الكروموسومات: الاكتشاف ، الأنواع ، الوظيفة ، التركيب - مادة الاحياء - 2026

في الكروموسومات هي هياكل تتكون من جزيء DNA والبروتينات المرتبطة مستمرة. تم العثور عليها بدقة داخل نواة الخلايا حقيقية النواة وتحتوي على معظم موادها الوراثية. تظهر هذه الهياكل بشكل أوضح أثناء انقسام الخلية.

تم التعرف على الكروموسومات حقيقية النواة ودراستها لأول مرة في أواخر القرن الثامن عشر. اليوم كلمة "كروموسوم" مصطلح معروف على نطاق واسع ، حتى بالنسبة للأشخاص الذين درسوا فقط الجوانب الأساسية في علم الأحياء أو علم الوراثة.

رسم تخطيطي تمثيلي للكروموسوم والمعلومات التي يحتوي عليها (المصدر: KES47 عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يوجد على الكروموسومات جينات ، وكثير منها يرمز للبروتينات والإنزيمات والمعلومات الضرورية لحياة كل خلية. ومع ذلك ، فإن العديد من الكروموسومات تؤدي وظائف هيكلية بحتة ، مما يعني أنها تسمح بترتيب محدد للجينات داخل النواة الداخلية.

بشكل عام ، تحتوي جميع خلايا الفرد على نفس عدد الكروموسومات. في البشر ، على سبيل المثال ، تحتوي كل خلية من تريليونات الخلايا المقدر أنها تتكون من جسم البالغين على 46 كروموسومًا ، وهي منظمة في 23 زوجًا مختلفًا.

كل كروموسوم من الكروموسومات البالغ عددها 46 في البشر والكائنات الحية الأخرى له خصائص فريدة. فقط تلك المعروفة باسم "الأزواج المتماثلة" تشترك في الخصائص مع بعضها البعض ، ولكن ليس مع أزواج مختلفة ؛ أي أن جميع الكروموسومات 1 متشابهة مع بعضها البعض ، لكنها تختلف عن 2 و 3 ، وهكذا.

إذا تم ترتيب جميع الكروموسومات في الخلية البشرية بطريقة خطية ، فإنها ستشكل سلسلة طولها أكثر أو أقل من مترين ، لذا فإن إحدى الوظائف الرئيسية للكروموسومات هي ضغط المادة الجينية بحيث "تناسب" النواة ، مع السماح بالوصول إلى آلية النسخ والنسخ.

على الرغم من الاختلافات الهائلة الموجودة بين الجينوم البكتيري وتلك الخاصة بالكائنات حقيقية النواة ، فإن المادة الوراثية بدائيات النوى (وكذلك بعض العضيات الداخلية لحقيقيات النوى) تسمى أيضًا كروموسوم وتتكون من جزيء دائري.

اكتشاف

في الوقت الذي حدد فيه مندل مبادئ الوراثة ، لم يكن لديه أي فكرة عن وجود الكروموسومات. ومع ذلك ، خلص إلى أن العناصر القابلة للتوريث تنتقل في نسختين من خلال جسيمات خاصة ، وهي فكرة سابقة لعصرها بكثير.

قام عالمان من القرن الثامن عشر ، عالم النبات K. Nageli وعالم الحيوان E. Beneden ، بمراقبة ودراسة الخلايا النباتية والحيوانية أثناء أحداث انقسام الخلايا. كانت هذه أول من وصف الهياكل على شكل "قضبان صغيرة" داخل الحيز المركزي المعروف باسم النواة.

أوضح كلا العالمين أنه أثناء انقسام الخلية لخلية "نموذجية" ، تشكلت نواة جديدة ، ظهرت داخلها مجموعة جديدة من "العصي الصغيرة" ، على غرار تلك الموجودة في الخلية في البداية.

تم وصف عملية التقسيم هذه في وقت لاحق بشكل أكثر دقة من قبل العالم الألماني دبليو فليمنج في عام 1879 ، والذي تمكن ، باستخدام الأصباغ أثناء الملاحظة ، من تلطيخ "العصي الصغيرة" لتصورها بشكل أفضل.

أثبت TH Morgan أن الأنماط الظاهرية موروثة بالطريقة التي اقترحها مندل وأن وحدات الوراثة تتواجد في الكروموسومات. قدم مورغان الدليل المادي الذي عزز "الثورة المندلية".

مصطلحات الكروموسوم والكروماتين

وقد وثق فليمنج سلوك "العصي" أثناء الطور البيني والتحرك الخلوي (انقسام الخلية). في عام 1882 نشر تحقيقًا حيث صاغ لأول مرة مصطلح "كروماتين" للمادة التي تلطخت داخل النواة عندما لم تكن الخلية منقسمة.

وقد لاحظ أيضًا أنه أثناء الانقسام الخلوي ، تضاعف عدد "العصي" (الكروموسومات) في النواة. تم وضع واحد من كل زوج من الكروموسومات المضاعفة داخل كل نواة من الخلايا الناتجة ، لذلك كان تكملة الكروموسومات لهذه الخلايا أثناء الانقسام متطابقًا.

صورة لنمط نووي بشري (المصدر: Plociam ~ commonswik ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

قام دبليو فالداير ، باتباع أعمال فليمنج ، بتأسيس مصطلح "كروموسوم" (من الكلمة اليونانية "الجسم الملطخ") لوصف نفس المادة التي تم ترتيبها بطريقة منظمة في وقت انقسام الخلية.

بمرور الوقت ، تعمق باحثون مختلفون في دراسة المادة الجينية ، والتي تغير بها معنى مصطلحي "الكروموسوم" و "الكروماتين" قليلاً. اليوم الكروموسوم هو وحدة منفصلة من المادة الوراثية والكروماتين هو مزيج من الحمض النووي والبروتينات التي يتكون منها.

أنواع الكروموسومات وخصائصها

أنشأ EB Wilson ، في الإصدار الثاني من كتاب La Célula (الخلية) ، التصنيف الأول للكروموسومات ، والذي يعتمد على موقع السنترومير ، وهي خاصية تؤثر على ارتباط الكروموسومات بالمغزل الانقسامي أثناء انقسام الخلية.

توجد ثلاث طرق مختلفة على الأقل لتصنيف الكروموسومات ، نظرًا لوجود كروموسومات مختلفة بين الأنواع وفي الأفراد من نفس النوع توجد كروموسومات ذات هياكل ووظائف مختلفة. التصنيفات الأكثر شيوعًا هي:

حسب الخلية

يُنظر إلى المادة الوراثية داخل البكتيريا على أنها كتلة دائرية كثيفة ومرتبة ، بينما في الكائنات حقيقية النواة ، يُنظر إليها على أنها كتلة كثيفة تظهر "غير منظمة" داخل النواة. اعتمادًا على الخلية ، يمكن تصنيف الكروموسومات إلى مجموعتين كبيرتين:

- كروموسومات بدائية النواة: يحتوي كل كائن بدائي النواة على كروموسوم واحد يتكون من جزيء DNA مغلق تساهميًا (دائري) ، بدون بروتينات هيستون ويقع في منطقة من الخلية تعرف بالنيوكليويد.

- كروموسومات حقيقية النواة: في حقيقيات النوى قد يكون هناك كروموسومان أو أكثر لكل خلية ، وهما موجودان داخل النواة وهما أكثر تعقيدًا من الكروموسوم البكتيري. يتم حزم الحمض النووي الذي يتكون منها بشكل كبير بفضل ارتباطها ببروتينات تسمى "هيستونات".

حسب موقع السنترومير

السنترومير هو جزء من الكروموسومات يحتوي على مزيج معقد إلى حد ما من البروتينات والحمض النووي وله وظيفة أساسية أثناء انقسام الخلية ، حيث إنه مسؤول عن "التأكد" من حدوث عملية فصل الكروموسومات.

وفقًا للموقع الهيكلي لهذا "المركب" (السنترومير) ، صنف بعض العلماء الكروموسومات إلى 4 فئات ، وهي:

- الكروموسومات المترامية: هذه هي تلك التي يوجد مركزها المركزي في المركز ، أي حيث يفصل السنترومير التركيب الكروموسومي إلى جزأين متساويين الطول.

- الكروموسومات دون المتناظرة: الكروموسومات حيث ينحرف السنترومير عن "المركز" ، مما يساهم في ظهور "عدم تناسق" في الطول بين الجزأين اللذين يفصلهما.

- الكروموسومات Acrocentric: في الكروموسومات acrocentric ، يتم تمييز "انحراف" السنترومير بشكل كبير ، حيث يتم إنتاج قسمين من الكروموسومات ذات أحجام مختلفة جدًا ، أحدهما طويل جدًا والآخر قصير جدًا.

- الكروموسومات عن بعد: تلك الكروموسومات التي يقع مركزها في نهايات البنية (التيلوميرات).

حسب الوظيفة

الكائنات الحية التي لها تكاثر جنسي ولها جنسان منفصلان لها نوعان من الكروموسومات التي يتم تصنيفها ، حسب وظيفتها ، إلى كروموسومات جنسية وكروموسومات جسمية.

مقهورة الكروموسومات (أو الجسمية) تشارك في السيطرة على الميراث جميع خصائص كائن حي، باستثناء تحديد الجنس. البشر ، على سبيل المثال ، لديهم 22 زوجًا من الكروموسومات الجسمية.

تؤدي الكروموسومات الجنسية ، كما يشير اسمها ، وظيفة أولية في تحديد جنس الأفراد ، لأنها تحمل المعلومات اللازمة لتنمية العديد من الخصائص الجنسية للإناث والذكور التي تسمح بوجود التكاثر الجنسي.

وظيفة

الوظيفة الرئيسية للكروموسومات ، بالإضافة إلى إيواء المادة الوراثية للخلية ، وضغطها بحيث يمكن تخزينها ونقلها و "قراءتها" داخل النواة ، هي ضمان توزيع المادة الجينية بين الخلايا الناتجة عن الانقسام.

لماذا ا؟ لأنه عندما يتم فصل الكروموسومات أثناء الانقسام الخلوي ، فإن آلية التكاثر "تنسخ" بأمانة المعلومات الموجودة في كل خيط دنا بحيث يكون للخلايا الجديدة نفس المعلومات مثل الخلية التي أدت إلى ظهورها.

علاوة على ذلك ، فإن ارتباط الحمض النووي بالبروتينات التي تشكل جزءًا من الكروماتين يسمح بتعريف "منطقة" معينة لكل كروموسوم ، وهو أمر ذو أهمية كبيرة من وجهة نظر التعبير الجيني والهوية. الخلوية.

الكروموسومات بعيدة كل البعد عن أن تكون جزيئات ثابتة أو "خاملة" ، بل هي في الواقع على العكس تمامًا ، بروتينات هيستون ، التي تتعاون مع ضغط كل جزيء DNA في الكروموسوم ، تشارك أيضًا في الديناميكية التي يجب أن تفعلها مع نسخ أو إسكات أجزاء معينة من الجينوم.

وبالتالي ، فإن التركيب الكروموسومي لا يعمل فقط على تنظيم الحمض النووي داخل النواة ، ولكنه يحدد أيضًا الجينات "المقروءة" وأيها غير قابلة للقراءة ، مما يؤثر بشكل مباشر على خصائص الأفراد الذين يحملونه.

هيكل (أجزاء)

يمكن تحليل بنية الكروموسوم من وجهة نظر "ميكروسكوبية" (جزيئية) ومن وجهة نظر "عيانية" (خلوية).

- التركيب الجزيئي لكروموسوم حقيقي النواة

يتكون كروموسوم حقيقي النواة النموذجي من جزيء DNA خطي مزدوج الشريطة يمكن أن يصل طوله إلى مئات الملايين من أزواج القواعد. يتم تنظيم هذا الحمض النووي بدرجة عالية على مستويات مختلفة ، مما يسمح بضغطه.

النيوكليوسومات

يتم ضغط DNA من كل كروموسوم في البداية من قبل في "لف" حول وجود octamer من البروتينات هيستون (H2A، H2B، H3 H4 و)، وتشكيل ما يعرف باسم جسيم نووي ، وهو 11 نانومتر في القطر.

إن الارتباط بين بروتينات الهيستون والحمض النووي ممكن بفضل التفاعل الكهروستاتيكي ، حيث إن الحمض النووي مشحون سالبًا والهيستونات هي بروتينات أساسية غنية ببقايا الأحماض الأمينية موجبة الشحنة.

يرتبط أحد النواة بآخر من خلال منطقة تقاطع تتكون من جزء من خيط DNA وبروتين هيستون ، H1. يشبه الهيكل الناتج عن هذا الضغط سلسلة من الخرزات ويقلل من طول خيط الحمض النووي بمقدار 7 مرات.

ألياف 30 نانومتر

يصبح الحمض النووي أكثر إحكاما عندما يلتف الكروماتين (DNA + هيستونات) على شكل nucleosomes على نفسه ، مكونًا أليافًا يبلغ قطرها حوالي 30 نانومتر ، والتي تضغط على حبلا DNA 7 مرات أخرى ،

المصفوفة النووية

ترتبط الألياف ذات 30 نانومتر ، بدورها ، بالبروتينات الخيطية للمصفوفة النووية (الصفيحة) ، التي تبطن السطح الداخلي للغشاء النووي الداخلي. يسمح هذا الارتباط بالضغط التدريجي للألياف ، حيث يتم تكوين "مجالات الحلقة" التي يتم ربطها بالمصفوفة ، وتنظيم الكروموسومات في مناطق محددة داخل النواة.

من المهم ملاحظة أن مستوى انضغاط الكروموسومات ليس متساويًا في هيكلها بالكامل. هناك أماكن شديدة الانضغاط ، والتي تُعرف باسم الكروماتين المغاير وهي عمومًا "صامتة" من الناحية الجينية.

تُعرف المواقع الأضعف أو الأكثر استرخاءً للهيكل ، تلك التي يمكن لآلات النسخ أو النسخ الوصول إليها بسهولة نسبية ، باسم مواقع متجانسة اللون ، كونها مناطق نشطة نسبيًا للجينوم.

- التركيب "العياني" أو الخلوي لكروموسوم حقيقي النواة

عندما لا تنقسم الخلية ، يُنظر إلى الكروماتين على أنه "فضفاض" وحتى "مضطرب". ومع ذلك ، مع تقدم دورة الخلية ، تتكثف هذه المادة أو تتراكم وتسمح بتصور الهياكل الكروموسومية التي وصفها علماء الخلايا.

هيكل الكروموسوم: 1) كروماتيد. 2) سنترومير. 3) ذراع قصير (ع) و 4) ذراع طويل (ف) (المصدر: ملف: Chromosome-upright.png الإصدار الأصلي: Magnus Manske ، هذا الإصدار مع كروموسوم قائم: المستخدم: Dietzel65Vector: عمل مشتق Tryphon عبر ويكيميديا ​​كومنز)

السنترومير

أثناء الطور الاستباقي لانقسام الخلية ، يُنظر إلى كل كروموسوم على أنه مكون من زوج من "الكروماتيدات" الأسطوانية المرتبطة ببعضها البعض بفضل بنية تُعرف باسم centromere.

يعتبر السنترومير جزءًا مهمًا جدًا من الكروموسومات ، حيث إنه الموقع الذي يرتبط به المغزل الانقسامي أثناء الانقسام. يسمح هذا الاتحاد بفصل الكروماتيدات التي يتم إرفاقها عبر السنترومير ، وهي عملية تُعرف بعدها باسم "كروموسومات الابنة".

يتكون السنترومير من مركب من البروتينات والحمض النووي الذي يتشكل على شكل "عقدة" ويؤثر موقعه على طول بنية الكروماتيد بشكل مباشر على شكل كل كروموسوم أثناء الانقسام النووي.

في منطقة متخصصة من السنترومير هو ما يعرفه العلماء باسم kinetochore ، وهو الموقع المحدد الذي ينضم فيه المغزل الانقسامي لفصل الكروماتيدات الشقيقة أثناء انقسام الخلية.

الذراعين

يحدد موضع السنترومير أيضًا وجود ذراعين: ذراع قصير أو صغير (ع) وأكبر (ف). نظرًا لأن موضع السنتروميرات لم يتغير عمليًا ، فإن علماء الخلايا يستخدمون التسمية "p" و "q" أثناء وصف كل كروموسوم.

التيلوميرات

هذه هي سلاسل DNA متخصصة "تحمي" نهايات كل كروموسوم. وظيفتها الوقائية هي منع الكروموسومات المختلفة من الالتحام مع بعضها البعض من خلال نهاياتها.

حظيت هذه المناطق من الكروموسومات باهتمام كبير ، حيث يعتبر العلماء أن التسلسلات التيلوميرية (حيث يشكل الحمض النووي هياكل أكثر تعقيدًا إلى حد ما من اللولب المزدوج) تؤثر على نشاط الجينات المحيطة ، علاوة على ذلك ، في تحديد طول عمر الخلية.

المراجع

1. بوستوك ، سي جيه ، وسومنر ، إيه تي (1978). كروموسوم حقيقيات النوى (ص 102-103). أمستردام ، نيو سرب ، إيه إم ، أوين ، آر دي ، إدغار ، آر إس (1965). علم الوراثة العامة (رقم 04 ؛ QH431 ، S69 1965.). سان فرانسيسكو: WH Freeman. York ، Oxford: North-Holland Publishing Company.
2. بروكر ، ر. (2014). مبادئ علم الأحياء. ماكجرو هيل للتعليم العالي.
3. Gardner، EJ، Simmons، MJ، Snustad، PD، & Santana Calderón، A. (2000). مبادئ علم الوراثة.
4. Griffiths، AJ، Wessler، SR، Lewontin، RC، Gelbart، WM، Suzuki، DT، & Miller، JH (2005). مقدمة في التحليل الجيني. ماكميلان.
5. ماركينجز ، س. (2018). علم. تم الاسترجاع في 3 ديسمبر 2019 من www.sciencing.com/four-major-types-chromosomes-14674.html
6. واتسون ، دينار (2004). البيولوجيا الجزيئية للجين. التعليم بيرسون الهند.