کروموزوم

کروموزوم چیست؟

در هسته ی هر سلول، مولکول DNA به صورت یک ساختار کلاف مانند، بسته بندی شده است که آن را کروموزوم می‌خوانند. هر کروموزوم از DNA ای ساخته شده که به شکل محکم چندین بار دور پروتئینی به نام هیستون پیچیده شده تا ساختار آن را حمایت ‌کند.

وقتی که سلول در حال تقسیم نباشد،کروموزوم‌ها در هسته سلول‌ها -حتی زیر میکروسکوپ- قابل دیدن نیستند. اما، DNA ای که کروموزوم‌ها را می‌سازد، هنگام تقسیم سلول با شدت بیشتری فشرده شده و بنابراین زیر میکروسکوپ قابل دیدن می‌شود. بیشتر چیزهایی که محققان در مورد کروموزوم می‌دانند با مشاهده آنها طی تقسیم سلول‌ها آموخته شده است.  

هر کروموزوم دارای یک نقطه‌ی فشرده در میانه های خود می باشد که آنرا به نام سانترومر می شناسند و کروموزوم را به دو بخش یا دو بازو تقسیم می‌کند. بازوی کوتاه کروموزوم با بازوی P می‌نامند. بازوی بلند کروموزوم را بازوی q می‌نامند. موقعیت سانترومر روی هر کروموزوم شکل مشخصی به آن می‌دهد و می‌تواند برای توصیف موقعیت ژن‌های اختصاصی استفاده شود.  

ساختار کروموزوم

ساختار کروموزوم: کروموزوم‌‌ها ساختار بسیار پیچیده‌ای دارند. DNA، یا داکسی ریبونوکلئیک اسید، پایه این ساختار را تشکیل می‌دهد. DNA از دو رشته جفت باز اسید نوکلئیک ساخته شده است.

جفت بازها در DNA عبارتند از:

• سیتوزین
• آدنین
• تیمین
• گوانین

ساختار مارپیچی ایجاد شده توسط دو رشته DNA ناشی از جفت شدن بازهای مکمل در رشته مخالف است. باز آدنین با تیمین و گوانین با سیتوزین مکمل هستند. در سمت مقابل این بازها ستون فقرات فسفات – دی‌اکسی ریبوز قرار می‌گیرند

هنگامی ‌که DNA تکثیر می‌شود، رشته‌‌ها از هم جدا می‌شوند و یک آنزیم پلیمراز رشته جدیدی را می‌سازد که با هر کدام از رشته‌های اولیه مطابقت دارد. به این ترتیب، DNA به طور کامل تکثیر می‌شود.

این کار به صورت آزمایشگاهی با یک واکنش زنجیره‌ای پلیمراز یا PCR انجام می‌شود که در آن از آنزیم‌‌های ویژه که در دماهای بالا فعال هستند، برای جدا کردن و تکثیر رشته‌ها چندین بار استفاده می‌شود، تا نسخه‌‌های زیادی از یک DNA تولید شود. این روش آزمایشگاهی مطالعه هر رشته DNA، حتی کروموزوم‌های کامل یا ژنوم را بسیار ساده‌تر می‌کند.

بعد از اینکه سلول، DNA را بیان و تکثیر کرد، ممکن است تقسیم سلولی اتفاق بیافتد. این اتفاق در هر دو نوع سلول پروکاریوت و یوکاریوت رخ می‌دهد، اما فقط یوکاریوت‌ها DNA خود را متراکم می‌کنند تا بتوانند تقسیم سلولی را انجام دهند. DNA پروکاریوتی به حدی ساده است که تعداد محدودی پروتئین ساختاری با کروموزوم آن‌ها همراه است. در کروموزوم یوکاریوت‌ها بسیاری از پروتئین‌‌های ساختاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پروتئین‌های داربستی

اولین پروتئین‌‌ها، هیستون‌های هسته هستند. بسیاری از پروتئین‌‌های هیستون منفرد به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک هیستون هسته تشکیل شود. DNA می‌تواند به دور هسته‌های هسیتونی پیچ بخورد و ساختارهای متراکم و پیچ خورده‌ای را ایجاد کند. این ساختار و هیستون مرتبط با آن به عنوان هسته شناخته می‌شوند.این هسته‌های هیستونی مهره‌های روی رشته را تشکیل می‌دهند.

این رشته به دور یک هیستون دیگر، به نام هیستون H1 پیچ می‌خورد و سرانجام الیاف تولید می‌شوند. نوع بعدی پروتئینی که در ساختار کروموزوم‌ها قرار دارند، پروتئین‌های داربست یا پروتئین‌های اسکفولد (Scaffold Proteins) هستند، این پروتئین‌ها شروع به افزایش پیچ خوردگی‌ها و ایجاد ساختارهای پیچیده کروموزومی می‌کنند.

هنگامی‌که کروموزوم باید در حین تقسیم سلولی متراکم شود، پروتئین‌‌های داربست بیشتری فعال می‌شوند و ساختار بسیار متراکم‌تری به کروموزوم‌ها می‌دهند در حقیقت، حتی با میکروسکوپ، کروموزوم‌‌های منفرد تا نزدیکی اواسط چرخه تقسیم سلولی، هنگامی‌که کروموزوم بسیار متراکم می‌شود، قابل تشخیص نیستند.

کروموزوم چیست؟ ساختار کروموزوم‌های نخ‌مانند چگونه است؟

کروموزوم‌ها ساختارهای نخ مانندی هستند که در داخل هسته سلول‌های جانوری و گیاهی قرار دارند. هر کروموزوم از پروتئین و یک مولکول واحد دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) ساخته شده است. DNA که از والدین به فرزندان منتقل می‌شود، حاوی دستورالعمل‌های خاصی است که هر نوع موجود زنده را منحصر به فرد می‌کند. اصطلاح کروموزوم از کلمات یونانی رنگ (کروم) و بدن (سوما) گرفته شده است. دانشمندان این نام را به کروموزوم‌ها داده‌اند؛ زیرا آنها ساختارهای سلولی یا اجسامی هستند که توسط برخی از رنگ‌های مورد استفاده در تحقیقات رنگ‌آمیزی شده‌اند.

عناصر کروموزوم چیست؟ ساختار کروموزوم چگونه است؟

یک کروموزوم یوکاریوتی باید شامل سه عنصر باشد:

• سانترومر 
• تلومرها 
• ریشه‌های متعدد تکثیر

سانترومر یک توالی DNA است که کروماتیدهای خواهر را به هم متصل می‌کند. این نیز جایی است که سینتوکورها، مجتمع‌های پروتئینی که ریز لوله‌های دوک به آنها متصل می‌شوند، پس از تکثیر کروموزوم ساخته می‌شوند. سینتوکورها به ریز لوله‌های دوک اجازه می‌دهند کروموزوم‌های درون سلول را در طول تقسیم سلولی حرکت دهند.

تلومرها در نوک خود شامل توالی‌های نوکلئوتیدی تکراری هستند. این توالی‌ها معمولاً در گونه‌ها مشابه هستند. آنها معمولاً از واحدهای مکرر آدنین یا تیمین به دنبال چند نوکلئوتید گوانین تشکیل شده‌اند. تلومرها از انتهای کروموزوم‌ها محافظت و تثبیت می‌کنند. اگر قرار باشد کروموزومی شکسته شود، در انتهای تازه ایجاد شده، که فاقد تلومر است، تجزیه آغاز می‌شود.

منشاء تکثیر و ARSها

کروموزوم‌های یوکاریوتی نیز باید ریشه‌های تکثیر متعددی داشته باشند، که توالی نوکلئوتیدهایی هستند که تعیین می‌کنند از کجا تکثیر DNA آغاز می‌شود. در حالی که تعداد دقیق ریشه‌های تکثیر در ژنوم انسان هنوز مشخص نشده است، حداقل ۳۰۰۰۰ مورد نیاز است تا تکثیر به موقع رخ دهد. به عنوان مثال، اگر کروموزوم‌های انسان فقط دارای یک منشأ باشند، تکثیر یک کروموزوم بیش از یک ماه طول می‌کشد.

در حالی که اهمیت ریشه‌های تکرار مشخص شده‌ است، تعریف این توالی‌ها دشوار است. با این حال، برخی آزمایش‌ها با مخمر چند نامزد را مشخص کرده است. وقتی توالی‌های کروموزومی خاصی به عنوان مولکول DNA خارج سلولی و حلقوی به سلول مخمر اضافه می‌شوند، به طور مستقل تکثیر می‌شوند. این نام این توالی‌ها را می‌دهد (دنباله‌های تکراری خودکار (ARS). برخی از ARSها احتمالاً مربوط به ریشه‌های تکثیر هستند که در ژنوم مخمر عمل می‌کنند. با این حال، برخی از این‌ها در امتداد بخشی از DNA قرار ندارند که به شدت با شروع تکثیر مرتبط است.

در پستانداران، مانند انسان و سایر یوکاریوت‌های پیچیده‌تر، منشا توالی تکرار ضعیف است. این به این دلیل است که آن‌ها احتمالاً با ترکیبی از توالی نوکلئوتیدی، پروتئین‌های مرتبط و ساختار کروماتین تعریف می‌شوند.

وظیفه‌ کروموزوم چیست؟

ساختار منحصر به فرد کروموزوم‌ها DNA را محکم در اطراف پروتئین‌های قرقره مانند، به نام هیستون، نگه می‌دارد. بدون چنین بسته‌بندی، طول مولکول‌های DNA برای قرار گرفتن در داخل سلول‌ها بسیار طولانی خواهد بود. به عنوان مثال، اگر تمام مولکول‌های DNA در یک سلول انسانی از هیستون‌های خود جدا شده و از انتها به انتها قرار بگیرند، ۶ فوت طول خواهند داشت.

برای رشد و عملکرد مناسب یک ارگانیسم، سلول‌ها باید دائماً تقسیم شوند تا سلول‌های جدید تولید کنند تا جایگزین سلول‌های قدیمی و فرسوده شود. در طول تقسیم سلولی، ضروری است که DNA دست نخورده و به طور مساوی بین سلول‌ها توزیع شود. کروموزوم‌ها بخش مهمی از این فرآیند هستند که اطمینان می‌دهد DNA به طور دقیق کپی شده و در اکثر تقسیمات سلولی توزیع می‌شود.

با این وجود، برخی از اشتباهات در موارد نادر اتفاق می‌افتد. تغییرات در تعداد یا ساختار کروموزوم‌ها در سلول‌های جدید ممکن است منجر به مشکلات جدی شود. به عنوان مثال، در انسان، یک نوع سرطان خون و برخی دیگر از سرطان‌ها ناشی از کروموزوم‌های معیوب است که از قطعات به هم پیوسته کروموزوم‌های شکسته تشکیل شده‌ است. همچنین بسیار مهم است که سلول‌های باروری مانند تخمک و اسپرم حاوی تعداد مناسبی کروموزوم باشند و این کروموزوم‌ها ساختار صحیحی داشته‌ باشند. در غیر این صورت، ممکن است فرزندان حاصله به درستی رشد نکنند. به عنوان مثال، افراد مبتلا به سندرم داون سه نسخه از کروموزوم ۲۱ دارند، به جای دو نسخه ای که در افراد دیگر یافت می‌شود.

آیا همه موجودات زنده دارای کروموزوم‌های یکسانی هستند؟

تعداد و شکل کروموزوم‌ها در بین موجودات زنده متفاوت است. اکثر باکتری‌ها دارای یک یا دو کروموزوم دایره‌ای هستند. انسان‌ها به همراه سایر حیوانات و گیاهان دارای کروموزوم‌های خطی هستند که بصورت جفت در داخل هسته سلول قرار گرفته‌اند.

تنها سلول‌های انسانی که حاوی جفت کروموزوم نیستند، سلول‌های باروری یا گامت‌ها هستند که فقط یک کپی از هر کروموزوم را حمل می‌کنند. وقتی دو سلول تولید مثل با هم متحد می‌شوند، تبدیل به یک سلول واحد می‌شوند که شامل دو نسخه از هر کروموزوم است. سپس این سلول تقسیم می‌شود و جانشینان آن چندین بار تقسیم می‌شوند و در نهایت یک فرد بالغ با مجموعه کاملی از کروموزوم‌های جفت شده را تقریباً در تمام سلول‌های خود تولید می‌کند.

علاوه بر کروموزوم‌های خطی موجود در هسته، سلول‌های انسان و سایر موجودات پیچیده حامل نوع بسیار کوچکتری از کروموزوم مشابه باکتری‌ها هستند. این کروموزوم دایره‌ای در میتوکندری یافت می‌شود، ساختارهایی که در خارج از هسته قرار دارند و به عنوان نیروگاه‌های سلول عمل می‌کنند. دانشمندان تصور می‌کنند که در گذشته میتوکندری‌ها باکتری‌هایی بودند که قادر به تبدیل اکسیژن به انرژی بودند. هنگامی که این باکتری‌ها به سلول‌ها حمله کردند و قدرت کافی برای جذب اکسیژن نداشتند، سلول‌ها آن‌ها را حفظ کردند و با گذشت زمان، باکتری‌ها به میتوکندری‌های امروزی تبدیل شدند.

سانترومر درون کروموزوم چیست؟

منطقه منقبض شده کروموزوم‌های خطی به عنوان سانترومر شناخته می‌شود. اگرچه این انقباض سانترومر نامیده می‌شود، اما معمولاً دقیقاً در مرکز کروموزوم قرار ندارد و در برخی موارد، تقریباً در انتهای کروموزوم قرار دارد. نواحی دو طرف سانترومر را بازوهای کروموزوم می‌نامند. سانترومرها به تراز صحیح کروموزوم‌ها در طی فرایند پیچیده تقسیم سلولی کمک می‌کنند. از آنجا که کروموزوم‌ها در آماده‌سازی برای تولید سلول جدید کپی می‌شوند، سانترومر به عنوان محل اتصال دو نیمه هر کروموزوم تکراری، معروف به کروماتیدهای خواهر، عمل می‌کند.

تلومر دروم کروموزوم چیست؟

تلومرها امتداد مکرر DNA هستند که در انتهای کروموزوم‌های خطی قرار دارند. در بسیاری از انواع سلول‌ها، تلومرها هر بار که یک سلول تقسیم می‌شود کمی از DNA خود را از دست می‌دهند. سرانجام، هنگامی‌که تمام DNA تلومر از بین می‌رود، سلول نمی‌تواند تکثیر شود و می‌میرد. گلبول‌های سفید خون و دیگر انواع سلول‌ها با ظرفیت تقسیم مکرر دارای آنزیم خاصی هستند که از از دست دادن تلومرهای کروموزوم آنها جلوگیری می‌کند. از آنجا که تلومرهای خود را حفظ می‌کنند، چنین سلول‌هایی عموماً بیشتر از سایر سلول‌ها عمر می‌کنند. تلومرها همچنین در سرطان نقش دارند. کروموزوم‌های سلول‌های بدخیم معمولاً تلومرهای خود را از دست نمی‌دهند و به رشد غیرقابل کنترل که سرطان را بسیار مخرب می‌کند کمک می‌کند.

انسان چند کروموزوم دارد؟

انسان‌ها دارای ۲۳ جفت کروموزوم، در مجموع ۴۶ کروموزوم هستند. در واقع، هر گونه از گیاهان و حیوانات دارای تعداد مشخصی از کروموزوم‌ها هستند. برای مثال یک مگس میوه دارای چهار جفت کروموزوم است، در حالی که یک گیاه برنج دارای ۱۲ کروموزوم است.

کروموزوم‌ها چگونه کشف شدند؟

دانشمندان در حال بررسی سلول‌ها در زیر میکروسکوپ اولین کروموزوم‌ها را در اواخر دهه ۱۸۰۰ مشاهده کردند. با این حال، در آن زمان، ماهیت و عملکرد این ساختارهای سلولی مشخص نبود. محققان در اوایل دهه ۱۹۰۰ از طریق مطالعات پیشگامانه توماس هانت مورگان به درک بسیار بهتری از کروموزوم‌ها دست یافتند. مورگان با اثبات ارتباط کروموزوم X با جنسیت و رنگ چشم در مگس‌های میوه ارتباط بین کروموزوم‌ها و صفات ارثی را ایجاد کرد.

کروموزوم‌ها چگونه به ارث می‌رسند؟

در انسان و اکثر موجودات پیچیده دیگر،  یک نسخه از هر کروموزوم از والد زن و نسخه دیگر از والد مرد به ارث می‌رسد. این توضیح می‌دهد که چرا کودکان برخی از ویژگی‌های خود را از مادر و برخی دیگر را از پدر به ارث می‌برند.

الگوی وراثت برای کروموزوم دایره‌ای کوچک موجود در میتوکندری متفاوت است. فقط سلول‌های تخمک، و نه سلولهای اسپرم، میتوکندری خود را در طول لقاح نگه می‌دارند. بنابراین، DNA میتوکندری همیشه از والدین زن به ارث می‌رسد. در انسان، برخی از شرایط، از جمله برخی از انواع اختلالات شنوایی و دیابت، با DNA موجود در میتوکندری مرتبط است.

آیا کروموزوم‌های نر نسبت به ماده متفاوت است؟

بله، آن‌ها در یک جفت کروموزوم معروف به کروموزوم جنسی تفاوت دارند. زنان دو کروموزوم X در سلول‌های خود دارند، در حالی که مردان دارای یک کروموزوم X و یک Y هستند. به ارث بردن تعداد زیادی کپی از کروموزوم‌های جنسی یا کافی نبودن آنها می‌تواند منجر به مشکلات جدی شود. به عنوان مثال، زنانی که نسخه‌های اضافی کروموزوم X دارند معمولاً بلندتر از حد متوسط هستند و برخی از آنها عقب ماندگی ذهنی دارند. مردان دارای بیش از یک کروموزوم X دارای سندرم کلاین فلتر هستند، که این وضعیت با بلند قامتی و اغلب با اختلال باروری مشخص می‌شود. سندرم ترنر یکی دیگر از سندرم‌های ناشی از عدم تعادل در تعداد کروموزوم‌های جنسی است. زنان مبتلا به ترنر فقط یک کروموزوم X دارند. آنها بسیار کوتاه هستند، معمولاً بلوغ نمی‌کنند و برخی ممکن است مشکلات کلیوی یا قلبی داشته باشند.