Χρωμόσωμα
Το χρωμόσωμα είναι μια οργανωμένη δομή DNA και πρωτεϊνών που βρίσκεται στα κύτταρα.
Είναι ένα μοναδικό κομμάτι περιελιγμένου DNA που περιλαμβάνει πολλά γονίδια και άλλες ακολουθίες νουκλεοτιδίων.
Τα χρωμοσώματα περιέχουν τις συνδεδεμένες πρωτεΐνες, οι οποίες χρησιμεύουν για να συσκευάσουν το DNA και να ελέγξουν τις λειτουργίες του.
Η λέξη χρωμόσωμα προέρχεται από τις λέξεις χρώμα και σώμα και το όνομα που οφείλεται στην ιδιότητα του χρωμοσώματος να χρωματίζεται πολύ έντονα από ιδιαίτερες χρωστικές ουσίες.
Τα χρωμοσώματα ποικίλλουν μεταξύ διαφορετικών οργανισμών.
Το μόριο DNA μπορεί να είναι κυκλικό ή γραμμικό, και μπορεί να αποτελείται από 10.000 έως 1.000.000.000
νουκλεοτίδια, σε μια μακριά αλυσίδα.
Χαρακτηριστικά τα ευκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα που περιέχουν σχηματισμένο πυρήνα) έχουν μεγάλα, γραμμικά χρωμοσώματα.
Τα προκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα χωρίς σχηματισμένο πυρήνα) έχουν μικρότερα κυκλικά χρωμοσώματα, αν και υπάρχουν πολλές εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα.
Επιπλέον, τα κύτταρα μπορούν να περιέχουν περισσότερους από έναν τύπους χρωμοσώματος, για παράδειγμα τα μιτοχόνδρια στα περισσότερους ευκαρυωτικά κύτταρα, και επίσης οι χλωροπλάστες των φυτών διαθέτουν το δικό τους DNA, γι' αυτό και αποκαλούνται ημιαυτόνομα οργανίδια.
Στην πράξη "χρωμοσώμα" είναι ένας μάλλον αόριστα καθορισμένος όρος.
Στα προκαρυωτικά κύτταρα ένα μικρό κυκλικό μόριο DNA ονομάζεται είτε πλασμίδιο είτε μικρό χρωμόσωμα.
Αυτά τα μικρά κυκλικά γονιδιώματα βρίσκονται επίσης στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες, απεικονίζοντας τη βακτηριακή προέλευσή τους.
Τα απλούστερα χρωμοσώματα βρίσκονται στους ιούς: αυτά τα μόρια DNA ή RNA είναι κοντά γραμμικά ή κυκλικά χρωμοσώματα που στερούνται συχνά οποιεσδήποτε δομικές πρωτεΐνες.
Ο πυρήνας σαν φορέας της κληρονομικότητας
Η προέλευση αυτής της επαναστατικής ιδέας βρίσκεται σε κάποιες προτάσεις στο βιβλίο Generelle Morphologie του Ερνστ Χέκελ από το 1866.
. Τα στοιχεία για αυτήν την ιδέα συσσωρεύθηκαν βαθμιαία μέσα σε είκοσι χρόνια.
Δύο από τους μεγαλύτερους Γερμανούς επιστήμονες επινόησαν την έννοια.
O Άουγκουστ Βάισμαν πρότεινε ότι η γραμμή μικροβίων είναι χωριστή από το σώμα και ότι ο πυρήνας των κυττάρων είναι η αποθήκη του κληρονομικού υλικού, το οποίο τακτοποιείται κατά μήκος των χρωμοσωμάτων κατά τρόπο γραμμικό.
Περαιτέρω, ο Άουγκουστ Βάισμαν πρότεινε ότι κατά την αναπαραγωγή διαμορφωνόταν ένας νέος συνδυασμός χρωμοσωμάτων (και κληρονομικού υλικό).
Αυτό ήταν η εξήγηση για το τμήμα μείωσης (που περιγράφεται πρώτα με τον van Beneden).
Τα Χρωμοσώματα ως πηγές της κληρονομικότητας
Με μία σειρά πειραμάτων, ο Θίοντορ Μπόβερι έδωσε την οριστική απόδειξη ότι τα χρωμοσώματα είναι τα διανύσματα της κληρονομικότητας.
Δύο αρχές του Μπόβερι βασίστηκαν στη συνοχή των χρωμοσωμάτων και την προσωπικότητα των χρωμοσωμάτων.
Είναι η δεύτερη αυτών των αρχών που ήταν τόσο επαναστατική.
Ο Μπόβερι ήταν σε θέση να εξετάσει την πρόταση που υποβλήθηκε από το Βίλχελμ Ρου, ότι κάθε χρωμόσωμα φέρνει ένα διαφορετικό γενετικό φορτίο, και έδειξε ότι ο Roux ήταν σωστός.
Επάνω στη επανεύρεση του Μέντελ, ο Μπόβερι ήταν σε θέση να βασίσει τη σύνδεση μεταξύ των κανόνων της κληρονομιάς και της συμπεριφοράς των χρωμοσωμάτων.
Είναι ενδιαφέρον να δει κανείς ότι ο Μπόβερι επηρέασε δύο γενεές αμερικανικών κυτολόγων: οι Έντμουντ Μπίτσερ Ουίλσον, Γουόλτερ Σάτον και Θεόφιλος Πέιντερ όλοι επηρεάστηκαν από τον Μπόβερι (Ουίλσον και Πέιντερ συνεργάζονταν μαζί).
Στο διάσημο εγχειρίδιό του "The Cell", ο Ουίλσον συνέδεσε τον Μπόβερι και Σάτον με τη θεωρία Μπόβερι-Σάτον.
Ο Μάιρ παρατήρησε ότι η θεωρία αμφισβητήθηκε θερμά από μερικούς διάσημους γενετησιολόγους, όπως ο Γουίλιαμ Μπέιτσον, ο Βίλχελμ Γιόχανσεν, ο Ρίτσαρντ Γκόλντσμιτ και ο T.H.
Μόργκαν.
Η τελικά πλήρης απόδειξη προήλθε από τους χάρτες χρωμοσωμάτων στο εργαστήριο του Μόργκαν.
Χρωμοσώματα σε Ευκαρυωτικά κύτταρα
Τα ευκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα με σχηματισμένους πυρήνες όπως στα φυτά, στους μύκητες και στα ζώα) κατέχουν πολλαπλάσια μεγάλα γραμμικά χρωμοσώματα που περιλαμβάνονται στον πυρήνα τους.
Κάθε χρωμόσωμα έχει ένα κεντρομερίδιο, με ένα ή δύο πλοκάμια που προβάλλουν από το κεντρομερίδιο, αν και, κάτω από τις περισσότερες περιστάσεις, τα πλοκάμια δεν είναι ορατά υπό αυτήν τη μορφή.
Επιπλέον, οι περισσότεροι Ευκαρυώτες έχουν ένα μικρό κυκλικό μιτοχονδριακό γονιδίωμα, και μερικοί Ευκαρυώτες μπορούν να έχουν πρόσθετα μικρά κυκλικά ή γραμμικά κυτταροπλασματικά χρωμοσώματα.
Στα πυρηνικά χρωμοσώματα των Ευκαρυωτών, το DNA υπάρχει σε μια ημι-διαταγμένη δομή, όπου είναι τυλιγμένο γύρω από ιστόνες (δομικές πρωτεΐνες), διαμορφώνοντας ένα σύνθετο υλικό, αποκαλούμενο χρωματίνη.
Χρωματίνη
Η χρωματίνη είναι η σύνδεση DNA και πρωτεϊνών που βρίσκονται στον ευκαρυωτικό πυρήνα και συσκευάζει τα χρωμοσώματα σε πακέτα.
Η δομή της χρωματίνης ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των διαφορετικών σταδίων του κύκλου κυττάρων, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του DNA.
Οι Προκαρυώτες - βακτήρια και archaea - τυπικά έχουν ένα ενιαίο κυκλικό χρωμόσωμα, αλλά υπάρχουν πολλές παραλλαγές.
Τα περισσότερα βακτηρίδια έχουν ένα ενιαίο κυκλικό χρωμόσωμα που μπορεί να κυμανθεί σε μέγεθος από μόνο 160.000
ζευγάρια βάσεων στο βακτήριο endosymbiotic ruddii Candidatus Carsonella, μέχρι σε 12.200.000
ζευγάρια βάσεων στο βακτήριο Cellulosum Sorangium.
Συσκευασία DNA
Οι Προκαρυώτες δεν διαθέτουν σχηματισμένο πυρήνα.
Για αυτό τον λόγο το DNA τους οργανώνεται σε μια δομή αποκαλούμενη πυρηνοειδή.
ο πυρηνοειδής είναι μια ευδιάκριτη δομή και καταλαμβάνει μια καθορισμένη περιοχή του βακτηριακού κυττάρου.
Αυτή η δομή είναι, εντούτοις, δυναμική και διατηρείται και αναδιαμορφώνεται από τις ενέργειες μιας σειράς πρωτεϊνών, οι οποίες συνδέονται με το βακτηριακό χρωμόσωμα.
Στα archaea, το DNA στα χρωμοσώματα είναι οργανωμένο, με το DNA να συσκευάζεται μέσα στις δομές παρόμοιες με τα ευκαρυωτικά νουκλεοσώματα.
Τα βακτηριακά χρωμοσώματα τείνουν να δένονται στη μεμβράνη του πλάσματος των βακτηρίων.
Αυτοί οι πίνακες δίνουν το συνολικό αριθμό των χρωμοσωμάτων (συμπεριλαμβανομένων των φυλετικών χρωμοσωμάτων) σε έναν πυρήνα κυττάρων.
Παραδείγματος χάριν, τα ανθρώπινα κύτταρα είναι διπλοειδή και έχουν 22 διαφορετικούς τύπους αυτοσωμάτων.
Κάθε χρωμοσωμα έχει ως δύο αντίγραφα και δύο φυλετικά χρωμοσώματα.
Αυτό δίνει 46 χρωμοσώματα στο σύνολο.
Άλλοι οργανισμοί έχουν περισσότερα από δύο αντίγραφα των χρωμοσωμάτων τους, όπως ο σίτος ψωμιού, ο οποίος είναι εξαπλοειδής και έτσι έχει έξι αντίγραφα επτά διαφορετικών χρωμοσωμάτων - 42 χρωμοσώματα στο σύνολο.
