10.1: Kiini Idara

Last updated
Save as PDF

Page ID: 176067

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Ujuzi wa Kuendeleza

Eleza muundo wa genomes za prokaryotic na eukaryotic
Tofautisha kati ya chromosomes, jeni, na sifa
Eleza utaratibu wa compaction ya chromosome

Kuendelea kwa maisha kutoka seli moja hadi nyingine ina msingi wake katika uzazi wa seli kwa njia ya mzunguko wa seli. Mzunguko wa seli ni mlolongo wa utaratibu wa matukio unaoelezea hatua za maisha ya seli kuanzia mgawanyo wa seli moja ya mzazi hadi uzalishaji wa seli mbili mpya za binti. Njia zinazohusika katika mzunguko wa seli zinasimamiwa sana.

DNA ya Jenomu

Kabla ya kujadili hatua kiini lazima kufanya kuiga, uelewa zaidi wa muundo na kazi ya habari kiini maumbile ni muhimu. DNA ya kiini, iliyowekwa kama molekuli ya DNA iliyopigwa mara mbili, inaitwa genome yake. Katika prokaryotes, genome inajumuisha molekuli moja, mbili-stranded DNA kwa namna ya kitanzi au mduara (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kanda katika seli iliyo na nyenzo hii ya maumbile inaitwa nucleoid. Baadhi ya prokaryotes pia huwa na matanzi madogo ya DNA yanayoitwa plasmidi ambayo si muhimu kwa ukuaji wa kawaida. Bakteria zinaweza kubadilishana plasmidi hizi na bakteria nyingine, wakati mwingine hupokea jeni mpya zenye manufaa ambazo mpokeaji anaweza kuongezea kwenye DNA yao ya kromosomu. Upinzani wa antibiotic ni sifa moja ambayo mara nyingi huenea kupitia koloni ya bakteria kupitia kubadilishana plasmid.

Mfano unaonyesha kiini cha prokaryotiki kilicho na kromosomu moja, ya mviringo inayozunguka bure katika cytoplasm. — Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Prokaryotes, ikiwa ni pamoja na bakteria na archaea, wana kromosomu moja, ya mviringo iko katika kanda ya kati inayoitwa nucleoid.

Katika eukaryotes, genome ina molekuli kadhaa za DNA zilizopigwa mara mbili (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kila aina ya eukaryotes ina idadi ya tabia ya chromosomes katika nuclei ya seli zake. Seli za mwili wa binadamu zina kromosomu 46, huku gameti za binadamu (mbegu au mayai) zina kromosomu 23 kila mmoja. Kiini cha kawaida cha mwili, au kiini cha kuacha za kimwili, kina seti mbili zinazoendana za chromosomes, usanidi unaojulikana kama diploid. Barua n hutumiwa kuwakilisha seti moja ya chromosomes; kwa hiyo, viumbe vya diploid huteuliwa 2 n. Seli za binadamu ambazo zina seti moja ya kromosomu huitwa gameti, au seli za ngono; haya ni mayai na mbegu za kiume, na huteuliwa 1 n, au haploidi.

Chromosomes 23 kutoka kwa mwanamke wa mwanadamu ni kila rangi ya rangi tofauti ili waweze kujulikana. Wakati wa mzunguko mkubwa wa seli, kila chromosome hupandwa kwenye kamba nyembamba inayojitokeza yenyewe, kama kipande cha tambi. Chromosomes hujaza kiini chote cha spherical, lakini kila moja iko katika sehemu tofauti, na kusababisha nyanja nyingi za rangi. Wakati wa mitosis, chromosomes hupungua ndani ya baa nene, compact, kila rangi tofauti. Baa hizi zinaweza kupangwa kwa nambari ili kuunda karyotype. Kuna nakala mbili za kila kromosomu katika karyotype. — Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kuna jozi 23 za chromosomes za homologous katika kiini cha kike cha kibinadamu cha kibinadamu. Chromosomes iliyosafishwa hutazamwa ndani ya kiini (juu), imeondolewa kwenye seli katika mitosis na kuenea kwenye slide (kulia), na kupangwa kwa hila kulingana na urefu (kushoto); mpangilio kama huu huitwa karyotype. Katika picha hii, chromosomes zilionekana kwa stains za fluorescent kwa kutofautisha chromosomes tofauti. Njia ya kudanganya inayoitwa “uchoraji wa chromosome” inaajiri rangi za fluorescent zinazoonyesha chromosomes katika rangi tofauti (mikopo: Mradi wa Taifa wa Jenomu ya Binadamu/NIH)

Jozi zinazofanana za chromosomes katika kiumbe cha diploidi huitwa homologous (“maarifa sawa”) chromosomes. Chromosomes za homologous ni urefu sawa na zina makundi maalumu ya nucleotidi inayoitwa jeni katika sehemu moja hasa, au locus. Jeni, vitengo vya kazi vya chromosomes, huamua sifa maalum kwa kuandika kwa protini maalum. Tabia ni tofauti ya sifa hizo. Kwa mfano, rangi ya nywele ni tabia na sifa ambazo ni blonde, kahawia, au nyeusi.

Kila nakala ya jozi ya chromosomes ya homologous inatoka kwa mzazi tofauti; kwa hiyo, jeni wenyewe hazifanani. Tofauti ya watu binafsi ndani ya spishi ni kutokana na mchanganyiko maalum wa jeni zilizorithiwa kutoka kwa wazazi wote wawili. Hata mlolongo kidogo wa nucleotides ndani ya jeni unaweza kusababisha tabia mbadala. Kwa mfano, kuna utaratibu wa jeni tatu iwezekanavyo juu ya kromosomu ya binadamu ambayo kanuni kwa aina ya damu: mlolongo A, mlolongo B, na mlolongo O. Kwa sababu seli zote za binadamu za diploid zina nakala mbili za kromosomu ambayo huamua aina ya damu, aina ya damu (tabia) imedhamiriwa na matoleo mawili ya alama jeni ni kurithi. Inawezekana kuwa na nakala mbili za mlolongo sawa wa jeni kwenye chromosomes zote mbili za homologous, na moja kwa kila (kwa mfano, AA, BB, au OO), au utaratibu mbili tofauti, kama vile AB.

Tofauti ndogo za sifa, kama vile aina ya damu, rangi ya jicho, na handedness, huchangia tofauti ya asili inayopatikana ndani ya spishi. Hata hivyo, ikiwa mlolongo mzima wa DNA kutoka kwa jozi yoyote ya chromosomes ya homologous ya binadamu inalinganishwa, tofauti ni chini ya asilimia moja. Chromosomes ya ngono, X na Y, ni ubaguzi mmoja kwa utawala wa usawa wa kromosomu ya homologous: Mbali na kiasi kidogo cha homolojia ambacho ni muhimu kuzalisha gameti kwa usahihi, jeni zilizopatikana kwenye kromosomu X na Y ni tofauti.

Muundo wa Chromosomal ya Eukaryotic na Compaction

Kama DNA kutoka chromosomes zote 46 katika kiini cha seli za binadamu iliwekwa mwisho hadi mwisho, ingeweza kupima takriban mita mbili; hata hivyo, kipenyo chake kingekuwa nm 2 tu. Kwa kuzingatia kwamba ukubwa wa seli ya kawaida ya binadamu ni kuhusu 10 μm (seli 100,000 lined up hadi mita moja sawa), DNA lazima tightly vifurushi kifurushi kifafa katika kiini ya seli ya. Wakati huo huo, ni lazima pia kupatikana kwa urahisi kwa jeni kuonyeshwa. Wakati wa hatua fulani za mzunguko wa seli, vipande vya muda mrefu vya DNA vinatumiwa kwenye chromosomes za compact. Kuna njia kadhaa ambazo chromosomes zinaunganishwa.

Katika ngazi ya kwanza ya compaction, short stretches ya DNA mara mbili helix wrap kuzunguka msingi wa protini nane histone katika vipindi mara kwa mara pamoja urefu mzima wa kromosomu (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Tata ya DNA-histone inaitwa chromatin. Mchanga, histone DNA tata inaitwa nucleosome, na DNA inayounganisha nucleosomes inaitwa DNA ya kiungo. Molekuli ya DNA katika fomu hii ni karibu mara saba mfupi kuliko helix mara mbili bila histones, na shanga ni takriban nm 10 mduara, tofauti na kipenyo cha 2-nm cha helix mbili ya DNA. Ngazi inayofuata ya compaction hutokea kama nucleosomes na DNA linker kati yao ni coiled katika nyuzi 30-nm chromatin. Coiling hii inafupisha zaidi kromosomu ili sasa ni karibu mara 50 mfupi kuliko fomu iliyopanuliwa. Katika ngazi ya tatu ya kufunga, aina mbalimbali za protini za nyuzi hutumiwa kuingiza chromatin. Protini hizi za nyuzi pia zinahakikisha kwamba kila kromosomu katika kiini kisichogawanya kinachukua eneo fulani la kiini ambacho hakiingiliani na ile ya kromosomu nyingine yoyote (angalia picha ya juu kwenye Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kuna ngazi tano za shirika la kromosomu. Kutoka juu hadi chini: jopo juu inaonyesha DNA mara mbili helix. Jopo la pili linaonyesha helix mara mbili iliyofungwa karibu na protini iitwayo histones. Jopo la kati linaonyesha molekuli nzima ya DNA ikifunga karibu na histones nyingi, na kujenga muonekano wa shanga kwenye kamba. Jopo la nne linaonyesha kwamba fiber ya chromatin inaendelea zaidi ndani ya chromosome iliyoonyeshwa kwenye jopo la chini. — Kielelezo\(\PageIndex{3}\): DNA iliyopigwa mara mbili huzunguka protini za histone ili kuunda nucleosomes ambazo zinaonekana “shanga kwenye kamba.” Nucleosomes ni coiled katika nyuzi 30-nm chromatin. Wakati seli inakabiliwa na mitosis, chromosomes hupunguza hata zaidi.

DNA inaelezea katika awamu ya S ya interphase. Baada ya kuiga, chromosomes zinajumuisha chromatids mbili za dada zilizounganishwa. Wakati wa kukamilika kikamilifu, jozi za chromosomes zilizojaa identically zimefungwa kwa kila mmoja na protini za cohesin. Uunganisho kati ya chromatids ya dada ni karibu zaidi katika eneo linaloitwa centromere. Chromatids ya dada iliyounganishwa, yenye kipenyo cha karibu 1 μm, inaonekana chini ya darubini ya mwanga. Eneo la centromeric limefunguliwa sana na hivyo litaonekana kama eneo lenye vikwazo.

Unganisha na Kujifunza

Uhuishaji huu unaonyesha viwango tofauti vya kufunga kromosomu.

Muhtasari

Prokaryotes zina kromosomu moja ya mviringo inayojumuisha DNA mbili-stranded, ilhali eukaryotes zina chromosomes nyingi, linear linajumuisha chromatin iliyozungukwa na utando wa nyuklia. Chromosomes 46 za seli za somatic za binadamu zinajumuisha jozi 22 za autosomes (jozi zinazoendana) na jozi ya chromosomes za ngono, ambazo zinaweza au zisizofanana. Hii ni hali ya 2 n au diploid. Gameti za kibinadamu zina kromosomu 23 au seti moja kamili ya chromosomes; seti ya chromosomes imekamilika na mojawapo ya chromosomes ya ngono. Hii ni n au haploid hali. Jeni ni makundi ya DNA yanayolingana na protini maalumu. Tabia za kiumbe zinatambuliwa na jeni zilizorithiwa kutoka kwa kila mzazi. Chromosomes zilizopigwa zinajumuisha chromatids mbili za dada. Chromosomes huunganishwa kwa kutumia njia mbalimbali wakati wa hatua fulani za mzunguko wa seli. Madarasa kadhaa ya protini yanahusika katika shirika na kufunga kwa DNA ya chromosomal katika muundo uliojitokeza sana. Complex condensing compacts chromosomes, na kusababisha muundo kufupishwa ni muhimu kwa ajili ya ubaguzi chromosomal wakati mitosis.

faharasa

mzunguko wa seli: aliamuru mlolongo wa matukio ambayo kiini hupita kati ya mgawanyiko wa seli moja na ijayo

centromere: kanda ambayo chromatids dada hufungwa pamoja; eneo lenye vikwazo katika chromosomes iliyosababishwa

chromatid: molekuli moja ya DNA ya vipande viwili vya DNA iliyopigwa na protini zinazohusishwa uliofanyika pamoja katika centromere

diploid: kiini, kiini, au viumbe vyenye seti mbili za chromosomes (2 n)

gamete: haploidi uzazi kiini au kiini ngono (mbegu, poleni nafaka, au yai)

jini: kimwili na kazi kitengo cha urithi, mlolongo wa DNA kwamba codes kwa protini.

jenomu: jumla ya maelezo ya maumbile ya kiini au viumbe

haploidi: kiini, kiini, au viumbe vyenye seti moja ya chromosomes (n)

histone: moja ya sawa, iliyohifadhiwa sana, uzito wa chini wa Masi, protini za msingi zinazopatikana katika chromatin ya seli zote za eukaryotic; hushirikiana na DNA kuunda nucleosomes

chromosomes zinazofanana: kromosomu za morpholojia sawa na jeni katika eneo moja; viumbe vya diploid vina jozi za chromosomes za homologous (homologs), na kila homolog inayotokana na mzazi tofauti

locus: nafasi ya jeni kwenye chromosome

nucleosomu: subunit ya chromatin linajumuisha urefu mfupi wa DNA amefungwa kuzunguka msingi wa protini histone