كيف يتم تنظيم الحمض النووي ليتناسب مع الخلية؟

لديك حوالي 50 تريليون خلية في جسمك. كلهم تقريبًا لديهم حمض نووي بداخلهم - في الواقع مترين منه. إذا قمت بربط كل هذا الحمض النووي معًا من طرف إلى طرف ، فسيكون لديك خيط طويل بما يكفي للدوران حول الأرض مرتين ونصف المليون. ومع ذلك ، بطريقة ما ، يتم حزم هذا الحمض النووي بإحكام بما يكفي ليس فقط ليتناسب داخل جسمك ، بل يتناسب مع النوى الدقيقة للخلايا التي يتكون منها جسمك. يدير جسمك هذا بنفس الطريقة التي تدير بها مجموعة من الحبال أو قوس قزح من الخيوط: فهو يلف الخيوط ويعقدها معًا.

يتكون جزيء واحد من الحمض النووي من سلسلة طويلة من جزيئات الأدينين والسيتوزين والجوانين والثايمين المرتبطة معًا بمجموعات السكر والفوسفات. نادرًا ما توجد جزيئات الحمض النووي من تلقاء نفسها ؛ عادة ما يتم إقرانها في خيوط تكميلية ملفوفة حول بعضها البعض في تكوين اللولب المزدوج الشهير. مثل خيطين من الخيط ، يوفر الحمض النووي مزدوج الشريطة نوعًا من الحماية الكيميائية التي تجعل الاثنين معًا أقوى من واحد في حد ذاته. هذا التجديل المزدوج هو أول آلية لتعبئة الحمض النووي في عبوة محكمة ، مما يقلل من طول المترين إلى مترين.

إذا كان لديك 50 ياردة من الخيط ، فلن ترغب في إسقاطه في كومة. بدلاً من ذلك ، ستحصل على بكرة وتلف الخيط حولها. هذا هو نفس الشيء الذي يفعله جسمك بالحمض النووي. يستخدم مجموعات من الجزيئات تسمى الهستونات كمكبات للحمض النووي. الموقف أكثر تعقيدًا من بكرة الخيط ، لأن جسمك يحتاج إلى أن يكون قادرًا على الوصول إلى أجزاء مختلفة من حمضك النووي في أوقات مختلفة. لذا بدلاً من بكرة واحدة كبيرة يجب فكها كثيرًا للوصول إلى مكان ما في الوسط ، يصنع جسمك الكثير من البكرات الصغيرة ، مما يجعل حلقة تلو الأخرى في الحمض النووي الخاص بك. تسمى هذه الحلقات الصغيرة من الحمض النووي الملفوف بالنيوكليوزومات ، ولكل كروموسوم مئات الآلاف منها. الهيكل الناتج يسمى عادة "سلسلة من الخرز". يؤدي هذا التخزين المؤقت إلى تقليل طول الحمض النووي من حوالي متر واحد إلى حوالي 14 سم.

الخطوة التالية في ضغط الحمض النووي ليست مفهومة جيدًا ، على الرغم من أن النتائج معروفة. بطريقة ما ، تلتف النيوكليوسومات حول بعضها البعض ، ربما مثل بتلات على أقحوان إذا كانت كل بتلة نواة عمودية. ثم تلتف الحلقات الدائرية للنيوكليوسومات فوق بعضها البعض. والنتيجة هي بنية تسمى ألياف 30 نانومتر ، لأنها خيط يبلغ قطره 30 جزء من المليار من المتر. ثم تلتف تلك الألياف التي يبلغ قطرها 30 نانومترًا على نفسها ، ثم تلتف الحلقات على نفسها مرة أخرى - الآن أشبه بخيوط من خيوط أكثر من بكرة خيط. هذا المستوى من اللف كافٍ لملاءمة الحمض النووي في نواة الخلية.

عندما تنقسم الخلية ، فإنها تنقسم إلى نسختين كاملتين من نفسها. تشتمل هاتان النسختان المثاليتان على مجموعتين من الحمض النووي. للتحضير للازدواجية ، تتكثف الكروموسومات بشكل أكبر ، وتصطف في مرحلة حياة خلوية تسمى الطور الطوري. في الطور الاستباقي ، يحتوي الحمض النووي على العديد من الحلقات الموجودة على الحلقات بحيث يتم ضغطه في طول واحد على عشرة آلاف من طوله الأصلي. كانت تلك الأشكال المضغوطة هي أول شكل من أشكال الحمض النووي تم اكتشافه.