En biologia, un cromosoma (del grec χρώμα khroma, 'color', i σώμα soma, 'cos') és cadascun dels petits cossos amb forma de bastonets que s'organitzen a la cromatina del nucli cel·lular durant les divisions cel·lulars (mitosi i meiosi) dels organismes eucariotes. La cromatina és un material microscòpic que porta la informació genètica dels organismes eucariotes i està composta d'ADN associat a proteïnes especials anomenades histones. Aquest material es troba al nucli de les cèl·lules eucariotes i té l'aspecte d'un embull de fils prims. Quan el nucli cel·lular comença el procés de divisió (cariocinesi), aquest embull de fils inicia un fenomen de condensació progressiu que finalitza en la formació d'entitats diferenciades i independents, els cromosomes. Per tant, cromatina i cromosoma són dos aspectes morfològicament diferents d'una mateixa entitat cel·lular.Piqueras, J.F., Fernández Peralta, A.M., Hernández, J.S., González Aguilera, J.J. 2002. Genética. Ariel Ciencia, España, 474 pàg.
frame|Diagrama d'un cromosoma duplicat i condensat en metafase mitòtica. (1) Cromàtide, cadascuna de les parts idèntiques d'un cromosoma després de la duplicació de l'ADN. (2) Centròmer, el lloc del cromosoma en el qual ambdues cromàtides es toquen. (3) Braç curt. (4) Braç llarg.
Quan s'examinen amb detall durant la mitosi, s'observa que els cromosomes tenen una forma i una mida característiques. Cada cromosoma té una regió condensada o constreta anomenada centròmer, que confereix l'aparença general de cada cromosoma i que permet classificar-los segons la seva posició. El nombre de cromosomes dels individus d'una mateixa espècie és constant en els individus sans. Els eucariotes de reproducció asexual tenen una quantitat n de cromosomes, mentre que els eucariotes de reproducció sexual tenen 2n cromosomes (tenen dues còpies de cada cromosoma), excepte els gàmetes que també en tenen només n. Quan s'examina la longitud d'aquests cromosomes i la situació del centròmer sorgeix el segon tret general: per cada cromosoma amb una longitud i una posició del centròmer determinades existeix un altre cromosoma amb trets idèntics, és a dir, gairebé tots els cromosomes es troben formant parelles. Els membres de cada parella s'anomenen cromosomes homòlegs.
A la imatge de la dreta es tenen tots els cromosomes mitòtics d'una nena, ordenats per parelles homòlogues i per la seva longitud, el que s'anomena cariotip. En aquest cariotip hi ha 46 cromosomes (o sigui, 2n = 46) que és el número cromosòmic de l'espècie humana. Cada cromosoma té una estructura doble, amb dues cromàtides germanes que estan paral·leles entre si unides per un únic centròmer. Durant la mitosi. les cromàtides germanes, que són idèntiques, se separen l'una de l'altra cap a dues noves cèl·lules. Les parelles de cromosomes homòlegs que s'observen en la imatge tenen, a més, una semblança genètica fonamental: tenen els mateixos gens situats als mateixos llocs al llarg del cromosoma (aquests llocs s'anomenen locus o loci en plural). Això implica que cada membre del parell d'homòlegs porta informació genètica pels mateixos caràcters de l'organisme. En organismes amb reproducció sexual, un dels membres del parell de cromosomes homòlegs prové de la mare (a través de l'òvul) i l'altre del pare (a través de l'espermatozoide). Per això, i a conseqüència de l'herència biparental, cada organisme diploide té dues còpies de cada gen, cadascuna ubicada en un dels cromosomes homòlegs. Una excepció important en el concepte de parelles de cromosomes homòlegs és que en moltes espècies els membres d'una parella, els cromosomes que determinen el sexe (cromosomes sexuals) normalment no tenen la mateixa mida, igual situació del centròmer, la mateixa proporció entre els braços o, fins i tot, els mateixos loci. A la imatge s'hi pot observar que el cromosoma Y (que determina el sexe masculí en humans) és de menor mida i no té la majoria de loci que estan al cromosoma X.
Història i definicions Des d'un punt de vista etimològic, la paraula «cromosoma» prové del grec i significa 'cos que es tenyeix', mentre que la paraula «cromatina» significa 'substància que es tenyeix'. Els cromosomes foren observats en cèl·lules de plantes pel botànic suís Karl Wilhelm von Nägeli el 1842 i, independentment, pel científic belga Edouard Van Beneden en cucs del gènere Ascaris. Nägeli, Carl, «Memoir on the nuclei, formation, and growth of vegetable cells» (A. Henfrey, trans.), a C. and J. Adlard, eds, Reports and Papers on Botany. Londres: The Ray Society, 1846. Daintith, John, et al., (eds), Biographical Encyclopedia of Scientists, second edition. Bristol, UK: Institute of Physics Publishing, 1994. L'ús de drogues basofíliques (p. ex. les anilines) com a tècnica citològica per observar el material nuclear fou fonamental pels descobriments posteriors. Així, el citòleg alemany Walther Flemming va definir inicialment el 1892 la cromatina com «la substància que constitueix els nuclis interfàsics i que mostra determinades propietats de la tinció». Flemming, W. 1882. Zell-substanz, Kern und Zelltheilung ('Citoplasma, nucli i divisió cel·lular'). Per tant, les definicions inicials de cromosoma i cromatina eren purament citològiques. La definició biològica va arribar a principis del amb el redescobriment de les lleis de Mendel: tant la cromatina com el cromosoma constitueixen el material genètic organitzat. Per això, foren fonamentals els treballs del neerlandès Hugo de Vries (1848-1935), l'alemany Carl Correns (1894-1933) i l'austríac Erich von Tschermak-Seysenegg (1871-1962), els grups de recerca dels quals van redescobrir independentment les lleis de Mendel i van associar els factors genètics o gens als cromosomes.
El primer investigador que va aïllar ADN fou el suís Friedrich Miescher, entre el 1868 i 1869, quan realitzava els seus estudis postdoctorals al laboratori d'Ernst Felix Hoppa-Seyler (un dels fundadors de la bioquímica, la fisiologia i la biologia molecular) a Tübingen. Miescher estava analitzant la composició química del pus dels embenatges usats de l'hospital, per la qual cosa va aïllar nuclis i va comprovar que estaven formats per una única substància química molt homogènia, no proteica, que denominà nucleïna. No obstant això, fou Richard Altmann el 1889 qui va encunyar el terme àcid nucleic, quan es demostrà que la nucleïna tenia propietats àcides. En 1881, Zacharias demostrà que els cromosomes estaven formats químicament per nucleïna, establint la primera associació entre les dades citològiques i bioquímiques.
Les primeres observacions de la divisió cel·lular (la mitosi, durant la qual la cèl·lula mare reparteix els seus cromosomes entre dues cèl·lules filles), foren realitzades entre el 1879 i el 1882 per Walther Flemming i Robert Feulgen, de forma independent, gràcies al desenvolupament de noves tècniques de tinció. L'associació entre l'herència i els cromosomes fou feta poc després (1889) per August Weismann, de manera teòrica i gairebé intuïtiva. Però les primeres dades experimentals que van permetre a Walter Sutton i Theodor Boveri proposar que els «factors» de Mendel eren unitats físiques que se situaven als cromosomes (el que s'anomena sovint la teoria cromosòmica Boveri-Sutton) daten de 1902. Aquestes idees van romandre controvertides fins que Thomas Hunt Morgan va realitzar els experiments que avui es consideren clàssics sobre els trets genètics lligats al sexe, publicats el 1910 i que li van valdre el Premi Nobel el 1933. Morgan, Thomas Hunt, «Chromosomes and Heredity», The American Naturalist, 44(524):449-496, 1910.
La demostració que els gens estan als cromosomes fou feta per Calvin Bridges i Nettie Stevens el 1912 i fou Alfred Henry Sturtevant qui va mostrar que els gens es disposaven linealment al llarg del cromosoma i va elaborar el primer mapa genètic d'un organisme, Drosophila melanogaster. Les bases fonamentals de l'herència van quedar definitivament establertes el 1915, quan es publicà el llibre El mecanisme de l'herència mendeliana de Thomas Hunt Morgan, Alfred Strurtevant, Hermann Muller i Calvin Bridges.Gonzalo Claros, M. Historia de la Biologìa (V): La naturaleza química del DNA (hasta el primer tercio del siglo XX) . Edició per Internet de la revista Encuentros en la Biología, editada a la Facultat de Ciències de la Universidad de Málaga. ISSN 1134-8496 El 1919 Phoebus Levene va identificar que un nucleòtid està format per una base, un sucre i un fosfat, iniciant així l'anàlisi molecular de l'ADN, que portaria a la comprensió dels mecanismes moleculars de l'herència.
En els organismes eucariotes els cromosomes estan formats per tres tipus diferents de molècules: l'ADN, les histones i les proteïnes no històniques. De fet, els cromosomes eucariotes són molècules molt llargues d'ADN de doble hèlix que interaccionen amb les proteïnes (histones i no histones) i es poden trobar en estat relaxat o poc compactat, com en els nuclis de les cèl·lules durant la interfase; o en estat altament compactat, com succeeix a la metafase mitòtica.
center|miniatura|750px|Estructura d'un cromosoma eucariota.
Cronologia dels descobriments miniatura|Karl Wilhelm von Nägeli, botànic suís descobridor dels cromosomes. 1841: Els cromosomes són descoberts per Karl Wilhelm von Nägeli. 1869: Friedrich Miescher descobreix l'ADN. 1889: Wilhelm von Waldeyer els dona el nom de cromosoma, que significa "cos acolorit" en grec. 1910: Thomas Hunt Morgan determina que els cromosomes són els portadors dels gens. 1943: Oswald Avery, C. McLeod i M. McCarty descobreixen que l'ADN és el material hereditari. 1953: James Dewey Watson i Francis Harry Compton Crick descobreixen l'estructura de l'ADN. 1966: Severo Ochoa completa el codi genètic. 1972: D. Jackson, R. Symons i P. Berg creen la primera molècula artificial. 1973: J. Boyer i S. Cohen clonen bacteris. 1977: Frederick Sanger descobreix la seqüenciació de l'ADN. 1978: Producció d'una proteïna humana en bacteris. 1981: Es fa el primer diagnòstic prenatal. 1982: Es creen els primers organismes transgènics. 1983: Seqüenciació dels primers genomes sencers. 2001: Seqüenciació del genoma humà.
Estructura i composició química de la cromatina
Els principals components que s'obtenen quan s'aïlla la cromatina dels nuclis interfàsics són l'ADN, les proteïnes històniques, les proteïnes no històniques i l'ARN. La quantitat de proteïnes no histones pot variar d'uns teixits a altres en el mateix individu i dins del mateix teixit al llarg del desenvolupament.
Histones
Les histones són proteïnes bàsiques, riques en residus de lisina i arginina, que mostren una elevada conservació evolutiva i que interaccionen amb l'ADN formant una subunitat que es repeteix al llarg de la cromatina, anomenada nucleosoma. Els principals tipus d'histones que s'han aïllat en els nuclis interfàsics en diferents espècies eucariotes són H1, H2A, H2B, H3 i H4. A més d'aquestes histones, també n'hi ha d'altres que són específiques de cada teixit, com la histona H5 molt rica en lisina (25%) específica d'eritròcits nucleats de vertebrats no mamífers i les histones de l'endosperma. Així mateix, la cromatina centromèrica es caracteritza per la presència d'una isoforma específica de la histona H3, anomenada CENP-A en els vertebrats.
Una de les característiques més destacables és el seu elevat conservadorisme evolutiu, sobretot en les histones H3 i H4. La histona H4 de pèsol i de tim de vedella difereixen en només dos aminoàcids. Aquesta data indica que les interaccions entre l'ADN i les histones per formar la cromatina han de ser molt semblants en tots els organismes eucariotes.