Гомологічні хромосоми: склад і функції

Пара гомологічних хромосом, або гомологий, являє собою набір з однієї материнської і однієї батьківської хромосом, які спаровуються один з одним усередині клітини під час мейозу. Гомології мають однакові гени в тих же локусах, де вони дають точки вздовж кожної хромосоми, які дозволяють парі хромосом правильно поєднуватися один з одним перед поділом під час мейозу. Це основа менделєєвськая спадкування, яке характеризує закономірності успадкування генетичного матеріалу від організму до його батьківської клітці.

Що з себе представляють

Гомологічні ділянки хромосом являють собою лінійні розташування конденсованих дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) і гистоновых білків, які утворюють комплекс, званий хроматином. Вони складаються з пар хромосом приблизно однакової довжини, положення центромер і малюнка для фарбування генів з однаковими різними локусами. Одна гомологичная хромосома успадковується від матері організму, інша – від батька.

Після того як мітоз відбудеться в дочірніх клітинах, у них є правильне кількість генів, які є сумішшю ДНК двох батьків. У диплоїдних (2n) організмів складається з одного набору кожної гомологічної пари, на відміну від тетраплоїдних організмів, які можуть мати два набори з кожної гомологічної пари. Алелі на гомологічних хромосомах можуть бути різними, що призводить до різних фенотипам одних і тих же генів. Це змішання материнських і батьківських ознак посилюється шляхом схрещування під час мейозу, при якому довжини хромосомних плечей і ДНК, які вони містять в хромосомної парі, обмінюються один з одним.

Історія відкриття

На початку двадцятого століття Вільям Бейтсон і Реджинальд Паннетт вивчали генетичне спадкування, і вони зазначили, що деякі комбінації алелей з’являлися частіше, ніж інші. Ці дані і інформація були додатково досліджено Томасом Морганом. Використовуючи експерименти по перехресному тестування, він виявив, що для одного з батьків алелі, розташовані поруч один з одним по всій довжині хромосоми, рухаються разом.

Використовуючи цю логіку, він уклав, що два гени, які він вивчав, були розташовані на гомологічних хромосомах. Пізніше, в 30-х роках минулого століття, Гаррієт Крейтон і Барбара Макклінток вивчали мейоз в клітинах кукурудзи та локуси на її хромосомах. Ці вчені виявили, що нові комбінації алелей, присутні в потомстві, і випадок кросинговеру були безпосередньо пов’язані. Це довело межхромосомную генетичну рекомбінацію.

Склад

Гомологічні хромосоми — це хромосоми, які містять однакові гени в одному і тому ж порядку вздовж своїх хромосомних плечей. Існує два основних властивості: довжина хромосомних плечей і розташування центромери.

Фактична довжина руки, у відповідності з розташуванням, є критично важливою для правильної кон’югації гомологічних хромосом. Центромерное розміщення може бути охарактеризоване чотирма основними способами: метацентрическим, субметацентрическим, телоцентрическим і акроцентрическим. Ці властивості є основними чинниками для створення структурної гомології між хромосомами. Отже, коли дві хромосоми з точною структурою існують, вони здатні злучатися, утворюючи гомологічні хромосоми.

Оскільки гомології не ідентичні і не походять з одного і того ж організму, вони відрізняються від сестринських хроматид. Сестринські хроматиди з’являються після того, як сталася реплікація ДНК, і, таким чином, є ідентичними паралельними дублікатами один одного.

В людях

У людини всього 46 гомологий, тобто тільки 22 пари гомологічних аутосомним хромосом. Додаткова 23-я пара — це статеві X і Y. Якщо ця пара складається з статевих хромосом, то вона не є гомологічною, оскільки їх розмір і зміст сильно розрізняються. 22 пари гомологий містять одні і ті ж гени, але кодують різні ознаки у своїх алельних формах, оскільки одна була успадкована від матері, а інша — від батька. Таким чином, у людей є два гомологічних набору в кожній клітині, що означає, що люди є диплоїдними організмами.

Функції

Гомологічні хромосоми важливі в процесах мейозу і мітозу. Вони дозволяють рекомбінувати і випадково розділяти генетичний матеріал від матері та батька в нові клітини.

Мейоз являє собою раунд з двох клітинних поділів, що приводить до чотирьох дочірнім гаплоидным клітин, кожна з яких містить половину кількості хромосом в якості батьківської клітини. Він зменшує кількість хромосом у статевих клітинах вдвічі, спочатку розділяючи гомології в мейозі I, а потім сестринські хроматиди в мейозі II. Процес мейозу і зазвичай довше, ніж мейозу II, тому що потрібно більше часу для реплікації хроматину і для правильної орієнтації і поділу гомологічних хромосом за допомогою процесів спаровування і синапсу в мейозі I.

Під час мейозу генетична рекомбінація (випадкова сегрегація) і кросинговер виробляють дочірні клітини, кожна з яких містить різні комбінації, закодовані материнським і батьківським шляхом. Ця рекомбінація дозволяє вводити нові пари алелей і генетичну варіацію. Генетична мінливість організмів допомагає зробити популяцію більш стабільною, надаючи більш широкий спектр генетичних ознак для природного відбору.