If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Dacă sunteţi în spatele unui filtru de web, vă rugăm să vă asiguraţi că domeniile *. kastatic.org şi *. kasandbox.org sunt deblocate.

Conţinutul principal

Cromozomii

ADN, cromozomi și genomuri. Cromozomi omologi, cromatide surori și haploide/diploide.

Introducere

Atunci când o celulă se divide, una dintre principalele sale sarcini este să se asigure că fiecare dintre cele două noi celule primește o copie completă, perfectă a materialului genetic. Greșelile din timpul copierii sau împărțirea inegală a materialului genetic între celule pot duce la celule nesănătoase sau disfuncționale (și ar putea duce la boli precum cancerul).
Dar ce anume este acest material genetic și cum se comportă în timpul diviziunii celulare?

ADN și genomuri

ADN-ul (acid dezoxiribonucleic) este materialul genetic al organismelor vii. La om, ADN-ul se găsește în aproape toate celulele corpului și oferă instrucțiunile de care au nevoie pentru a crește, a funcționa și a reacționa la mediul lor.
Când o celulă din corp se divide, va transmite o copie a ADN-ului său către fiecare dintre celulele fiice. ADN-ul este transmis și la nivelul organismelor, ADN-ului din spermă și ovule combinându-se pentru a forma un organism nou care are material genetic de la ambii părinți.
La nivel fizic, ADN-ul este un șir lung de unități chimice împerecheate (nucleotide), de patru tipuri diferite, prescurtate A, T, C și G, și conține informații organizate în unități numite gene. De regulă, genele oferă instrucțiuni pentru producerea de proteine, ceea ce le conferă celulelor și organismelor caracteristicile lor funcționale.
Imaginea unei celule eucariote, care prezintă ADN-ul nuclear (în nucleu), ADN-ul mitocondrial (în matricea mitocondrială) și ADN-ul cloroplast (în stroma cloroplastului).
La eucariote, cum ar fi plante și animale, majoritatea ADN-ului se găsește în nucleu și se numește ADN nuclear. Mitocondriile, organitele care produc energia pentru celulă, conțin propriul lor ADN mitocondrial, iar cloroplastele, organitele care realizează fotosinteza în celulele vegetale, au de asemenea ADN cloroplastic. Cantitățile de ADN din mitocondrii și cloroplaste sunt mult mai mici decât cele găsite în nucleu. La bacterii, cea mai mare parte a ADN-ului se găsește într-o regiune centrală a celulei numită nucleoid, care funcționează similar unui nucleu, dar nu este înconjurat de o membrană.
Setul de ADN al unei celule se numește genomul său. Deoarece toate celulele unui organism (cu câteva excepții) conțin același ADN, se poate spune și că un organism are propriul său genom și, de vreme ce membrii unei specii au de obicei genomurii asemănătoare, se poate descrie și genomul unei specii. În general, când oamenii vorbesc despre genomul uman sau despre orice alt genom eucariot, se referă la setul de ADN găsit în nucleu. Se consideră că mitocondriile și cloroplastele au propriile lor genomuri.

Cromatina

Într-o celulă, ADN-ul nu există de obicei de unul singur, ci se asociază cu proteine specializate care îl organizează și îi dau structura. În eucariote, aceste proteine includ histonele, un grup de proteine bazice (încărcate pozitiv) ce formează „bobine” în jurul cărora se poate înfășura ADN-ul încărcat negativ. Pe lângă organizarea și compactarea ADN-ului, histonele joacă un rol important în a determina care gene sunt active. Complexul de ADN, histone și alte proteine structurale se numește cromatină.
Imaginea unui polimer ADN dublu catenar, înfășurat în jurul grupărilor de proteine histonice. ADN-ul înfășurat în jurul histonelor este organizat în structuri de ordin superior care dau formă cromozomului.
În cea mai mare parte a vieții celulei, cromatina este decondensată, adică se prezintă sub forma unor șnururi lungi și subțiri, care la microscop arată ca niște linii șerpuite. În această stare, ADN-ul poate fi accesat relativ ușor de mecanismele celulare (cum ar fi proteinele care citesc și copiază ADN-ul), ceea ce are un rol important în creșterea și funcționarea celulei.
Decondensată poate părea un termen ciudat pentru această stare – de ce să nu o numim pur și simplu „formă de șnur”? – însă pare mai logic când aflăm că cromatina se poate și condensa. Condensarea are loc atunci când celula urmează să se dividă. Când cromatina se condensează, se poate observa că ADN-ul eucariot nu este doar un șnur lung, ci este împărțit în bucăți separate, liniare, numite cromozomi. Și bacteriile au cromozomi, însă cromozomii lor sunt de obicei circulari.

Cromozomii

Fiecare specie are un număr caracteristic de cromozomi. Oamenii, de exemplu, au 46 de cromozomi într-o celulă normală a corpului (celulă somatică), în timp ce câinii au 781. La fel ca multe specii de animale și plante, oamenii sunt diploizi (2n), ceea ce înseamnă că majoritatea cromozomilor lor vin în seturi corespondente, cunoscute sub numele de perechi omologe. Cei 46 de cromozomi ai unei celule umane sunt organizați în 23 de perechi și se spune că cei doi membri ai fiecărei perechi sunt omologul unul celuilalt (cu excepția cromozomilor X și Y; vezi mai jos).
Spermatozoizii și ovulele umane au doar câte un cromozom omolog din fiecare pereche, adică sunt haploide (1n). Atunci când un spermatozoid și un ovul fuzionează, materialul lor genetic se combină pentru a forma un set complet, diploid, de cromozomi. Deci, pentru fiecare pereche omologă de cromozomi din genomul tău, unul dintre omologi provine de la mama și celălalt de la tata.
Imaginea cariotipului unui bărbat, cu cromozomii de la mamă și de la tată fals colorați în violet, respectiv verde.
Imagine modificată de la "Karyotype", de către Institutul Național de Sănătate (domeniu public).
Cei doi cromozomi dintr-o pereche omologă sunt foarte asemănători între ei și au aceeași mărime și formă. Cel mai important, poartă același tip de informație genetică: adică, au aceleași gene, în aceleași locații. Cu toate acestea, nu au neapărat aceleași versiuni de gene. Asta pentru că este posibil să fi moștenit două versiuni genetice diferite de la mamă și tată.
Ca exemplu concret, să luăm o genă din cromozomul 9 care determină grupa de sânge (A, B, AB, sau O)2. Este posibil ca o persoană să aibă două copii identice ale acestei gene, câte una pe fiecare cromozom omolog — de exemplu, este posibil să ai o doză dublă din versiunea genei pentru tipul A. Pe de altă parte, este posibil să ai două versiuni genetice diferite pe cei doi cromozomi omologi, cum ar fi una pentru tipul A și una pentru tipul B (ceea ce determină grupa de sânge AB).
Cromozomii sexuali, X și Y, determină sexul biologic al unei persoane: XX definesc femelele și XY definesc masculii. Acești cromozomi nu sunt omologi adevărați și reprezintă o excepție de la regula acelorași gene în aceleași locuri. În afară de regiunile mici de similitudine necesare în timpul meiozei, sau producerii de celule sexuale, cromozomii X și Y sunt diferiți și poartă gene diferite. Cei 44 de cromozomi non-sexuali de la om se numesc autozomi.

Cromozomii și diviziunea celulară

Imaginea unei celule în timpul replicării ADN-ului (toți cromozomii din nucleu sunt copiați) și condensarea cromozomială (toți cromozomii devin compacți). În prima imagine, în nucleul celulei sunt patru cromozomi decondensați, în formă de șnur. După replicarea ADN-ului, fiecare cromozom constă acum din două cromatide surori, atașate fizic. După condensarea cromozomială, cromozomii se condensează pentru a forma structuri compacte (alcătuite tot din două cromatide).
Când celula se pregătește să se dividă, trebuie să facă o copie a fiecăruia dintre cromozomii săi. Cele două copii ale unui cromozom se numesc cromatide surori. Cromatidele surori sunt identice între ele și sunt lipite una de cealaltă prin proteine numite coezine. Conexiunea dinte cromatidele surori este mai puternică în zona centromerului, o regiune a ADN-ului care este importantă în separarea lor în etapele ulterioare ale diviziunii celulare.
Cât timp cromatidele surori sunt conectate în zona centromerului, se consideră că încă sunt un singur cromozom. Totuși, imediat ce sunt despărțite în timpul diviziunii celulare, fiecare dintre acestea este considerată un cromozom separat.
Ce se întâmplă cu cromozomul când celula se pregătește pentru diviziune.
  1. Cromozomul constă dintr-o singură cromatidă și este decondensat (lung și în formă de șnur).
  2. ADN-ul este copiat. Cromozomul constă acum din două cromatide surori, care sunt conectate prin proteine numite coezine.
  3. Cromozomul se condensează. Încă este format din două cromatide surori, dar acum sunt scurte și compacte, nu lungi și în formă de șnur. Sunt cel mai puternic conectate în regiunea centromerului, care este „talia” subțire a cromozomului.
  4. Cromatidele sunt despărțite. Fiecare este considerată acum un singur cromozom.
De ce își supun celulele cromozomii acestui proces de replicare, condensare și separare? Răspunsul, pe scurt, este acesta: pentru a se asigura că, în timpul diviziunii celulare, fiecare celulă nouă primește exact o copie a fiecărui cromozom.
Pentru un răspuns mai satisfăcător, vezi articolele și videoclipurile despre ciclul celular și mitoză. Acolo, poți vedea modul în care comportamentul cromozomilor ajută celulele să transfere un set perfect de ADN către fiecare celulă fiică în timpul diviziunii.