Nhiễm sắc thể là những yếu tố cần thiết cho sự biểu hiện và truyền vật chất di truyền. Là những "thư viện" phân tử nhỏ, chúng góp phần sắp xếp, truy cập và bảo vệ thông tin di truyền của mỗi sinh vật trong mỗi tế bào của nó.
Trong nội dung này, Ornaturic cho bạn biết nhiễm sắc thể là gì, cấu trúc nhiễm sắc thể, chức năng của chúng là gì.
Nhiễm sắc thể là gì?
Nhiễm sắc thể là cấu trúc được tìm thấy ở trung tâm (nhân) của các tế bào có chứa thông tin di truyền.
Mỗi nhiễm sắc thể trong tế bào của chúng ta được tạo thành từ một phân tử ADN (tiếng Anh là DNA), liên kết với RNA và protein. DNA chứa thông tin để tạo ra các protein tế bào vào đúng thời điểm và với số lượng phù hợp, và nó là trọng tâm chính của các nghiên cứu về di truyền học và các ứng dụng của di truyền học trong y tế.
Nhiễm sắc thể có cấu trúc rất phức tạp, chứa các yếu tố cần thiết cho các quá trình như sao chép và phân tách. Mỗi loài có một bộ nhiễm sắc thể đặc trưng liên quan đến số lượng và tổ chức của chúng.
Ví dụ, con người có 23 cặp nhiễm sắc thể - 22 cặp nhiễm sắc thể gọi là nhiễm sắc thể thường, được đánh số từ 1 đến 22, và một cặp nhiễm sắc thể giới tính, X và Y.
Nữ giới có 2 nhiễm sắc thể X.
Nam giới có một nhiễm sắc thể X và một Y.
Người mẹ đóng góp một nhiễm sắc thể X cho đứa trẻ, trong khi người cha có thể đóng góp một nhiễm sắc thể X hoặc Y. Chính nhiễm sắc thể của người cha quyết định đứa trẻ là nam hay nữ.
Cấu trúc và chức năng của nhiễm sắc thể
Các phân tử ADN tạo nên bộ gen của chúng ta (hoặc của các sinh vật khác) không được tìm thấy tự do trong các tế bào. Nó sẽ không thực tế và rất lộn xộn. Nhờ các nhiễm sắc thể, các phân tử ADN được đóng gói một cách có tổ chức, tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của bộ gen và sự truyền chính xác của nó khi tế bào phân chia.
Trong nhiễm sắc thể, cấu trúc và chức năng được liên kết chặt chẽ. Ví dụ, hoạt động của DNA, gen nào được biểu hiện và gen nào không, trong nhiều trường hợp phụ thuộc vào khả năng tiếp cận của phân tử DNA đối với các protein liên quan đến biểu hiện gen.
Cấu trúc của nhiễm sắc thể được xác định bởi sự tương tác của DNA với các protein khác nhau tạo điều kiện cho sự nén chặt nhiều hơn hoặc ít hơn. Tùy thuộc vào nhu cầu của tế bào hoặc hoàn cảnh sinh lý tại thời điểm đó.
Một đặc điểm của nhiễm sắc thể là chúng không phải lúc nào cũng xuất hiện với cùng một cấu trúc. Hầu hết thời gian các nhiễm sắc thể trải ra, giống như một sợi DNA dài với protein.
Hình dạng X mà chúng ta thường liên tưởng đến các nhiễm sắc thể chỉ biểu hiện trong một thời gian ngắn của quá trình phân chia tế bào. Tuy nhiên, khoảng thời gian ngắn mà chúng được nén chặt này rất phù hợp, vì ở giai đoạn này, các nhiễm sắc thể rất cần thiết để vật liệu di truyền được phân phối chính xác và cân bằng giữa các tế bào con trong quá trình phân chia tế bào.
Một thành phần rất quan trọng khác của nhiễm sắc thể là telomere, cấu trúc nằm ở phần cuối của nhiễm sắc thể.
Telomere được tạo thành từ các chuỗi DNA lặp đi lặp lại và có nhiều chức năng khác nhau như:
Bảo vệ các đầu cuối của nhiễm sắc thể và duy trì sự ổn định của bộ gen.
Tạo điều kiện sao chép nhiễm sắc thể vật chất di truyền. Mỗi lần sao chép DNA, chiều dài của nó bị rút ngắn đi một vài đơn vị. Nhờ có nhiều trình tự lặp đi lặp lại của telomere (trung bình có khoảng 3000 lần lặp lại) nên hậu quả của việc rút ngắn này không lớn. Có một loại enzyme gọi là telomerase chịu trách nhiệm duy trì các telomere và thêm trình tự lặp lại vào đầu của chúng. Tuy nhiên, enzym này chỉ hoạt động trong giai đoạn phôi thai khi các tế bào phân chia rất nhiều và trong một số mô. Vì lý do này, theo tuổi tác, telomere có thể ngắn lại, điều này có thể ảnh hưởng đến chức năng của tế bào.
Các chức năng của nhiễm sắc thể là gì?
Chức năng chính của nhiễm sắc thể là chứa đựng, bảo quản và tổ chức vật chất di truyền.
Chi tiết hơn gồm có:
Hỗ trợ thông tin di truyền.
Đóng gói và bảo vệ DNA. Nhiễm sắc thể tạo điều kiện cho việc nén DNA bên trong nhân. Ngoài ra, các protein liên kết tạo điều kiện bảo vệ chống lại các tác nhân hóa học và các cấu trúc như telomere giúp bảo tồn DNA.
Tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền tải vật chất di truyền một cách chính xác. Cấu trúc chặt chẽ của các nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia tế bào giúp các tế bào con tạo thành dễ dàng có vật liệu di truyền chính xác. Nếu chúng ta quay trở lại so sánh DNA với một cuộn len, thì việc phân bổ đều các cuộn len sẽ dễ dàng hơn nhiều so với các sợi chỉ lỏng lẻo.
Tạo điều kiện sao chép và biểu hiện bộ gen.
Bảo tồn vật chất di truyền không chỉ trong quá trình phân chia mà còn thông qua các cấu trúc như telomere.
Nhiễm sắc thể và phân chia tế bào
Trong quá trình phân chia tế bào, các nhiễm sắc thể ngưng tụ lại và phân tử DNA liên kết với protein và RNA tạo thành nhiễm sắc thể.
Một giai đoạn trước khi phân chia tế bào là sao chép hoặc sao chép tất cả các vật liệu di truyền, vì vậy khi bắt đầu phân chia, mỗi nhiễm sắc thể được hình thành bởi hai nhiễm sắc thể nối với nhau ở tâm động.
Vào cuối quá trình nguyên phân, các nhiễm sắc thể tách ra và tạo thành hai nhiễm sắc thể độc lập, được phân bổ đồng đều giữa các tế bào con được tạo ra.
