Centromerii sunt structuri cromozomiale responsabile de direcția de mișcare a cromozomilor în timpul mitozei. Funcțiile centromerelor includ aderența cromatidelor surori, formarea kinetocorului, împerecherea cromozomilor omologi și implicarea în controlul expresiei genetice. La majoritatea eucariotelor, centromerii nu conțin o secvență specifică de ADN. Acestea conțin de obicei repetări (de exemplu, ADN satelit) care sunt similare, dar nu identice. La nematodul Caenorhabditis elegans și la unele plante, cromozomii sunt holocentrici, adică. formarea kinetocorului nu este localizată într-o anumită zonă, ci are loc difuz pe toată lungimea cromozomului.
Centromeri de drojdie
Centromer Sp 35-110 kb lungime (cu cât cromozomul este mai lung, cu atât centromerul este mai mic) și este format din două domenii - regiunea centrală a miezului și regiunea exterioară repetitivă (otr), reprezentată de heterocromatină (Fig. 1). Regiunea centrală a miezului constă dintr-o regiune de ADN nerepetitiv (cnt) și o regiune de inversat
se repetă (imt) de-a lungul marginilor lui cnt. În regiunea miezului central, histona normală H3 este înlocuită cu omologul său (CENP-A în Sc) și kinetocorul este asamblat în această locație. Genele marker inserate în secvența centromeră devin inactive din punct de vedere transcripțional. Tăcerea lor depinde de poziție, de exemplu, este mai puternică pe repetările exterioare și mai puțin pronunțată în regiunea centrală. Proteinele Mis6, Mis12, Mal2 și Sim4 se leagă de regiunea centrală a centromerului. Regiunea centrală este parțial digerată de nucleaza micrococică, ceea ce indică o organizare specială a cromatinei, iar această organizare nu depinde de ADN (ADN-ul transferat către Sp sau către alte părți ale cromozomului nu păstrează această organizare). Repetările externe sunt împachetate în nucleozomi, cu histone deacetilate (folosind deacetilaze Clr3, Clr6 și Sir2). Clr4 metiltransferaza dimetilează H3K9, pe care stau Swi6 (analog cu HP1) și Chp1. Astfel, heterocromatina se formează pe centromer
(vezi recenzia Heterocromatina). Swi6 este responsabil pentru atașarea coezinelor la regiunea exterioară de repetare. otr constau din repetări dg și dh separate de alte repetări. Repetările interne și externe conțin grupuri de gene ARNt. S-a stabilit că repetele dg joacă un rol primordial în stabilirea activității centromerice.
ADN-ul regiunii centrale este bogat în AT și constă din trei secțiuni cnt1, cnt3 - 99% omoloage, situate de-a lungul tăierilor din cnt2 omoloage cu acestea în proporție de 48%. Imr stânga și dreapta sunt inversate și sunt unice pentru fiecare centromer.
Orez. unu
Toți cei 16 centromeri sc au o lungime de 90 bp și conțin trei elemente: CDEI, CDEII și CDEIII (Fig. 2). CDEII este un distanțier neconservativ bogat în AT cu lungimea de 78-90 bp care separă CDEI și CDEIII. CDEI are o lungime de 8 bp. Această regiune nu este esențială pentru activitatea centromerului, dar ștergerea ei crește probabilitatea nealinierii cromozomilor în timpul mitozei. СDEII - 78-90 bp, conține ~90% perechi AT. Delețiile din această regiune întrerup formarea centromerului fără a perturba segregarea cromozomilor. СDEIII - 26 bp conține palindromuri imperfecte. O singură substituție de nucleotidă în această regiune întrerupe complet activitatea centromerică.
Orez. 2
Orez. 3 Secvențe de ADN cromozomal centromer sc
centromerul uman
Centromerul uman reprezintă o regiune de 1-4 Mb a satelitului a bogat în AT de ~171 bp lungime ( alfaoid). Sunt prezenți și alți sateliți. În cadrul repetărilor se stabilește locul de formare al centromerului, numit neocentromer. Secvența ADN primară din neocentromerul stabilit este irelevantă. Nu toți sateliții a devin centromer, în ciuda prezenței a doi loci bogati în a-sateliți, doar unul dintre ei devine un centromer activ. ADN-ul intact care conține alfa și plasat în nucleu nu formează un centromer activ, astfel încât mecanismul principal pentru formarea unui centromer activ rămâne neclar.
Până la mijlocul secolului trecut, numeroase studii citologice au arătat rolul decisiv al centromerului în morfologia cromozomilor. Mai târziu s-a constatat că centromerul, împreună cu cinetocorul (o structură constând în principal din proteine), este responsabil pentru divergența corectă a cromozomilor în celulele fiice în timpul diviziunii celulare. Rolul de ghidare al centromerului în acest proces este evident: la urma urmei, acesta este atașat fusul de diviziune, care, împreună cu centrii (polii) celulari, constituie aparatul diviziunii celulare. Datorită contracției firelor fusului, cromozomii se deplasează în timpul diviziunii către polii celulei.
De obicei sunt descrise cinci etape ale diviziunii celulare (mitoză). Pentru simplitate, ne vom concentra pe trei etape principale în comportamentul cromozomilor unei celule în diviziune (Fig. 2). În prima etapă, are loc o contracție liniară treptată și o îngroșare a cromozomilor, apoi se formează un fus de diviziune celulară, format din microtubuli. Pe al doilea, cromozomii se deplasează treptat spre centrul nucleului și se aliniază de-a lungul ecuatorului, probabil pentru a facilita atașarea microtubulilor de centromeri. În acest caz, învelișul nuclear dispare. În ultima etapă, jumătățile cromozomilor - cromatidele - diverg. Se pare că microtubulii atașați de centromeri, ca un remorcher, trag cromatidele către polii celulei. Din momentul divergenței, fostele cromatide surori se numesc cromozomi fiice. Ele ajung la polii fusului și se unesc în paralel. Se formează învelișul nuclear.
Orez. 2. Principalele etape ale mitozei.
De la stanga la dreapta: compactarea cromozomilor, formarea unui fus de fisiune; alinierea cromozomilor de-a lungul ecuatorului celulei,
atașarea fusului de centromeri; deplasarea cromatidelor spre polii celulei.
Cu o observare atentă, se poate observa că în procesul de diviziune celulară în fiecare cromozom, centromerul se află într-o poziție constantă. Menține o relație dinamică strânsă cu centrul celulei (polul). Diviziunea centromerului are loc simultan în toți cromozomii.
Metodele de secvențiere dezvoltate în ultimii ani au făcut posibilă determinarea structurii primare a ADN-ului secțiunilor extinse ale centromerilor umani, muștelor de fructe. Drosophila si plante Arabidopsis. S-a dovedit că atât în cromozomii oamenilor, cât și ai plantelor, activitatea centromeră este asociată cu un bloc de repetări organizate în tandem (monomeri) ale ADN-ului care au dimensiuni similare (170-180 de perechi de nucleotide, bp). Astfel de regiuni se numesc ADN satelit. La multe specii, inclusiv cele care sunt îndepărtate evolutiv unele de altele, dimensiunea monomerilor este aproape aceeași: diferite tipuri de maimuțe - 171 bp, porumb - 180 bp, orez - 168 bp, insecta Chironomus - 155 bp. Poate că acest lucru reflectă cerințele generale necesare pentru funcția centromerului.
În ciuda faptului că structura terțiară a centromerilor umani și Arabidopsis este organizată în același mod, secvențele de nucleotide primare (sau ordinea nucleotidelor) din monomerii lor s-au dovedit a fi complet diferite (Fig. 3). Acest lucru este surprinzător pentru o regiune a cromozomului care îndeplinește o funcție atât de importantă și versatilă. Cu toate acestea, la analiza organizării moleculare a centromerilor la Drosophila, s-a găsit un anumit model structural, și anume prezența secțiunilor de monomeri de aproximativ aceeași dimensiune. Astfel, la Drosophila, centromerul cromozomului X constă în principal din două tipuri de repetări simple foarte scurte (AATAT și AAGAG), întrerupte de retrotranspozoni (elemente mobile ADN) și „insule” de ADN mai complex. Toate aceste elemente au fost găsite în genomul Drosophila și în afara centromerilor, cu toate acestea, secvențele de ADN caracteristice fiecărui centromer nu au fost găsite în ele. Aceasta înseamnă că secvențele de ADN centromerice în sine nu sunt suficiente și nu sunt necesare pentru formarea unui centromer.
Orez. 3. Structura ADN-ului în centromerii umani și vegetali.
Dreptunghiurile corespund monomerilor organizați în tandem cu o secvență de nucleotide identică în interior (structura primară a ADN-ului). La diferite specii, structura primară a monomerilor ADN diferă, iar cea secundară este o spirală. Secvența monomerilor reflectă organizarea structurală de nivel superior a ADN-ului.
Această ipoteză este confirmată și de manifestarea activității centromerice în afara centromerilor normali. Astfel de neocentromeri se comportă ca niște centromeri obișnuiți: formează o constricție distinsă citologic și formează un cinetocor de legare a proteinelor. Cu toate acestea, analiza ADN-ului a doi neocentromeri umani și a centromerului obișnuit nu a relevat secvențe comune, ceea ce indică rolul posibil al altor componente structurale ale cromozomului. Ele pot fi proteine histonice și non-histone care se leagă de ADN, formând structura nucleozomală a cromatinei.
Rolul funcțional al structurii centromerice a cromatinei este confirmat de prezența unor variante de histonă H3 specifice fiecărei specii biologice în cromatina centromeră: la om se numesc CENP-A, la plante - CENH3. Dintre multele proteine prezente în kinetocor, doar două, CENH3 și proteina centromerică C (CENP-C), se leagă direct de ADN. Posibil, CENH3, care interacționează cu alte histone (H2A, H2B și H4), este cel care formează și determină tipul de nucleozomi specifici centromerului. Astfel de nucleozomi pot servi ca un fel de ancoră pentru formarea kinetocorului. Variantele de histonă H3 în centromerii diferitelor specii sunt similare cu molecula canonică de histonă H3 în locurile de interacțiune cu alte proteine histone (H2A, H2B, H4). Totuși, locul histonei centromerice H3, care interacționează cu molecula de ADN, se află aparent sub acțiunea de selecție. După cum sa discutat deja, structura primară a ADN-ului centromeric diferă între specii și s-a sugerat că histona centromerică H3 co-evoluează cu ADN-ul centromeric, în special la Drosophila și Arabidopsis.
Descoperirea histonei centromerice H3 a dat naștere unui punct de vedere extrem, conform căruia funcția centromeră și independența sa completă față de structura primară a ADN-ului sunt determinate de organizarea nucleozomală și de această histonă. Dar sunt acești factori suficienți pentru activitatea centromerului complet? Modelele care ignoră rolul structurii primare a ADN-ului ar trebui să presupună o distribuție aleatorie a modificărilor structurii ADN-ului centromer în diferite populații în absența selecției. Cu toate acestea, analiza ADN-ului satelit în centromerii umani și Arabidopsis a dezvăluit regiuni conservate, precum și regiuni cu o variabilitate mai mare decât media, indicând presiunea de selecție asupra ADN-ului centromer. În plus, centromerii artificiali au fost obținuți numai cu repetiții umane a-satelit amplificate din centromeri naturali, dar nu și din a-sateliții din regiunile pericentromerice ale cromozomilor.
Modelele în care factorul decisiv în determinarea poziției centromerului (conservat din generație în generație) și a funcțiilor acestuia este structura terțiară (sau chiar de ordin superior) a ADN-ului sunt mai puțin dificil de explicat. Conservatorismul său permite variații mari ale secvenței de nucleotide și nu exclude reglarea fină a structurii primare.
Henikoff și colegii săi au propus un model care descrie evoluția coordonată a ADN-ului și a proteinelor și duce la apariția centromerilor care funcționează optim, folosind exemplul diviziunii celulelor germinale feminine. După cum știți, în procesul de meioză, o celulă părinte dă naștere la patru celule fiice prin două diviziuni succesive. Ulterior, doar una dintre ele se transformă într-o celulă reproductivă feminină matură (gamet), care transmite informații genetice generației următoare, în timp ce celelalte trei celule mor. Conform acestui model, în cursul evoluției, datorită mutațiilor și altor mecanisme din cromozomi, centromerii cu catene mai lungi de monomeri ADN satelit sau cu o structură de nucleotidă primară care este mai favorabilă legăturii și lucrului coordonat cu forme specifice de CENH3 și CENP. -Pot apărea histonele C. În același timp, la unele organisme (arabidopsis, Drosophila), s-au obținut dovezi pentru o presiune de selecție pozitivă pentru CENH3, în timp ce pentru alte specii (cereale, mamifere) pentru CENP-C (Fig. 4a). Ca rezultat, astfel de centromeri cu un cinetocor îmbunătățit devin „mai puternici” și pot atașa un număr mai mare de microtubuli fusi (Fig. 4b). Dacă există mai mulți astfel de centromeri „puternici” în gameți, atunci are loc procesul de antrenare meiotică, care crește numărul de astfel de centromeri și se fixează o nouă variantă în populație.
Orez. 4. Model care explică evoluția centromerilor.
Mai sus, centromerii (ovale gri) conțin un set specializat de proteine (kinetocor), inclusiv histonele CENH3 (H) și CENP-C (C), care, la rândul lor, interacționează cu microtubulii fusului (linii roșii). În diverși taxoni, una dintre aceste proteine evoluează adaptiv și în acord cu divergența structurii ADN-ului centromerului primar.
Partea de jos - Modificările în structura sau organizarea primară a ADN-ului centromer (oval gri închis) pot crea centromeri mai puternici, rezultând mai mulți microtubuli atașați.
Genomica comparativă ajută la înțelegerea mecanismelor de formare și activitate a regiunilor centromerice ale cromozomilor. Un exemplu unic al structurii diverse a centromerilor este cromozomul 8 din genomul orezului. Împreună cu repetiția ADN-ului satelit și retrotranspozonii, conține gene transcrise activ; 48 dintre ele au avut secvențe cu omologie ridicată cu proteinele cunoscute. Aceste constatări resping opinia formată pe baza studiului centromerilor umani, Drosophila și Arabidopsis, conform căreia nu există gene care funcționează activ în centromeri.
Dacă structura moleculară a centromerilor diferitelor specii eucariote conține unele caracteristici universale (organizarea ADN-ului sub formă de tandem, monomeri relativ scurti și proteine cromatine specifice acestor loci), atunci este dificil de identificat orice regularități în dimensiunile acestora. regiuni. Da, drojdie Saccharomyces cerevisiae un segment de ADN de 125 bp este luat ca centromer funcțional minim, iar în drojdie Schizosaccharomyces pombe este mult mai complex și mai lung (de la 40.000 la 120.000 bp) și are mai multe niveluri de organizare. La om, componenta principală a centromerului cromozomului, ADN-ul satelit, formează catene lungi de monomeri organizați în tandem (de la 250.000 la 4 milioane bp). Dintre cei 12 cromozomi de orez din cromozomul 8, lungimea firului cu satelitul CentO este cea mai scurtă (~64 mii bp); a determinat poziția centromerului și dimensiunea lui aproximativă de 2 milioane bp. A fost posibil să se obțină secvența completă de ADN a acestei regiuni centromerice și să se determine regiunea (~750 mii bp) din interiorul acesteia, unde se formează direct kinetocorul. Principalul cluster CentO este situat în această zonă.
Plasticitatea surprinzătoare a centromerelor, în special a genelor active găsite în centromerul cromozomului 8 de orez, sugerează absența unei granițe stricte între centromer și restul cromozomului și chiar posibilitatea unei structuri dispersate a cromatinei centromerice. Cu toate acestea, datele publicate recent despre prezența unei bariere cromatinei între centromer în sine și heterocromatina pericentromerică din drojdie vorbesc împotriva existenței mai multor clustere în regiunea constricției cromozomilor. Schizosaccharomyces pombe. Bariera este o genă tARN alaninei. Ștergerea sau modificarea secvenței de barieră duce la eliberarea heterocromatinei pericentromerice dincolo de limitele sale obișnuite. În plus, absența unei bariere determină segregarea anormală a cromozomilor în timpul meiozei. Desigur, trebuie amintit că aceste rezultate cele mai interesante de până acum privesc doar un singur tip de drojdie.
În funcție de starea funcțională și fiziologică, celula se poate diviza în moduri diferite. Metode de divizare celule somatice mitoză, amitoză sau endomitoză. celulele sexualeîmparte prin meioză.
Mitoză - diviziunea celulara indirecta, insotita de spiralizarea cromozomilor. Există mai multe faze în mitoză:
I Prophase (din grecescul „pro” – înainte, „faze” – aspect). Are loc spiralizarea și scurtarea cromozomilor. Nucleolul și membrana nucleară dispar, centriolii diverg către polii celulei și se formează un fus de diviziune. Cromozomii sunt formați din două cromatide conectate printr-un centromer. Profaza este cea mai lungă fază a mitozei. Un set de material genetic - 2n 4s.
II Metafaza (din grecescul „meta” – mijlocul). Cromozomii, formați din două cromatide, se aliniază în planul ecuatorial al celulei. Fibrele fusului sunt atașate de centromeri. În fusul de diviziune se disting două tipuri de fire: 1) cromozomiale, asociate cu constricțiile primare ale cromozomilor, 2) centrozomiale, care leagă polii de diviziune. Setul de material genetic în acest moment este 2n 4s.
III Anafaza (din grecescul „ana” – sus). Cea mai scurtă fază de divizare. Centromerii cromozomi se separă, cromatidele (cromozomii fiice) devin independente. Fibrele fusului atașate de centromeri trag cromozomii fiice la polii celulei. Un set de material genetic - 2n 2s.
IV Telofaza. Cromozomii, formați dintr-o cromatidă, sunt localizați la polii celulei. Cromozomii despiralizează (se desfășoară). La fiecare pol se formează o membrană nucleară și nucleoli în jurul cromozomilor. Filamentele fusului de fisiune se dezintegrează. Citoplasma celulei este divizată (citokineza = citotomie). Se formează două celule fiice. Setul de material genetic al celulelor fiice este 2n 2s.
Diviziunea citoplasmei prin constricție în diferite celule are loc în moduri diferite. În celulele animale, invaginarea membranei citoplasmatice în timpul diviziunii celulare are loc de la margini spre centru. În celulele vegetale, se formează o partiție în centru, care apoi crește spre pereții celulei.
Semnificația biologică a mitozei. Ca urmare a mitozei, are loc distribuția exactă a materialului genetic între două celule fiice. Celulele fiice primesc același set de cromozomi pe care îl avea celula mamă - diploid. Mitoza menține constanta numărului de cromozomi într-un număr de generații și servește ca mecanism celular de creștere, dezvoltare a organismului, regenerare și reproducere asexuată. Mitoza este baza reproducerii asexuate în organism. Numărul de celule fiice formate în timpul mitozei este de 2.
Amitoza(din grecescul „a” – negație, „mitos” – fir) – diviziune celulară directă, în care nucleul se află într-o stare de interfază. Cromozomii nu sunt detectați. Diviziunea începe cu modificări ale nucleolilor. Nucleolii mari sunt împărțiți prin constricție. Aceasta este urmată de divizarea nucleului. Nucleul poate fi divizat printr-o singură constricție sau fragmentat. Nucleele fiice rezultate pot fi de dimensiuni inegale.
Acea. amitoza duce la apariția a două celule cu nuclei de mărimi și numere diferite. Adesea, după amitoză, nu se formează două celule, adică. după fisiunea nucleară nu are loc nicio separare a citoplasmei (citokineza). 2 și se formează celule multinucleate. Amitoza apare în celulele somatice învechite, degenerate.
Endomitoza- un proces în care dublarea cromozomilor dintr-o celulă nu este însoțită de diviziune nucleară. Ca urmare, numărul de cromozomi din celulă este înmulțit, uneori de zeci de ori în comparație cu numărul inițial. Endomitoza apare în celulele care funcționează intens.
Uneori, reproducerea cromozomilor are loc fără creșterea numărului lor în celulă. Fiecare cromozom se dublează de multe ori, dar cromozomii fiice rămân conectați între ei (fenomenul politeniei). Ca rezultat, se formează cromozomi giganți.
Meioză - o formă specială de diviziune celulară, în care celulele fiice haploide sunt formate din celule germinale materne diploide. Fuziunea celulelor germinale haploide masculine și feminine în timpul fertilizării duce la apariția unui zigot cu un set diploid de cromozomi. Ca rezultat, organismul fiică care se dezvoltă din zigot are același cariotip diploid ca și organismul mamă.
Meioza implică două diviziuni consecutive.
Diviziunea meiotică se numește reducere. Include 4 etape.
Profaza I. Cea mai lungă etapă. Este împărțit condiționat în 5 etape.
1) Leptoten. Nucleul este mărit. Începe spiralizarea cromozomilor, fiecare fiind format din două cromatide.
2) Zigoten. Are loc conjugarea cromozomilor omologi. Cromozomii omologi sunt cei care au aceeași formă și dimensiune. Cromozomii sunt atrași și atașați unul de celălalt pe toată lungimea.
3) Pachiten. Convergența cromozomilor se încheie. Cromozomii dublați se numesc bivalenți. Sunt formate din 4 cromatide. Numărul de bivalenți = setul haploid de cromozomi ai celulei. Spiralizarea cromozomilor continuă. Contactul strâns între cromatide face posibilă schimbul de regiuni identice în cromozomii omologi. Acest fenomen se numește crossing over (încrucișarea cromozomilor).
4) Diploten. Apar forțele de repulsie a cromozomilor. Cromozomii care alcătuiesc bivalenții încep să se îndepărteze unul de celălalt. În același timp, ele rămân interconectate în mai multe puncte - chiasme. În aceste locații se poate produce traversarea. Există în continuare spiralarea și scurtarea cromozomilor.
5) Diachineza. Repulsia cromozomilor continuă, dar ei rămân bivalenți la capete. Nucleolul și membrana nucleară se dizolvă, filamentele fusului de fisiune diverg către poli. Un set de material genetic - 2n 4c.
Metafaza I Bivalenții cromozomilor sunt localizați de-a lungul ecuatorului celulei, formând o placă de metafază. Fibrele fusului sunt atașate de ele. Un set de material genetic - 2n 4s.
Anafaza I Cromozomii diverg către polii celulei. Doar unul dintr-o pereche de cromozomi omologi ajunge la poli. Un set de material genetic - 1n 2s.
Telofaza I. Numărul de cromozomi de la fiecare pol al celulei devine haploid. Cromozomii sunt formați din două cromatide. La fiecare pol se formează o membrană nucleară în jurul unui grup de cromozomi, cromozomii se despiralizează, iar nucleul devine interfaz. Un set de material genetic - 1n 2s.
După telofaza I, citokineza începe în celula animală, iar formarea peretelui celular începe în celula vegetală.
Interfaza II găsit doar în celulele animale. Nu există duplicare ADN-ului.
Diviziunea a II-a meiotică se numește ecuatorială. Este ca mitoza. Diferența față de mitoză este că din cromozomi care au două cromatide se formează cromozomi formați dintr-o cromatidă. Diviziunea meiotică II diferă de mitoză și prin aceea că două grupuri de cromozomi și, în consecință, în celulă se formează două fusuri de diviziune în timpul diviziunii. Un set de material genetic în profaza II - 1n 2s, începând cu metafaza II - 1n 1s.
Semnificația biologică a meiozei. Ea duce la o scădere a numărului de cromozomi la jumătate, ceea ce determină constanța speciilor de pe Pământ. Dacă numărul de cromozomi nu scade, atunci în fiecare generație ulterioară ar exista o creștere a cromozomilor cu un factor de doi. Oferă eterogenitatea gameților în funcție de compoziția genelor (încrucișarea poate avea loc în profază, recombinarea liberă a cromozomilor poate avea loc în metafază). Întâlnirea aleatorie a celulelor germinale (= gameți) - spermatozoid și ovul cu seturi diferite de gene provoacă variabilitate combinativă. Genele părinților sunt combinate în timpul fertilizării, astfel încât copiii lor pot avea semne pe care părinții nu le-au avut. Numărul de celule formate este 4.
Sunt cromozomi dublu catenar, replicați, care se formează în timpul diviziunii. Funcția principală a centromerului este de a servi ca loc de atașare pentru fibrele fusului de fisiune. Axul alungește celulele și separă cromozomii pentru a se asigura că fiecare nou primește numărul corect de cromozomi când este completat sau .
ADN-ul din regiunea centromerică a unui cromozom este alcătuit dintr-o celulă dens împachetat cunoscută sub numele de heterocromatina, care este foarte compactată și, prin urmare, nu este transcrisă. Datorită prezenței heterocromatinei, regiunea centromerului este colorată cu coloranți mai întunecați decât alte părți ale cromozomului.
Locație
Centromerul nu este întotdeauna situat în regiunea centrală a cromozomului (vezi fotografia de mai sus). Cromozomul este format dintr-un braț scurt (p) și un braț lung (q), care se unesc în regiunea centromeră. Centromerii pot fi localizați atât în apropierea mijlocului, cât și în mai multe poziții de-a lungul cromozomului. Centromerii metacentrici sunt localizați în apropierea centrului cromozomilor. Centromerii submetacentrici sunt deplasați într-o parte față de centru, astfel încât un braț este mai lung decât celălalt. Centromerii acrocentrici sunt localizați aproape de capătul cromozomului, iar centromerii telocentrici sunt localizați la capătul sau în regiunea telomerului cromozomului.
Poziția centromerului este ușor de detectat în cariotipul uman. Cromozomul 1 este un exemplu de centromer metacentric, cromozomul 5 este un exemplu de centromer submetacentric, iar cromozomul 13 este un exemplu de centromer acrocentric.
Segregarea cromozomilor în mitoză
Înainte de începerea mitozei, celula intră într-o etapă cunoscută sub denumirea de interfază, în care își reproduce ADN-ul în pregătirea pentru diviziunea celulară. Se formează surori, care sunt conectate la centromerii lor.
În profaza mitozei, regiunile specializate de pe centromeri numite kinetocori atașează cromozomii de fibrele fusului. Kinetocorele sunt compuse dintr-o serie de complexe proteice care generează fibre cinetocor care se atașează de fus. Aceste fibre ajută la manipularea și separarea cromozomilor în timpul diviziunii celulare.
În stadiul de metafază, cromozomii sunt ținuți pe placa de metafază prin forțe egale ale fibrelor polare, apăsând pe centromeri.
În timpul anafazei, centromerii perechi din fiecare cromozom individual încep să divergă unul de celălalt, deoarece sunt mai întâi centrați în raport cu polii opuși ai celulei.
În timpul telofazei, cei nou formați includ cromozomi fiice individuali. După citokineză, se formează două diferite.
Segregarea cromozomilor în meioză
În meioză, celula trece prin două etape ale procesului de diviziune (meioza I și meioza II). În timpul metafazei I, centromerii cromozomilor omologi sunt orientați spre polii opuși ai celulelor. Aceasta înseamnă că cromozomii omologi se vor atașa în regiunile lor centromerice de fibrele fusului care se extind de la unul dintre cei doi poli ai celulei.
Când fibrele fusului se contractă în timpul anafazei I, cromozomii omologi sunt atrași către polii celulari opuși, dar cromatidele surori rămân împreună. În meioza II, fibrele fusului care se extind de la ambii poli celulari se atașează de cromatidele surori la centromerii lor. Cromatidele surori se separă în anafaza II când fibrele fusului le trag către polii opuși. Meioza are ca rezultat diviziunea și distribuția cromozomilor între patru noi celule fiice. Fiecare celulă conține doar jumătate din numărul de cromozomi din celula originală.
Centromerul este o secțiune a unui cromozom caracterizată printr-o secvență și o structură de nucleotide specifice. Centromerul joacă un rol important în procesul de diviziune a nucleului celular și în controlul exprimării genelor (procesul în care informația ereditară dintr-o genă este transformată într-un produs funcțional - ARN sau proteină).
Centromerul este implicat în conexiunea cromatidelor surori, formarea kinetocorului (o structură proteică de pe cromozom de care sunt atașate fibrele fusului de fisiune în timpul diviziunii celulare), conjugarea cromozomilor omologi și este implicat în controlul genei. expresie.
În regiunea centromerului sunt conectate cromatidele surori în profaza și metafaza mitozei și cromozomii omologi în profaza și metafaza primei diviziuni a meiozei. Pe centromere are loc formarea kinetocorilor: proteinele care se leagă de centromer formează un punct de atașare pentru microtubulii fusului de fisiune în anafaza și telofaza mitozei și meiozei.
Abaterile de la funcționarea normală a centromerului duc la probleme în aranjarea reciprocă a cromozomilor în nucleul de divizare și, ca urmare, la încălcări ale procesului de segregare a cromozomilor (distribuția lor între celulele fiice). Aceste tulburări duc la aneuploidie, care poate avea consecințe grave (de exemplu, sindromul Down la om, asociat cu aneuploidie (trisomie) pe cromozomul 21). La majoritatea eucariotelor, centromerul nu are o secvență specifică de nucleotide corespunzătoare. De obicei, constă dintr-un număr mare de repetări ADN (de exemplu, ADN satelit) în care secvența din elementele repetate individuale este similară, dar nu identică.
Cromozomii fiice formează centromeri în aceleași locuri ca și cromozomul matern, indiferent de natura secvenței situate în regiunea centromerului.
38. B– cromozomi
Un cromozom prezent în setul de cromozomi în exces față de numărul normal diploid de cromozomi este prezent în cariotip doar la anumiți indivizi din populație.; Cromozomii B sunt cunoscuți la multe plante și (oarecum mai rar) la animale, numărul acestora poate varia semnificativ (de la 1 la câteva zeci); deseori cromozomii B constau din heterocromatina (dar pot contine - aparent secundar - eucromatina) si sunt pasivi genetic, desi pot avea efecte secundare - de exemplu, la insecte, prezenta cromozomilor B determina adesea o aberatie crescuta a spermatozoizilor; în diviziunile celulare pot fi stabile, dar mai des instabile (uneori stabile mitotic, dar instabile în meioză, unde formează adesea univalenți); ocazional cromozomii B sunt izocromozomi; mecanismele de apariție a cromozomilor B sunt diferite - fragmentare, heterocromatinizarea cromozomilor în plus după o divergență incorectă de anafaza etc. Se presupune că cromozomii B se pierd treptat în celulele somatice ca urmare a moștenirii lor neregulate.
39 - Cromozomi politenici
Cromozomi giganți de interfază care apar în unele tipuri de celule specializate ca urmare a două procese: în primul rând, replicarea multiplă a ADN-ului, neînsoțită de diviziune celulară, și în al doilea rând, conjugarea cromatidei laterale. Celulele care au cromozomi politenici își pierd capacitatea de a se diviza, sunt diferențiate și secretă activ, adică politenizarea cromozomilor este o modalitate de a crește numărul de copii ale genelor pentru sinteza unui produs. Cromozomii politenici pot fi observați la Diptera, la plantele din celulele asociate cu dezvoltarea embrionului, la ciliați în timpul formării macronucleului. Cromozomii politene cresc semnificativ în dimensiune, ceea ce îi face mai ușor de observat și care a făcut posibilă studierea activității genelor în anii 1930. Diferența fundamentală față de alte tipuri de cromozomi este că cromozomii politenici sunt de interfază, în timp ce toți ceilalți pot fi observați numai în timpul diviziunii celulare mitotice sau meiotice.
Un exemplu clasic îl reprezintă cromozomii giganți din celulele larvelor glandelor salivare Drosophila melanogaster (Drosophila melanogaster).Replicarea ADN-ului în aceste celule nu este însoțită de diviziunea celulară, ceea ce duce la acumularea de catene de ADN nou construite. Aceste fire sunt strâns interconectate de-a lungul lungimii. În plus, sinapsa somatică a cromozomilor omologi are loc în glandele salivare, adică nu numai cromatidele surori se conjugă între ele, ci și cromozomii omologi ai fiecărei perechi se conjugă între ele. Astfel, în celulele glandelor salivare se poate observa numărul haploid de cromozomi.
40 - Cromozomi pentru lampbrush
Cromozomii Lampbrush, descoperiți pentru prima dată de W. Flemming în 1882, sunt o formă specială de cromozomi pe care o dobândesc în oochisturile (celule sexuale feminine) în creștere ale majorității animalelor, cu excepția mamiferelor. Aceasta este o formă gigantică de cromozomi care apare în celulele feminine meiotice în stadiul diploten al profasei I la unele animale, în special la unele amfibieni și păsări.
În ovocitele în creștere ale tuturor animalelor, cu excepția mamiferelor, în timpul etapei extinse de diploten a meiozei I profazei, transcripția activă a multor secvențe de ADN duce la transformarea cromozomilor în cromozomi în formă de perii pentru curățarea ochelarilor lămpii cu kerosen (cromozomi de tip lampbrush). Sunt semi-bivalenți foarte decondensați, constând din două cromatide surori. Cromozomii de tip lampbrush pot fi observați cu ajutorul microscopiei luminoase și se vede că aceștia sunt organizați ca o serie de cromomeri (conținând cromatină condensată) și bucle laterale pereche care emană din aceștia (conținând cromatina activă din punct de vedere transcripțional).
Cromozomii lampbrush de la amfibieni și păsări pot fi izolați din nucleul ovocitului folosind proceduri microchirurgicale.
Acești cromozomi produc o cantitate imensă de ARN sintetizat pe buclele laterale. Datorită dimensiunii lor gigantice și organizării pronunțate a buclei cromomerului, cromozomii perie de lampă au servit timp de multe decenii ca model convenabil pentru studierea organizării cromozomilor, funcționarea aparatului genetic și reglarea expresiei genelor în timpul profazei I. În plus, cromozomii de acest tip sunt folosiți pe scară largă pentru cartografierea secvențelor de ADN cu un grad ridicat de rezoluție, studierea fenomenului de transcriere a repetăților ADN în tandem care nu codifică proteine, analizarea distribuției chiasmelor etc.
Se încarcă...