الكروموسومات

التعريف - ما هي الكروموسومات؟

يتم تخزين المادة الوراثية للخلية في شكل DNA (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) وقواعدها (الأدينين ، الثايمين ، الجوانين والسيتوزين). في جميع الخلايا حقيقية النواة (الحيوانات والنباتات والفطريات) هذا موجود في نواة الخلية في شكل كروموسومات. يتكون الكروموسوم من جزيء DNA واحد متماسك مرتبط ببعض البروتينات.

اسم كروموسوم مشتق من اليونانية ويمكن ترجمته تقريبًا باسم "لون الجسم". يأتي هذا الاسم من حقيقة أن العلماء نجحوا في وقت مبكر جدًا في تاريخ علم الخلايا (1888) في تلطيخها بأصباغ أساسية خاصة وتحديدها تحت المجهر الضوئي. ومع ذلك ، فهي مرئية حقًا فقط في نقطة معينة في دورة الخلية ، الانقسام (إنقسام منصف في الخلايا الجرثومية) ، عندما يكون الكروموسوم موجودًا بشكل كثيف (مكثف) بشكل خاص.

كيف يتم بناء الكروموسومات؟

إذا كان الحلزون المزدوج للحمض النووي للخلية بالكامل ، أي حوالي 3.4 × 109 أزواج قاعدية ، متصلاً ببعضه البعض ، فستكون النتيجة بطول يزيد عن متر واحد. ومع ذلك ، يبلغ الطول الإجمالي لجميع الكروموسومات المضافة معًا حوالي 115 ميكرومتر فقط. يفسر هذا الاختلاف في الطول من خلال البنية المدمجة جدًا للكروموسومات ، حيث يتم جرح الحمض النووي أو لفه عدة مرات بطريقة محددة للغاية.

يلعب الهيستون ، وهو شكل خاص من البروتين ، دورًا مهمًا في هذه العملية. في المجموع هناك 5 هيستونات مختلفة: H1 و H2A و H2B و H3 و H4. اثنان من الهستونات الأربعة الأخيرة يشكلان بنية أسطوانية ، أوكتامر ، حول اللولب المزدوج يلتف حوله مرتين (= superhelix).

تلتصق H1 بهذه البنية لتثبيتها. يسمى هذا المركب من DNA و octamer و H1 nucleosome. العديد من هذه النيوكليوسومات تقع الآن على مسافات قصيرة نسبيًا (10-60 زوجًا قاعديًا) واحدة خلف الأخرى.

تسمى الأقسام الموجودة بين الكروموسومات DNA spacer. تتلامس النيوكليوسومات الفردية الآن مرة أخرى عبر H1 ، مما يؤدي إلى مزيد من التصاعد وبالتالي الانضغاط. يكون الخيط الناتج بدوره في حلقات يتم تثبيتها بواسطة عمود فقري من حمض غير هيستون البروتينات، المعروف أيضًا باسم Hertones.

هذه الحلقات هي بدورها موجودة في اللوالب المستقرة البروتينات، مما يؤدي إلى المرحلة النهائية من الضغط. ومع ذلك ، فإن هذه الدرجة العالية من التكثيف تحدث فقط أثناء انقسام الخلايا في الانقسام. في هذه المرحلة ، يمكن أيضًا رؤية الشكل المميز للكروموسومات ، والتي تتكون من كروماتيدات.

المكان الذي تتصل فيه هذه الأشياء يسمى centromere. يقسم كل كروموسوم طور إلى ذراعين قصيرين وذراعين طويلين ، ويسمى أيضًا ذراعي p و q. إذا كان السنترومير يقع تقريبًا في منتصف الكروموسوم ، فإنه يسمى كروموسوم متري ؛ إذا كان موجودًا في أحد النهايات ، فإنه يسمى كروموسوم acrocentric.

وتسمى تلك الموجودة بين الكروموسومات تحت المجرى. هذه الاختلافات ، التي يمكن رؤيتها بالفعل تحت المجهر الضوئي ، جنبًا إلى جنب مع طول الكروموسومات ، تسمح بالتقسيم الأولي للكروموسومات. التيلوميرات هي نهايات الكروموسومات التي تحتوي على متواليات متكررة (TTAGGG).

هذه لا تحمل أي معلومات ذات صلة ، ولكنها تعمل على منع فقدان المزيد من أقسام الحمض النووي ذات الصلة. مع كل انقسام خلوي ، يفقد جزء من الكروموسوم بسبب آلية تكرار الحمض النووي. ال التيلوميرات وبالتالي تعمل بطريقة ما كمخزن مؤقت ، مما يؤخر اللحظة التي تفقد فيها الخلية معلومات مهمة من خلال الانقسام.

إذا كان التيلوميرات من خلية تقع تحت طول 4,000 زوج قاعدي تقريبًا ، يبدأ موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا المبرمج). هذا يمنع انتشار المادة الوراثية المعيبة في الكائن الحي. تمتلك عدد قليل من الخلايا تيلوميراز ، أي الانزيمات قادرة على تمديد التيلوميرات مرة أخرى.

بالإضافة إلى الخلايا الجذعية ، التي تُشتق منها جميع الخلايا الأخرى ، فهي خلايا جرثومية وخلايا معينة من الجهاز المناعي. علاوة على ذلك ، توجد التيلوميرات أيضًا في سرطان وهذا هو سبب الحديث عن خلود خلية في هذا السياق. الكروماتينية هو المحتوى الكامل لنواة الخلية التي يمكن تلطيخها بصبغة أساسية.

لذلك ، لا يشمل المصطلح الحمض النووي فحسب ، بل يشمل أيضًا بعض البروتينات ، على سبيل المثال هيستونات وهيرتونات (انظر التركيب) ، وكذلك أجزاء معينة من الحمض النووي الريبي (hn- و snRNA). اعتمادًا على المرحلة في دورة الخلية أو النشاط الجيني ، توجد هذه المادة بكثافات متفاوتة. يسمى الشكل الأكثر كثافة هيتروكروماتين.

لتسهيل الفهم ، يمكن بالتالي اعتباره "شكل تخزين" وهنا مرة أخرى يتم التمييز بين الهيتروكروماتين التأسيسي والاختياري. الهيتروكروماتين التأسيسي هو الشكل الأكثر كثافة ، والذي يوجد في جميع مراحل دورة الخلية في أعلى مرحلة تكثيف. يشكل حوالي 6.5 ٪ من الجينوم البشري ويقع بشكل أساسي بالقرب من السنتروميرات ونهايات أذرع الكروموسوم (التيلوميرات) بنسب صغيرة ولكن أيضًا في مواقع أخرى (بشكل رئيسي الكروموسوم 1,9,16,19،XNUMX،XNUMX،XNUMX و Y).

علاوة على ذلك ، تقع غالبية الهيتروكروماتين التكويني بالقرب من الغشاء النووي ، أي عند حواف نواة الخلية. وبالتالي فإن المساحة الموجودة في المنتصف محجوزة للنشطاء الكروماتينية، كروماتين حقيقي. الهيتروكروماتين الاختياري أقل كثافة بقليل ويمكن تنشيطه وإلغاء تنشيطه حسب الحاجة أو حسب مرحلة التطور.

وخير مثال على ذلك هو الكروموسوم X الثاني في الأنماط النووية الأنثوية. نظرًا لأن كروموسوم X واحد أساسًا يكفي لبقاء الخلية ، حيث أنه في النهاية كافٍ أيضًا عند الذكور ، يتم إلغاء تنشيط أحدهما في المرحلة الجنينية. يُعرف كروموسوم X المعطل باسم جسم بار.

فقط أثناء انقسام الخلية ، أثناء الانقسام ، يتكثف تمامًا ، ويصل إلى أعلى كثافة له في الطور. ومع ذلك ، نظرًا لأنه يتم قراءة الجينات المختلفة بترددات مختلفة - بعد كل شيء ، ليس كل بروتين مطلوب بنفس الكمية في جميع الأوقات - يتم التمييز هنا أيضًا بين كروماتين حقيقي نشط وغير نشط. Haploid (غرام.

haploos = مفرد) يعني أن كل كروموسومات الخلية موجودة بشكل فردي ، أي ليست في أزواج (ثنائية الصبغيات) كما هو الحال عادةً. هذه هي الحالة الطبيعية لجميع البيض و نطفة الخلايا التي لا يتم فيها فصل الكروماتيدات المتشابهة في الوقت الحالي أثناء قسم النضج الأول لـ إنقسام منصف، بل يتم فصل كل أزواج الكروموسومات أولاً. نتيجة لذلك ، بعد الانقسام الأول في البشر ، تحتوي الخلايا الوليدة على 23 كروموسومًا فقط بدلاً من 46 كروموسومًا عاديًا ، وهو ما يعادل نصف مجموعة الكروموسومات أحادية العدد.

ومع ذلك ، نظرًا لأن هذه الخلايا الوليدة لا تزال تحتوي على نسخة متطابقة من كل كروموسوم تتكون من 2 كروموسوم ، فإن التقسيم الثاني مطلوب ، حيث يتم فصل الكروماتيدات عن بعضهما البعض. الكروموسوم متعدد الخطوط هو كروموسوم يتكون من العديد من الكروماتيدات المتطابقة وراثيا. نظرًا لأنه من السهل التعرف على هذه الكروموسومات بالفعل عند التكبير المنخفض ، فإنها تسمى أحيانًا الكروموسومات العملاقة. الشرط الأساسي لهذا هو التكرار الداخلي ، حيث تتضاعف الكروموسومات عدة مرات في الداخل نواة الخلية دون انقسام الخلية.