الكروموسومات وتغليف الحمض النووي

عندما يحدث انقسام للخلية حقيقة النواة تنتج خليه جديدة تسمى خلية وليدة تحتوي على نفس المادة الوراثية التي تتواجد في الخلية الأم.

هذه المادة الوراثية هي ما نسميه بالحمض النووي، ويُغلف بما يٌعرف بالكروموسوم حيث يحتوي كل كروموسوم على معلومات عن خصائص أو سمات الكائن الحي.

تلك الكروموسومات يمكن أن تقسم إلى مجموعتين:

1. كروموسومات جسدية.
2. كروموسومات جنسية.

وهنا سنناقش سويا تلك المجموعتين لنتعرف على الفروقات بينهما وكيف تحدث عملية تغليف.

 الحمض النووي والكروموسومات

من أهم وظائف الخلية عند انقسامها هي التأكد من وجود المادة الوراثية بشكل كامل في كلا الخليتين.

فقد تؤدي أخطاء النسخ أو الانقسام غير المتساوي للخلية إلى تواجد خلايا غير صحية أو حتى غير وظيفية وقد تتسبب هذه الأخطاء بأمراض خطيرة مثل السرطان.

ولكن ماهي تلك المادة الوراثية؟ وكيف تتصرف خلال عملية الانقسام الخلوي؟

 الحمض النووي والجينوم

 الحمض النووي (حمض ريبوزي منقوص الأكسجين) هو المادة الوراثية للكائنات الحية، يتواجد في جميع خلايا الجسم الإنسان لتوفير احتياجات النمو والقيام بوظائفه وكذلك الاستجابة للبيئة. 

يمكنك التعرف على المزيد عن الحمض النووي من خلال مقال: الأحماض النووية، تركيب النوكليوتيدة وDNA

في حالة انقسام خلية من خلايا الجسد تقوم بنقل نسخة من حمضها النووي إلى كل خلية وليدة، كما ينتقل الحمض النووي أيضًا على مستوى الكائنات الحية؛ فعندما يتحد الحمض النووي في الحيوانات المنوية وخلايا البويضات يتشكل كائن حي جديد يحتوي على المادة الوراثية من كلا الأبوين.

من الناحية الفيزيائية، يتكون الحمض النووي من شريط طويل مزدوج من الوحدات الكيميائية(النيوكليوتيدات)، والتي تأتي في أربع مجموعات، حاملة المعلومات المنظمة في هيئة وحدات تسمى الجينات، تلك الجينات توفر تعليمات لتخليق البروتين، الذي بدوره يعطي الخلايا والكائنات خصائصها الوظيفية.

في الكائنات حقيقة النواة مثل النبات والحيوانات، تتواجد الغالبية العظمى من الحمض النووي في النواة لذا يسمى بالحمض النووي.

أما في البكتيريا وباقي الكائنات غير حقيقية النواة يتمركز معظم الحمض النووي في الجزء الأوسط من الخلية ويسمى منطقة نووية؛ والتي تتشابه وظيفته بالخلية، ولكن بدون غلاف محيط به.

 تسمى المجموعة من الحمض النووي بالجينوم، نظرًا لأن جميع الخلايا في الكائن الحي تحتوي على نفس الحمض النووي؛ لذلك عندما نشير إلى الجينوم البشري أو أي جينوم حقيقي النواة، يقصد به الحمض النووي الموجود في النواة.

الكروموسومات

 لكل نوع من أنواع الكائنات الحية عدد مميز خاص به من الكروموسومات؛ ففي البشر، على سبيل المثال يوجد 46 كروموسوم في خلايا الجسم، في حين أن الكلاب لديها 78 كروموسومًا.

 مثل العديد من أنواع الحيوانات والنباتات، البشر ثنائي الصيغة مما يعني أن معظم كروموسوماتهم تأتي كمجموعات صبغية متطابقة (٢ ن) تعرف باسم الأزواج المتماثلة.

وبالتالي تُنظيم الكروموسومات الـ 46 للخلية البشرية في 23 زوجًا، ولذا فإن المجموعات الصبغية من كل زوج متجانسين لبعضهما البعض (باستثناء الكروموسومات y, x).

الحيوانات المنوية والبويضات التي تحتوي على كروموسوم متماثل واحد فقط من كل زوج هي أحادية الصبغة، لذلك عندما تندمج الحيوانات المنوية والبويضة تتحد مادتهم الوراثية لتشكل مجموعة كاملة من الكروموسومات ثنائية الصبغة.

ولذلك كل زوج متماثل من الكروموسومات في الجينوم الخاص بك، يأتي أحدهم من والدتك والآخر من والدك.

 عادة أيضاً تكون الكروموسومات في الزوج متماثلين مع بعضهما البعض ولهما نفس الحجم والشكل، ونفس النمط من المناطق الفاتحة والداكنة.

تظهر تلك المناطق عندما تٌصبغ الكروموسومات، وتضع النطاقات الداكنة علامة على الحمض النووي الأكثر انضغاط (عادة، مع عدد أقل من الجينات)، وتٌظهر النطاقات الضوئية عالمة على الحمض النووي الأقل انضغاطًا (عادة، مع عدد أكبر من الجينات).

تركيب الكروموسوم

استمرارية الحياة من خلية إلى أخرى لها أساسها في تكاثر الخلايا عن طريق دورة الخلية؛ وهي سلسلة منظمة من الأحداث التي تصف مراحل حياة الخلية من انقسام خلية أمية واحدة إلى إنتاج خليتين وليدتين جديدتين.

 الآليات المشاركة في دورة الخلية منظمة للغاية، ويتضمن جزء من هذا التنظيم، الشكل الفيزيائي والهيكل للحمض النووي خلال المراحل المختلفة في دورة حياة الخلية.

تركيب وضغط كروموسومات الخلايا حقيقية النواة

إذا مُد الحمض النووي الذي يتكون من جميع الكروموسومات الـ 46 في نواة الخلية البشرية على استقامته من البداية إلى النهاية سيقاس بحوالي مترين؛ ومع ذلك سيكون قطره 2 نانومتر فقط.

وبالنظر إلى أن حجم الخلية البشرية يبلغ حوالي 10 ملايين جين، يجب تعبئة الحمض النووي بإحكام ليلائم نواة الخلية وفي الوقت نفسه، يجب أيضًا أن يكون متاحًا بسهولة لترجمة الجينات.

هناك عدد من الطرق التي يتم بها ضغط الكروموسومات:

في المستوى الأول من الضغط، تلتف الامتدادات القصيرة من الحلزون المزدوج للحمض النووي حول نواة من ثمانية بروتينات هيستونية على فترات منتظمة على طول الكروموسوم بأكمله.

يسمى مركب الحمض النووي هيستون الكروماتين، ويسمى مُجمع الحمض النووي الهستوني نيوكليوسوم، ويسمى الحمض النووي الذي يربط النيوكليوسومات الحمض النووي الرابط.

 جزيء الحمض النووي في هذا الشكل أقصر بحوالي سبع مرات من الحلزون المزدوج بدون الهستونات، ويبلغ قطره حوالي 10 نانومتر، على النقيض من قطر 2 نانومتر ل اللولب المزدوج.

في المستوى التالي من الضغط يتم لف النيوكليوسومات والحمض النووي للربط بينهما على شكل ألياف كروماتين، يؤدي هذا اللف إلى تقصير الكروموسوم بحيث يصبح أقصر بنحو 50 مرة من الشكل الممتد.

في المستوى الثالث من التعبئة، يتم استخدام مجموعة متنوعة من البروتينات الليفية لتعبئة الكروماتين، تضمن هذه البروتينات الليفية أيضًا أن كل كروموسوم في الخلية غير المنقسمة يحتل منطقة معينة من النواة لا تتداخل مع أي كروموسوم آخر.

 تتكون الكروموسومات من كروماتيدتين شقيقتين مرتبطتين، تتصل الكروماتيدات الشقيقة في منطقة تسمى بالسنترومير.
تظهر الكروماتيدات الشقيقة الملتصقة تحت المجهر الضوئي. كمنطقة مركزية شديدة التكثيف وبالتالي ستظهر منطقة 
ضيقة.