Эукариотическая хромосома удерживается на митотическом веретене за счет присоединения микротрубочек к кинетохору, который образуется в центромерной области

Обычно центромеры содержат хроматин, обогащенный сателлитными последовательностями ДНК

При митозе сестринские хроматиды мигрируют к противоположным полюсам клетки. Это движение происходит потому, что хромосомы присоединены к микротрубочкам, противоположные концы которых связаны с полюсами. (Микротрубочки представляют собой внутриклеточные цилиндрические структуры, которые при митозе организуются таким образом, что соединяют хромосомы с полюсами клетки.)

Сайты в двух регионах , где организуются концы микротрубочек - поблизости от центриоли на полюсах и на хромосомах, - называются ЦОМТ (центры организации микротрубочек).

Рисунок ниже схематически иллюстрирует процесс разделения сестринских хроматид, происходящий между метафазой и телофазой митоза. Область хромосомы, ответственная за ее сегрегацию в митозе и мейозе, называется центромера. Посредством микротрубочек центромера каждой сестринской хроматиды оттягивается к противоположным полюсам и тянет за собой связанную с ней хромосому. Хромосома обеспечивает механизм присоединения большого количества генов к аппарату деления.

Хромосомы мигрируют к полюсам посредством микротрубочек, присоединенных к центромерам.
Посредством скрепляющих белков (когезинов) сестринские хроматиды соединяются вместе до наступления анафазы.
На рисунке показаны центромеры, находящиеся в центре хромосом (метацентрические),
однако они могут быть локализованы в любом месте хромосомы: поблизости от конца (акроцентрические) или на самом конце (телоцентрические).

Она содержит сайт , который удерживает сестринские хроматиды вместе, до момента сегрегации индивидуальных хромосом. Он выглядит как перетяжка, к которой присоединены все четыре плеча хромосомы, как это изображено на рисунке ниже, где показаны сестринские хроматиды в стадии метафазы.

Центромера необходима для сегрегации хромосом. Это подтверждается свойствами хромосом, целостность которых была нарушена. В результате разрыва один фрагмент хромосомы сохраняет центромеру, а другой, называемый ацентрическим, ее не содержит. Ацентрический фрагмент не способен присоединяться к митотическому веретену, в результате чего он не попадает в ядро дочерней клетки.

Области хромосомы , фланкирующие центромеру, обычно содержат , богатую сателлитными последовательностями, и значительное количество гетерохроматина. Поскольку вся митотическая хромосома конденсирована, центромерный гетерохроматин в ней незаметен. Однако его можно визуализировать, используя технику прокрашивания, позволяющую выявить С-полосы. На рисунке ниже в области всех центромер присутствует темноокрашенный регион. Такая картина видна наиболее часто, хотя гетерохроматин может и не обнаруживаться в области каждой центромеры. Это позволяет думать, что центромерный гетерохроматин, по-видимому, не является необходимым компонентом механизма деления.

Область образования центромеры в хромосоме определяется первичной структурой ДНК (хотя специфическая последовательность известна лишь для небольшого количества хромосом). ДНК центромеры связывает определенные белки, которые формируют структуру, обеспечивающую присоединение хромосомы к микротрубочкам. Эта структура называется кинетохор. Она представляет собой прокрашивающуюся фибриллярную структуру диаметром или длиной около 400 нм.

Кинетохор обеспечивает создание ЦОМТ на хромосоме. На рисунке ниже представлена иерархическая организация связывания ДНК центромеры с микротрубочками. Белки, связанные с ДНК центромеры, связаны с другими белками, которые, в свою очередь, связаны с микротрубочками.

Когда центромеры сестринских хроматид начинают движение к полюсам, хроматиды остаются скрепленными посредством «склеивающих» белков, называемых когезины. Вначале хроматиды разделяются в области центромеры, а затем, в анафазе, когда когезины разрушаются, они полностью отделяются друг от друга.

С-полосы образуются в результате интенсивного прокрашивания центромер всех хромосом.
Центромера идентифицируется по определенной последовательности ДНК, связывающей специфические белки.
Эти белки непосредственно не взаимодействуют с микротрубочками, однако обозначают сайт,
к которому присоединяются белки, в свою очередь связывающиеся с микротрубочками.

В зависимости от функционального и физиологического состояний клетка может делиться разными способами. Способы деления соматических клеток : митоз, амитоз или эндомитоз. Половые клетки делятся мейозом.

Митоз – непрямое деление клетки, сопровождающееся спирализацией хромосом. В митозе выделяют несколько фаз:

I Профаза (от греч. «pro» - до, «phases» - появление). Происходит спирализация и укорочение хромосом. Ядрышко и ядерная оболочка исчезают, центриоли расходятся к полюсам клетки, формируется веретено деления. Хромосомы состоят из двух хроматид, соединенных центромерой. Профаза – самая продолжительная фаза митоза. Набор генетического материала – 2n 4с.

II Метафаза (от греч. «meta» - середина). Хромосомы, состоящие из двух хроматид, выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам. В веретене деления выделяются два типа нитей: 1) хромосомные, связанные с первичными перетяжками хромосом, 2) центросомные, соединяющие полюса деления. Набор генетического материала в этот момент – 2n 4с.

III Анафаза (от греч. «ana» - вверх). Самая короткая фаза деления. Центромеры хромосом разъединяются, хроматиды (дочерние хромосомы) становятся самостоятельными. Нити веретена деления, прикрепленные к центромерам, тянут дочерние хромосомы к полюсам клетки. Набор генетического материала – 2n 2с.

IV Телофаза. Хромосомы, состоящие из одной хроматиды, находятся у полюсов клетки. Хромосомы деспирализуются (раскручиваются). У каждого полюса вокруг хромосом образуется ядерная оболочка и ядрышки. Нити веретена деления распадаются. Цитоплазма клетки разделяется (цитокинез = цитотомия). Образуются две дочерние клетки. Набор генетического материала дочерних клеток – 2n 2с.

Разделение цитоплазмы перетяжкой в разных клетках происходит по-разному. В клетках животных впячивание цитоплазматической мембраны внутрь во время разделения клетки происходит от краев к центру. В клетках растений по центру образуется перегородка, которая затем увеличивается по направлению к стенкам клетки.

Биологическое значение митоза. В результате митоза происходит точное распределение генетического материала между двумя дочерними клетками. Дочерние клетки получают такой же набор хромосом, который был у материнской клетки – диплоидный. Митоз обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом в ряду поколений и служит клеточным механизмом роста, развития организма, регенерации и бесполого размножения. Митоз является основой бесполого размножения организмов. Число образующихся в процессе митоза дочерних клеток – 2.

Амитоз (от греч. «а» - отрицание, «mitos» - нить) – прямое деление клетки, при котором ядро находится в интерфазном состоянии. Хромосомы не выявляются. Деление начинается с изменений в ядрышках. Крупные ядрышки делятся перетяжкой. Вслед за этим делится ядро. Ядро может разделяться лишь одной перетяжкой или фрагментироваться. Образующиеся дочерние ядра могут быть неравной величины.

Т.о. амитоз приводит к появлению двух клеток с ядрами разной величины и количества. Часто после амитоза две клетки не образуются, т.е. после делений ядра разделения цитоплазмы (цитокинеза) не происходит. Образуются 2-х и многоядерные клетки. Амитоз встречается в отживающих, дегенерирующих соматических клетках.

Эндомитоз – процесс, при котором удвоение хромосом в клетке не сопровождается делением ядра. Вследствие этого в клетке происходит умножение числа хромосом, иногда в десятки раз по сравнению с исходным числом. Эндомитоз встречается в интенсивно функционирующих клетках.

Иногда воспроизведение хромосом происходит без увеличения их числа в клетке. Каждая хромосома многократно удваивается, но дочерние хромосомы остаются связанными между собой (явление политении). В результате образуются гигантские хромосомы.

Мейоз – особая форма клеточного деления, при которой из диплоидных материнских половых клеток образуются дочерние гаплоидные. Слияние мужских и женских гаплоидных половых клеток в процессе оплодотворения приводит к появлению зиготы с диплоидным набором хромосом. В результате развивающийся из зиготы дочерний организм имеет такой же диплоидный кариотип, который был у материнского организма.

Мейоз включает два последовательных деления.

I мейотическое деление называют редукционным. Оно включает 4 стадии.

Профаза I. Самая продолжительная стадия. Ее условно делят на 5 стадий.

1) Лептотена. Увеличивается ядро. Начинается спирализация хромосом, каждая из которых состоит из двух хроматид.

2) Зиготена. Происходит конъюгация гомологичных хромосом. Гомологичными называют хромосомы, имеющие одинаковые форму и размеры. Хромосомы притягиваются и прикладываются друг к другу по всей длине.

3) Пахитена. Заканчивается сближение хромосом. Сдвоенные хромосомы называют бивалентами. Они состоят из 4-х хроматид. Число бивалентов = гаплоидному набору хромосом клетки. Продолжается спирализация хромосом. Тесный контакт между хроматидами дает возможность обмениваться идентичными участками в гомологичных хромосомах. Это явление называют кроссинговером (перекрест хромосом).

4) Диплотена. Возникают силы отталкивания хромосом. Хромосомы, составляющие биваленты, начинают отходить друг от друга. При этом остаются соединенными между собой в нескольких точках – хиазмах. В этих местах может произойти кроссинговер. Происходит дальнейшая спирализация и укорочение хромосом.

5) Диакинез. Отталкивание хромосом продолжается, но они остаются соединенными в биваленты своими концами. Ядрышко и ядерная оболочка растворяются, нити веретена деления расходятся к полюсам. Набор генетического материала – 2n 4с.

Метафаза I. Биваленты хромосом располагаются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. К ним прикрепляются нити веретена деления. Набор генетического материала – 2n 4с.

Анафаза I. Хромосомы расходятся к полюсам клетки. К полюсам попадают только по одной из пары гомологичных хромосом. Набор генетического материала – 1n 2с.

Телофаза I. Число хромосом у каждого полюса клетки становится гаплоидным. Хромосомы состоят из двух хроматид. У каждого полюса вокруг группы хромосом образуется ядерная оболочка, хромосомы деспирализуются, ядро становится интерфазным. Набор генетического материала – 1n 2с.

После телофазы I в животной клетке начинается цитокинез, растительной клетке – формирование клеточной стенки.

Интерфаза II есть только у животных клеток. При этом удвоения ДНК нет.

II мейотическое деление называют эквакционным. Оно подобно митозу. Отличие от митоза в том, что из хромосом, имеющих две хроматиды, образуются хромосомы, состоящие из одной хроматиды. II мейотическое деление отличается от митоза еще и тем, что в клетке во время деления формируются две группы хромосом и соответственно – два веретена деления. Набор генетического материала в профазе II – 1n 2с, начиная с метафазы II - 1n 1с.

Биологическое значение мейоза. Приводит к уменьшению числа хромосом вдвое, что обусловливает постоянство видов на Земле. Если бы число хромосом не уменьшалось, то в каждом последующем поколении происходило бы увеличение хромосом вдвое. Обеспечивает разнородность гамет по генному составу (в профазе может происходить кроссинговер, метафазе – свободное перекомбинирование хромосом). Случайная встреча половых клеток (=гамет) – сперматозоида и яйцеклетки с разным набором генов обусловливает комбинативную изменчивость. Гены родителей во время оплодотворения комбинируются, поэтому у их детей могут появиться признаки, которых не было у родителей. Число образующихся клеток - 4.

Функции

Центромера принимает участие в соединении сестринских хроматид , формировании кинетохора , конъюгации гомологичных хромосом и вовлечена в контроль экспрессии генов.

Именно в области центромеры соединены сестринские хроматиды в профазе и метафазе митоза и гомологичные хромосомы в профазе и метафазе первого деления мейоза . На центромерах же происходит формирование кинетохоров: белки, связывающиеся с центромерой, формируют точку прикрепления для микротрубочек веретена деления в анафазе и телофазе митоза и мейоза.

Отклонения от нормального функционирования центромеры ведут к проблемам во взаимном расположении хромосом в делящемся ядре, и в результате - к нарушениям процесса сегрегации хромосом (распределения их между дочерними клетками). Эти нарушения приводят к анэуплоидии , которая может иметь тяжелые последствия (например, синдром Дауна у человека, связанный с анэуплоидией (трисомией) по 21-й хромосоме).

Центромерная последовательность

У большинства эукариот центромера не имеет определённой, соответствующей ей нуклеотидной последовательности . Обычно она состоит из большого количества повторов ДНК (например, сателлитной ДНК), в которых последовательность внутри индивидуальных повторяющихся элементов схожа, но не идентична. У человека основная повторяющаяся последовательность называется α-сателлит, однако в этом регионе имеется несколько других типов последовательностей. Установлено, однако, что повторов α-сателлита недостаточно для образования кинетохора и, что известны функционирующие центромеры, не содержащие α-сателлитной ДНК.

Наследование

В определении местоположения центромеры у большинства организмов значительную роль играет эпигенетическое наследование . Дочерние хромосомы образуют центромеры в тех же местах, что и материнская хромосома, независимо от характера последовательности, расположенной в центромерном участке. Предполагается, что должен быть какой-то первичный способ определения местоположения центромеры, даже если впоследствии её местоположение определяется эпигенетическими механизмами.

Строение

ДНК центромеры обычно представлена гетерохроматином , что, возможно, существенно для ее функционирования. В этом хроматине нормальный гистон H3 замещен центромер-специфическим гистоном CENP-A (CENP-A характерен для пекарских дрожжей S. cerevisiae , но сходные специализированные нуклеосомы, похоже, присутствуют во всех эукариотных клетках). Считается, что присутствие CENP-A необходимо для сборки кинетохора на центромере и может играть роль в эпигенетическом наследовании местоположения центромеры.

В некоторых случаях, например у нематоды Caenorhabditis elegans , у чешуекрылых , а также у некоторых растений, хромосомы голоцентрические . Это означает, что на хромосоме нет характерной первичной перетяжки - специфического участка, к которому преимущественно крепятся микротрубочки веретена деления. В результате кинетохор имеет диффузный характер, и микротрубочки могут прикрепляться по всей длине хромосомы.

Аберрации центромер

В некоторых случаях у человека отмечено формирование дополнительных неоцентромер . Обычно это сочетатся с инактивацией старой центромеры, поскольку дицентрические хромосомы (хромосомы с двумя активными центромерами) обычно разрушаются при митозе.

В некоторых необычных случаях было отмечено спонтанное образование неоцентромер на фрагментах распавшихся хромосом. Некоторые из этих новых позиций изначально состояли из эухроматина и вовсе не содержали альфа-сателлитной ДНК.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

• Амати
• Архив

Смотреть что такое "Центромера" в других словарях:

центромера - центромера … Орфографический словарь-справочник

центромера - кинетохор Словарь русских синонимов. центромера сущ., кол во синонимов: 1 кинетохор (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин … Словарь синонимов

ЦЕНТРОМЕРА - (от центр и греч. meros часть) (кинетохор) участок хромосомы, удерживающий вместе две ее нити (хроматиды). Во время деления центромеры направляют движение хромосом к полюсам клетки … Большой Энциклопедический словарь

ЦЕНТРОМЕРА - ЦЕНТРОМЕРА, часть ХРОМОСОМЫ, которая появляется только в процессе деления клеток. Когда хромосомы сокращаются во время МЕЙОЗА или МИТОЗА, центромеры возникают в виде сужений, не содержащих никаких генов. С их помощью хромосомы прикрепляются к… … Научно-технический энциклопедический словарь

ЦЕНТРОМЕРА - (от лат. centrum, греч. kentron срединная точка, центр и греч. meros часть, доля), кинетохор, участок хромосомы, контролирующий её движение к разным полюсам клетки во время деления митоза или мейоза; место прикрепления к хромосоме нитей… … Биологический энциклопедический словарь

центромера - Ограниченная зона в хромосоме, включающая сайт прикрепления веретена при митозе или мейозе Тематики биотехнологии EN centromere … Справочник технического переводчика

Центромера - * цэнтрамера * centromere or kinetochore консервативный район эукариотической хромосомы, к которому присоединяются нити веретена (см.) во время митоза (см.). ДНК, образующая Ц., состоит из трех доменов (элементов) CDE I, CDE II и CDE III. CDE I и … Генетика. Энциклопедический словарь

центромера - (от центр и греч. méros часть) (кинетохор), участок хромосомы, удерживающий вместе две её нити (хроматиды). Во время деления центромеры направляют движение хромосом к полюсам клетки. * * * ЦЕНТРОМЕРА ЦЕНТРОМЕРА (от центр (см. ПРЯМОЕ ПРАВЛЕНИЕ) и … Энциклопедический словарь

центромера - centromere центромера. Участок моноцентрической хромосомы, в котором сестринские хроматиды соединены между собой и в области которой прикрепляются нити веретена, обеспечивающие движение хромосом к полюсам деления; обычно прицентромерные районы… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

центромера - centromera statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Pirminė chromosomos persmauga, prie kurios prisitvirtina achromatinės verpstės siūlai. atitikmenys: angl. centromere; kinetochore rus. кинетохор; центромера … Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

Являются двухцепочечными, реплицированными хромосомами, которые образуются во время деления . Основная функция центромера заключается в том, чтобы служить местом крепления волокон веретена деления. Веретено удлиняет клетки и разделяет хромосомы, чтобы гарантировать, что каждая новая получит правильное количество хромосом при завершении или .

ДНК в центромерной области хромосомы состоит из плотно упакованного , известного как гетерохроматин, который очень уплотнен и поэтому не транскрибируется. Из-за наличия гетерохроматина, область центромера окрашивается красителями в более темный цвет, чем другие части хромосомы.

Расположение

Центромер не всегда расположен в центральной области хромосомы (см. фото выше). Хромосома состоит из короткого плеча (p) и длинного плеча (q), которые соединяются в центромерной области. Центромеры могут находиться, как вблизи середины, так и в нескольких положениях вдоль хромосомы. Метацентрические центромеры расположены вблизи центра хромосом. Субметацентрические центромеры смещены в одну сторону от центра, так что одно плече длиннее другого. Акроцентрические центромеры расположены вблизи конца хромосомы, а телоцентрические центромеры находятся на конце или в области теломер хромосомы.

Положение центромера легко обнаруживается в кариотипе человека . Хромосома 1 является примером метацентрической центромеры, хромосома 5 является примером субметацентрической центромеры, а хромосома 13 является примером центромера акроцентрика.

Расхождение хромосом в митозе

До начала митоза клетка входит в стадию, известную как интерфаза, где она реплицирует свою ДНК при подготовке к делению клеток. Образуются сестринские , которые соединены в их центромерах.

В профазе митоза специализированные области на центромерах, называемые кинетохорами, прикрепляют хромосомы к веретенообразным волокнам. Кинетохоры состоят из ряда белковых комплексов, которые генерируют кинетохорные волокна, прикрепляющиеся к веретену делния. Эти волокна помогают манипулировать и разделять хромосомы во время деления клеток.

На стадии метафазы хромосомы удерживаются на метафазной пластине равными силами полярных волокон, нажимая на центромеры.

Во время анафазы парные центромеры в каждой отдельной хромосоме начинают расходится друг от друга, так как сначала центрируются относительно противоположных полюсов клетки.

Во время телофазы новообразованные включают отдельные дочерние хромосомы. После цитокинеза образуются две разные .

Расхождение хромосом в мейозе

В мейозе клетка проходит через две стадии процесса деления (мейоз I и мейоз II). Во время метафазы I центромеры гомологичных хромосом ориентированы на противоположные полюсы клеток. Это означает, что гомологичные хромосомы будут прикрепляться в своих центромерных областях к волокнам веретена деления, простирающимся только от одного из двух полюсов клетки.

Когда волокна веретена сокращаются во время анафазы I, гомологичные хромосомы вытягиваются к противоположным полюсам клеток, но сестринские хроматиды остаются вместе. В мейозе II волокна веретена, простирающиеся от обоих полюсов клеток, прикрепляются к сестринским хроматидам в их центромерах. Сестринские хроматиды разделяются в анафазе II, когда волокна веретена тянут их к противоположным полюсам. Мейоз приводит к разделению и распределению хромосом среди четырех новых дочерних клеток. Каждая клетка , содержащая только половину числа хромосом от исходной клетки.

Центромеры - это хромосомные структуры ответственные за направление движения хромосом во время митоза. К функциям центромер относятся адгезия сестринских хроматид, образование кинетохора, спаривание гомологичных хромосом и вовлечение в контроль генетической экспрессии. У большинства эукариот центромеры не содержат определенной последовательности ДНК. Обычно они содержат повторы (например, сателлитной ДНК), схожие, но не идентичные. У нематоды Caenorhabditis elegans и некоторых растений хромосомы голоцентрические, т.е. образование кинетохора не локализовано определенным участком, а происходит диффузно по всей длине хромосомы.

Центромеры дрожжей

Центромера Sp длинной 35-110 тпн (чем хромосома длиннее, тем центромера меньше) и состоит из двух доменов - центральной коровой области и внешней области повторов (otr), предстравленной гетерохроматином (рис1). Центральная коровая область состоит из области неповторяющейся ДНК (cnt) и области инвертированных
повторов (imt) по краям cnt. В центральной коровой области нормальный гистон H3 заменен своим аналогом (CENP-A у Sc) и в этом месте собирается кинетохор. Маркерные гены встраеваемые в центромерную последовательность становятся транскрипционно неактивными. Их замолкание зависит от положения, например, на внешних повторах оно сильнее, а в центральной области менее выражено. Белки Mis6, Mis12, Mal2 и Sim4 связываются с центральным районом центромеры. Центральный район частично переваривается микрококковой нуклеазой, что указывает на особую организацию хроматина, причем эта организация не зависит от ДНК (ДНК перенесенная в Sp или в другие участки хромосомы не сохраняет такую организацию). Внешние повторы упакованы в нуклеосомы, с деацетилированными гистонами (при помощи деацетилаз Clr3, Clr6 и Sir2). Метилтрансфераза Clr4 диметилирует H3K9, на который садится Swi6 (аналог HP1) и Chp1. Таким образом, на центромере формируется гетерохроматин
(см. обзор Гетерохроматин). Swi6 отвечает за присоединение когезинов к области внешних повторов. otr состоят из dg и dh повторов, разделенные другими повторами. Внутренние и внешние повторы содержат кластеры генов тРНК. Установлено, что dg повторы имеют первостепенную роль в установлении центромерной активности.
ДНК центральной коровой области АТ-богатая и состоит из трех участков cnt1, cnt3 - гомологичны на 99%, расположены по кроям от сnt2 гомологичного с ними на 48%. Левый и правый imr инвертированы и уникальны для каждой центромеры.

Рис. 1

Все 16 центромер Sc имеют длину 90 пн и содержат три элемента: CDEI, CDEII и CDEIII (рис.2). CDEII - это АТ-богатый неконсервативный спейсер длинной 78-90 пн, разделяющий CDEI и CDEIII. CDEI имеет длину 8 пн. Этот участок не существеннен для центромерной активности, но его делеция повышает вероятность неправильного расхождения хромосом во время митоза. СDEII - 78-90 пн, содержит ~90% АТ-пар. Делеции в этом участке прерывают образование центромеры, не нарушая расхождение хромомсом. СDEIII - 26 пн содержит несовершенные палиндромы. Одиночная нуклеотидная замена в этом участке полностью прерывает центромерную активность.

Рис. 2

Рис. 3 Последовательности центромерной ДНК хромосом Sc

Центромеры человека

Центромера человека представляет участок 1-4 Мпн AT-богатого а-сателлита длинной ~171 пн (альфоид ). Другие сателлиты также присутствуют. В пределах повторов устанавливается место образования центромеры называемое неоцентромера. Первичная последовательность ДНК в установившейся неоцентромере не имеет значения. Не все а-сателлиты становятся центромерой, не смотря на присутствие двух локусов богатых а-сателлитом, активной центромерой становится только один из них. Интактная ДНК, содержащая альфоид и помещенная в ядро, не образует активной центромеры, поэтому первичный механизм образования активной центромеры остается неясным.