Хромосомалар

Жасуша бөлінген кезде оның басты мақсаттарының бірі — екі жаңа жасушаның әрқайсысы генетикалық материалдың толық, дәл көшірмесін алуын қамтамасыз ету болып табылады. Көшіру кезіндегі қателіктер немесе генетикалық материалдың жасушалар арасында тең бөлінбеуі жасуша қызметінің бұзылуына (және қатерлі ісік сияқты ауруларға) әкелуі мүмкін.

Бірақ генетикалық материал дегеніміз не және ол жасушаның бөлінуі кезінде не істейді?

ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) - тірі ағзалардың генетикалық материалы. Адамдарда ДНҚ дененің барлық жасушаларында кездеседі және олардың өсуіне, қызметіне және қоршаған орта өзгерістеріне жауап беруіне қажетті нұсқаулар береді.

Денедегі жасуша бөлінген кезде, оның ДНҚ-ның көшірмесін еншілес жасушаларының әрқайсысына береді. ДНҚ ағзалар деңгейінде де беріледі, сперматозоидтар мен жұмыртқа жасушаларындағы ДНҚ қосылып, ата-анасының екеуінен де генетикалық материалы бар жаңа ағза түзеді.

Физикалық тұрғыдан алғанда, ДНҚ - жұптасқан химиялық бірліктердің (нуклеотидтердің) ұзын тізбегі, олардың төрт түрі бар, қысқартылуы А, Т, Ц және Г, және ол гендер деп аталатын бірліктерге жинақталған ақпараттарды тасымалдайды. Гендер, әдетте, жасушалар мен ағзаларда нәруыздарды өндіруге арналған нұсқаулық береді, нәруыздар өз кезегінде ағзаның функционалды сипаттамаларын анықтайды.

Өсімдіктер мен жануарлар сияқты эукариоттарда ДНҚ-ның көп бөлігі ядрода болады және оны ядролық ДНҚ деп атайды. Жасушаның энергетикалық орталығы болып саналатын митохондрияда өзінің митохондриялық ДНҚ-сы бар, ал өсімдік жасушаларында фотосинтез жүзеге асатын хлоропласттарда хлоропластық ДНҚ болады. Митохондриялар мен хлоропласттардағы ДНҚ мөлшері ядроға қарағанда әлдеқайда аз. Бактерияларда ДНҚ-ның көп бөлігі нуклеоид деп аталатын жасушаның орталық аймағында орналасқан, ол ядро ​​сияқты жұмыс істейді, бірақ оны мембрана қоршамайды.

Жасушаның ДНҚ жиынтығы оның геномы деп аталады. Ағзаның барлық жасушаларында (бірнеше ерекшеліктерді санамағанда) бірдей ДНҚ болатындықтан, ағзаның өзінің геномы бар деп айтуға болады, және бір түр өкілдерінің геномдары ұқсас болғандықтан, сіз сонымен қатар түрдің геномын сипаттай аласыз. Жалпы, адамдар адамның геномы немесе кез-келген басқа эукариоттық геном туралы айтқанда, олар ядрода кездесетін ДНҚ жиынтығы туралы айтады. Митохондриялар мен хлоропластардың өзіндік жеке геномдары болады деп саналады.

Жасушада ДНҚ өздігінен өмір сүрмейді, оны ұйымдастыратын және оның құрылымымын анықтайтын мамандандырылған нәруыздармен байланысады. Эукариоттарда бұл нәруыздарға теріс зарядталған ДНҚ-ны орай алатын "шарғылар" түзетін негізгі (оң зарядталған) нәруыздар тобы — гистондар жатады. Гистондар ДНҚ-ны ұйымдастырып, оны ықшам етіп қана қоймайды, сонымен қатар белсенді гендерді анықтауда маңызды рөл атқарады. ДНҚ мен гистондар және басқа құрылымдық нәруыздар кешені хроматин деп аталады.

Жасуша тіршілігінің басым бөлігінде хроматин деконденсацияланған түрде болады, яғни, ол микроскоптың астында толқынды сызықтарға ұқсайтын жіңішке жіп тәрізді көрінеді. Бұл жағдайда ДНҚ-ға жасушалық механизмдер арқылы оңай қол жеткізуге болады (мысалы, ДНҚ-ны оқитын және көшіретін нәруыздар), бұл жасушалардың өсуі мен қызмет етуі үшін маңызды.

Деконденсация осы күй үшін түсініксіз термин болып көрінуі мүмкін - неге оны жай ғана "жіп тәріздес" деп атамасқа? – бірақ хроматин конденсациялануы (тығыздануы) да мүмкін екенін білгенде деконденсация термині айқынырақ болады. Конденсация жасуша бөлінуінің алдында жүреді. Хроматин конденсацияланған кезде, эукариоттардың ДНҚ-сы бір ұзын тізбек емес, хромосомалар деп аталатын жеке сызықтық бөліктер екенін көре аласыз. Бактериялардың да хромосомалары болады, бірақ олардың хромосомалары әдетте сақиналы болады.

Әр түрдің өзіне тән хромосомалар саны болады. Мысалы, адамның дене жасушасында (соматикалық жасушада) 46 хромосома болады, ал иттерде 78${}^1$‍. Жануарлар мен өсімдіктердің көптеген түрлері сияқты, адамдар диплоидты (2n) болып табылады, демек, олардың хромосомаларының көп бөлігі гомологты жұптар деп аталатын сәйкес топтар құрады. Адам жасушасының 46 хромосомасы 23 жұпқа біріктірілген және әр жұптың екі мүшесі бір-бірінің гомологтары деп айтылады (X және Y хромосомаларын қоспағанда; төменде қараңыз).

Әр хромосома гомологты жұбының бір ғана сыңарын алатын адамның сперматозоидтары мен жұмыртқа жасушалары гаплоидты (1n) болып саналады. Сперматозоидтар мен жұмыртқа қосылған кезде олардың генетикалық материалы бірігіп, бір хромосоманың диплоидты жиынтығын құрайды. Сонымен, сіздің геномыңыздағы әрбір гомологиялық жұп хромосомалар үшін гомологтардың бірі сіздің анаңыздан, ал екіншісі сіздің әкеңізден келеді.

Гомологиялық жұптағы екі хромосома бір-біріне өте ұқсас және мөлшері мен пішіні бірдей. Ең бастысы, олар генетикалық ақпараттың бір түрін алып жүреді: яғни олардың гендері бірдей жерлерде болады. Алайда, оларда гендердің бірдей нұсқалары болуы шарт емес. Сондықтан, анаңыздан алған ген нұсқасы әкеңізден алған нұсқамен бірдей болмауы мүмкін.

Нақты мысал ретінде 9-хромосомадағы қан тобын анықтайтын генді қарастырайық (A, B, AB немесе O)${}^2$‍. Адамда осы геннің екі бірдей көшірмесі болуы мүмкін, олардың әрқайсысы гомологты хромосомада болады - мысалы, сізде А тобына арналған ген нұсқасының екі көшірмесі болуы мүмкін. Немесе, сізде екі гомологиялық хромосомада геннің екі түрлі нұсқасы болуы мүмкін, мысалы, біреуі А тобы, екіншісі В тобы үшін (нәтижесінде АВ қан тобын береді).

X және Y жыныстық хромосомалары адамның биологиялық жынысын анықтайды: ХХ аналықты, ал XY аталықты көрсетеді. Бұл хромосомалар шын гомологтар емес және бірдей гендердің бірдей жерлерде орналасу ережеcіне бағынбайды. Мейоз немесе жыныс жасушаларын түзу кезінде қажет болатын қысқа ұқсас аймақтарынан басқа, X және Y хромосомалары ұқсас емес және гендері де әр түрлі болып келеді. Адамның жыныстық емес 44 хромосомасы аутосома деп аталады.

Жасуша бөлінуге дайындық кезінде, ол әр хромосомасының көшірмесін жасау керек. Хромосоманың екі көшірмесі апалы хроматидтер деп аталады. Апалы хроматидтер бір-біріне ұқсас және бір-бірімен когезин деп аталатын нәруыздармен байланысады. Апалы хроматидтердің тіркесуі ДНҚ-ның центромерасында ең тығыз, бұл жасушаның бөлінуінің кейінгі кезеңдерінде олардың ажырауы үшін маңызды.

Апалы хроматидтер центромерада жалғанған күйінде, олар әлі де бір хромосома болып саналады. Алайда, жасушалардың бөлінуі кезінде оларды бөліп алғанда, әрқайсысы бөлек хромосома болып саналады.

Жасушаларда хромосомалардың репликациясы, конденсациясы және бөліну үдерістері не үшін қажет? Қысқа жауап: жасушалардың бөлінуі кезінде әрбір жаңа жасуша әр хромосоманың тек бір данасын алатындығына көз жеткізу үшін.

Қанағаттанарлық жауап алу үшін жасуша циклі мен митоз туралы мақалалар мен бейнелерді қараңыз. Онда сіз хромосомалардың жүріс-тұрысы жасушалардың бөліну кезінде әр еншілес жасушасына ДНҚ-ның мінсіз жиынтығын беруге қалай көмектесетінін көре аласыз.