haploidalne

W komórkach somatycznychkomórka somatycznakomórkach somatycznych (komórkach ciała z wyjątkiem gamet) wielu organizmów chromosomy występują parami. W skład każdej pary wchodzą dwa podobne do siebie chromosomy zawierające informacje dotyczące tych samych cech organizmu. Takie chromosomy nazywamy homologicznymichromosomy homologicznehomologicznymi.

W komórkach somatycznych człowieka jest 46 chromosomów (23 pary). Komórki, które zawierają taki podwójny zestaw chromosomów, nazywa się komórkami diploidalnymikomórka diploidalnadiploidalnymi i oznacza jako 2n. Wśród 46 chromosomów wyróżnia się 44 autosomyautosomyautosomy oraz 2 chromosomy płci. Chromosomy płci są oznaczane literami X i Y. Kobiety mają w swoich komórkach somatycznych 44 autosomy oraz 2 chromosomy X, a mężczyźni – 44 autosomy, jeden chromosom X i jeden Y.

Ludzkie gamety zawierają 23 chromosomy, czyli pojedynczy zestaw chromosomów. Takie komórki nazywa się komórkami haploidalnymikomórka haploidalnahaploidalnymi i oznacza jako 1n.

R1IQjb0Kx7Nrg

Ilustracja przestawia trzy koła z rysunkami w środku. Znajdujące się z lewej koło zawiera dużą, okrągłą komórkę jajową i podpis "jeden en równa się dwadzieścia trzy". Prawe koło zawiera niewielki, długi plemnik i podpis "jeden en równa się dwadzieścia trzy". To liczba chromosomów w gametach. Od lewego i prawego koła odchodzą strzałki w dół z napisem "zapłodnienie". Strzałki prowadzą do trzeciego koła, zawierającego rysunek dziecka i podpis "dwa en równa się czterdzieści sześć". To liczba chromosomów w organizmie potomnym, powstałym z połączenia obu gamet.

Kariotyp to kompletny zestaw chromosomów komórki somatycznej organizmu. Prawidłowy kariotyp człowieka składa się z 22 par autosomów oraz 1 pary chromosomów płci oznaczanych symbolami X i Y (XX u kobiet i XY u mężczyzn).

R16qIfNb0IpxW

Ilustracja przedstawia schematycznie zestaw chromosomów mężczyzny. Z lewej strony znajduje się okrąg z różnokolorowymi chromosomami w kształcie nierównych, o różnej wielkości, liter X. To jądro komórkowe. Od koła przedstawiającego jądro komórkowe odchodzi strzałka do chromosomów ułożonych parami. Każda para ma inny kolor, wielkość i kształt. Pary są ponumerowane kolejno od 1 do 22. Ostatnia para ma numer 23. Duży chromosom z tej pary, w kształcie litery X, jest podpisany jako "X", a mały chromosom, w kształcie haczyka, jest podpisany jako "Y". To chromosomy płci.

3. Podział komórki

Podziały komórkowe umożliwiają organizmom wzrost i rozwój, a także rozmnażanie się. Proces podziału komórki jądrowej składa się z dwóch etapów. Pierwszy polega na podziale jądra komórkowego. Drugi etap to podział cytoplazmy.

U organizmów jądrowych wyróżnia się dwa podstawowe typy podziałów komórkowych. Jeden prowadzi do wytworzenia komórek o takiej samej liczbie chromosomów i nosi nazwę mitozymitozamitozy. Efektem drugiego, mejozymejozamejozy, jest powstanie komórek o zredukowanej o połowę liczbie chromosomów.

4. Mitoza

Mitoza to podział, który prowadzi do powstania dwóch komórek potomnych. Każda z nich ma taką samą liczbę chromosomów jak komórka macierzystakomórki macierzystekomórka macierzysta.

Podczas mitozy chromosomy ustawiają się pośrodku komórki, a włókna wrzeciona podziałowegowrzeciono podziałowewrzeciona podziałowego odciągają chromatydy w przeciwne strony.

Mitoza u organizmów wielokomórkowych umożliwia wzrost i regenerację komórek. W przypadku jądrowych organizmów jednokomórkowych w wyniku mitozy dochodzi do zwiększenia liczby osobników. Powstałe w ten sposób organizmy potomne są genetycznymi kopiami osobników (komórek) macierzystych.

Częstotliwość podziałów mitotycznych może być różna w różnym okresie życia organizmu oraz w różnych obszarach ciała. Zwykle bardziej intensywna jest na wczesnych etapach rozwoju, a później ulega zwolnieniu. Komórki niektórych tkanek dzielą się intensywnie przez całe życie, np. komórki naskórka u człowieka, komórki tkanki twórczej u roślin.

Mitozę mogą przechodzić zarówno komórki diploidalne, jak i komórki haploidalne. W wyniku podziału mitotycznego z komórki diploidalnej powstaną dwie komórki diploidalne, a z haploidalnej – dwie komórki haploidalne.

Ciekawostka

Obserwując roślinną tkankę twórczą, łatwo dostrzec komórki w trakcie podziału. W odróżnieniu od innych, zawierają wyraźnie widoczne chromosomy.

R1SHFZEIUYdVs

Ilustracja przedstawia ściśle ułożone, wielokątne komórki z jądrami. W niektórych uwidoczniono chromosomy w jądrach komórkowych. Kilka komórek jest w trakcie podziału. To tkanka twórcza, której komórki często się dzielą.

5. Mejoza – podział prowadzący do powstania gamet

Mejoza to podział redukcyjny, który prowadzi do powstania czterech komórek potomnych z jednej komórki macierzystej. Każda z komórek potomnych zawiera tylko połowę materiału genetycznego (1n) komórki macierzystej (2n). W wyniku mejozy u człowieka i innych gatunków powstają komórki rozrodcze (gamety).

Podczas mejozy chromosomy tworzące parę, czyli homologiczne, zbliżają się do siebie, tworząc grupę złożoną z 4 chromatyd. Dwie z nich w swoim składzie mają materiał genetyczny pochodzący od ojca, dwie od matki. Chromatydy skręcają się wokół siebie. Proces ten może powodować pękanie chromatyd. Takie pęknięcia od razu są naprawiane, ale czasem dochodzi do zamiany fragmentów chromatyd pomiędzy chromosomami homologicznymi. Następnie pary chromosomów homologicznych ustawiają się pośrodku komórki, a wrzeciona podziałowe odciągają pojedyncze chromosomy (zbudowane z dwóch chromatyd) w przeciwne strony. Po tym podziale następuje kolejny, podobny do mitozy.

Mejoza zachodzi rzadziej niż mitoza. Przechodzą ją komórki diploidalne. Nie jest natomiast możliwa w komórkach haploidalnych.

Gamety wytwarzane przez jednego i tego samego osobnika różnią się między sobą materiałem genetycznym, ponieważ:

• chromosomy pochodzące od ojca i matki rozchodzą się do gamet losowo;

• podczas mejozy między chromosomami tej samej pary (homologicznymi) zachodzi proces losowej wymiany fragmentów chromatyd, czyli rekombinacji genetycznejrekombinacja genetycznarekombinacji genetycznej.

Podczas zapłodnienia, w wyniku połączenia plemnika i komórki jajowej, powstaje unikatowy zestaw genów. Dlatego też dzieci tych samych rodziców różnią się między sobą wieloma cechami.

Podsumowanie

• Każdy chromosom składa się z dwóch chromatyd połączonych centromerem.

• Mitoza to podział jądra, dzięki któremu z jednej komórki macierzystej powstają dwie komórki potomne mające identyczną informację genetyczną.

• Mejoza to podział jądra, dzięki któremu z jednej diploidalnej komórki macierzystej powstają cztery haploidalne komórki potomne.

• Mitoza umożliwia wzrost i rozwój organizmów wielokomórkowych oraz rozmnażanie organizmów jednokomórkowych.

• Mejoza prowadzi do powstania komórek rozrodczych (gamet).

• Podczas mejozy zachodzi rekombinacja genetyczna, dzięki której komórki potomne nie są identyczne.

• Komórki diploidalne zawierają podwójny zestaw chromosomów, a komórki haploidalne – pojedynczy.

Praca domowa

Słownik

Zadania

Notatnik