1

STRUCTURA CROMOZOMILOR

Structura cromozomilor se studiaz n mod

obinuit n profaz sau n metafaza mitozei, cnd

aspectele lor morfologice sunt bine evideniate.

Elementele morfologice i structurale ale

cromozomilor sunt prezentate n figurile 1 i 2.

Fig. 1. Modelul morfologic al unui cromozom

Fig. 2. Structura cromozomului: 1 centromer; 2 cromatid; 3 cromonem; 4 cromomer; 5 matrix; 6 nucleol; 7 i 10 zone heterocromatice; 8 satelit; 9 strangulare primar; 11 zone eucromatice; 12 strangulatie secundar

Cromatidele. Reprezint cele

dou subuniti longitudinale ale

cromozomului i care se menin cuplate

la nivelul centromerului. Separarea

complet a cromatidelor are loc la

sfritul metafazei i nceputul anafazei, dup care fiecare din ele se ndreapt spre un pol al

celulei.

Examinnd cromozomii ntr-un ciclu celular complet, acetia vor fi monocromatidici n

anafaz, talofaz i stadiul G1 al interfazei, iar n stadiul G2, profaz i metafaz sunt

bicromatidici, (fig. 3). n stadiul S al interfazei, nu se poate vorbi de cromozomi mono sau

bicromatidici, deoarece are loc replicarea semiconservativ a cromozomilor, dublndu-se

cantitatea de ADN, iar cromozomii monocromatidici devin bicromatidici.

2

Centromerul sau constricia primar. Reprezint puntea de legtur dintre cele dou

cromatide surori, dup replicare. n apropierea centromerului cromatidele sunt mai subiate,

astfel c zona centromeric poart numele i de constricie primar sau kinetocor.

Fig. 3. Alternana cromozomilor mono i bicromatidici.

Centromerului, prezen permanent n

morfologia cromozomului, i se atribuie urmtoarele

funcii:

9 menine unitatea structural a cromozomului (fragmentele lipsite de centromer i

pierd funcia genetic);

9 asigur meninerea cuplat a celor dou cromatide surori, dup replicarea semiconservativ;

9 permite ataarea cromozomilor de fibrele fusului de diviziune formnd placa metafazic, precum i deplasarea cromozomilor nou formai, dup clivajul longitudinal, spre

polii celulei.

Braele cromozomului. De-a lungul cromozomului, centromerul se poate afla n orice

poziie, ns ntotdeauna aceast poziie este constant pentru un cromozom dat. Prin poziia sa,

centromerul mparte cromatidele n dou brae: braul scurt notat convenional cu p (ptit) i

braul lung q, (litera din alfabet imediat urmtoare dup p). Aceast nomenclatur este unanim

acceptat n citogenetica uman i animal.

Poziia centromerului poate fi stabilit prin folosirea a trei indici de exprimare:

indicele centromeric:

Ic = qp

p+= 100

uicromozomul a atotal lung.100scurt bra lung. (

raportul dintre brae:

r = pq

diferena de lungime a braelor: d = q p

Constriciile secundare. O trstur morfologic vizibil pe unii cromozomi, n

coloraie convenional, este prezena unor zone constricionale de mrime diferit, ns n limite

caracteristice pentru fiecare cromozom dat. Aceste zone sunt despiralizate, fr diminuarea

cantitii de ADN.

3

Unele constricii secundare delimiteaz zone satelitice de restul cromozomului, cu rol n

organizarea nucleolar.

Sateliii. Sunt poriuni de cromozom, individualizate graie constriciilor secundare i

care rmn legate de cromozom printr-un peduncul subire.

La nivelul filamentelor satelitice, sunt prezente genele care codific sinteza ARN-

ribozomal i tot aici are loc asocierea cu organizatorii nucleolari.

Organizatorul nucleolar. Reprezint regiunea cromozomic de contact, unde se

formeaz nucleolul. Fiecare set haploid de cromozomi, cuprinde cel puin un organizator

nucleolar. Deleia complet a organizatorilor nucleolari este letal pentru celul i individ.

Organizatorii nucleolari sunt responsabili de sinteza diverselor tipuri de ARN-ribozomal.

Telomerele. Reprezint structura din zona terminal liber a cromozomilor, asigurnd

individualitatea i nefuziunea ntre cromozomi.

Prin deleia talomerelor, cromozomii devin instabili, fiind posibil fuziunea

intercromozomic sau formarea cromozomilor inelari.

n zona talomerelor se gsesc secvene de ADN foarte simple, repetate n tandem.

Cromonemele. Reprezint filamentele foarte fine, spiralizate, prezente n interiorul

cromatidelor, constituind elementul structural de baz al cromozomilor.

Cromomerele. Sunt zonele puternic spiralizate ale cromonemelor, colorndu-se intens.

Acestea sunt n numr mare, fiind dispuse liniar i transversal n cromozomi i apar la nceputul

profazei mitotice sau meiotice. Dimensiunea i numrul acestora, variaz n limite foarte largi de

la un cromozom la altul fiind caracteristice fiecrui individ.

Compoziia chimic a cromozomilor. n cromozomii celulelor eucariote se gsesc

urmtoarele componente: ADN (circa 30%), ARN (circa 5%), proteine histonice (30 - 40%),

proteine nehistonice (10 - 25%), fosfolipide, ioni de Ca2+, Mg2+ .a.

BENZILE CROMOZOMALE

Cu ajutorul metodelor specifice de colorare, se evideniaz pe cromozomi o alternan de

zone mai intens sau mai puin intens colorate, constituind astfel un model caracteristic pentru

fiecare pereche de cromozomi omologi. Tehnicile prin care se evideniaz benzile cromozomale

se numesc tehnici de bandare.

Banda, este definit ca parte din cromozom, clar delimitat de segmentele adiacente,

prin zone mai ntunecate sau mai luminate. Nomenclatura benzilor i dispoziia lor pe fiecare

cromozom a fost standardizat la om (fig. 4), dar i la unele specii de animale.

4

Fig. 4. Prezentarea i numerotarea benzilor pe cromozomul 1 uman: p braul scurt; q braul lung

Benzile Q prezint un polimorfism transmis mendelian. Acestea

apar n zone bogate n baze azotate adenin - timin, precum i n zonele

bogate n ADN repetitiv.

Benzile C. Cu ajutorul acestor benzi este localizat

heterocromatina constitutiv a cromozomilor. Astfel aceste benzi apar n

zona centromerului, a constriciilor secundare, n regiunea distal a

braului q al cromozomul Y, precum i n zona organizatorilor nucleolari.

Regiunile cu benzi C, sunt bogate n ADN nalt repetitiv i n

citozin.

Benzile G sunt identice cu benzile Q.

Benzile R dau modele opuse benzilor G, colornd intens zonele bogate n guanin -

citozin.

Benzile T apar n zonele telomerice.

Factorii implicai n formarea benzilor. n adiia discontinu a coloranilor i

delimitarea zonelor intens colorate i slab colorate, sunt implicai urmtorii factori:

9 ADN-ul repetitiv; 9 diferene n componena de baze azotate a ADN-ului; 9 diferene n dispoziia proteinelor i a gradului de pliere sau de condensare a ADN-ului sau a fibrei de cromatin n cromozom.

NSUIRILE FUNDAMENTALE ALE CROMOZOMILOR

Rolul cromozomilor n ereditate rezult din nsuirile lor fundamentale, care se refer la:

constana numeric, mrimea i forma cromozomilor, dispunerea n perechi i individualitatea

acestora.

a. Stabilitatea numeric a cromozomilor. Numrul de cromozomi este caracteristic

fiecrei specii i acelai n condiii normale, n toate celulele organismului.

Astzi, numrul de cromozomi se cunoate la cteva mii de specii de plante i animale,

(tab. 1).

Numrul de cromozomi este o caracteristic constant la indivizii unei specii i se

realizeaz datorit capacitii cromozomilor de autoreproducere n cursul diviziunii celulare.

b. Stabilitatea mrimii i formei cromozomilor. Constituie de asemenea o

caracteristic de specie.

5

Mrimea cromozomilor variaz n funcie de specie i de perechea de cromozomi, de la

0,1 - 25 microni ca lungime, iar ca grosime de la 0,1 - 0,2 microni.

Tabelul 1. Numrul de cromozomi din celulele somatice (2n), la cteva specii de animale i plante

Nr. crt. Specia de animale 2n Nr. crt. Specia de plante 2n1 Homo sapiens 46 1 Triticum monoccocum 142 Phesus Macaca mulatta (maimua) 42 2 Triticum durum 283 Equus caballus 64 3 Triticum aestivum 424 Equus przewalski 66 4 Secale cereale 145 Equus asinus 62 5 Hordeum sativum 146 Equus zebra hortmanae 32 6 Zea mays 207 Bos taurus 60 7 Solanum tuberosum 488 Bubalas bubalus (bivol) 50 8 Helianthus annuus 349 Bison bison (bizon) 60 9 Avena sativa 4210 Sus scrofa domesticus 38 10 Brassica oleracea 1811 Sus scrofa scrofa 36 11 Beta vulgaris 1812 Ovis aries 54 12 Canabis sativa 2013 Capra hircus (capra) 60 13 Glycine soya 4014 Capra ibex (ap slbatic) 60 14 Lupinus luteus 5215 Canis familiaris 78 15 Medicago sativa 3216 Canis lupus (lup) 78 16 Nicotiana tabacum 4817 Canis latrus (coiot) 78 17 Oryza sativa 2418 Felis domestica (pisica) 38 18 Papaver somniferum 2219 Felis tigris (tigru) 38 19 Phaseolus vulgarus 2220 Vulpes vulpes (vulpea) 38 20 Pisum sativum 1421 Gallus domesticus (gin) 77 21 Trifolium pratense 1422 Meleagris gallopavo (curc) 82 22 Trifolium hibridum 1623 Coturnix coturnix (prepelia japonez) 80 23 Trifolium repens 2824 Columbia livia (porumbei) 68 25 Oryctolagus cuniculus (iepurele domestic) 44 26 Lepus timidus (iepurele slbatic) 48 27 Apis mellifica 32 28 Bombyx mori 28 29 Cyprinus carpio 104 30 Drosophila melanogaster 8 31 Musca domestica 12 32 Plasmodium malarie 2

Forma cromozomilor se stabilete dup aspectul lor n metafaz, constituind un caracter

de gen i de specie. Cromozomii pot avea form sferic, de bastonae, asemntor literelor V, U,

L, I etc.

Cele dou brae ale cromozomilor pot fie egale sau inegale, n funcie de poziia

centromerului. n funcie de poziia centromerului, cromozomii pot fi de mai multe feluri (fig. 5):

metacentrici, cnd au centromerul plasat la mijlocul cromozomului, mprindu-l n dou brae egale, cromozomii avnd astfel forma literei V;

submetacentrici, cnd centromerul este amplasat n apropierea zonei mediane, mprind cromozomul n dou pri inegale, un bra scurt p i un bra distal lung q;

subtelocentrici, cu centromerul plasat n apropierea zonei terminale a cromozomului;

6

acrocentrici, cu centromerul plasat n regiunea subterminal pe cromozom, acesta prezentnd un singur bra q foarte lung (circa 9/10 din lungime) i un bra p foarte scurt,

avnd forma de bastonae.

e d c a b Fig. 5. Tipuri de cromozomi: a metacentric; b submetacentric; c subtelocentric;

d - acrocentric; e telocentric.

O alt categorie morfologic, cromozomii telocentrici, avnd centromerul plasat chiar

terminal pe cromozom, s-a dovedit dup 1980 c nu pot exista, cromozomii telocentrici fiind

instabili. Cromozomii care par telocentici, posed brae terminale minuscule, neobservabile la

microscopul optic (Swanson 1981; citat de Crlan M. 1996).

c. Dispunerea n perechi a cromozomilor. Este o alt caracteristic de baz a

cromozomilor, determinat de faptul c fiecare organism nou format este rezultatul contopirii

celor doi gamei, fiecare contribuind cu un numr egal de cromozomi.

Astfel n celulele somatice, cromozomii sunt dispui n perechi - unul de origine matern,

cellalt de origine patern, de aceeai form, mrime i valoare genetic, numindu-se

cromozomi omologi. Aceasta este starea diploid i se noteaz cu 2n.

n gamei, se gsete cte un cromozom din fiecare pereche de omologi, numrul fiind

redus la jumtate fa de celulele somatice. Aceasta va fi starea haploid, fiind notat cu n.

Un set haploid de cromozomi, poart denumirea de genom.

Refacerea numrului de cromozomi caracteristic speciei, are loc prin procesul de

fecundare, n urma cruia prin unirea celor dou genomuri din gamei, zigotul devine diploid

(2n).

d. Individualitatea cromozomilor. Este o nsuire care permite identificarea cu precizie

a lor, n celulele indivizilor din cadrul aceleiai specii. Pe parcursul ciclului celular, cromozomii

sufer modificri mari ca form i dimensiuni. Cu toate acestea ei apar la generaia urmtoare, n

acelai numr i sub aceeai form. Acest lucru apare evident n cazul hibridrilor, cnd speciile

se deosebesc sub aspectul formei i mrimii cromozomilor. La hibridul rezultat, se poate

identifica cu uurin cromozomii celor dou specii, ntruct ei i pstreaz individualitatea.

Individualitatea cromozomilor se manifest i ca structur i ca efecte genetice.

7

TIPURI SPECIALE DE CROMOZOMI

Pe lng tipul obinuit de cromozomi, au fost puse n eviden i alte tipuri, care se

deosebesc prin mrime, form, comportare i valoare genetic. Din aceast categorie pot fi

amintii: cromozomii uriai (cromozomii politeni), cromozomii de tip perie de lamp

(lampbrush) i microzomii (cromozomii suplimentari).

Cromozomii uriai (politeni). Se gsesc n glandele salivare ale larvelor de diptere.

Aceti cromozomi sunt mult mai mari dect cei din celulele somatice, fiind observai pentru

prima dat de E.G. Balbiani (1881), n glandele salivare ale larvelor de Chironomus.

Cromozomii uriai din glandele salivare de la Drosophila melanogaster, depesc de

circa 100 de ori dimensiunea cromozomilor normali, avnd o lungime total de 1.200 2.000 . Cromozomii uriai, sunt constituii din benzi transversale, alternative ca intensitate de

colorare, denumite inelele sau discurile lui Balbiani. Pe aceste benzi pot fi localizai cu precizie

locii diferitelor gene.

n anumite locuri din cromozomii uriai se observ c benzile acestora sufer o

expandare lateral, cu apariia unui aspect caracteristic de puffuri. Fiecare puf reprezint o

zon intens de transcriere a mesajului genetic (sintez de ARN-m), iar mrimea pufelor este

corelat cu intensitatea acestui proces transcripional.

La Drosophila melanogaster, studiul benzilor cromozomale din cromozomii uriai, a

permis stabilirea corespondenei dintre activitatea lor i sinteza proteic, identificndu-se

amplasarea genelor n cromozomi, alctuindu-se astfel harta genetic la aceast specie.

Cauza apariiei cromozomilor uriai, o reprezint duplicarea semiconservativ a

cromonemelor, fr a mai avea loc separarea lor n cromozomi independeni, fenomen denumit

endoreplicare. n acest fel apar cromozomii politeni, acetia coninnd de circa 1024 de ori mai

mult ADN, dect cromozomii normali.

Cromozomii tip perie de lamp (lampbrush). Aceti cromozomi au fost depistai n

nucleii ovocitelor la peti, reptile i psri.

Acetia reprezint perechi de cromozomi omologi care sunt conjugai prin cteva

chiasme. Cromonemele din cadrul fiecrei cromatide, formeaz din loc n loc nite bucle

filiforme, dispuse perpendicular pe axul cromozomului, dndu-i astfel aparena periei de sticl de

lamp.

Aceast form caracteristic a cromozomilor lampbrush este ntlnit doar n profaza I

meiotic. Ansele laterale ale acestor cromozomi, reprezint o anumit secven de AND cu o

activitate sintetic foarte intens, fiind modificri reversibile ale structurii cromozomilor la

nivelul unor gene foarte active.

8

La nivelul acestor centre active de transcripie, are loc fenomenul de amplificare genic.

Prin amplificare genic se mrete selectiv numrul de exemplare ale unor gene, datorit

necesitii deosebit de mari pentru unele proteine, ntr-un anumit stadiu de dezvoltare.

Cromozomii perie de lamp pot ajunge la dimensiuni foarte mari, la broasc (Rana

temporaria) pot atinge 800-1000 iar n ovocitul de triton la 500 800 .

Microzomii (cromozomii suplimentari). Reprezint o serie de cromozomi de

dimensiuni foarte mici, fiind pui n eviden la psri, porumb, secar, sorg etc.

Majoritatea speciilor de psri au un numr diploid de cromozomi 2n = 80. Dintre acetia

circa 3/4 sunt microzomi de dimensiuni foarte mici, n cele mai multe situaii neidentificabili

individual, coninnd 15 - 20% din cromatina nuclear.

Microzomii sunt cromozomi adevrai, dei unii citologi sugereaz existena aneuploidiei

sau a altor aberaii cromozomale n apariia acestora n numr aa de mare. Deoarece sunt foarte

mici, identificarea lor n totalitate ntr-o singur metafaz, este aproape imposibil.

n majoritatea cazurilor microzomii sunt constituii din cromatin dens, neavnd

omologie cu macrocromozomii.