المحتوى
الحمض النووي ، المادة المسؤولة عن التعبير عن التركيب الوراثي لجميع الكائنات الحية ، هو جزيء ضيق طويل يتكون من العمود الفقري لفوسفات السكر والذي يدعم تسلسل دقيق لجزيئات أصغر تسمى قواعد النيوكليوتيدات. تقرأ الخلايا أجزاء من الحمض النووي تسمى الجينات للتحكم في إنتاج البروتينات التي تحدد خصائص الخلية.
الكروماتين والكروموسومات هي أشكال مختلفة من نفس المادة التي تعمل عن طريق تعبئة جزيئات الحمض النووي لتناسب وتعمل في خلايا صغيرة. التعبئة ليست فقط وظيفة كروموسوم وكروماتين ، رغم ذلك. يمكن أن تعمل أيضًا للمساعدة في تنظيم التعبير الجيني.
التعبئة والتغليف التحدي
تحتوي الكائنات حقيقية النواة ، والتي تشمل جميع أشكال الحياة باستثناء أبسطها ، على خلايا تحتوي على منطقة ذات جدران مركزية تسمى النواة. معظم الحمض النووي للخلية موجود في النواة ، مما يخلق تحديًا كبيرًا في التعبئة. إذا قمت بتمديد كل الحمض النووي في الخلية البشرية ، فستمتد حوالي 3 أمتار.
لقد وجدت الطبيعة طريقة لتعبئة كل هذا الحمض النووي في نواة يبلغ قطرها 100000 متر فقط. ليس فقط يجب على الخلية ضغط الحمض النووي بإحكام ، بل يجب أيضًا ترتيب الحمض النووي بشكل معقول حتى تتمكن الخلية من الوصول إلى الأجزاء التي تريد استخدامها.
تعريف الكروماتين
نحدد الكروماتين من خلال تركيبها ووظيفتها. الكروماتين هو مزيج من الحمض النووي ، والأحماض الريبية ، والبروتينات التي تسمى هيستون التي تملأ نواة الخلية. يعلق الهيستون وضغط سلاسل حلزونية مزدوجة من الحمض النووي. يشكل الكروماتين هياكل شبيهة بالخرز تدعى النيوكليوزومات ، مضغوطًا الحمض النووي بعامل ستة.
ثم يتم لف سلسلة الخرز في شكل أنبوب مجوف ، الملف اللولبي ، والذي يكون مضغوطًا 40 مرة. يمكن أن يحقق الكروماتين ضغطًا عاليًا جزئيًا عن طريق تحييد الشحنات الكهربائية السلبية التي تسود جزيء الحمض النووي والتي تقاوم الضغط. هناك نوع واحد من الكروماتين ، يسمى euchromatin ، ينظم بنشاط نشاط الجينات ، بينما يحافظ heterochromatin على المناطق غير النشطة لجزيء الحمض النووي (DNA) مرتبطة بإحكام.
عندما يكون الدنا مرتبطًا بإحكام ، فإن الجينات الموجودة في تلك المنطقة لا يمكن نسخها نظرًا لأن آلية النسخ (الإنزيمات والجزيئات الأخرى) لا يمكنها الوصول إلى الجينات فعليًا. عندما يكون الكروماتين مرتبطًا بشكل فضفاض ، من ناحية أخرى ، يمكن نسخ الجينات والتعبير عنها بسهولة أكبر.
الكروموسومات
تتشكل الكروموسومات عندما تكون الخلية على وشك الانقسام ، وفي ذلك الوقت يضغط الكروماتين الذي يشبه السباغيتي أكثر من ذلك ، بعامل 10000. الجسم المكثف الناتج هو كروموسوم ، يشبه عادةً X كبيرًا. ترتبط أذرع X الأربعة في الجزء المركزي المسمى centromere. تحتوي معظم الخلايا البشرية على 46 كروموسوم في مجموعتين من 23 ، كل مجموعة تبرع بها أحد الوالدين.
الكروموسومات تكرر نفسها وتوزع بالتساوي على كل خلية ابنة أثناء انقسام الخلايا. بعد انتهاء الانقسام الخلوي ، تدخل الصبغيات فترة تسمى الطور البيني (interphase) وتخفف مرة أخرى في شرائط الكروماتين.
تحتوي بدائيات النوى على شيء مشابه للكروموسومات والكروماتين ، ولكنها ليست متشابهة. بدلاً من المركبات نفسها الموجودة في حقيقيات النوى ، فإن بدائيات النوى ببساطة "تفرز" الحمض النووي الخاص بها من أجل احتوائها داخل الخلية. يوجد بدائيات النواة أيضًا "كتلة" واحدة من الحمض النووي تسمى النيوكليويد. في حين أن هناك بروتينات مرتبطة بهذا الغلاف الفائق ، فهي ليست نفس البنية أو التركيب مثل الكروماتين.
وظيفة الكروماتين: التكثيف والاسترخاء
يحدث النسخ فقط خلال الطور البيني. أثناء النسخ ، تقوم الخلية بنسخ جينات معينة من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، والتي تترجم لاحقًا إلى بروتينات. أثناء الطور البيني ، يكون الكروماتين مرتاحًا نسبيًا ، مما يسمح لآلية نسخ الخلية بالوصول إلى جينات الدنا.
يحيط Euchromatin بالجينات المؤهلة للنسخ ويلعب دورًا نشطًا في هذه العملية. يعلق الهيتيروكوماتين على أجزاء غير نشطة من جزيء الحمض النووي. يتكثف الكروماتين إلى كروموسومات ثم يرتاح مرة أخرى عندما تتناوب الخلية بين الانقسام والطور البيني.