დნმ, ქრომოსომები და გენომები. ჰომოლოგიური ქრომოსომები, დობილი ქრომატიდები და ჰაპლოიდურობა/დიპლოიდურობა.

შესავალი

როცა უჯრედი იყოფა, აუცილებელია, რომ ორივე ახალმა უჯრედმა მიიღოს გენეტიკური მასალის მთლიანი და ზუსტი ასლი. კოპირების დროს შეცდომების ან გენეტიკური მასალის არათანაბრად გაყოფის გამო შეიძლება მივიღოთ არაჯანმრთელი ან ფუნქციამოშლილი უჯრედები (ამან კი შესაძლოა გამოიწვიოს ისეთი დაავადებები, როგორიცაა სიმსივნე).
მაგრამ ზუსტად რა არის ეს გენეტიკური მასალა და რა მოსდის მას უჯრედის გაყოფისას?

დნმ და გენომი

დნმ* (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა) ცოცხალი ორგანიზმების გენეტიკური მასალაა. ადამიანებში დნმ თითქმის ყველა უჯრედშია და მასში ჩაწერილია ინსტრუქცია უჯრედის ზრდის, ფუნქციონირებისა და გარემოს ცვლილებებზე პასუხის შესახებ.
როცა უჯრედი იყოფა, დნმ-ის ასლს მისი ორივე შვილეული უჯრედი იღებს. დნმ გადაეცემა ორგანიზმების დონეზეც, მაგალითად, მაშინ, როცა სპერმატოზოიდისა და კვერცხუჯრედის დნმ ერთიანდება და წარმოქმნის ორივე მშობლის გენეტიკური მასალის მატარებელ ახალ ორგანიზმს.
ფიზიკურად დნმ გრძელი ჯაჭვია, რომელსაც ქმნის ერთმანეთთან დაწყვილებული ოთხი სხვადასხვანაირი ქიმიური ერთეული (ნუკლეოტიდი), შემოკლებით: ა, თ, ც და გ. დნმ-ში შენახული ინფორმაცია ასევე ერთეულებად, ანუ გენებადაა დაყოფილი. გენებში, როგორც წესი, ცილების წარმოქმნის ინსტრუქცია წერია, იმ მოლეკულების, რომლებიც უჯრედებსა და ორგანიზმებს ფუნქციურ თავისებურებებს ანიჭებს.
ეუკარიოტებში, მაგალითად, მცენარეებსა და ცხოველებში, დნმ-ის უდიდესი ნაწილი ბირთვშია და ბირთვული დნმ ჰქვია. მიტოქონდრიას, რომელიც უჯრედს ენერგიით ამარაგებს, საკუთარი მიტოქონდრიული დნმ აქვს. ქლოროპლასტებსაც, რომელთაც მცენარეებში ფოტოსინთეზი ევალებათ, თავიანთი ქლოროპლასტული დნმ აქვთ. მიტოქონდრიასა და ქლოროპლასტში ბევრად უფრო მცირე რაოდენობის დნმ-ია, ვიდრე ბირთვში. ბაქტერიებში დნმ-ის უდიდესი ნაწილი უჯრედის ცენტრალურ რეგიონში, ნუკლეოიდშია, რომელიც ბირთვის მსგავსად ფუნქციონირებს, თუმცა მემბრანა არ აკრავს გარს.
უჯრედის დნმ-ის ნაკრებს გენომი ჰქვია. რადგანაც ორგანიზმის ყველა უჯრედი (რამდენიმე გამონაკლისის გარდა) ერთნაირ დნმ-ს შეიცავს, შეგვიძლია, ვთქვათ, რომ ორგანიზმს თავისი გენომი აქვს და ასევე, რადგან ერთი სახეობის წარმომადგენლებს, ძირითადად, ერთნაირი გენომები აქვთ, შეგვიძლია, მთლიანად სახეობის გენომზეც ვისაუბროთ. ზოგადად, როცა ადამიანის ან რომელიმე სხვა ეუკარიოტის გენომს ახსენებენ, ბირთვში არსებული დნმ-ის ნაკრებს გულისხმობენ. ითვლება, რომ მიტოქონდრიებსა და ქლოროპლასტებს საკუთარი გენომები აქვთ.

ქრომატინი

უჯრედში დნმ სუფთა სახით არ არის, იგი დაკავშირებულია სპეციალურ ცილებთან, რომლებიც აწესრიგებს და სტრუქტურას ანიჭებს მას. ეუკარიოტებში ეს ცილებია ჰისტონები — ფუძე თვისების მქონე (ანუ დადებითად დამუხტული) ცილები, რომლებიც ქმნიან "კოჭას" უარყოფითად დამუხტული დნმ-ის ზედ შემოსახვევად. დნმ-ის მოწესრიგებისა და კომპაქტურად ჩაწყობის გარდა, ჰისტონები მნიშვნელოვან როლს ასრულებს იმის განსაზღვრაში, თუ რომელი გენები იყოს აქტიური. დნმ-ისა და ჰისტონების კომპლექს სხვა სტრუქტურულ ცილებთან ერთად ქრომატინი ჰქვია.
უჯრედის სიცოცხლის უდიდესი ნაწილის მანძილზე ქრომატინი დეკონდენსირებული, ანუ, გაშლილია გრძელ, წვრილ, აბლანდულ ძაფებად, როგორც მიკროსკოპით ჩანს. ამ მდგომარეობაში დნმ შედარებით ადვილად "მისადგომია" უჯრედული დანადგარებისთვის (მაგ., დნმ-ის წამკითხველი და ასლის გადამღები ცილებისთვის), რაც მნიშვნელოვანია უჯრედის ზრდისა და ფუნქციონირებისთვის.
დეკონდენსირებული შესაძლოა ცოტა უცნაურ ტერმინად მოგეჩვენოთ დნმ-ის ამ მდგომარეობის აღსაწერად - უბრალოდ, "ძაფისებრი" რომ ვუწოდოთ, არა? მაგრამ ამას უფრო ლოგიკურად ჩათვლით, როცა გაიგებთ, რომ ქრომატინს კონდენსაციაც შეუძლია. კონდენსაცია, ანუ დახვევა, მაშინ იწყება, როცა უჯრედი გაყოფისთვის ემზადება. ქრომატინის დახვევის შემდეგ, როგორც ხედავთ, ეუკარიოტული უჯრედის დნმ ერთი გრძელი ძაფი აღარაა. ამის ნაცვლად, იგი რამდენიმე განცალკევებულ ხაზოვან ნაწილად, ანუ ქრომოსომებად, ორგანიზდება. ქრომოსომები ბაქტერიებსაც აქვთ, მაგრამ ისინი, როგორც წესი, რგოლურია.

ქრომოსომები

თითოეულ სახეობას თავისთვის დამახასიათებელი ქრომოსომების რაოდენობა აქვს. მაგალითად, ადამიანებს ჩვეულებრივ უჯრედში (სომატურ უჯრედში) 46 ქრომოსომა აქვთ, ძაღლებს - 781^1. ცხოველებისა და მცენარეების სხვა ბევრი სახეობის მსგავსად, ადამიანიც დიპლოიდია (2n), რაც იმას ნიშნავს, რომ მისი ქრომოსომების უმეტესობა ერთმანეთის შესაბამისი ანუ ჰომოლოგიური წყვილების სახითაა წარმოდგენილი. ადამიანის უჯრედის 46 ქრომოსომა 23 წყვილს ქმნის. თითოეული წყვილის ორი წევრი ერთმანეთის ჰომოლოგიურია (X და Y ქრომოსომები გამონაკლისია; იხილეთ ქვემოთ).
ადამიანის კვერცხუჯრედსა და სპერმატოზოიდს თითოეული წყვილიდან მხოლოდ ერთი ჰომოლოგიური ქრომოსომა აქვს, ამიტომ ისინი ჰაპლოიდურია (1n). სპერმატოზოიდისა და კვერცხუჯრედის შერწყმისას მათი გენეტიკური მასალაც ერთიანდება და ქრომოსომების სრულ, დიპლოიდურ ნაკრებს ქმნის. შესაბამისად, თქვენს გენომში ჰომოლოგიური ქრომოსომების წყვილიდან ერთი დედისგანაა მიღებული, მეორე კი - მამისგან.
ჰომოლოგიურ წყვილში ორი ქრომოსომა ერთმანეთის მსგავსია, ერთნაირი ზომა და ფორმა აქვს. რაც მთავარია, ისინი ერთი სახის გენეტიკურ ინფორმაციას შეიცავენ: ერთსა და იმავე გენებს ერთსა და იმავე მონაკვეთებზე. მიუხედავად ამისა, აუცილებელი არ არის, რომ მათ გენების ერთნაირი ვარიანტები ჰქონდეთ, რადგან შვილეულმა ორგანიზმმა დედისგან და მამისგან ერთი გენის ორი სხვადასხვა ვარიანტი შეიძლება მიიღოს.
მოდით, ნამდვილი მაგალითი ავიღოთ და განვიხილოთ მე-9 ქრომოსომაზე მდებარე გენი, რომელიც სისხლის ჯგუფს განსაზღვრავს (A, B, AB, და O)2^2. ადამიანს ამ გენის ორი იდენტური ასლი შეიძლება ჰქონდეს, თითოეული - თითო ჰომოლოგიურ ქრომოსომაზე. მაგალითად თქვენ, შესაძლოა, სისხლის A ჯგუფის განმსაზღვრელი ორი გენი გაქვთ. მიუხედავად ამისა, შესაძლებელია, გქონდეთ ამ გენის ორი სხვადასხვა ვერსიაც ორ ჰომოლოგიურ ქრომოსომაზე, მაგალითად, A ჯგუფისა ერთზე და B ჯგუფისა - მეორეზე (ამ შემთხვევაში თქვენ AB ჯგუფის სისხლი გექნებათ).
სასქესო ქრომოსომები, X და Y, ადამიანის ბიოლოგიურ სქესს განსაზღვრავენ: XX მდედრობითს შეესაბამება, XY კი - მამრობითს. ისინი ერთმანეთის ჭეშმარიტი ჰომოლოგები არ არიან და, შესაბამისად, არ ემორჩილებიან წესს: ერთნაირი გენები ერთნაირ მონაკვეთებზე. X-სა და Y-ს რამდენიმე პატარა, ერთმანეთის მსგავსი ნაწილი კი აქვთ, რაც აუცილებელია მეიოზისთვის, ანუ, სასქესო უჯრედების გაყოფისთვის, მაგრამ, სხვა მხრივ, ეს ორი ქრომოსომა განსხვავებულია და მათზე განსხვავებული გენები მდებარეობს. ადამიანის დანარჩენ 44 არასასქესო ქრომოსომას აუტოსომებს უწოდებენ.

ქრომოსომები და უჯრედის გაყოფა

უჯრედმა გაყოფისთვის მზადების პროცესში თითოეული ქრომოსომის ასლი უნდა გააკეთოს. ქრომოსომის ორ ასლს ტყუპი ქრომატიდები ჰქვია. ტყუპი ქრომატიდები ერთმანეთის იდენტურია და ცილა კოჰეზინებითაა დაკავშირებული. ტყუპ ქრომატიდებს შორის კავშირი ყველაზე მტკიცეა ცენტრომერთან - ესაა დნმ-ის მონაკვეთი, რომელიც მნიშვნელოვანია ქრომატიდების დაცაკლევებისთვის გაყოფის ბოლო ეტაპებზე.
სანამ ტყუპი ქრომატიდები ერთმანეთთანაა დაკავშირებული ცენტრომერით, ისინი ჯერ კიდევ ერთ ქრომოსომად მიიჩნევა. თუმცა იმ წუთიდან, როგორც კი განცალკევდებიან, ისინი ცალ-ცალკე ქრომოსომები ხდებიან.
რაში სჭირდებათ უჯრედებს თავიანთი ქრომოსომების რეპლიკაცია, კონდენსაცია და განცალკევება? მოკლედ რომ ვთქვათ: იმისთვის, რომ უზრუნველყონ უჯრედის გაყოფისას ორივე შვილეული უჯრედისთვის თითოეული ქრომოსომის თითო ასლის გადაცემა.
უფრო სრულყოფილი პასუხის მისაღებად გაეცანით სტატიებსა და ვიდეოებს უჯრედის ციკლსა და მიტოზზე. აქ თქვენ გაიგებთ, როგორ უწყობს ხელს ქრომოსომების "ქცევა" უჯრედს, გაყოფისას თითოეულ შვილეულ უჯრედს დნმ-ის იდეალურად ზუსტი ნაკრები გადასცეს.
იტვირთება