İçerik
Gündelik insanların çoğu deoksiribonükleik asit veya DNA ile aşinadır; bu, suç şovlarını takip etmekten veya temel genetiğe maruz kalmaktan kaynaklanıyor olabilir. Benzer şekilde, tipik lise öğrencisi büyük olasılıkla bazı mahkumlarda "kromozom" terimini duymuştur ve bunların da, canlıların üreme özelliklerinin yavrularına nasıl yeniden üretilip gönderildiğiyle ilgili olduğunu kabul eder. Ancak, fonksiyonel olarak kromatin adı verilen DNA ve kromozomlara katılan varlık çok daha belirsizdir.
DNA, bölünmüş bütün canlıların sahip olduğu bir moleküldür. genler, belirli protein ürünleri yapmak için biyokimyasal kodlar. Kromozomlar, kromozomların oturdukları hücrenin yaşam aşamasına bağlı olarak şeklini çarpıcı bir şekilde değiştirebilmelerini sağlayan proteinlere bağlanmış çok uzun DNA şeritleridir. Kromatin, kromozomların yapıldığı malzemedir; Başka bir deyişle, kromozomlar ayrı kromatin parçalarından başka bir şey değildir.
DNA'ya Genel Bir Bakış
DNA, doğada bulunan iki nükleik asitten biridir, diğeri ribonükleik asittir (RNA). Neredeyse tümü bakteri olan prokaryotlarda DNA, bakteri hücreleri sitoplazmasında (hücrelerin yarı sıvı, protein bakımından zengin iç kısmı) çekirdekte değil, hücre zarı içerisine sahip olmadıklarından bakteri hücrelerinin sitoplazmasındaki gevşek bir kümede oturur. yapıları. Ökaryotlarda (yani hayvanlar, bitkiler ve mantarlar), DNA hücre çekirdeğinin içinde bulunur.
DNA, alt birimlerden (monomerler) toplanan bir polimerdir. nükleotidleri. Her bir nükleotid, bir pentoz veya beş karbonlu şeker (DNA'da deoksiriboz, RNA'da riboz), bir fosfat grubu ve azotlu bir baz içerir. Her bir nükleotit, kendisine sunulan dört farklı azotlu bazdan birine sahiptir; DNA'da bunlar adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timindir (T). RNA'da, ilk üçü mevcuttur, ancak urasil veya U, timin ile ikame edilir. Dört DNA nükleotidini birbirinden ayıran bazlar olduğu için, her bir organizmanın DNA'sının bir bütün olarak benzersizliğini belirleyen dizileridir; Dünyadaki milyarlarca insanın her birinin, özdeş bir ikiz olmadığı sürece, kimsede olmayan, DNA tarafından belirlenen genetik bir kodu vardır.
DNA, kimyasal olarak stabil formunda çift sarmallı, sarmal bir formasyondadır. İki şerit, her bir nükleotide, kendi bazları ile bağlanır. C ile ve sadece T ile bir çift, C ile sadece G ile eşleşir. Bu özel baz eşleşmesinden dolayı, her bir DNA molekülünün tamamı tamamlayıcı diğerine. Dolayısıyla DNA, her iki ucunda da ters yönlerde birçok kez bükülmüş bir merdiveni andırır.
DNA kendi kopyasını yaptığında, bu süreç denir. kopya. DNA'ların asıl işi proteinleri, gitmesi gereken hücrenin parçalarına protein yapmaktır. Bunu, şansa sahip olduğu gibi DNA'nın da yarattığı biyokimyasal kuryeye dayanarak yapar. Tek bir DNA zinciri, mesajcı RNA veya mRNA adı verilen bir molekülü oluşturmak için kullanılır. Bu süreç denir transkripsiyonve sonuç, U'nun T yerine mRNA şeridinde görünmesi dışında, oluşturulduğu DNA şeridini tamamlayıcı olan (şablon adı verilen) nükleotid baz dizilimi olan bir mRNA molekülüdür. sitoplazma denir ribozomlarbelirli proteinleri oluşturmak için mRNA talimatlarını kullanan.
Kromatin: Yapı
Hayatta, hemen hemen tüm DNA kromatin şeklinde var olur. Kromatin, adı verilen proteinlere bağlı DNA'dır. histonlar. Kromatin kütlesinin yaklaşık üçte ikisini oluşturan bu histon proteinleri çiftler halinde düzenlenmiş dört alt ünite içerir, çiftler hepsi bir oktamer adı verilen sekiz alt ünite bir yapı oluşturmak üzere gruplandırılır. Bu histon oktamerleri DNA'ya bağlanır, DNA bir makara etrafındaki iplik gibi oktamerlerin etrafına dolanır. Her oktamer, etrafına sarılmış iki tam DNA dönüşünden biraz daha azına sahiptir - toplamda yaklaşık 146 baz çiftidir. Bu etkileşimlerin sonuçlarına - histon oktamer ve onu çevreleyen DNA - denir. nükleozom.
Bir bakışta aşırı protein bagajı gibi görünen şeyin nedeni basittir: Histonlar veya daha spesifik olarak nükleozomlar, DNA'nın tek bir tam kopyasının tamamının sığması için gereken en yüksek dereceye kadar sıkıştırılmasını ve katlanmasını sağlayan şeydir. bir metre genişliğinde bir milyonda hücre. Tamamen düzelttiği insan DNA'sı şaşırtıcı bir 6 fit ölçüyor - ve vücudunuzdaki trilyonlarca hücrenin her birinde olduğunu hatırlayın.
Nükleozomları oluşturmak için DNA'ya takılan histonlar, kromatinin, mikroskop altında ipte dizilmiş bir dizi boncuk gibi görünmesini sağlar. Ancak bu aldatıcıdır, çünkü canlı hücrelerde kromatin bulunduğundan, histon oktamerlerin etrafındaki sarmaldan çok daha sıkı sarılır. Olduğu gibi, nükleozomlar üst üste katmanlar halinde istiflenir ve bu yığınlar sırayla birçok yapısal organizasyon seviyesinde sarılır ve ikiye katlanır. Kabaca konuşursak, nükleozomlar tek başına DNA paketlemesini yaklaşık altı kat arttırırlar. Bunların daha sonra istiflenmesi ve yaklaşık 30 nanometre genişliğinde bir elyafın (bir metrenin 30 milyarda biri) bir sarılması, 40'lık bir faktörle DNA salınımını daha da arttırır. paketleme verimliliği. Ve tamamen yoğunlaşmış kromozomlar bunu 10.000 kat daha arttırır.
Histonlar, yukarıda dört farklı tipte geldiği açıklanmasına rağmen, aslında çok dinamik yapılardır. Kromatin içindeki DNA, ömrü boyunca aynı yapıyı korurken, histonlar asetil grupları, metil grupları, fosfat grupları ve daha fazlası dahil olmak üzere kendilerine bağlı çeşitli kimyasal gruplara sahip olabilir. Bu nedenle, histonların ortasındaki DNA'nın nihayetinde ifade edilmesinde önemli bir rol oynaması muhtemeldir - yani, mRNA'nın belirli tiplerinin kaç kopyasının, DNA molekülü boyunca farklı genler tarafından kopyalanmasıdır.
Histonlara bağlı kimyasal gruplar, bölgedeki hangi serbest proteinlerin belirli nükleozomlara bağlanabileceğini değiştirir. Bu bağlı proteinler, nükleozomların organizasyonunu, kromatin uzunluğu boyunca farklı şekillerde değiştirebilir. Ayrıca, modifiye edilmemiş histonlar yüksek oranda pozitif yüklüdür; bunlar varsayılan olarak negatif yüklü DNA molekülü ile sıkıca bağlanmalarını sağlar; Histonlar vasıtasıyla nükleozomlara bağlanan proteinler, histonların pozitif yükünü azaltabilir ve bu koşullar altında kromatinin "gevşemesine" izin vererek histon-DNA bağını zayıflatabilir. Kromatinin bu gevşetilmesi, DNA iplikçiklerini daha erişilebilir ve kullanımı serbest hale getirir, bunlar ortaya çıkma zamanı geldiğinde çoğaltma ve transkripsiyon gibi işlemleri kolaylaştırır.
kromozomlar
Kromozomlar, kromatinin en aktif, fonksiyonel formunda olan kısımlarıdır. İnsanlarda, yirmi iki numaralı kromozom ve bir seks kromozomu olmak üzere, X veya Y de dahil olmak üzere 23 ayrı kromozom vardır. Vücudunuzdaki her hücrede, gamet hariç, her kromozomun iki kopyası vardır - 23, annenizden 23 senin baban. Numaralandırılmış kromozomlar, büyüklük bakımından önemli ölçüde değişir, ancak aynı sayıdaki kromozomlar, annenizden veya babanızdan gelsinler, hepsi bir mikroskop altında aynı görünür. Bununla birlikte, iki cinsiyet kromozomunuz, eğer erkek iseniz farklı görünür, çünkü bir X ve bir Y'niz var. Eğer kadınsanız, iki X kromozomunuz var. Bundan, erkeklerin genetik katkısının, yavruların cinsiyetini belirlediğini görebilirsiniz; Bir erkek karışıma X verirse, yavru iki X kromozomuna sahip olur ve dişi olur, erkek Y'yi bağışlarsa, yavru her cinsiyet kromozomundan birine sahip olur ve erkek olur.
Kromozomlar çoğaldığında - yani, bütün DNA ve kromozomlar içindeki proteinlerin tam kopyaları yapıldığında - bunlar iki özdeş kromatidler, kardeş kromatitler denir. Bu, kromozomlarınızın her bir kopyasında ayrı ayrı gerçekleşir, bu nedenle replikasyondan sonra, her bir numaralı kromozom ile ilgili toplam dört kromatit elde edersiniz: örneğin, kromozom 17 kopyasındaki babalarınızdaki iki özdeş kromatit, kromozom 17.
Her bir kromozomun içinde, kromatitler, denilen yoğunlaştırılmış bir kromatin yapısında birleştirilir. sentromer. Biraz yanıltıcı ismine rağmen, santromere mutlaka her bir kromatidin uzunluğu boyunca yarıya kadar görünmez; Aslında, çoğu durumda değil. Bu asimetri, merkezden bir yönde uzanan daha kısa "kollar" ve diğer yönde uzanan daha uzun "kollar" ortaya çıkmasına neden olur. Her kısa kol p-kol olarak adlandırılır ve daha uzun kol q-kol olarak bilinir. İnsan Genom Projesinin 21. yüzyılın başlarında tamamlanmasıyla birlikte, vücuttaki her bir spesifik gen her insan kromozomunun her bir koluna yerleştirildi ve haritalandı.
Hücre bölünmesi: mayoz ve mitoz
Vücudun günlük hücreleri bölündüğünde (gamet, kısaca tartışılan istisnalar), bunlar tüm hücrelerin DNA'sının, mitoz olarak adlandırılan basit bir şekilde çoğaltılmasından geçiyor. Bu, vücudun çeşitli dokularındaki hücrelerin büyümelerine, tamir edilmelerine ve yıprandıklarında değiştirilmelerine olanak sağlayan şeydir.
Çoğu zaman, vücudunuzdaki kromozomlar gevşer ve çekirdeğin içinde yayılır ve genellikle görünüşte oldukları ölçüde organizasyonun görünümünün yetersizliği nedeniyle bu durumda kromatin olarak adlandırılır. Hücrenin bölünme zamanı geldiğinde, hücre döngüsünün G1 fazının sonunda, ayrı ayrı kromozomlar çoğalır (S fazı) ve çekirdek içinde yoğunlaşmaya başlar.
Böylece başlar profaz mitozun (genel hücre döngüsünün M evresi), mitozun tanımlanmış dört evresinin ilki. İki yapı denir sentrozomlar hücrenin karşı tarafına göç eder. Bu sentrozomlar, kromozomlara ve hücrenin ortasına doğru uzanan ve dışa doğru yayılan bir şekilde yayılan, hücre adını alan mikro tüpler oluşturur. mitotik mil. İçinde metafaz46 kromozomun tamamı, bir çizgideki hücrenin ortasına doğru hareket eder, bu çizgi kromozomlar arasındaki çizgiye diktir. Önemli olarak, kromozomlar, bir kız kardeşi kromatidin yakında bölünecek olan hattın bir tarafında olması ve bir kız kardeşi kromatidin tamamen diğerinde olması için hizalanır. Bu, mikro sürenin içerideki toplayıcılar olarak işlev gördüğünü garanti eder. anafaz ve kromozomları içindeki santrometrelerinden ayırın telofazher yeni hücre, ana hücrelerin 46 kromozomlarının özdeş bir kopyasını alır.
Mayozda, süreç, mitozda olduğu gibi, kromozomları hizalı olan gonadlarda (üreme bezleri) bulunan germ hücreleri ile başlar. Bununla birlikte, bu durumda, ayırma çizgisi boyunca birbirine bağlanan homolog kromozomlar (aynı sayıda olanlar) ile çok farklı bir sıraya girerler. Bu, annenizin kromozomu 1'i babalarınız kromozomu 1 ile temas ettirir ve hatta bu durumu artırır. Bu, genetik materyali değiştirmelerini sağlar. Ayrıca, homolog kromozom çiftleri ayırma çizgisinde rastgele sıralanırlar, böylece anneleriniz bir tarafta değil, babalarınız diğer tarafta değildir. Bu hücre daha sonra mitozda olduğu gibi bölünür, ancak ortaya çıkan hücreler birbirlerinden ve ana hücreden farklıdır. Mayozun “noktası” yavrularda genetik değişkenliği sağlamaktır ve bu mekanizmadır.
Her bir kız hücre daha sonra kromozomlarını çoğaltmadan bölünür. Bu sonuçlanır gametlerveya yalnızca 23 ayrı kromozom içeren seks hücreleri. İnsanlardaki gametler sperm (erkek) ve oositlerdir (dişi). Seçilmiş birkaç sperm ve oosit döllenme sürecinde birbirleriyle kaynaşmaya devam eder ve 46 kromozomlu bir zigot oluşturur. Gametlerin “normal” bir hücre yapmak için diğer gametlerle kaynaşmaları nedeniyle, “normal” kromozom sayısının sadece yarısına sahip olmaları gerektiği açık olmalıdır.