RzwuZYytlE7X61
Ilustracja przedstawia różne stopnie upakowania DNA: 1. Podwójna helisa DNA przedstawiona jest jako dwie niebieskie linie skręcone ze sobą, połączone poprzecznymi, poziomymi odcinkami. Dalej helisa łączy się w jedną linię, która oplata dwa pomarańczowe, krótkie elementy w kształcie walca. 2. DNA łączy się z białkami histonowymi w nukleosomy na schemacie wyobrażonych jako pięć małych, pomarańczowych kulek oplecionych niebieską linią. Linia prowadzi dalej i przechodzi przez pojedynczo rozsypane, pomarańczowe kulki. 3. Utworzenie solenoidu zobrazowane jest jako ułożone w dwóch równoległych szeregach pomarańczowe walce oplecione niebieską linią. 4. Układanie się solenoidu w przestrzeni i zwijanie z wytworzeniem pętli. Niebieska linia z prostej przeobraża się w pofalowany, zygzakowaty kształt. Prowadzi on do ostatniego stopnia upakowania DNA. 5. Kondensacja do chromosomu następuje na końcu procesu. Niebieska linia przeobraża się w dwie skrzyżowane ze sobą pozwijane niebieskie linie, które pośrodku łączy niewielka, pomarańczowa kula.
Różne stopnie upakowania DNA.
Źródło: Englishsquere.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Całkowita długość DNA w organizmie ludzkim to ponad kilka milionów kilometrów. W jednym jądrze komórkowym człowieka znajdują się aż 2 m DNA, którego średnica wynosi zaledwie 2 nm. Samo jądro komórkowe ma z kolei średnicę sięgającą tylko ok. 8 µm, oczywiste więc, że helisa DNA nie może w nim luźno zalegać. Dlatego nić DNA jest upakowana według określonego wzoru, co ułatwia przechowywanie materiału genetycznego w jądrze, regulację transkrypcji, a także podział DNA podczas mitozy i mejozy.

W jądrze komórkowym, helisa DNA nawinięta jest na osiem zasadowych białek histonowychhistonhistonowych (oktamer histonowy) tworząc strukturę zwaną nukleosomemnukleosomnukleosomem. Nukleosomy połączone łącznikowym, niezwiązanym z histonami DNA tworzą nukleofilamenty (włókna nukleosomalne) o średnicy 11 nm. Na tym etapie następuje siedmiokrotne skrócenie DNA.

Spiralizujące nukleofilamenty dają początek solenoidowisolenoidsolenoidowi o średnicy 30 nm (nazywanemu również włóknem chromatynowym), który skręcając się dalej, tworzy zrąb chromatynychromatynachromatyny – zwiniętą spiralę o średnicy 300 nm. W tej postaci skrócenie DNA jest już czterdziestokrotne.

Wyróżniamy dwa rodzaje chromatyny: zwartą i nieaktywną genetycznie heterochromatynę, która otacza jąderko i zalega pod błoną jądrową (kariolemmą), a także znajdującą się oprócz niej w kariolimfie, słabo skondensowaną, dostępną dla enzymów transkrypcyjnychtranskrypcjatranskrypcyjnych euchromatynę, która jest aktywna genetycznie. Zawiera ona geny odczytywane w trakcie ekspresji informacji genetycznej. Podczas podziału komórkowego chromatyna ulega dalszemu zagęszczaniu i spiralizując, tworzy superhelisę o średnicy 700 nm. Superhelisa z kolei spiralizuje w chromosomy o średnicy 1400 nm.

bg‑cyan

Chromosomy

Chromosomy to struktury o najwyższym stopniu upakowania DNA, który staje się 10 tysięcy razy krótszy niż w postaci wyjściowej. Chromosomy powstają po to, by podczas kariokinezy rozdział DNA do jąder komórek potomnych był równy.

W cyklu życiowym komórki, przed jej podziałem, zachodzi replikacja DNAreplikacja DNAreplikacja DNA. Proces ten jest niezbędny do utrzymania stałej ilości materiału genetycznego w nowo powstających komórkach.

Dzięki poprzedzającej podział komórkowy replikacji tworzą się chromosomy składające się z dwóch identycznych części – chromatyd siostrzanych połączonych centromeremcentromercentromerem (przewężeniem pierwotnym). Najwyższy stopień kondensacji wykazują chromosomy metafazowechromosom metafazowychromosomy metafazowe, czyli występujące w metafazie podziału komórkowego. Do centromeru przyłączają się włókna wrzeciona kariokinetycznegowrzeciono podziałowewrzeciona kariokinetycznego. Dzieje się to za sprawą leżących po obu stronach centromeru białkowych płytek – kinetochorów. Włókna wrzeciona umożliwiają przemieszczanie się chromosomów i chromatyd w metafazie i anafazie podziałów komórkowych.

W zależności od lokalizacji centromeru możemy wyróżnić cztery rodzaje chromosomów:

Niektóre chromosomy mają przewężenie wtórne (organizator jąderka), które oddziela szczytowy fragment ramienia zwany satelitą. Końcowe fragmenty chromatyd stanowią telomerytelomerytelomery.

RIOuDWBnQ3shP1
Budowa chromosomu metafazowego.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

centromer
centromer

(łac. centrum – środek, gr. méros – część) utrzymuje kontakt pomiędzy chromatydami siostrzanymi, aż do ich rozdzielenia podczas anafazy; w regionie centromeru znajduje się kinetochor (struktura umożliwiająca połączenie chromatydy z mikrotubulami wchodzącymi w skład wrzeciona podziałowego)

chromatyna
chromatyna

(gr. chrṓma – barwa) podstawowy składnik chromosomów, zbudowany z DNA i białek histonowych; wyróżnia się dwa podstawowe formy chromatyny: heterochromatynę (silnie skondensowana, nie ulega transkrypcji) oraz euchromatynę (o luźniejszej strukturze umożliwiającej transkrypcję); łatwo ulega barwieniu, stąd jej nazwa

chromosom metafazowy
chromosom metafazowy

najbardziej skondensowana forma chromosomu, widoczna w metafazie podziału komórkowego

histon
histon

(gr. histós – tkanka) białko zasadowe występujące w jądrach komórkowych roślin i zwierząt, w kompleksie z DNA zwanym chromatyną; duża zawartość dodatnio naładowanych grup aminowych histonów neutralizuje oddziaływania ujemnie naładowanych grup fosforanowych DNA; daje to możliwość owinięcia się cząsteczek DNA wokół białek histonowych i upakowania długich nici DNA

nukleosom
nukleosom

podstawowa podjednostka organizacji eukariotycznej chromatyny; tworzy ją odcinek DNA o długości ok. 200 par zasad oplatający ciasno kompleks ośmiu cząsteczek zasadowych białek histonowych (oktamer)

replikacja DNA
replikacja DNA

proces biosyntezy DNA, w którego wyniku z jednej dwuniciowej cząsteczki DNA powstają dwie dwuniciowe cząsteczki DNA identyczne pod względem sekwencji nukleotydów

solenoid
solenoid

włókno chromatynowe; trzeci stopień upakowania chromatyny, powstający przez spiralizację nukleofilamentu z utworzeniem skręconego włókna o średnicy 30 nm

telomery
telomery

(gr. télos – koniec, méros – część) końce chromosomów eukariotycznych; zawierają krótkie, wielokrotnie powtarzane sekwencje DNA i charakterystyczne dla telomerów białka; są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania chromosomów w trakcie cyklu komórkowego; pełnią funkcję stabilizującą i zabezpieczającą DNA podczas podziałów komórkowych

transkrypcja
transkrypcja

(łac. transcriptio – przepisywanie) proces syntezy RNA, podczas którego na matrycy DNA syntetyzowana jest komplementarna nić mRNA

wrzeciono podziałowe
wrzeciono podziałowe

wrzeciono kariokinetyczne; struktura powstająca podczas kariokinezy (mitoza, mejoza), zbudowana z mikrotubul; umożliwia precyzyjny podział materiału genetycznego między komórki potomne