Τι είναι η Chromatin και τα Chromosomes;

Το DNA, η ουσία που είναι υπεύθυνη για την έκφραση της γενετικής σύνθεσης όλων των ζωντανών οργανισμών, είναι ένα πολύ στενό μόριο αποτελούμενη από ραχοκοκαλιά-φωσφορικό σάκχαρο που υποστηρίζει μια ακριβή αλληλουχία μικρότερων μορίων που ονομάζονται νουκλεοτίδια βάσεις. Τα κύτταρα διαβάζουν τμήματα DNA που ονομάζονται γονίδια για τον έλεγχο της παραγωγής πρωτεϊνών που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά του κυττάρου.

Η χρωματίνη και τα χρωμοσώματα είναι διαφορετικές μορφές του ίδιου υλικού που λειτουργούν συσκευάζοντας μόρια DNA για να ταιριάζουν και να λειτουργούν σε μικροσκοπικά κύτταρα. Η συσκευασία δεν είναι όμως η μόνη λειτουργία χρωμοσώματος και χρωματίνης. Μπορεί επίσης να λειτουργήσει για τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.

Ευκαρυωτικοί οργανισμοί, που περιλαμβάνουν όλες εκτός από τις απλούστερες μορφές ζωής, έχουν κύτταρα που περιέχουν μια κεντρική περιτοιχισμένη περιοχή που ονομάζεται πυρήνας. Το μεγαλύτερο μέρος του DNA ενός κυττάρου βρίσκεται στον πυρήνα, γεγονός που δημιουργεί μια πρόκληση συσκευασίας. Εάν απλώσατε όλο το DNA σε ανθρώπινο κύτταρο, θα εκτείνεται περίπου 3 μέτρα.

Η φύση έχει βρει έναν τρόπο να γεμίσει όλο αυτό το DNA σε έναν πυρήνα με διάμετρο μόλις 1 / 100.000 μέτρων. Όχι μόνο το κύτταρο πρέπει να συμπιέζει σφιχτά το πυρηνικό DNA, αλλά πρέπει επίσης να τακτοποιήσει λογικά το DNA έτσι ώστε ένα κύτταρο να έχει πρόσβαση στα μέρη που θέλει να χρησιμοποιήσει.

Ορίζουμε την χρωματίνη από το μακιγιάζ και τη λειτουργία της. Χρωματίνη είναι ένας συνδυασμός DNA, ριβονουκλεϊκών οξέων και πρωτεϊνών που ονομάζονται ιστόνες που γεμίζουν τον κυτταρικό πυρήνα. Οι ιστόνες προσκολλώνται και συμπιέζουν τους διπλούς ελικοειδείς κλώνους του DNA. Η χρωματίνη σχηματίζει δομές που μοιάζουν με σφαιρίδια που ονομάζονται νουκλεοσώματα, συμπιέζοντας το DNA με έναν παράγοντα έξι.

Η χορδή των σφαιριδίων στη συνέχεια τυλίγεται σε σχήμα κοίλου σωλήνα, το σωληνοειδές, το οποίο είναι 40 φορές πιο συμπαγές. Η Chromatin μπορεί να επιτύχει εν μέρει υψηλή συμπίεση εξουδετερώνοντας τα αρνητικά ηλεκτρικά φορτία που κυριαρχούν σε όλο το μόριο DNA και που διαφορετικά θα αντιστέκονταν στη συμπίεση. Ένας τύπος χρωματίνης, που ονομάζεται ευχρωματίνη, ρυθμίζει ενεργά τη γονιδιακή δραστηριότητα, ενώ η ετεροχρωματίνη διατηρεί τις ανενεργές περιοχές του μορίου DNA στενά συνδεδεμένες.

Όταν το DNA είναι στενά συνδεδεμένο, τα γονίδια σε αυτήν την περιοχή δεν είναι σε θέση να μεταγραφούν αφού ο μηχανισμός μεταγραφής (ένζυμα και άλλα μόρια) δεν μπορεί να φτάσει φυσικά στο γονίδιο. Όταν η χρωματίνη δεσμεύεται χαλαρά, από την άλλη πλευρά, τα γονίδια μπορούν να μεταγραφούν και να εκφραστούν ευκολότερα.

Τα χρωμοσώματα σχηματίζονται όταν ένα κύτταρο πρόκειται να διαιρεθεί, οπότε η χρωματίνη που μοιάζει με σπαγγέτι συμπιέζεται ακόμη περισσότερο, με συντελεστή 10.000. Το προκύπτον συμπυκνωμένο σώμα είναι ένα χρωμόσωμα, το οποίο συνήθως μοιάζει με ένα μεγάλο Χ. Οι τέσσερις βραχίονες του Χ ενώνονται στο κεντρικό τμήμα που ονομάζεται κεντρομερές. Τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα έχουν 46 χρωμοσώματα σε δύο ομάδες των 23, το καθένα από τα οποία δωρίστηκε από έναν γονέα.

Τα χρωμοσώματα αναπαράγονται και κατανέμονται ομοιόμορφα σε κάθε θυγατρικό κύτταρο κατά τη διαίρεση των κυττάρων. Αφού ολοκληρωθεί η κυτταρική διαίρεση, τα χρωμοσώματα εισέρχονται σε μια περίοδο που ονομάζεται μεσοφασική φάση και χαλαρώνουν πίσω σε κλώνους χρωματίνης.

Τα προκαρυωτικά έχουν κάτι παρόμοιο με τα χρωμοσώματα και τη χρωματίνη, αλλά δεν είναι ακριβώς το ίδιο. Αντί για τα ίδια σύμπλοκα που βρίσκονται στα ευκαρυωτικά, οι προκαρυωτικοί απλώς "υπερπλέουν" το DNA τους για να το χωρέσουν μέσα στο κελί. Οι προκαρυωτικοί έχουν επίσης μόνο ένα "συστάδες" DNA που ονομάζεται νουκλεοειδές. Ενώ υπάρχουν πρωτεΐνες που σχετίζονται με αυτό το υπερσυσσωμάτωση, δεν είναι η ίδια δομή ή διάταξη με τη χρωματίνη.

Η μεταγραφή πραγματοποιείται μόνο κατά τη διάρκεια της ενδιάμεσης φάσης. Κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, το κύτταρο αντιγράφει συγκεκριμένα γονίδια DNA σε RNA, το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται σε πρωτεΐνες. Κατά τη διάρκεια της ενδιάμεσης φάσης, η χρωματίνη είναι σχετικά χαλαρή, επιτρέποντας στον μηχανισμό μεταγραφής των κυττάρων να έχει πρόσβαση στα γονίδια DNA.

Η ευχρωματίνη περιβάλλει γονίδια που είναι επιλέξιμα για μεταγραφή και παίζει ενεργό ρόλο στη διαδικασία. Η ετεροχρωματίνη προσκολλάται σε ανενεργά τμήματα του μορίου DNA. Η Chromatin συμπυκνώνεται σε χρωμοσώματα και στη συνέχεια χαλαρώνει ξανά καθώς το κύτταρο εναλλάσσεται μεταξύ διαίρεσης και ενδιάμεσης φάσης.