Структура хромосом начинает вырисовываться в профазе.
Как мы уже говорили, в ранней профазе хромосомы имеют вид тонких нитей. На этих нитях заметны темноокрашивающиеся зернышки, или хромомеры. Затем в профазе хромосомы как бы сокращаются и в метафазе представлены в виде укороченных и утолщенных образований. Причем уже в профазе наблюдается продольное удвоение хромосом — они состоят из двух хроматид.
С применением новых методов исследования — поляризационной микроскопии, рентгеноскопии и электронной микроскопии — открылись возможности изучения еще более тонкой структуры хромосом. Так, если применение светового микроскопа показало, что хромосомы в интерфазе состоят из нитей, которые были названы хромонемами, то с помощью электронной микроскопии удалось установить, что каждая хромонема состоит из двух элементарных субъединиц, или первичных нитей макромолекулярных размеров. Диаметр первичной нити около 30 Å.
Каков же механизм сокращения и формирования хромосомы, характерной для метафазной пластинки? Для объяснения этого процесса было высказано предположение (позднее хорошо подтвержденное), что хромонемы в хромосоме по мере подготовки их к митозу претерпевают процесс спирализации, вследствие чего хромосомы еще в ранней профазе приобретают четкообразные утолщения (хромомеры), представляющие не что иное, как спирализующиеся в первую очередь участки хромонем. Они оказываются наиболее уплотненными и поэтому в обычном световом микроскопе имеют вид темноокрашивающихся гранул. В ходе профазы спирализация распространяется по всей хромосоме, достигая максимума в метафазе. Поэтому в метафазе хромосомы выглядят очень компактными.
В настоящее время выяснено, что, кроме спирализации отдельных хромонем, дающих малую спираль, пучок хромонем претерпевает вторую спирализацию, образующую большую спираль; причем оба типа спирализации идут почти одновременно.
Схема строения метафазной хромосомы
В телофазе наступает деспирализация хромонем, и в интерфазе хромонемы оказываются максимально раскрученными. Весь процесс спирализации и деспирализации хромосом в митозе представляет закономерный цикл.
Схема спирализации хромонем в митотическом цикле