ساختار ماده وراثتی (کروماتین و کروموزوم)
ماده وراثتی در هسته یاخته‌های یوکاریوتی به دو شکل فامینه (کروماتین) و فامتن (کروموزوم) دیده می‌شود که در واقع یک ماده واحد با درجات متفاوتی از فشردگی هستند. یاخته در بیشتر طول عمر خود (مرحله اینترفاز)، ماده وراثتی را به صورت رشته‌های درهم‌تنیده و باز کروماتین نگه می‌دارد تا امکان رونویسی و همانندسازی دنا فراهم باشد. با شروع تقسیم، این رشته‌ها فشرده شده و به شکل کروموزوم درمی‌آیند.
سازمان‌دهی دنا و پروتئین
برخلاف تصور اشتباه، ماده وراثتی حتی در کمترین حالت فشردگی نیز از ترکیب دنا و پروتئین تشکیل شده است. پروتئین‌های اصلی همراه دنا، هیستون‌ها هستند که مسئول ایجاد اولین سطح فشردگی یعنی هسته‌تن (نوکلئوزوم) می‌باشند. در این ساختار، دنا حدود دو دور به دور مجموعه‌ای از ۸ مولکول هیستون می‌پیچد. علاوه بر هیستون، پروتئین‌های غیرهیستونی متنوعی نیز در ساختار کروموزوم‌های یوکاریوتی یافت می‌شوند.
پروتئین‌های هیستون در سیتوپلاسم ساخته شده و از منافذ هسته وارد آن می‌شوند؛ پروکاریوت‌ها (باکتری‌ها) فاقد هیستون هستند.
کروموزوم‌های مضاعف و تک‌کروماتیدی
هر کروموزوم قبل از همانندسازی (در مرحله G1) دارای یک مولکول دنا است که به آن تک‌فامینکی (تک‌کروماتیدی) می‌گویند. پس از همانندسازی دنا در مرحله S، هر کروموزوم دارای دو مولکول دنای کاملاً یکسان می‌شود که در محل سانترومر به هم متصل‌اند و به آن‌ها کروماتیدهای خواهری می‌گویند.
به عنوان مثال، در یک فامتن تک‌کروماتیدی فقط ۱ مولکول دنا وجود دارد، اما در حالت مضاعف، ۲ مولکول دنا (۴ رشته پلی‌نوکلئوتیدی) مشاهده می‌شود.
واژگان کلیدی
- هسته‌تن (نوکلئوزوم)
- واحد ساختاری کروماتین شامل ۸ مولکول پروتئین هیستون که دنا حدود ۲ دور گرد آن‌ها پیچیده است.
- سانترومر
- بخش فشرده‌ای از کروموزوم که دو کروماتید خواهری را در کروموزوم‌های مضاعف به هم متصل نگه می‌دارد.
- کروماتید خواهری
- دو نسخه کاملاً یکسان از ماده ژنتیکی یک کروموزوم که پس از همانندسازی ایجاد شده و به هم متصل هستند.
اشتباه‌های رایج
- اشتباه است که فکر کنیم ماده وراثتی در حالت باز فقط از دنا تشکیل شده؛ پروتئین‌ها همواره همراه دنا هستند.
- تعداد مولکول‌های دنا همیشه با تعداد کروموزوم‌ها برابر نیست؛ در کروموزوم‌های مضاعف، هر کروموزوم ۲ مولکول دنا دارد.
- باکتری‌ها نوکلئوزوم ندارند چون فاقد پروتئین‌های هیستون هستند.
جمع‌بندی این مفهوم
- ماده وراثتی از دنا و پروتئین (هیستون و غیرهیستونی) ساخته شده و بسته به مرحله زندگی یاخته، میزان فشردگی آن تغییر می‌کند.
- واحد اصلی فشردگی دنا، نوکلئوزوم است که از هشت پروتئین هیستون و حدود دو دور دنا تشکیل می‌شود.
- کروموزوم‌ها در مرحله اینترفاز به شکل کروماتین باز و در زمان تقسیم به شکل کروموزوم فشرده هستند.
- پس از همانندسازی دنا، هر کروموزوم دارای دو کروماتید خواهری با محتوای ژنی کاملاً یکسان می‌گردد.
- تعداد رشته‌های پلی‌نوکلئوتیدی در یک کروموزوم مضاعف، چهار عدد (دو مولکول دنای دو رشته‌ای) است.
نکتهٔ تکمیلی
جالب است بدانید که اگر دنای موجود در تنها یک یاخته انسانی را کاملاً از حالت فشرده خارج کرده و به صورت خطی تراز کنیم، طول آن به حدود ۲ متر می‌رسد! این در حالی است که قطر هسته یاخته تنها چند میکرومتر است. جادوی پروتئین‌های هیستون و ساختار نوکلئوزوم است که اجازه می‌دهد چنین حجم عظیمی از اطلاعات در فضایی میکروسکوپی بسته‌بندی شود، درست مثل اینکه بخواهید چندین کیلومتر نخ را در یک گردوی کوچک جای دهید.