Хромосоми еукаріотичних клітин

Як ви вже знаєте, ДНК у ядрах клітин еукаріотів утворює складний комплекс із білками — хроматин. Хроматин має вигляд нитки (подвійного ланцюга) ДНК, яка намотується навколо невеличких білкових кульок, утворених спеціальними білками — гістонами. Білкові кульки з намотаною ниткою ДНК називають нуклеосомами. Вони можуть скручуватися у просторі, утворюючи тоненьку спіраль. А ця спіраль здатна скручуватися в спіраль більшого діаметра, а потім ще більшого й ще (мал. 25.1).

Мал. 25.1. Упаковування ДНК у ядрі клітини

Процес скручування ДНК називають спіралізацією, або конденсацією, хроматину. Його результатом є те, що дуже довга нитка ДНК виявляється упакованою в дуже маленькому об’ємі. Але якщо надто сильно упакувати ДНК, то з неї неможливо буде зчитувати спадкову інформацію. Тому хроматин у ядрах клітин більшу частину часу не надто спіралізований: ті його ділянки, які потрібні для роботи клітини, майже не скручені, а ті, що клітиною в певний момент не використовуються, спіралізовані сильніше.

Мал. 25.2. Будова хромосоми на початку поділу клітини

Підготовка клітини до поділу

Перед поділом клітини спіралізація хроматину стає найдужчою, бо так набагато легше правильно розподілити ДНК між клітинами, які утворяться внаслідок поділу. Наслідком такого ступеня спіралізації є утворення хромосом — компактних структур із ДНК і білків. Кожна окрема нитка ДНК з білками має вигляд палички (це і є хромосома).

Але перед поділом клітини відбувається надзвичайно важливий процес — подвоєння всієї ДНК клітини. Тому кожна хромосома на початку поділу клітини складається з двох однакових паличок — хроматид, з’єднаних між собою в зоні спеціалізованих ділянок ДНК — центромер. Центромера є на кожній хроматиді. По різні боки від центромери розташовані плечі хромосоми. Тому на початку поділу клітини хромосоми мають Х-подібну (читається як «ікс-подібну») форму (мал. 25.2).

У клітинах еукаріотів кожна хромосома присутня в ядрі у двох копіях. Організм отримує по одній копії хромосоми від кожного зі своїх батьків. Такі хромосоми називають гомологічними.

Клітинний цикл

Клітинний цикл — це період існування клітини від моменту її утворення шляхом поділу материнської клітини до власного поділу або загибелі.

Він складається з двох основних частин — процесу поділу й інтерфази. Під час інтерфази в клітинах відбувається багато процесів, зокрема процес реплікації (подвоєння) ДНК, синтез РНК, білка та інших речовин. Клітини ростуть і накопичують речовини, необхідні для наступного поділу.

Поділ клітин може відбуватися по-різному. Прокаріотичні клітини діляться переважно шляхом простого поділу. У такому разі їхня бактеріальна хромосома (нуклеоїд) подвоюється шляхом реплікації. Нова копія прикріплюється до клітинної мембрани, після чого між ними формується нова клітинна стінка.

В еукаріотів процеси під час поділу є більш складними через наявність ядра та спадкового матеріалу у вигляді хромосом. У більшості випадків поділ еукаріотичних клітин відбувається у формі мітотичного або мейотичного поділу.

Мітотичний поділ

Мітотичний поділ — це поділ клітин, який відбувається під час нестатевого розмноження, а також під час росту й розвитку організмів. Такий поділ забезпечує збільшення кількості клітин, а також заміщення соматичних клітин. Мітотичний поділ складається з двох основних частин — мітозу (поділу ядра) і цитокінезу (поділу цитоплазми). А сам мітоз поділяють на чотири фази — профазу, метафазу, анафазу й телофазу.

В еукаріотів у результаті мітотичного поділу з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні. При цьому дочірні клітини отримують таку саму кількість хромосом, що й мала материнська клітина.

Інша частина клітинного циклу — інтерфаза — зазвичай триває значно довше, ніж поділ клітини. В цій фазі відбувається синтез молекул АТФ і білків, збільшення кількості основних органел цитоплазми, подвоєння молекул ДНК тощо.

Фази мітозу

У деяких спеціалізованих клітинах окремих організмів (наприклад, у слинних залозах деяких мух та комарів) у період інтерфази утворюються велетенські політенні хромосоми. Вони складаються з багатьох ниток ДНК (більше 1000), які після подвоєння не розходяться, а залишаються разом. Такі хромосоми дозволяють значно збільшити синтез окремих білків або інших молекул. Велике ядро інфузорії Oxytricha trifallax містить 16 000 хромосом, кожна з яких представлена великою кількістю (до 2 000) копій. Таким чином, загальна кількість хромосом у цьому ядрі становить кілька мільйонів. Але більшість таких хромосом містять лише по одному гену.