Chromosom seine Struktur. Struktur und Funktionen von Chromosomen. Fortpflanzung in der organischen Welt. Der Aufbau von Keimzellen. Voraussetzungen für die chromosomale Vererbungstheorie

Vorlesung Nr. 3

Thema: Den Fluss genetischer Informationen organisieren

Vorlesungsübersicht

1. Aufbau und Funktionen des Zellkerns.

2. Chromosomen: Struktur und Klassifizierung.

3. Zelluläre und mitotische Zyklen.

4. Mitose, Meiose: zytologische und zytogenetische Merkmale, Bedeutung.

Aufbau und Funktion des Zellkerns

Die wesentlichen genetischen Informationen sind im Zellkern enthalten.

Zellkern(lat. – Kern; griechisch – Karyon) wurde 1831 beschrieben. Robert Braun. Die Form des Zellkerns hängt von der Form und Funktion der Zelle ab. Die Größe der Zellkerne variiert je nach Stoffwechselaktivität der Zellen.

Interphase-Kernhülle (Karyolemma) besteht aus äußeren und inneren Elementarmembranen. Zwischen ihnen ist perinukleärer Raum. Es gibt Löcher in den Membranen - Poren. Zwischen den Rändern der Kernpore befinden sich Proteinmoleküle, die Porenkomplexe bilden. Die Porenöffnung ist mit einem dünnen Film bedeckt. Bei aktiven Stoffwechselvorgängen in der Zelle sind die meisten Poren geöffnet. Durch sie findet ein Stofffluss statt – vom Zytoplasma zum Zellkern und zurück. Anzahl der Poren in einem Kern

Reis. Diagramm der Struktur des Zellkerns

1 und 2 – äußere und innere Membranen der Kernhülle, 3

– Kernpore, 4 – Nukleolus, 5 – Chromatin, 6 – Kernsaft

erreicht 3-4 Tausend. Die äußere Kernmembran ist mit den Kanälen des endoplasmatischen Retikulums verbunden. Es befindet sich normalerweise Ribosomen. Es bilden sich Proteine ​​auf der Innenfläche der Kernhülle Kernlamina. Es behält die konstante Form des Zellkerns bei und die Chromosomen sind daran befestigt.

Kernsaft - Karyolymphe, eine kolloidale Lösung im Gelzustand, die Proteine, Lipide, Kohlenhydrate, RNA, Nukleotide und Enzyme enthält. Nukleolus– ein instabiler Bestandteil des Zellkerns. Es verschwindet zu Beginn der Zellteilung und wird am Ende wiederhergestellt. Chemische Zusammensetzung der Nukleolen: Protein (~90 %), RNA (~6 %), Lipide, Enzyme. Nukleolen werden im Bereich sekundärer Verengungen von Satellitenchromosomen gebildet. Funktion der Nukleolen: Zusammenbau ribosomaler Untereinheiten.

X Romatin Kerne sind Interphase-Chromosomen. Sie enthalten DNA, Histonproteine ​​und RNA im Verhältnis 1:1,3:0,2. DNA verbindet sich mit Protein, um etwas zu bilden Desoxyribonukleoprotein(DNP). Während der mitotischen Kernteilung windet sich DNP spiralförmig und bildet Chromosomen.

Funktionen des Zellkerns:

1) speichert die Erbinformationen der Zelle;

2) beteiligt sich an der Zellteilung (Reproduktion);

3) reguliert Stoffwechselprozesse in der Zelle.

Chromosomen: Struktur und Klassifizierung

Chromosomen(Griechisch - Chromo- Farbe, soma– Körper) ist ein spiralförmiges Chromatin. Ihre Länge beträgt 0,2 – 5,0 µm, der Durchmesser 0,2 – 2 µm.

Reis. Arten von Chromosomen

Metaphase-Chromosom besteht aus zwei Chromatid, die verbinden Zentromer (primäre Verengung).). Es teilt das Chromosom in zwei Teile Schulter. Einzelne Chromosomen haben sekundäre Engstellen. Der Bereich, den sie abtrennen, wird genannt Satellit, und solche Chromosomen sind Satelliten. Die Enden der Chromosomen werden genannt Telomere. Jedes Chromatid enthält ein kontinuierliches DNA-Molekül kombiniert mit Histonproteinen. Intensiv gefärbte Chromosomenbereiche sind Bereiche mit starker Spiralisierung ( Heterochromatin). Hellere Bereiche sind Bereiche mit schwacher Spiralisierung ( Euchromatin).

Chromosomentypen werden durch die Lage des Zentromers unterschieden (Abb.).

1. Metazentrische Chromosomen– Das Zentromer liegt in der Mitte und die Arme sind gleich lang. Der Abschnitt des Arms in der Nähe des Zentromers wird als proximal bezeichnet, der gegenüberliegende Abschnitt wird als distal bezeichnet.

2. Submetazentrische Chromosomen– Das Zentromer ist von der Mitte versetzt und die Arme sind unterschiedlich lang.

3. Akrozentrische Chromosomen– Das Zentromer ist stark aus der Mitte verschoben und ein Arm ist sehr kurz, der zweite Arm ist sehr lang.

In den Zellen der Speicheldrüsen von Insekten (Drosophila-Fliegen) befinden sich riesige, polytäne Chromosomen(mehrsträngige Chromosomen).

Es gibt 4 Regeln für die Chromosomen aller Organismen:

1. Regel der konstanten Chromosomenzahl. Normalerweise verfügen Organismen bestimmter Arten über eine konstante, artspezifische Anzahl an Chromosomen. Zum Beispiel: Ein Mensch hat 46, ein Hund hat 78, eine Drosophila-Fliege hat 8.

2. Chromosomenpaarung. In einem diploiden Satz hat jedes Chromosom normalerweise ein Chromosompaar, das in Form und Größe identisch ist.

3. Individualität der Chromosomen. Chromosomen verschiedener Paare unterscheiden sich in Form, Struktur und Größe.

4. Chromosomenkontinuität. Bei der Vervielfältigung von genetischem Material entsteht aus einem Chromosom ein Chromosom.

Der Chromosomensatz einer Körperzelle, der für einen Organismus einer bestimmten Art charakteristisch ist, wird genannt Karyotyp.

Chromosomen werden nach verschiedenen Merkmalen klassifiziert.

1. Als Chromosomen werden bezeichnet, die in den Zellen männlicher und weiblicher Organismen identisch sind Autosomen. Ein Mensch hat 22 Autosomenpaare in seinem Karyotyp. Als Chromosomen werden unterschiedliche Chromosomen in den Zellen männlicher und weiblicher Organismen bezeichnet Heterochromosomen oder Geschlechtschromosomen. Bei einem Mann sind dies die X- und Y-Chromosomen, bei einer Frau sind es die X- und X-Chromosomen.

2. Die Anordnung der Chromosomen in absteigender Größenordnung wird genannt Idiogramm. Dies ist ein systematischer Karyotyp. Chromosomen sind paarweise angeordnet (homologe Chromosomen). Das erste Paar sind die größten, das 22. Paar sind die kleinen und das 23. Paar sind die Geschlechtschromosomen.

3. Im Jahr 1960 Es wurde eine Denver-Klassifizierung der Chromosomen vorgeschlagen. Der Aufbau erfolgt auf der Grundlage ihrer Form, Größe, Position des Zentromers, des Vorhandenseins sekundärer Verengungen und Satelliten. Ein wichtiger Indikator in dieser Klassifizierung ist zentromerer Index(CI). Dies ist das Verhältnis der Länge des kurzen Arms eines Chromosoms zu seiner Gesamtlänge, ausgedrückt in Prozent. Alle Chromosomen sind in 7 Gruppen unterteilt. Gruppen werden durch lateinische Buchstaben von A bis G bezeichnet.

Gruppe A umfasst 1 – 3 Chromosomenpaare. Dabei handelt es sich um große metazentrische und submetazentrische Chromosomen. Ihr KI liegt bei 38–49 %.

Gruppe B. Das 4. und 5. Paar sind große metazentrische Chromosomen. KI 24–30 %.

Gruppe C. Chromosomenpaare 6 – 12: mittelgroß, submetazentrisch. KI 27–35 %. Zu dieser Gruppe gehört auch das X-Chromosom.

Gruppe D. 13. – 15. Chromosomenpaare. Die Chromosomen sind akrozentrisch. Der KI liegt bei etwa 15 %.

Gruppe E. Chromosomenpaare 16 – 18. Relativ kurz, metazentrisch oder submetazentrisch. KI 26–40 %.

Gruppe F. 19. – 20. Paare. Kurze, submetazentrische Chromosomen. KI 36–46 %.

Gruppe G. 21.-22. Paare. Kleine, akrozentrische Chromosomen. KI 13–33 %. Zu dieser Gruppe gehört auch das Y-Chromosom.

4. Die Pariser Klassifikation menschlicher Chromosomen wurde 1971 erstellt. Mithilfe dieser Klassifizierung ist es möglich, die Lokalisierung von Genen in einem bestimmten Chromosomenpaar zu bestimmen. Mithilfe spezieller Färbemethoden wird in jedem Chromosom eine charakteristische Reihenfolge abwechselnd dunkler und heller Streifen (Segmente) identifiziert. Segmente werden mit dem Namen der Methoden bezeichnet, die sie identifizieren: Q – Segmente – nach Anfärbung mit Chininsenf; G – Segmente – gefärbt mit Giemsa-Farbstoff; R – Segmente – Färbung nach Hitzedenaturierung und anderen. Der kurze Arm des Chromosoms wird mit dem Buchstaben p, der lange Arm mit dem Buchstaben q bezeichnet. Jeder Chromosomenarm ist in Regionen unterteilt und vom Zentromer bis zum Telomer durch Nummern gekennzeichnet. Banden innerhalb von Regionen werden in der Reihenfolge vom Zentromer aus nummeriert. Die Position des Esterase-D-Gens ist beispielsweise 13p14 – die vierte Bande der ersten Region des kurzen Arms des 13. Chromosoms.

Funktion der Chromosomen: Speicherung, Reproduktion und Übertragung genetischer Informationen bei der Reproduktion von Zellen und Organismen.

Verwandte Informationen.

Chromosomen sind das wichtigste Element der Zelle. Sie sind für die Übertragung und Umsetzung von Erbinformationen verantwortlich und in einer eukaryotischen Zelle im Zellkern lokalisiert.

Aufgrund ihrer chemischen Struktur sind Chromosomen Komplexe aus Desoxyribonukleinsäuren (DNA) und zugehörigen Proteinen sowie einer geringen Menge anderer Substanzen und Ionen. Somit sind Chromosomen Desoxyribonukleoproteine ​​(DNPs).

Jedes Chromosom in der Interphase enthält ein langes doppelsträngiges DNA-Molekül. Ein Gen ist eine Sequenz aus einer bestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Nukleotide, aus denen die DNA besteht. Die Gene, aus denen die DNA eines Chromosoms besteht, folgen aufeinander. Während der Interphase laufen viele Prozesse in der Zelle ab; viele Regionen des Chromosoms werden in unterschiedlichem Ausmaß despiraliert. Die RNA-Synthese findet in vielen Abschnitten der DNA statt.

Während der Zellteilung (sowohl während der Mitose als auch der Meiose) spiralen die Chromosomen (sie verdichten sich). Gleichzeitig wird ihre Länge reduziert und die RNA-Synthese auf ihnen wird unmöglich. Vor der Spiralisierung verdoppelt sich jedes Chromosom. Man sagt, dass ein Chromosom aus zwei besteht Chromatid. Das heißt, während der Interphase bestand das Chromosom aus einem Chromatid.

Proteine, aus denen das Chromosom besteht, spielen eine wichtige Rolle bei der Verdichtung von Chromatiden.

So kann je nach Phase des Zellzyklus die äußere Struktur der Chromosomen 1) im Lichtmikroskop unsichtbar dargestellt werden Chromatin(in der Interphase) und bestehen aus einem Chromatid oder 2) in Form von zwei spiralförmigen Chromatiden, sichtbar im Lichtmikroskop (in den Phasen der Zellteilung, beginnend mit der Metaphase).

Es gibt ein weiteres wichtiges Element in der Struktur der Chromosomen – Zentromer(primäre Verengung). Es ist proteinischer Natur und für die Bewegung des Chromosoms verantwortlich, an ihm sind auch die Spindelfäden befestigt. Je nach Lage des Zentromers gibt es gleicharmige (metazentrische), ungleicharmige (submetazentrische) und stäbchenförmige (akrozentrische) Chromosomen. Im ersten Fall befindet sich das Zentromer in der Mitte und teilt jedes Chromatid in zwei gleiche Arme, im zweiten Fall sind die Arme ungleich lang und im dritten Fall befindet sich das Zentromer an einem Ende des Chromatids.

Bei doppelten Chromosomen sind die Chromatiden am Zentromer miteinander verbunden.

1 - Chromatid; 2 - Zentromer; 3 - kurze Schulter; 4 - lange Schulter.

Das Vorhandensein einer primären Verengung in der Struktur der Chromosomen ist zwingend erforderlich. Zusätzlich zu ihnen gibt es jedoch sekundäre Einengungen ( nukleoläre Organisatoren), werden sie nicht auf allen Chromosomen beobachtet. Im Zellkern findet an den sekundären Verengungen der Chromosomen die Synthese von Nukleolen statt.

An den Enden der Chromatiden befinden sich sogenannte Telomere. Sie verhindern, dass Chromosomen zusammenkleben.

In einem haploiden Satz ist jedes Chromosom in seiner Struktur einzigartig. Die Position des Zentromers (und die daraus resultierende Länge der Chromosomenarme) ermöglicht es, die einzelnen Chromosomen voneinander zu unterscheiden.

In einem diploiden Satz hat jedes Chromosom ein homologes Chromosom, das die gleiche Struktur und den gleichen Gensatz (aber möglicherweise unterschiedliche Allele) aufweist und von einem anderen Elternteil geerbt wurde.

Jede Art lebender Organismen zeichnet sich durch ihren eigenen Karyotyp aus, d. h. ihre eigene Anzahl an Chromosomen und deren Merkmale (Länge, Position der Zentromere, Merkmale der chemischen Struktur). Der Karyotyp kann zur Bestimmung der biologischen Art herangezogen werden.

Eukaryotische Chromosomen

Zentromer

Primäre Verengung

X. p., in dem das Zentromer lokalisiert ist und das Chromosom in Arme teilt.

Sekundäre Engstellen

Ein morphologisches Merkmal, das die Identifizierung einzelner Chromosomen in einem Satz ermöglicht. Sie unterscheiden sich von der primären Verengung durch das Fehlen eines erkennbaren Winkels zwischen den Chromosomensegmenten. Sekundäre Einschnürungen sind kurz und lang und an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Chromosoms lokalisiert. Beim Menschen sind dies die Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22.

Arten der Chromosomenstruktur

Es gibt vier Arten der Chromosomenstruktur:

• telozentrisch(stäbchenförmige Chromosomen mit einem Zentromer am proximalen Ende);
• akrozentrisch(stäbchenförmige Chromosomen mit einem sehr kurzen, fast unsichtbaren zweiten Arm);
• submetazentrisch(mit ungleich langen Schultern, die in ihrer Form dem Buchstaben L ähneln);
• metazentrisch(V-förmige Chromosomen mit gleich langen Armen).

Der Chromosomentyp ist für jedes homologe Chromosom konstant und kann bei allen Mitgliedern derselben Art oder Gattung konstant sein.

Satelliten

Satellit- Hierbei handelt es sich um einen runden oder länglichen Körper, der durch einen dünnen Chromatinfaden vom Hauptteil des Chromosoms getrennt ist und dessen Durchmesser dem des Chromosoms entspricht oder geringfügig kleiner ist. Chromosomen mit einem Satelliten werden üblicherweise als SAT-Chromosomen bezeichnet. Die Form, Größe des Satelliten und der ihn verbindende Faden sind für jedes Chromosom konstant.

Kernzone

Zonen des Nukleolus ( nukleoläre Organisatoren) - spezielle Bereiche, mit denen das Auftreten einiger sekundärer Einschnürungen verbunden ist.

Chromonema

Chromonema ist eine helikale Struktur, die in dekompaktierten Chromosomen durch ein Elektronenmikroskop sichtbar ist. Es wurde erstmals 1880 von Baranetsky in den Chromosomen von Tradescantia-Antherenzellen beobachtet; der Begriff wurde von Veidovsky eingeführt. Ein Chromonem kann je nach Untersuchungsgegenstand aus zwei, vier oder mehr Fäden bestehen. Diese Fäden bilden zwei Arten von Spiralen:

• paranemisch(Spiralelemente lassen sich leicht trennen);
• plektonemisch(Die Fäden sind eng miteinander verflochten).

Chromosomenumlagerungen

Eine Verletzung der Chromosomenstruktur erfolgt als Folge spontaner oder provozierter Veränderungen (z. B. nach Bestrahlung).

• Gen(punkt)mutationen (Veränderungen auf molekularer Ebene);
• Aberrationen (mikroskopische Veränderungen sichtbar unter dem Lichtmikroskop):

Riesige Chromosomen

Solche Chromosomen, die sich durch ihre enorme Größe auszeichnen, können in manchen Zellen in bestimmten Stadien des Zellzyklus beobachtet werden. Sie kommen beispielsweise in den Zellen einiger Gewebe von Dipteren-Insektenlarven (Polytän-Chromosomen) und in den Eizellen verschiedener Wirbeltiere und Wirbelloser (Lampenbürsten-Chromosomen) vor. An Präparaten von Riesenchromosomen wurden Anzeichen von Genaktivität festgestellt.

Polyten-Chromosomen

Balbiani wurden erstmals 2010 entdeckt, ihre zytogenetische Rolle wurde jedoch von Kostov, Paynter, Geitz und Bauer enthüllt. Enthalten in den Zellen der Speicheldrüsen, des Darms, der Luftröhre, des Fettkörpers und der Malpighian-Gefäße von Dipterenlarven.

Lampenbürstenchromosomen

Bakterienchromosomen

Es gibt Hinweise darauf, dass Bakterien über Proteine ​​verfügen, die mit der Nukleoid-DNA assoziiert sind, Histone wurden in ihnen jedoch nicht gefunden.

Literatur

• E. de Robertis, V. Novinsky, F. Saez Zellen-Biologie. - M.: Mir, 1973. - S. 40-49.

siehe auch

Wikimedia-Stiftung. 2010.

• Chromtschenko Matvey Solomonovich
• Chronik

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Video-Tutorial 1: Zellteilung. Mitose

Video-Tutorial 2: Meiose. Phasen der Meiose

Vorlesung: Eine Zelle ist die genetische Einheit eines Lebewesens. Chromosomen, ihre Struktur (Form und Größe) und Funktionen

Zelle – genetische Einheit von Lebewesen

Die Grundeinheit des Lebens ist die einzelne Zelle. Auf zellulärer Ebene finden Prozesse statt, die lebende Materie von unbelebter Materie unterscheiden. In jeder Zelle werden erbliche Informationen über die chemische Struktur der Proteine, die in ihr synthetisiert werden müssen, gespeichert und intensiv genutzt. Daher wird sie als genetische Einheit des Lebenden bezeichnet. Sogar kernlose rote Blutkörperchen haben im Anfangsstadium ihrer Existenz Mitochondrien und einen Zellkern. Nur im ausgereiften Zustand verfügen sie über keine Strukturen zur Proteinsynthese.

Bisher kennt die Wissenschaft keine Zellen, die nicht DNA oder RNA als Träger genomischer Informationen enthalten. Ohne genetisches Material ist die Zelle nicht zur Proteinsynthese und damit zum Leben fähig.

DNA kommt nicht nur in Zellkernen vor; ihre Moleküle sind auch in Chloroplasten und Mitochondrien enthalten; diese Organellen können sich innerhalb der Zelle vermehren.

DNA in einer Zelle liegt in Form von Chromosomen vor – komplexen Protein-Nukleinsäure-Komplexen. Eukaryotische Chromosomen sind im Zellkern lokalisiert. Jeder von ihnen ist eine komplexe Struktur aus:

Das einzige lange DNA-Molekül, von dem 2 Meter in einer kompakten Struktur verpackt sind, die (beim Menschen) bis zu 8 Mikrometer misst;

Spezielle Histonproteine, deren Aufgabe es ist, Chromatin (die Substanz des Chromosoms) in die bekannte stäbchenförmige Form zu verpacken;

Chromosomen, ihre Struktur (Form und Größe) und Funktionen

Diese dichte Packung genetischen Materials wird von der Zelle vor der Teilung produziert. In diesem Moment können die dicht gepackten gebildeten Chromosomen unter dem Mikroskop untersucht werden. Wenn DNA zu kompakten Chromosomen namens Heterochromatin gefaltet wird, kann Boten-RNA nicht synthetisiert werden. Während des Zeitraums der Zellmassenzunahme und der Interphasenentwicklung befinden sich die Chromosomen in einem weniger gepackten Zustand, der als Interchromatin bezeichnet wird und in dem mRNA synthetisiert wird und die DNA-Replikation stattfindet.

Die Hauptelemente der Chromosomenstruktur sind:

Zentromer. Dabei handelt es sich um einen Teil eines Chromosoms mit einer speziellen Nukleotidsequenz. Es verbindet zwei Chromatiden und nimmt an der Konjugation teil. Daran sind die Proteinfilamente der Zellteilungsspindelröhren befestigt.

Telomere. Dies sind die Endabschnitte der Chromosomen, die nicht in der Lage sind, sich mit anderen Chromosomen zu verbinden; sie haben eine schützende Funktion. Sie bestehen aus sich wiederholenden Abschnitten spezialisierter DNA, die mit Proteinen Komplexe bilden.

Startpunkte der DNA-Replikation.

Prokaryotische Chromosomen unterscheiden sich stark von eukaryotischen Chromosomen, da es sich um DNA-haltige Strukturen handelt, die sich im Zytoplasma befinden. Geometrisch handelt es sich um ein Ringmolekül.

Der Chromosomensatz einer Zelle hat einen eigenen Namen – Karyotyp. Jede Art lebender Organismen hat ihre eigene charakteristische Zusammensetzung, Anzahl und Form der Chromosomen.

Somatische Zellen enthalten einen diploiden (doppelten) Chromosomensatz, von dem jeder Elternteil die Hälfte erhält.

Chromosomen, die für die Kodierung derselben funktionellen Proteine ​​verantwortlich sind, werden als homolog bezeichnet. Die Ploidie der Zellen kann unterschiedlich sein – Gameten bei Tieren sind in der Regel haploid. Bei Pflanzen ist Polyploidie derzeit ein recht häufiges Phänomen, das bei der Entstehung neuer Sorten durch Hybridisierung genutzt wird. Eine Verletzung der Ploidiemenge bei Warmblütern und Menschen führt zu schweren angeborenen Krankheiten wie dem Down-Syndrom (das Vorhandensein von drei Kopien des Chromosoms 21). Am häufigsten führen Chromosomenanomalien zur Unfähigkeit des Organismus.

Beim Menschen besteht der komplette Chromosomensatz aus 23 Paaren. Die größte bekannte Anzahl von Chromosomen, 1600, wurde in den einfachsten Planktonorganismen, den Radiolarien, gefunden. Australische schwarze Bulldoggenameisen haben den kleinsten Chromosomensatz – nur 1.

Lebenszyklus einer Zelle. Phasen der Mitose und Meiose

Interphase Mit anderen Worten: Der Zeitraum zwischen zwei Teilungen wird von der Wissenschaft als Lebenszyklus einer Zelle definiert.

Während der Interphase laufen in der Zelle lebenswichtige chemische Prozesse ab, sie wächst, entwickelt sich und sammelt Reservestoffe an. Zur Vorbereitung der Fortpflanzung gehört die Verdoppelung des Inhalts – Organellen, Vakuolen mit Nährstoffinhalten und des Volumens des Zytoplasmas. Dank der Teilung als Möglichkeit, die Zellzahl schnell zu erhöhen, sind ein langes Leben, Fortpflanzung, eine Vergrößerung des Körpers, sein Überleben bei Wunden und eine Geweberegeneration möglich. Im Zellzyklus werden folgende Stadien unterschieden:

Interphase. Zeit zwischen den Divisionen. Zuerst wächst die Zelle, dann nimmt die Zahl der Organellen zu, das Volumen der Reservesubstanz nimmt zu und Proteine ​​werden synthetisiert. Im letzten Teil der Interphase sind die Chromosomen für die anschließende Teilung bereit – sie bestehen aus einem Paar Schwesterchromatiden.

Mitose. Dies ist der Name einer der für Körperzellen (somatischen Zellen) charakteristischen Methoden der Kernteilung, bei der aus einer Zelle zwei mit identischem genetischem Material gewonnen werden.

Die Gametogenese ist durch Meiose gekennzeichnet. Prokaryontische Zellen haben die alte Fortpflanzungsmethode beibehalten – die direkte Teilung.

Die Mitose besteht aus 5 Hauptphasen:

Prophase. Als Beginn gilt der Moment, in dem die Chromosomen so dicht gepackt sind, dass sie unter dem Mikroskop sichtbar sind. Zu diesem Zeitpunkt werden auch die Nukleolen zerstört und es bildet sich eine Spindel. Mikrotubuli werden aktiviert, die Dauer ihrer Existenz verkürzt sich auf 15 Sekunden, aber auch die Bildungsgeschwindigkeit erhöht sich deutlich. Die Zentriolen divergieren zu gegenüberliegenden Seiten der Zelle und bilden eine große Anzahl ständig synthetisierter und zerfallender Protein-Mikrotubuli, die sich von ihnen bis zu den Zentromeren der Chromosomen erstrecken. So entsteht die Spaltspindel. Membranstrukturen wie der ER- und der Golgi-Apparat zerfallen in separate Vesikel und Röhren, die zufällig im Zytoplasma verteilt sind. Ribosomen werden von den ER-Membranen getrennt.

Metaphase. Es bildet sich eine Metaphasenplatte, die aus Chromosomen besteht, die in der Mitte der Zelle durch die Anstrengung gegenüberliegender Zentriol-Mikrotubuli ausgeglichen werden und diese jeweils in ihre eigene Richtung ziehen. Gleichzeitig geht die Synthese und der Zerfall der Mikrotubuli, einer Art „Schott“ derselben, weiter. Diese Phase ist die längste.

• Anaphase. Die Kräfte der Mikrotubuli lösen Chromosomenverbindungen im Zentromerbereich und dehnen sie gewaltsam in Richtung der Zellpole. In diesem Fall nehmen die Chromosomen aufgrund des Widerstands des Zytoplasmas manchmal eine V-Form an. Im Bereich der Metaphaseplatte erscheint ein Ring aus Proteinfasern.
• Telophase. Als Beginn gilt der Moment, in dem die Chromosomen die Teilungspole erreichen. Der Prozess der Wiederherstellung der inneren Membranstrukturen der Zelle beginnt – das ER, der Golgi-Apparat und der Zellkern. Die Chromosomen werden entpackt. Die Nukleolen sammeln sich und die Ribosomensynthese beginnt. Die Spaltspindel zerfällt.
• Zytokinese. Die letzte Phase, in der der Proteinring, der im zentralen Bereich der Zelle erscheint, zu schrumpfen beginnt und das Zytoplasma in Richtung der Pole drückt. Die Zelle teilt sich in zwei Teile und an ihrer Stelle bildet sich ein Proteinring der Zellmembran.

Regulatoren des Mitoseprozesses sind spezifische Proteinkomplexe. Das Ergebnis der mitotischen Teilung ist ein Zellpaar mit identischer genetischer Information. In heterotrophen Zellen erfolgt die Mitose schneller als in Pflanzenzellen. Bei Heterotrophen kann dieser Vorgang 30 Minuten dauern, bei Pflanzen 2-3 Stunden.

Um Zellen mit der Hälfte der normalen Chromosomenzahl zu erzeugen, nutzt der Körper einen anderen Teilungsmechanismus – Meiose.

Es ist mit der Notwendigkeit verbunden, Keimzellen zu produzieren; in mehrzelligen Organismen vermeidet es die ständige Verdoppelung der Chromosomenzahl in der nächsten Generation und ermöglicht die Gewinnung neuer Kombinationen allelischer Gene. Es unterscheidet sich in der Anzahl der Phasen und ist länger. Die daraus resultierende Abnahme der Chromosomenzahl führt zur Bildung von 4 haploiden Zellen. Die Meiose besteht aus zwei ununterbrochen aufeinanderfolgenden Abschnitten.

Folgende Phasen der Meiose werden definiert:

Prophase I. Homologe Chromosomen rücken näher zusammen und vereinigen sich in Längsrichtung. Diese Kombination wird Konjugation genannt. Dann kommt es zum Crossing-over – Doppelchromosomen kreuzen ihre Arme und tauschen Abschnitte aus.

Metaphase I. Chromosomen trennen sich und nehmen Positionen am Äquator der Zellspindel ein, wobei sie aufgrund der Spannung der Mikrotubuli eine V-Form annehmen.

Anaphase I. Homologe Chromosomen werden durch Mikrotubuli in Richtung der Zellpole gestreckt. Aber im Gegensatz zur mitotischen Teilung trennen sie sich als ganze Chromatiden und nicht als einzelne.

Das Ergebnis der ersten meiotischen Teilung ist die Bildung von zwei Zellen mit der Hälfte der intakten Chromosomen. Zwischen den Teilungen der Meiose gibt es praktisch keine Interphase, es findet keine Chromosomenverdoppelung statt, sie sind bereits bichromatid.

Unmittelbar nach der ersten erfolgt die wiederholte meiotische Teilung völlig analog zur Mitose – dabei werden die Chromosomen in separate Chromatiden aufgeteilt, die gleichmäßig auf neue Zellen verteilt sind.

Oogonien durchlaufen im embryonalen Entwicklungsstadium das Stadium der mitotischen Fortpflanzung, so dass der weibliche Körper bereits mit einer konstanten Anzahl von ihnen geboren wird;

Spermatogonien sind jederzeit während der Fortpflanzungsperiode des männlichen Körpers zur Fortpflanzung fähig. Von ihnen wird eine viel größere Anzahl erzeugt als von weiblichen Gameten.

Die Gametogenese tierischer Organismen findet in den Gonaden statt.

Der Prozess der Umwandlung von Spermatogonien in Spermatozoen erfolgt in mehreren Phasen:

Durch die mitotische Teilung werden Spermatogonien in Spermatozyten erster Ordnung umgewandelt.

Durch eine einzelne Meiose verwandeln sie sich in Spermatozyten zweiter Ordnung.

Die zweite meiotische Teilung bringt 4 haploide Spermatiden hervor.

Die Zeit der Ausbildung beginnt. In der Zelle verdichtet sich der Zellkern, die Menge an Zytoplasma nimmt ab und es bildet sich ein Flagellum. Außerdem werden Proteine ​​eingelagert und die Zahl der Mitochondrien erhöht.

Die Bildung von Eiern im Körper einer erwachsenen Frau erfolgt wie folgt:

Aus der Eizelle 1. Ordnung, von der es im Körper eine bestimmte Anzahl gibt, entstehen durch Meiose mit Halbierung der Chromosomenzahl Eizellen 2. Ordnung.

Durch die zweite meiotische Teilung entstehen eine reife Eizelle und drei kleine Reduktionskörperchen.

Diese unausgewogene Verteilung der Nährstoffe zwischen den 4 Zellen soll eine große Nährstoffquelle für den neuen lebenden Organismus bereitstellen.

Samenanlagen in Farnen und Moosen werden in Archegonien gebildet. Bei höher organisierten Pflanzen - in speziellen Samenanlagen im Eierstock.

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Chromosomen, Chromatiden, Chromatin usw.

Gene, DNA und Chromosomen

Geheimnisse des X-Chromosoms

Biologie in Bildern: Chromosomenstruktur (Ausgabe 70)

Verschwindet das Y-Chromosom? Synchronsprecher DeeAFilm

Untertitel

Bevor wir uns mit den Mechanismen der Zellteilung befassen, denke ich, dass es hilfreich sein wird, über den Wortschatz im Zusammenhang mit der DNA zu sprechen. Es gibt viele Wörter und einige davon klingen einander ähnlich. Sie können verwirrend sein. Zunächst möchte ich darüber sprechen, wie DNA mehr DNA erzeugt, Kopien von sich selbst erstellt oder wie sie im Allgemeinen Proteine ​​herstellt. Darüber haben wir bereits im Video über DNA gesprochen. Lassen Sie mich einen kleinen Ausschnitt der DNA zeichnen. Ich habe A, G, T, lassen Sie mich zwei Ts und dann zwei Cs haben. So ein kleiner Bereich. Es geht so weiter. Natürlich ist es eine Doppelhelix. Jeder Buchstabe hat seinen eigenen. Ich werde sie mit dieser Farbe bemalen. Also entspricht A T, G entspricht C (genauer gesagt, G bildet Wasserstoffbrückenbindungen mit C), T – mit A, T – mit A, C – mit G, C – mit G. Diese ganze Spirale erstreckt sich z Beispiel in diese Richtung. Es gibt also ein paar verschiedene Prozesse, die diese DNA durchführen muss. Einer davon hat mit Ihren Körperzellen zu tun – es müssen mehr Hautzellen produziert werden. Ihre DNA muss sich selbst kopieren. Dieser Vorgang wird als Replikation bezeichnet. Sie replizieren DNA. Ich zeige Ihnen die Replikation. Wie kann sich diese DNA kopieren? Dies ist eines der bemerkenswertesten Merkmale der DNA-Struktur. Reproduzieren. Ich mache eine allgemeine Vereinfachung, aber die Idee ist, dass sich die beiden DNA-Stränge trennen und dies nicht von alleine geschieht. Dies wird durch viele Proteine ​​und Enzyme ermöglicht, aber auf die Mikrobiologie werde ich in einem anderen Video ausführlich eingehen. Diese Ketten sind also voneinander getrennt. Ich werde die Kette hierher verschieben. Sie trennen sich voneinander. Ich nehme eine andere Kette. Dieser ist zu groß. Diese Kette wird ungefähr so ​​aussehen. Sie trennen sich voneinander. Was kann danach passieren? Ich werde die zusätzlichen Teile hier und hier entfernen. Hier ist also unsere Doppelhelix. Sie waren alle miteinander verbunden. Das sind Basenpaare. Jetzt sind sie voneinander getrennt. Was kann jeder von ihnen nach der Trennung tun? Sie können nun zur Matrix füreinander werden. Schauen Sie ... Wenn dieser Strang für sich allein steht, kann sich plötzlich eine Thyminbase hier verbinden, und diese Nukleotide beginnen, sich anzuordnen. Thymin und Cytosin und dann Adenin, Adenin, Guanin, Guanin. Und so geht es weiter. Und dann, in diesem anderen Teil, an der grünen Kette, die zuvor an dieser blauen Kette befestigt war, wird dasselbe passieren. Es wird Adenin, Guanin, Thymin, Thymin, Cytosin, Cytosin geben. Was ist gerade passiert? Durch Teilung und Anziehung komplementärer Basen haben wir eine Kopie dieses Moleküls erstellt. Wir werden uns in Zukunft mit der Mikrobiologie befassen, dies dient lediglich dazu, eine allgemeine Vorstellung davon zu bekommen, wie sich DNA selbst kopiert. Besonders wenn wir uns Mitose und Meiose ansehen, kann ich sagen: „Dies ist das Stadium, in dem die Replikation stattfindet.“ Nun ein weiterer Prozess, von dem Sie noch viel hören werden. Ich habe darüber im Video über DNA gesprochen. Dies ist eine Transkription. Im DNA-Video habe ich nicht viel darauf geachtet, wie sich DNA dupliziert, aber eines der großartigen Dinge am Doppelstrang-Design ist, dass es sich leicht selbst duplizieren kann. Man trennt einfach 2 Streifen, 2 Spiralen, und dann werden sie zur Vorlage für eine weitere Kette, und dann erscheint eine Kopie. Nun zur Transkription. Dies muss mit der DNA geschehen, damit Proteine ​​hergestellt werden können, aber die Transkription ist ein Zwischenschritt. Dies ist die Phase, in der Sie von der DNA zur mRNA übergehen. Diese mRNA verlässt dann den Zellkern und gelangt zu den Ribosomen. Ich werde in ein paar Sekunden darüber sprechen. Also können wir das Gleiche tun. Bei der Transkription werden diese Ketten wieder getrennt. Der eine wird sich hier trennen, der andere wird sich trennen... und der andere wird sich hier trennen. Wunderbar. Eventuell macht es Sinn, nur eine Hälfte der Kette zu verwenden – ich entferne eine. Hier entlang. Wir werden den grünen Teil transkribieren. Da ist sie. Ich werde das alles löschen. Falsche Farbe. Also lösche ich das alles. Was passiert, wenn sich statt Desoxyribonukleinsäure-Nukleotiden mit diesem DNA-Strang eine Ribonukleinsäure- oder RNA-Paarung ergibt? Ich werde die RNA in Lila darstellen. RNA paart sich mit DNA. Thymin, das in der DNA vorkommt, paart sich mit Adenin. Guanin, wenn wir jetzt über RNA sprechen, haben wir statt Thymin Uracil, Uracil, Cytosin, Cytosin. Und das wird auch weiterhin so bleiben. Das ist mRNA. Messenger-RNA. Jetzt trennt sie sich. Diese mRNA trennt sich und verlässt den Zellkern. Es verlässt den Kern und dann erfolgt die Translation. Übertragen. Schreiben wir diesen Begriff auf. Übertragen. Es kommt von mRNA... Im Video über DNA hatte ich eine kleine tRNA. Transfer-RNA war wie ein Lastwagen, der Aminosäuren zur mRNA transportierte. Dies alles geschieht in einem Teil der Zelle, dem Ribosom. Die Translation erfolgt von mRNA zu Protein. Wir haben gesehen, wie das passiert ist. Also von der mRNA zum Protein. Du hast diese Kette – ich mache eine Kopie. Ich kopiere die gesamte Kette auf einmal. Dieser Strang trennt sich, verlässt den Kern, und dann gibt es diese kleinen tRNA-Lastwagen, die sozusagen tatsächlich anfahren. Nehmen wir also an, ich habe tRNA. Schauen wir uns Adenin, Adenin, Guanin und Guanin an. Das ist RNA. Das ist ein Codon. Ein Codon besteht aus 3 Basenpaaren und einer daran gebundenen Aminosäure. Sie haben einige andere Teile der tRNA. Sagen wir Uracil, Cytosin, Adenin. Und daran hängt noch eine weitere Aminosäure. Die Aminosäuren verbinden sich dann zu einer langen Aminosäurekette, dem Protein. Proteine ​​bilden diese seltsamen komplexen Formen. Um sicherzustellen, dass Sie es verstehen. Wir beginnen mit der DNA. Wenn wir Kopien der DNA anfertigen, handelt es sich um Replikation. Sie replizieren DNA. Wenn wir also Kopien der DNA erstellen, handelt es sich um Replikation. Wenn Sie mit DNA beginnen und mRNA aus einer DNA-Vorlage erstellen, ist das Transkription. Schreiben wir es auf. "Transkription". Das heißt, Sie übertragen Informationen von einem Formular in ein anderes – Transkription. Da die mRNA nun den Zellkern verlässt, zeichne ich ein Bild einer Zelle, um dies hervorzuheben. Wir werden uns in Zukunft mit dem Aufbau der Zelle befassen. Handelt es sich um eine ganze Zelle, ist der Zellkern das Zentrum. Hier befindet sich die gesamte DNA, hier findet die gesamte Replikation und Transkription statt. Die mRNA verlässt dann den Zellkern, und dann erfolgt die Translation in den Ribosomen, auf die wir später noch detaillierter eingehen werden, und es entsteht das Protein. Von der mRNA zum Protein erfolgt also die Übersetzung. Sie übersetzen den genetischen Code in den sogenannten Proteincode. Das ist also die Sendung. Das sind genau die Worte, die üblicherweise verwendet werden, um diese Prozesse zu beschreiben. Stellen Sie sicher, dass Sie sie richtig verwenden, indem Sie die verschiedenen Prozesse benennen. Nun ein weiterer Teil der DNA-Terminologie. Als ich sie zum ersten Mal traf, fand ich sie äußerst verwirrend. Das Wort ist „Chromosom“. Ich schreibe die Wörter hier auf – Sie können selbst sehen, wie verwirrend sie sind: Chromosom, Chromatin und Chromatid. Chromatid. Also, das Chromosom, darüber haben wir bereits gesprochen. Möglicherweise haben Sie einen DNA-Strang. Dies ist eine Doppelhelix. Wenn ich diese Kette vergrößere, handelt es sich tatsächlich um zwei verschiedene Ketten. Sie haben verbundene Basenpaare. Ich habe einfach miteinander verbundene Basenpaare gezeichnet. Ich möchte klarstellen, dass ich hier diese kleine grüne Linie gezogen habe. Dies ist eine Doppelhelix. Es umhüllt Proteine, sogenannte Histone. Histone. Lass es so und irgendwie so kommen, und dann irgendwie so. Hier handelt es sich um Substanzen, sogenannte Histone, bei denen es sich um Proteine ​​handelt. Zeichnen wir sie so. So. Hierbei handelt es sich um eine Struktur, also DNA in Kombination mit Proteinen, die sie strukturieren und sie dazu zwingen, sich immer weiter zu winden. Letztendlich bilden sich je nach Lebensstadium der Zelle unterschiedliche Strukturen aus. Und wenn man über Nukleinsäure, also DNA, spricht und diese mit Proteinen kombiniert, spricht man von Chromatin. Das bedeutet, dass Chromatin aus DNA und Strukturproteinen besteht, die der DNA ihre Form verleihen. Strukturproteine. Die Idee des Chromatins wurde erstmals aufgrund dessen verwendet, was Menschen sahen, wenn sie eine Zelle betrachteten ... Erinnern Sie sich? Jedes Mal habe ich den Zellkern auf eine bestimmte Art und Weise gezeichnet. Sozusagen. Dies ist der Zellkern. Ich habe sehr deutlich sichtbare Strukturen gezeichnet. Das ist das eine, das ist das andere. Möglicherweise ist es kürzer und hat ein homologes Chromosom. Ich habe Chromosomen gezeichnet, oder? Und jedes dieser Chromosomen sind, wie ich im letzten Video gezeigt habe, im Wesentlichen lange DNA-Strukturen, lange DNA-Stränge, die eng umeinander gewickelt sind. Ich habe es ungefähr so ​​gezeichnet. Wenn wir hineinzoomen, können wir eine Kette sehen, die tatsächlich so um sich selbst gewickelt ist. Dies ist sein homologes Chromosom. Denken Sie daran, dass ich im Video über Variabilität über ein homologes Chromosom gesprochen habe, das dieselben Gene, aber eine andere Version davon kodiert. Blau stammt vom Vater und Rot von der Mutter, aber sie kodieren im Wesentlichen für die gleichen Gene. Das ist also ein Strang, den ich von meinem Vater mit der DNA dieser Struktur bekommen habe, wir nennen es ein Chromosom. Also, Chromosom. Ich möchte das klarstellen: Die DNA nimmt diese Form nur in bestimmten Lebensstadien an, wenn sie sich selbst reproduziert, d. h. repliziert. Genauer gesagt nicht... Wenn sich eine Zelle teilt. Bevor eine Zelle sich teilen kann, nimmt die DNA diese wohldefinierte Form an. Die meiste Zeit des Lebens einer Zelle, wenn die DNA ihre Arbeit erledigt, wenn sie Proteine ​​herstellt, das heißt, Proteine ​​werden aus der DNA transkribiert und übersetzt, faltet sie sich nicht auf diese Weise. Wäre es gefaltet, wäre es für das Replikations- und Transkriptionssystem schwierig, an die DNA zu gelangen, Proteine ​​herzustellen und irgendetwas anderes zu tun. Normalerweise DNA... Lassen Sie mich den Kern noch einmal zeichnen. Meistens kann man es nicht einmal mit einem normalen Lichtmikroskop sehen. Es ist so dünn, dass die gesamte DNA-Helix vollständig im Zellkern verteilt ist. Ich zeichne das hier, ein anderes könnte hier sein. Und dann haben Sie eine kürzere Kette wie diese. Man kann es nicht einmal sehen. Es liegt nicht in dieser wohldefinierten Struktur vor. Normalerweise sieht es so aus. Lass es eine so kurze Kette geben. So ein Durcheinander kann man nur sehen, bestehend aus einem Durcheinander von DNA- und Proteinkombinationen. Dies wird im Allgemeinen als Chromatin bezeichnet. Dies muss aufgeschrieben werden. „Chromatin“ Die Wörter können also sehr mehrdeutig und sehr verwirrend sein, aber im Allgemeinen wird sie so verwendet, dass es sich um ein Chromosom handelt, wenn man von einem genau definierten einzelnen DNA-Strang spricht, einer genau definierten Struktur wie dieser. Der Begriff Chromatin kann sich entweder auf eine Struktur wie ein Chromosom, die Kombination von DNA und den Proteinen, die sie strukturieren, oder auf die Störung vieler Chromosomen beziehen, die DNA enthalten. Das heißt, aus vielen zusammengemischten Chromosomen und Proteinen. Ich möchte, dass das klar ist. Jetzt das nächste Wort. Was ist Chromatid? Nur für den Fall, dass ich das noch nicht getan habe ... Ich kann mich nicht erinnern, ob ich das gemeldet habe. Diese Proteine, die für die Struktur des Chromatins sorgen oder das Chromatin aufbauen und auch für die Struktur sorgen, werden „Histone“ genannt. Es gibt verschiedene Typen, die auf unterschiedlichen Ebenen für Struktur sorgen, auf die wir uns genauer einlassen. Was ist also ein Chromatid? Wenn sich die DNA repliziert ... Nehmen wir an, es wäre meine DNA, sie ist in einem normalen Zustand. Eine Version stammt von Papa, eine Version von Mama. Jetzt wird es repliziert. Papas Version sieht zunächst so aus. Dies ist ein großer DNA-Strang. Es erstellt eine andere Version von sich selbst, die identisch ist, wenn das System ordnungsgemäß funktioniert, und dieser identische Teil sieht so aus. Sie werden zunächst aneinander befestigt. Sie sind an einer Stelle miteinander verbunden, die Zentromer genannt wird. Obwohl ich hier zwei Ketten habe, die aneinander befestigt sind. Zwei identische Ketten. Eine Kette hier, eine hier ... Aber lassen Sie es mich anders darstellen. Dies lässt sich prinzipiell auf viele verschiedene Arten darstellen. Dies ist hier eine Kette, und dies ist hier eine andere Kette. Das heißt, wir haben 2 Exemplare. Sie kodieren genau die gleiche DNA. Also. Sie sind identisch, deshalb nenne ich es immer noch ein Chromosom. Schreiben wir das auch auf. Das Ganze wird Chromosom genannt, aber jetzt wird jede einzelne Kopie Chromatid genannt. Das ist also ein Chromatid und das ist das andere. Sie werden manchmal Schwesterchromatiden genannt. Sie können auch als Zwillingschromatiden bezeichnet werden, da sie die gleichen genetischen Informationen haben. Dieses Chromosom hat also zwei Chromatiden. Vor der Replikation oder vor der DNA-Duplikation kann man sagen, dass dieses Chromosom hier ein Chromatid hat. Man kann es als Chromatid bezeichnen, muss es aber nicht sein. Von Chromatiden spricht man, wenn zwei davon auf einem Chromosom vorhanden sind. Wir erfahren, dass sich diese beiden Chromatiden bei Mitose und Meiose trennen. Wenn sie sich trennen, wird der DNA-Strang, den Sie früher als Chromatid bezeichnet haben, nun als separates Chromosom bezeichnet. Das ist also einer von ihnen, und hier ist noch einer, der sich möglicherweise in diese Richtung getrennt hat. Ich werde dieses grün einkreisen. Dieses kann also in diese Richtung gehen, und dieses, das ich zum Beispiel orange eingekreist habe, dieses ... Jetzt, wo sie getrennt und nicht mehr durch das Zentromer verbunden sind, was wir ursprünglich ein Chromosom mit zwei Chromatiden nannten, Sie Nennen Sie nun zwei getrennte Chromosomen. Oder man könnte sagen, dass Sie jetzt zwei separate Chromosomen haben, die jeweils aus einem einzelnen Chromatid bestehen. Ich hoffe, dass dies einige der Bedeutungen von DNA-bezogenen Begriffen verdeutlicht. Ich fand sie immer ziemlich verwirrend, aber sie werden ein nützliches Werkzeug sein, wenn wir mit der Mitose und Meiose beginnen und ich davon spreche, dass aus einem Chromosom ein Chromatid wird. Sie werden sich fragen, wie aus einem Chromosom zwei Chromosomen wurden und wie aus einem Chromatid ein Chromosom wurde. Es dreht sich alles um den Wortschatz. Ich hätte mich für ein anderes entschieden, anstatt es Chromosom und jedes dieser separaten Chromosomen zu nennen, aber sie beschlossen, es für uns so zu nennen. Sie fragen sich vielleicht, woher dieses Wort „lahm“ kommt. Vielleicht kennen Sie den alten Kodak-Film namens Chromo Color. Grundsätzlich bedeutet „Chromo“ „Farbe“. Ich glaube, es kommt vom griechischen Wort für Farbe. Als Menschen zum ersten Mal den Kern einer Zelle betrachteten, verwendeten sie einen Farbstoff und färbten die sogenannten Chromosomen mit dem Farbstoff. Und wir konnten es mit einem Lichtmikroskop sehen. Der Teil „Soma“ kommt vom Wort „Soma“, was „Körper“ bedeutet, was bedeutet, dass wir einen farbigen Körper bekommen. So entstand das Wort „Chromosom“. Chromatin verfärbt sich auch ... Ich hoffe, dass dies die Konzepte von Chromatid, Chromosom und Chromatin ein wenig klärt und wir jetzt bereit sind, Mitose und Meiose zu untersuchen.

Geschichte der Entdeckung der Chromosomen

Die ersten Beschreibungen von Chromosomen erschienen in Artikeln und Büchern verschiedener Autoren in den 70er Jahren des 19. Jahrhunderts, wobei verschiedene Personen bei der Entdeckung der Chromosomen Vorrang hatten. Darunter sind Namen wie I. D. Chistyakov (1873), A. Schneider (1873), E. Strassburger (1875), O. Buchli (1876) und andere. Am häufigsten wird das Jahr der Entdeckung der Chromosomen als 1882 bezeichnet, und ihr Entdecker ist der deutsche Anatom W. Fleming, der in seinem grundlegenden Buch „Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung“(Deutscher) sammelte und organisierte Informationen darüber und ergänzte sie mit den Ergebnissen seiner eigenen Forschung. Der Begriff „Chromosom“ wurde 1888 vom deutschen Histologen G. Waldeyer vorgeschlagen. „Chromosom“ bedeutet wörtlich „farbiger Körper“, da die Hauptfarbstoffe gut durch Chromosomen gebunden sind.

Nach der Wiederentdeckung der Mendelschen Gesetze im Jahr 1900 dauerte es nur ein oder zwei Jahre, bis klar wurde, dass sich Chromosomen während der Meiose und Befruchtung genau so verhalten, wie man es von „Partikeln der Vererbung“ erwarten würde. 1902 T. Boveri und 1902-1903 W. Setton ( Walter Sutton) stellten unabhängig eine Hypothese über die genetische Rolle von Chromosomen auf.

1933 erhielt T. Morgan den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Entdeckung der Rolle der Chromosomen bei der Vererbung.

Morphologie der Metaphase-Chromosomen

Im Metaphasestadium der Mitose bestehen Chromosomen aus zwei Längskopien, den sogenannten Schwesterchromatiden, die durch Replikation gebildet werden. In Metaphase-Chromosomen sind Schwesterchromatiden in der Region verbunden primäre Verengung Zentromer genannt. Das Zentromer ist für die Trennung der Schwesterchromatiden in Tochterzellen während der Teilung verantwortlich. Am Zentromer wird das Kinetochor zusammengesetzt – eine komplexe Proteinstruktur, die die Bindung des Chromosoms an die Spindelmikrotubuli – die Beweger des Chromosoms bei der Mitose – bestimmt. Das Zentromer teilt die Chromosomen in zwei sogenannte Teile Schultern. Bei den meisten Arten wird der kurze Arm des Chromosoms mit dem Buchstaben bezeichnet P, lange Schulter - Buchstabe Q. Chromosomenlänge und Zentromerposition sind die wichtigsten morphologischen Merkmale von Metaphase-Chromosomen.

Abhängig von der Lage des Zentromers werden drei Arten der Chromosomenstruktur unterschieden:

Diese Klassifizierung der Chromosomen basierend auf dem Verhältnis der Armlängen wurde 1912 vom russischen Botaniker und Zytologen S. G. Navashin vorgeschlagen. Zusätzlich zu den oben genannten drei Typen identifizierte auch S. G. Navashin telozentrisch Chromosomen, also Chromosomen mit nur einem Arm. Nach modernen Vorstellungen gibt es jedoch keine wirklich telozentrischen Chromosomen. Der zweite Arm ist immer vorhanden, auch wenn er sehr kurz und in einem normalen Mikroskop unsichtbar ist.

Ein zusätzliches morphologisches Merkmal einiger Chromosomen ist das sogenannte sekundäre Verengung, das sich im Aussehen vom primären durch das Fehlen eines erkennbaren Winkels zwischen den Chromosomensegmenten unterscheidet. Sekundäre Einschnürungen sind unterschiedlich lang und können sich an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Chromosoms befinden. In den sekundären Verengungen befinden sich in der Regel nukleoläre Organisatoren, die mehrere Wiederholungen von Genen enthalten, die für ribosomale RNA kodieren. Beim Menschen befinden sich sekundäre Verengungen, die ribosomale Gene enthalten, in den kurzen Armen akrozentrischer Chromosomen; sie trennen kleine Chromosomensegmente, sogenannte Satelliten. Chromosomen, die einen Satelliten haben, werden üblicherweise SAT-Chromosomen (lat.) genannt. SAT (Sine Acid Thymonucleinico)- ohne DNA).

Differenzielle Färbung von Metaphase-Chromosomen

Mit der monochromen Färbung der Chromosomen (Aceto-Carmin-, Aceto-Orcein-, Feulgen- oder Romanovsky-Giemsa-Färbung) können Anzahl und Größe der Chromosomen bestimmt werden; Ihre Form wird hauptsächlich durch die Position der Zentromere, das Vorhandensein sekundärer Verengungen und Satelliten bestimmt. In den allermeisten Fällen reichen diese Merkmale nicht aus, um einzelne Chromosomen im Chromosomensatz zu identifizieren. Darüber hinaus sind monochromatisch gefärbte Chromosomen zwischen verschiedenen Arten oft sehr ähnlich. Die differenzielle Chromosomenfärbung, für die in den frühen 70er Jahren des 20. Jahrhunderts verschiedene Techniken entwickelt wurden, stellte den Zytogenetikern ein leistungsstarkes Werkzeug zur Identifizierung sowohl einzelner Chromosomen als Ganzes als auch ihrer Teile zur Verfügung und erleichterte so das Verfahren zur Genomanalyse.

Differentialfärbemethoden werden in zwei Hauptgruppen unterteilt:

Ausmaße der chromosomalen DNA-Verdichtung

Die Basis eines Chromosoms ist ein lineares DNA-Makromolekül von beträchtlicher Länge. Die DNA-Moleküle menschlicher Chromosomen enthalten 50 bis 245 Millionen Stickstoffbasenpaare. Die Gesamtlänge der DNA einer menschlichen Zelle beträgt etwa zwei Meter. Gleichzeitig nimmt ein typischer menschlicher Zellkern, der nur mit dem Mikroskop sichtbar ist, ein Volumen von etwa 110 µm³ ein, und ein menschliches mitotisches Chromosom überschreitet im Durchschnitt 5 – 6 µm nicht. Eine solche Verdichtung des genetischen Materials ist aufgrund des Vorhandenseins eines hochorganisierten Systems zur Ablagerung von DNA-Molekülen in Eukaryoten sowohl im Interphasekern als auch im mitotischen Chromosom möglich. Es ist zu beachten, dass es bei Eukaryoten in proliferierenden Zellen zu einer ständigen, regelmäßigen Änderung des Grades der Chromosomenverdichtung kommt. Vor der Mitose wird die chromosomale DNA im Vergleich zur linearen Länge der DNA um das 10-fache verdichtet, was für eine erfolgreiche Aufteilung der Chromosomen in Tochterzellen erforderlich ist, während das Chromosom im Interphasekern für die erfolgreichen Prozesse der Transkription und Replikation dekompaktiert werden muss . Gleichzeitig ist die DNA im Zellkern nie vollständig verlängert und immer auf die eine oder andere Weise verpackt. Somit beträgt die geschätzte Größenverringerung zwischen einem Chromosom in der Interphase und einem Chromosom in der Mitose bei Hefen nur etwa das Zweifache und beim Menschen 4 bis 50 Mal.

Einige Forscher betrachten das Niveau des sogenannten Chromoneme, dessen Dicke etwa 0,1 - 0,3 Mikrometer beträgt. Durch weitere Verdichtung erreicht der Chromatiddurchmesser zum Zeitpunkt der Metaphase 700 nm. Die beträchtliche Dicke des Chromosoms (Durchmesser 1400 nm) im Metaphasestadium ermöglicht es, es schließlich unter einem Lichtmikroskop zu sehen. Das kondensierte Chromosom hat die Form des Buchstabens Meiose).

Chromosomenanomalien

Aneuploidie

Bei der Aneuploidie kommt es zu einer Veränderung der Chromosomenzahl im Karyotyp, bei der die Gesamtzahl der Chromosomen kein Vielfaches des haploiden Chromosomensatzes ist N. Im Falle des Verlusts eines Chromosoms aus einem homologen Chromosomenpaar spricht man von Mutanten Monosomen, im Falle eines zusätzlichen Chromosoms spricht man von Mutanten mit drei homologen Chromosomen trisomisch, bei Verlust eines Homologenpaares - Nullisomics. Aneuploidie auf autosomalen Chromosomen verursacht immer erhebliche Entwicklungsstörungen und ist die Hauptursache für Spontanaborte beim Menschen. Eine der bekanntesten Aneuploidien beim Menschen ist die Trisomie 21, die zur Entstehung des Down-Syndroms führt. Aneuploidie ist typisch für Tumorzellen, insbesondere für Zellen solider Tumoren.

Polyploidie

Veränderung der Chromosomenzahl, ein Vielfaches des haploiden Chromosomensatzes ( N), sogenannte Polyploidie. Polyploidie ist in der Natur weit verbreitet und ungleichmäßig verbreitet. Polyploide eukaryotische Mikroorganismen sind bekannt – Pilze und Algen; Polyploide kommen häufig bei Blütenpflanzen vor, nicht jedoch bei Gymnospermen. Polyploidie von Zellen des gesamten Organismus bei vielzelligen Tieren ist selten, kommt aber bei ihnen häufig vor Endopolyploidie einige differenzierte Gewebe, zum Beispiel die Leber bei Säugetieren, sowie Darmgewebe, Speicheldrüsen und Malpighian-Gefäße einer Reihe von Insekten.

Chromosomenumlagerungen

Chromosomenaberrationen (Chromosomenaberrationen) sind Mutationen, die die Struktur der Chromosomen stören. Sie können in Körper- und Keimzellen spontan oder durch äußere Einflüsse (ionisierende Strahlung, chemische Mutagene, Virusinfektion etc.) entstehen. Infolge einer Chromosomenumlagerung kann ein Chromosomenfragment verloren gehen oder umgekehrt verdoppelt werden (Deletion bzw. Duplikation); Ein Abschnitt eines Chromosoms kann auf ein anderes Chromosom übertragen werden (Translokation) oder er kann seine Ausrichtung innerhalb des Chromosoms um 180° ändern (Inversion). Es gibt andere chromosomale Umlagerungen.

Ungewöhnliche Chromosomentypen

Mikrochromosomen

B-Chromosomen

B-Chromosomen sind zusätzliche Chromosomen, die im Karyotyp nur bei einzelnen Individuen einer Population vorkommen. Sie kommen häufig in Pflanzen vor und wurden bei Pilzen, Insekten und Tieren beschrieben. Einige B-Chromosomen enthalten Gene, oft rRNA-Gene, aber es ist nicht klar, wie funktionell diese Gene sind. Das Vorhandensein von B-Chromosomen kann die biologischen Eigenschaften von Organismen beeinflussen, insbesondere bei Pflanzen, wo ihr Vorhandensein mit einer verminderten Lebensfähigkeit verbunden ist. Es wird angenommen, dass B-Chromosomen aufgrund der Unregelmäßigkeit ihrer Vererbung in Körperzellen nach und nach verloren gehen.

Holozentrische Chromosomen

Holozentrische Chromosomen haben keine primäre Verengung; sie verfügen über ein sogenanntes diffuses Kinetochor, sodass während der Mitose Spindelmikrotubuli über die gesamte Länge des Chromosoms anhaften. Während der Divergenz der Chromatiden zu den Teilungspolen in holozentrischen Chromosomen bewegen sie sich zu den zueinander parallelen Polen, während in einem monozentrischen Chromosom der Kinetochor dem Rest des Chromosoms voraus ist, was zu der charakteristischen V-Form divergierender Chromatiden führt im Anaphase-Stadium. Wenn Chromosomen beispielsweise durch die Einwirkung ionisierender Strahlung fragmentieren, divergieren Fragmente holozentrischer Chromosomen in geordneter Weise zu den Polen, und Fragmente monozentrischer Chromosomen, die keine Zentromere enthalten, werden zufällig zwischen den Tochterzellen verteilt und können verloren gehen.

Holozentrische Chromosomen kommen in Protisten, Pflanzen und Tieren vor. Der Fadenwurm hat holozentrische Chromosomen C. elegans .

Riesige Chromosomenformen

Polyten-Chromosomen

Polytäne Chromosomen sind riesige Ansammlungen vereinter Chromatiden, die in bestimmten Arten spezialisierter Zellen entstehen. Erstmals beschrieben von E. Balbiani ( Edouard-Gerard Balbiani) pro Jahr in den Zellen der Speicheldrüsen von Mückenlarven ( Chironomus), ihre zytogenetische Rolle wurde jedoch später in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts von Kostov, T. Paynter, E. Heitz und G. Bauer enthüllt ( Hans Bauer). Polytäne Chromosomen wurden auch in den Zellen der Speicheldrüsen, des Darms, der Luftröhre, des Fettkörpers und der Malpighian-Gefäße von Dipterenlarven gefunden.

Lampenbürstenchromosomen

Lampbrush-Chromosomen sind eine Riesenform von Chromosomen, die in meiotischen weiblichen Zellen während des Diplotän-Stadiums der Prophase I bei einigen Tieren, insbesondere bei einigen Amphibien und Vögeln, entstehen. Diese Chromosomen sind äußerst transkriptionell aktiv und werden in wachsenden Eizellen beobachtet, wenn die Prozesse der RNA-Synthese, die zur Bildung von Eigelb führen, am intensivsten sind. Derzeit sind 45 Tierarten bekannt, in deren sich entwickelnden Eizellen solche Chromosomen beobachtet werden können. Lampbrush-Chromosomen werden in Eizellen von Säugetieren nicht produziert.

Lampbrush-Chromosomen wurden erstmals 1882 von W. Flemming beschrieben. Der Name „Lampenbürstenchromosomen“ wurde vom deutschen Embryologen I. Rückert vorgeschlagen ( J. Rückert) im Jahr 1892.

Lampbrush-Chromosomen sind länger als Polytene-Chromosomen. Beispielsweise erreicht die Gesamtlänge des Chromosomensatzes in den Eizellen einiger Schwanzamphibien 5900 µm.

Bakterienchromosomen

Es gibt Hinweise darauf, dass Bakterien über Proteine ​​verfügen, die mit der Nukleoid-DNA assoziiert sind, Histone wurden in ihnen jedoch nicht gefunden.

Menschliche Chromosomen

Jede kernhaltige menschliche Körperzelle enthält 23 Paare linearer Chromosomen sowie zahlreiche Kopien mitochondrialer DNA. Die folgende Tabelle zeigt die Anzahl der Gene und Basen in menschlichen Chromosomen.

Chromosom	Gesamtbasis	Anzahl der Gene	Anzahl proteinkodierender Gene
	249250621	3511	2076
	243199373	2368	1329
	198022430	1926	1077
	191154276	1444	767
	180915260	1633	896
	171115067	2057	1051
	159138663	1882	979
	146364022	1315	702
	141213431	1534	823
	135534747	1391	774
	135006516	2168	1914
	133851895	1714	1068
	115169878	720	331
	107349540	1532	862
	102531392	1249	615
	90354753	1326	883
	81195210	1773	1209
	78077248	557	289
	59128983	2066	1492
	63025520	891	561
	48129895	450	246
	51304566	855	507
X-Chromosom	155270560	1672	837
Y-Chromosom	59373566	429	76
Gesamt	3 079 843 747	36463

siehe auch

Anmerkungen

1. Vogelspinne V.Z. Erklärendes biotechnologisches Wörterbuch. - M.: Sprachen slawischer Kulturen, 2009. - 936 S. - 400 Exemplare. - ISBN 978-5-9551-0342-6.
2. Molekularbiologie der Zelle: in 3 Bänden / B. Alberts, A. Johnson, D. Lewis usw. - M.-Izhevsk: Forschungszentrum „Regular and Chaotic Dynamics“, Institut für Computerforschung, 2013. - Bd. I . - S. 309-336. - 808 S. -