染色体：定义、结构、类型和组成

染色体是位于植物、动物和人类细胞等细胞核中的线状结构。每个染色体由一条 DNA（脱氧核糖核酸）分子和组蛋白组成。其独特的结构使两条 DNA 链紧密地缠绕在组蛋白周围。因此，DNA 被包装成染色体，或者说染色体是紧密缠绕的 DNA 束。

染色体组织

DNA 多次缠绕在组蛋白周围，组蛋白是由八个组蛋白分子组成的组蛋白八聚体，四个在上，四个在下。DNA 缠绕在组蛋白上形成的结构称为核小体。核小体密集地堆积形成染色质，染色质紧密地盘绕形成染色质环。这些环进一步相互缠绕，从而使染色质高度折叠形成完整的染色体。

缠绕在组蛋白上的 DNA 含有147 个碱基对。我们可以说一个组蛋白八聚体包含147个碱基对。核小体看起来像项链上的珠子。两个核小体之间的 DNA 称为连接 DNA，含有约53 个碱基对。因此，一个核小体（包括其连接 DNA）包含200 个碱基对。

“染色体”这个名字来源于两个希腊词：chroma，意为“颜色”，soma，意为“身体”。它之所以得名，是因为它是科学家们在研究中使用彩色染料能够深度染色的唯一细胞结构。

在细胞不分裂时，染色体通常在显微镜下不可见。只有在细胞分裂的中期阶段，染色体中的 DNA 紧密堆积时，才在显微镜下可见。

染色体的发现

1842年，卡尔·内格利首次在植物细胞核中发现了棒状结构。普遍认为，染色体最早由沃尔特·弗莱明于1882年发现。后来，在1888年，冯沃尔德耶-哈茨创造了“染色体”一词。1902年，两位科学家西奥多·博维里和沃尔特·萨顿独立发现染色体是遗传物质或基因的载体。

此外，染色体的形状因物种而异。例如，细菌通常具有环状染色体。而植物、动物和人类的细胞中则具有线性染色体。染色体的数量也因物种而异。但是，对于某个特定物种的所有细胞来说，其数量是相同的。例如，所有人类细胞都含有23对染色体或46条染色体，排列成23对；22 对常染色体和一对性染色体（女性为 XX，男性为 XY）。果蝇有四对染色体，水稻有12对染色体，狗有39对染色体。因此，每个物种都有其特有的染色体数量。

构成生物体身体但不参与繁殖过程中新生物形成的细胞称为体细胞。所有人类细胞都是体细胞，除了性细胞，如精子和卵细胞。

体细胞是二倍体 (2n)，因为它们含有23对染色体；每条染色体有两份拷贝。然而，只有配子或性细胞，如人类的精子和卵子，是单倍体 (1n)，因为它们每条染色体只有一份拷贝（每对染色体只有一个），总共23条染色体。因此，它们被称为单倍体 (1n) 细胞。两个配子融合或结合形成一个二倍体 (2n) 细胞，该细胞包含每条染色体的两份拷贝；23对或46条染色体。

因此，每对染色体由父母双方各提供一条，所以孩子一半的染色体来自父亲，一半来自母亲。因此，一套染色体来自父亲，第二套来自母亲。染色体的主要功能是提供 DNA 的稳定性，并确保 DNA 在细胞分裂过程中得到复制和平均分配。

染色体结构 I 染色体的主要组成部分

染色体由组蛋白和 DNA 链组成，形成一种称为双螺旋的三维 (3D) 结构。

一条染色体通常有八个部分.

• 染色单体：它是已复制或复制的染色体的一半，或者是已复制或复制的染色体的两个相同的一半。一条已复制的染色体在其自身上连接有复制的拷贝。
  
  因此，一条已复制的染色体有两条染色单体，它们在着丝粒处连接，被称为姐妹染色单体，它们在基因上是相同的。它们在有丝分裂和减数分裂这两种细胞分裂过程中都会形成，因为在 DNA 复制后，染色体由两个相同的结构组成，称为姐妹染色单体。
• 着丝粒：也称为主要缢痕。它是姐妹染色单体连接的点。它是染色体臂（染色单体）起源的收缩区域；短臂（p臂）和长臂（q臂）。它是两条姐妹染色单体之间的连接。着丝粒赋予染色体独特的形状，有助于理解其结构和基因的位置。着丝粒的位置也有助于将染色体分为不同类型。
  
  它有助于染色体在细胞分裂后期阶段的移动。着丝粒的位置在不同的染色体上可能不同。着丝粒上还有一个盘状蛋白复合物，称为着丝粒小体。它允许在细胞分裂过程中形成的纺锤体纤维与之附着。
• 次要缢痕：除了主要缢痕或着丝粒之外，染色体上的收缩区域。它可以位于染色体的任何位置。它标志着核仁组装的位置，并在细胞周期的间期（细胞分裂结束时）进行核仁的重组或形成。因此，它也称为核仁组织区 (NOR)。核仁围绕 NOR 区域形成。
  
• 卫星：它是染色体末端的瘤状结构，位于次要缢痕之外或远端。它位于次要缢痕和端粒之间。它也称为随体或卫星体。其大小可能因次要缢痕的位置而异。带有卫星的染色体也称为卫星染色体或 sat-染色体。它也有助于从一组染色体中识别出一条染色体，因为其位置在特定染色体上保持不变。
• 外膜：它是包裹染色体的膜。每条染色体都由一个外膜界定，它非常薄，由非染色（非基因）物质构成。
• 基质：它是被外膜包裹的染色体的胶状基质。它是一种非染色（非基因）物质，包含染色丝。
• 染色丝（单数-chromonema）：它们是嵌入染色体基质中的螺旋缠绕的中心丝。沿着其长度，染色粒排列。染色丝缠绕得如此紧密，以至于它们看起来像一个单一的细丝或线，厚度约为800埃。染色丝最早由巴拉涅茨基于1880年在紫茉莉的花母细胞中观察到。
• 染色粒：它是沿着染色丝排列的、串珠状或颗粒状的结构之一。它是沿着染色丝长度以固定间隔排列的浓密线状染色质团。染色丝上的染色粒看起来像串珠。
• 端粒：它是染色体的末端。其结构和组成与染色体其余部分不同。它能防止染色体末端粘连到其他染色体的末端。然而，它是染色体的修饰部分，可以附着到核膜上。它们由重复的相同碱基序列组成。人类的端粒序列是 TTAGGG。

染色体类型 I 染色体形状

人类细胞中的所有46条染色体看起来都不一样。它们并非完全相同。它们根据形状、结构和功能分为不同类型。

i）根据染色体上着丝粒数量分类的染色体类型

• 单着丝粒染色体：这种类型的染色体只有一个着丝粒。
• 双着丝粒染色体：它有两个着丝粒。
• 多着丝粒染色体：它有两个以上的着丝粒。
• 无着丝粒染色体：它没有任何着丝粒。这种染色体是染色体的断裂片段，存活时间不长。
• 弥散型或无定位着丝粒：它没有明显的着丝粒。其着丝粒弥散在整个染色体的长度上。

ii）根据着丝粒在染色体上的位置分类的染色体类型

• 中着丝粒染色体：在这种类型的染色体中，着丝粒几乎位于染色体的中心，因此染色体的两条臂（p臂和q臂）长度几乎相等，染色体呈现其特征性的 V 形。例如，人类的1、3、16、19和20号染色体是中着丝粒染色体。
• 亚中着丝粒染色体：着丝粒位于中心点稍偏离处，因此臂的长度不相等；p臂比q臂短。由于着丝粒的这种位置，这种染色体呈现其特征性的L 形。例如，人类的2、4-12、17、18号染色体和X染色体是亚中着丝粒染色体。
• 近端着丝粒染色体：着丝粒位于离中心很远的地方，几乎靠近染色体末端。亚端位的着丝粒位置导致 p 臂非常短，q 臂非常长。例如，人类的13、14、15、21、22号染色体和Y染色体是近端着丝粒染色体。
• 端着丝粒染色体：这是一种棒状染色体，其着丝粒位于染色体的近端（尖端），因此不存在 p 臂。在人类中不存在。

iii）根据功能分类的染色体类型

• 常染色体：在人类细胞的46条染色体（23对）中，44条染色体（22对）是常染色体。它们控制着生物体的体征特征，如体重、身高、肤色等。它们在决定个体性别方面不起作用。
  常染色体对于男性和女性都是相同的。一对染色体（常染色体）互相同源（相似，形状和大小几乎相同）的称为同源染色体对。它们也包含相同的遗传信息，因为它们在相同位置具有相同的基因。
• 性染色体：人类细胞中23对染色体中的一对，即最后一对染色体，它们有助于决定个体的性别，称为性染色体。如果一对染色体相同（XX），则个体为女性。如果它们不同，例如 XY，则个体为男性。因此，性染色体对于男性和女性并不相同。它们也称为异型染色体。

一条染色体中有多少 DNA 链？

在复制之前，当细胞不分裂时，一条染色体有一个 DNA 分子（双链 DNA）；在 DNA 复制后，一条染色体有两个 DNA 分子（两条双链 DNA）。

我们可以说，复制后 DNA 的量会增加，但染色体的数量没有增加。构成已复制 DNA 两半的相同拷贝称为姐妹染色单体。在细胞分裂的后期，姐妹染色单体沿纵向分离，形成单独的染色体。一条染色单体包含一个 DNA 螺旋（两条螺旋缠绕或相互连接的 DNA 链）。因此，2 条染色单体 = 2 个螺旋 = 4 条 DNA 链。所以，一条染色体可以有多少条链取决于细胞周期的阶段。

染色体的化学成分

它由三种成分组成：DNA、蛋白质和少量 RNA。DNA 含量为30-40%，蛋白质含量为50-65%，RNA 含量很少，为1-10%（在 DNA 转录过程中形成）。但是，这种化学成分可能因生物体而异。

DNA 中存在的蛋白质有两种类型：组蛋白和非组蛋白。组蛋白含量较多（占总蛋白质的90%），而非组蛋白含量较少（占总蛋白质的10%左右）。组蛋白是高度碱性的，而 DNA 是酸性的。因此，碱性被酸性中和，从而产生一种既没有酸性也没有碱性的中性染色体。

此外，DNA 在染色体中有两种形式：常染色质和异染色质。

常染色质意味着真正的染色质，因为它含有功能性基因或编码蛋白质合成的基因。异染色质意味着假染色质。顾名思义，它不含能够编码蛋白质合成的功能性基因。

常染色质是浅染的 DNA，因为它稍微松散，以便所有与蛋白质合成相关的过程都能轻松进行。而异染色质是深染的 DNA，因为它密集堆积。

染色体研究

什么是染色体核型分析？

染色体核型分析是一种用于研究物种染色体的方法。在这种技术中，染色体被分离、染色，然后拍照，以创建排列成对的染色体显微图像。它还有助于检测染色体异常。

什么是染色体核型？

它是一个人所有染色体的图像。它显示了细胞中发现的所有染色体。它描述了染色体计数，并显示了它们的特征，如染色体长度、着丝粒位置、染色带模式等。

什么是染色体图？

它也称为核型图。它是真实染色体的标准格式的图示表示，其中染色体根据其大小、长度、染色体位置、异染色质区域的分布程度等以适当的顺序排列，例如按大小递减的顺序排列。它是染色体的一种标准格式，是通过重新排列染色体的显微照片创建的。首先对染色体进行拍照，然后剪切并粘贴每条染色体以创建染色体图或核型图。同源染色体并列放置，然后按长度递减排列。