Cromozomii

În nucleul unei celule, ADN-ul este asociat cu proteine și organizat în cromozomi. Ei poartă gene, adică secvențe de informație genetică. Când celula nu se divide, ADN-ul este mai puțin condensat și nu vezi de obicei cromozomii ca pe desenele în formă de „X” din manuale. Înaintea diviziunii, materialul genetic se copiază, apoi se compactează astfel încât să poată fi împărțit între celulele rezultate.

Un cromozom desenat ca „X” are două cromatide surori, copii formate după replicarea ADN-ului, unite într-o regiune numită centromer. Când cromatidele se separă, fiecare devine cromozom al unei celule-fiice. Nu număra cele două cromatide ale aceluiași cromozom ca doi cromozomi înainte de separare. Numărul cromozomilor depinde de specie; la om, celulele somatice au în mod obișnuit 46, grupați în 23 de perechi.

Într-o pereche de cromozomi omologi, unul provine de la mamă și unul de la tată. Ei au gene pentru aceleași tipuri de caractere în locuri corespunzătoare, dar pot avea variante diferite ale acestor gene. Omologii nu sunt același lucru cu cromatidele surori, care provin prin copierea unui singur cromozom înaintea diviziunii. Originea diferită explică de ce termenii nu sunt interschimbabili.

Structura unui cromozom metafazic. Este alcătuit din două cromatide surori, fiecare cu o moleculă de ADN dublu catenar asociată cu proteine. Centromerul (constricția primară) împarte cromozomul în brațul scurt ($p$) și brațul lung ($q$); la nivelul lui se află kinetocorul, structura proteică la care se atașează microtubulii fusului. Extremitățile se numesc telomeri. Unii cromozomi au și o constricție secundară, în care se află organizatorul nucleolar.

Cariotipul uman ordonează cromozomii pe perechi, după mărime și poziția centromerului. Cele 22 de perechi de autozomi sunt numerotate descrescător după mărime, iar perechea a 23-a, heterozomii, este XX la femeie și XY la bărbat. Grupele Denver sunt A (perechile 1–3), B (4–5), C (6–12 și X), D (13–15), E (16–18), F (19–20) și G (21–22 și Y). Colorarea cu Giemsa produce benzi caracteristice fiecărui cromozom.

Numărul de cromozomi este specific speciei și nu depinde de complexitatea organismului: Drosophila are $2n=8$, mazărea $14$, porumbul $20$, pisica $38$, omul $46$, cimpanzeul $48$, câinele $78$. Numărul haploid $n$ este jumătate din cel diploid $2n$. Cromozomii omologi au aceeași formă și aceleași gene, unul de la fiecare părinte.

Cromatina în ciclul celular. În interfază ADN-ul este sub formă de cromatină decondensată, nevizibilă ca cromozomi individuali. Replicarea din faza S dublează cantitatea de ADN. În profază cromatina se condensează, iar în metafază condensarea este maximă, de aceea cariotipul se întocmește din celule oprite în metafază. În anafază cromatidele surori se separă și devin cromozomi.

Locusul și alelele. Locusul este poziția unei gene pe cromozom. Cromozomii omologi poartă aceleași gene în aceiași loci, cu alele identice (homozigot) sau diferite (heterozigot). Gena grupei sanguine ABO se află pe cromozomul 9; o persoană cu genotipul ${\mathrm{I}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{I}}^{\mathrm{O}}$ are alela ${\mathrm{I}}^{\mathrm{A}}$ pe un omolog și alela ${\mathrm{I}}^{\mathrm{O}}$ pe celălalt, în același locus.

Exemplu rezolvat 1: cromozomii la musca de oțet. Celula somatică de Drosophila are $2n=8$. Câți cromozomi și câte cromatide are în diferite momente?

1. În faza G1: $8$ cromozomi, fiecare cu o cromatidă, deci $8$ cromatide.
2. După replicare (faza S) și până în metafază: tot $8$ cromozomi, dar fiecare cu două cromatide surori, deci $16$ cromatide.
3. În anafază cromatidele surori se separă și devin cromozomi: $16$ cromozomi în celulă, câte $8$ la fiecare pol.
4. Un gamet are $n=4$ cromozomi, câte unul din fiecare pereche.

Exemplu rezolvat 2: citirea formulelor cariotipului.

1. $46,\mathrm{XX}$: $44$ de autozomi și doi cromozomi X, deci cariotip feminin normal.
2. $47,\mathrm{XX},+21$: $47$ de cromozomi, trei exemplare ale cromozomului 21, adică sindrom Down la o femeie (vezi Aneuploidiile).
3. $45,\mathrm{X}$: lipsește un heterozom, $44$ de autozomi și un X, adică sindrom Turner.

Împachetarea ADN. Dubla helix (diametru $2$ nm) se înfășoară pe un octamer de histone, câte două molecule din H2A, H2B, H3 și H4, cu circa $146$ de perechi de baze pe nucleosom; histona H1 leagă nucleosomii între ei. Șirul de nucleosomi se strânge în fibra de $30$ nm și apoi în bucle, până la cromozomul metafazic. Un nucleu diploid uman conține circa $6\cdot 10^9$ perechi de baze, deci un ADN de aproximativ $6\cdot 10^9\cdot 0,34$ nm $=2,04$ m, strâns într-un nucleu de circa $6\mu \mathrm{m}$.

Eucromatina este decondensată și activă în transcriere; heterocromatina este condensată și inactivă transcripțional. Cea facultativă este exemplificată de unul dintre cromozomii X ai femeii, inactivat (corpuscul Barr).

Telomerii umani sunt repetiții ale secvenței $\mathrm{TTAGGG}$ și protejează capetele cromozomilor. Telomeraza, o enzimă care are o matriță de ARN, îi prelungește; este activă în celulele stem și în multe celule canceroase, iar în majoritatea celulelor somatice telomerii se scurtează la fiecare diviziune.

Numărarea. Într-o celulă umană somatică, în G1 sunt $46$ de cromozomi și $46$ de molecule de ADN; în G2 și în metafază, $46$ de cromozomi și $92$ de cromatide; în anafază, $92$ de cromozomi, câte $46$ la fiecare pol. Meioza produce gameți cu $n=23$; fără crossing-over, un individ poate forma $2^{23}=8388608$ combinații de cromozomi.

Exemplu în format de admitere (complement grupat). Despre cromozomi sunt corecte afirmațiile:

1. Nucleosomul este alcătuit dintr-un octamer de histone înfășurat de ADN.
2. Telomerii umani conțin repetiții ale secvenței TTAGGG.
3. Cromozomii acrocentrici umani poartă pe brațul scurt organizatori nucleolari.
4. Heterocromatina este regiunea cu transcriere intensă.

• a) „Numai afirmațiile 1, 2 și 3 sunt corecte.”
• b) „Numai afirmațiile 1 și 3 sunt corecte.”
• c) „Numai afirmațiile 2 și 4 sunt corecte.”
• d) „Numai afirmația 4 este corectă.”
• e) „Toate afirmațiile sunt corecte sau toate sunt false.”

Răspuns: a. Afirmația 1 este adevărată. Afirmația 2 este adevărată. Afirmația 3 este adevărată: cromozomii 13, 14, 15, 21 și 22 au organizatori nucleolari pe brațele scurte. Afirmația 4 este falsă: heterocromatina este condensată și puțin activă transcripțional.

Greșeli frecvente

• Greșit: Replicarea ADN-ului dublează imediat numărul cromozomilor.
  Corect: Dublează cantitatea de ADN și numărul cromatidelor, nu numărul cromozomilor înainte de separare.
• Greșit: Cromatidele surori sunt cei doi omologi ai perechii.
  Corect: Sunt copii ale aceluiași cromozom.
• Greșit: Numărul de cromozomi arată cât de complex este organismul.
  Corect: Numărul este specific speciei: pisica are $38$, câinele $78$, iar omul $46$.
• Greșit: Autozomii sunt cromozomii masculini, heterozomii cei feminini.
  Corect: Autozomii sunt cromozomii nesexuali; heterozomii determină sexul și sunt XX sau XY.

Înainte și după