ما فائدة وجود الحمض النووي ملفوفًا بإحكام في الكروموسومات؟

يتم تنظيم الحمض النووي داخل الخلية بحيث يتناسب جيدًا مع الحجم الصغير للخلية. يسهل تنظيمها أيضًا الفصل السهل للكروموسومات الصحيحة أثناء انقسام الخلية. يمكن أن تؤثر درجة التفاف الحمض النووي بإحكام على الجينات التي يتم تشغيلها أو إيقاف تشغيلها ، من خلال التأثير على قدرة بعض البروتينات على الارتباط بالحمض النووي.

في هذا المنشور ، سنستعرض تفاصيل كل من هذه التأثيرات للحمض النووي الملفوف بإحكام.

الحمض النووي معقد كبير ، يتكون من عدة لبنات بناء تعرف بالنيوكليوتيدات. ترتبط هذه النيوكليوتيدات معًا لتشكل خيوطًا من الحمض النووي. يمكن بعد ذلك أن تتزاوج هذه الخيوط ، بناءً على التسلسلات التكميلية للنيوكليوتيدات. يشكل الاقتران بين هذه الخيوط ما يعرف ببنية الحلزون المزدوج.

ثم يتم لف الحلزون المزدوج للحمض النووي حول بروتينات معينة تعرف باسم الهستونات. هذا يسمح للحمض النووي أن يتم لفه بإحكام أكثر وبالتالي يشغل مساحة أقل داخل الخلية. يمكن للحمض النووي أن يتكثف أكثر من خلال اقتراب الهستونات من بعضها البعض. يؤدي هذا اللف الأكثر إحكامًا للحمض النووي إلى تكوين كروموسومات ملفوفة بإحكام أو مكثفة.

طوال معظم حياة الخلية ، يتم لف الحمض النووي بشكل فضفاض حول الهستونات وليس في شكل الكروموسومات المكثف. يحدث الالتفاف الأكثر إحكامًا ، أو التكثيف ، للكروموسومات فقط أثناء الانقسام ، عملية انقسام الخلايا. أثناء الانقسام ، تتكثف الكروموسومات بحيث يكون كل كروموسوم وحدة متميزة.

قبل الانقسام ، تنسخ الخلية الحمض النووي الخاص بها بحيث تحتوي على نسختين من كل كروموسوم. تصطف الكروموسومات في منتصف الخلية أثناء الانقسام ، مع أزواج من الكروموسومات بجانب بعضها البعض. عندما تنقسم الخلية ، تنتقل نسخة واحدة إلى كل خلية من الخلايا الناتجة.

إذا لم تصطف الكروموسومات بشكل صحيح ، يمكن أن تحدث تشوهات جينية شديدة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى موت الخلية أو السرطان. يؤدي تكثيف الحمض النووي إلى كروموسومات معبأة بإحكام إلى جعل عملية محاذاة الكروموسوم وفصله أثناء الانقسام أكثر كفاءة.

يعتبر التعبير الجيني ، أو عملية تشغيل الجين ونسخه ، عملية معقدة. إنه ينطوي على ارتباط بروتينات معينة ، تُعرف باسم عوامل النسخ ، بجزء من الجين الذي ينظم التعبير عنه. تعزز معظم عوامل النسخ التعبير عن الجين ؛ ومع ذلك ، تمنع بعض عوامل النسخ الجين من التعبير عنه ، بمعنى آخر ، إيقاف تشغيله.

بمجرد أن يقوم عامل النسخ بتشغيل الجين ، يتحرك بروتين يسمى RNA polymerase على طول الحمض النووي ويشكل تسلسلًا مكملًا من RNA ، والذي يصبح بعد ذلك بروتينًا.

يمكن أن تؤثر الطريقة التي يتم بها لف الحمض النووي على التعبير الجيني ، أو على الجينات التي يتم تشغيلها. عندما يتم تكثيف الكروموسومات بإحكام ، يتم لف الحمض النووي بإحكام شديد ، مما يجعل من الصعب على عوامل النسخ الارتباط بالحمض النووي. عندما يكون الحمض النووي أقل التفافًا حول الهستونات ، يمكن أن تؤثر الهيستونات نفسها على التعبير الجيني.

يمكن أن تحدث تعديلات ، مثل ارتباط مجموعات الفوسفات ، على الهستونات ويمكن أن تتسبب هذه التعديلات في ارتباط الحمض النووي أكثر أو أقل بالهيستونات. مناطق الحمض النووي التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالهيستونات يمكن الوصول إليها بشكل أكبر لعوامل النسخ وبوليميراز الحمض النووي الريبي ، مما يجعل تشغيل هذه الجينات أسهل. عندما يرتبط الحمض النووي بشكل أكثر إحكامًا بالهيستونات ، يكون النسخ أكثر صعوبة العوامل و RNA polymerase للارتباط بالحمض النووي ، مما يزيد من احتمالية تحول تلك الجينات إيقاف.