Opredelitev - Kaj so kromosomi?
Genski material celice je shranjen v obliki DNA (deoksiribonukleinska kislina) in njenih baz (adenin, timin, gvanin in citozin). V vseh evkariontskih celicah (živali, rastline, glive) je to prisotno v celično jedro v obliki kromosomov. Kromosom je sestavljen iz ene same, koherentne molekule DNA, ki je povezana z nekaterimi beljakovin.
Ime kromosom izhaja iz grščine in bi ga lahko približno prevedli kot "barvno telo". To ime izhaja iz dejstva, da je znanstvenikom že zelo zgodaj v zgodovini citologije (1888) uspelo obarvati s posebnimi osnovnimi barvili in ga identificirati pod svetlobnim mikroskopom. Vendar pa so zares vidni šele na določeni točki celičnega cikla, mitoza (mejoza v zarodnih celicah), kadar je kromosom prisoten v posebej gosti (zgoščeni) obliki.
Kako so strukturirani kromosomi?
Če bi bila celotna dvojna spirala DNA celice, tj. Približno 3.4 x 109 baznih parov, povezana med seboj, bi bil rezultat dolžine več kot en meter. Vendar je skupna dolžina vseh seštetih kromosomov le približno 115 μm. Ta razlika v dolžini je razložena z zelo kompaktno strukturo kromosomov, pri katerih se DNA na zelo specifičen način večkrat navija ali spiralira.
V tem procesu imajo pomembno vlogo histoni, posebna oblika beljakovin. Skupaj obstaja 5 različnih histonov: H1, H2A, H2B, H3 in H4. Dva od zadnjih štirih histonov tvorita valjasto strukturo, oktamer, okoli katere se dvojna vijačica vije približno dvakrat (= superheliks).
H1 se pritrdi na to strukturo, da jo stabilizira. Ta kompleks DNA, oktamerja in H1 se imenuje nukleosom. Nekateri od teh nukleozomov zdaj ležijo "biserno-verižno" v sorazmerno kratkih intervalih (10-60 baznih parov) drug za drugim.
Odseki med kromosomi se imenujejo distančna DNA. Posamezni nukleosomi zdaj spet stopijo v stik preko H1, kar povzroči nadaljnjo spiralizacijo in s tem tudi kompresijo. Nastali pramen je v zankah, ki jih stabilizira hrbtenica kislega nehistona beljakovin, znan tudi kot Hertones.
Te zanke so nato prisotne v spiralah, stabiliziranih z beljakovin, ki ima za posledico končno stopnjo stiskanja. Vendar se ta visoka stopnja zgoščevanja pojavi le med delitvijo celic v mitozi. V tej fazi je mogoče videti tudi značilno obliko kromosomov, ki jo sestavljata dve kromatidi.
Kraj, kjer so ti povezani, se imenuje centromera. Vsak metafazni kromosom deli na dva kratka in dva dolga kraka, imenovana tudi p in q kraka. Če se centromera nahaja približno na sredini kromosoma, se imenuje metacentrični kromosom; če se nahaja na enem od koncev, se imenuje akrocentrični kromosom.
Tisti vmes se imenujejo submetacentrični kromosomi. Te razlike, ki jih že vidimo pod svetlobnim mikroskopom, skupaj z dolžino kromosomov omogočajo začetno delitev kromosomov. Telomeri so konci kromosomov, ki vsebujejo ponavljajoča se zaporedja (TTAGGG).
Ti ne vsebujejo nobenih ustreznih informacij, ampak služijo preprečevanju izgube ustreznejših odsekov DNK. Z vsako delitvijo celic se del mehanizma kromosoma izgubi zaradi mehanizma replikacije DNA. The telomerov tako deluje na nek način kot vmesni blažilnik in zamuja trenutek, ko celica z delitvijo izgubi pomembne informacije.
Če telomerov celice, ki pade pod dolžino približno 4,000 baznih parov, se sproži programirana celična smrt (apoptoza). To preprečuje širjenje pomanjkljivega genskega materiala v organizmu. Nekaj celic ima telomeraze, tj encimi ki lahko spet razširijo telomere.
Poleg matičnih celic, iz katerih izhajajo vse druge celice, so to zarodne celice in nekatere celice imunski sistem. Poleg tega najdemo telomeraze tudi v rak celic, zato v tem kontekstu govorimo o ovekovečenju celice. Kromatin je celotna vsebnost celičnega jedra, ki ga lahko obarvamo z osnovnim madežem.
Zato izraz ne vključuje le DNA, temveč tudi nekatere beljakovine, npr. Histone in hertone (glej strukturo), pa tudi nekatere fragmente RNA (hn- in snRNA). Glede na fazo celičnega cikla ali genetske aktivnosti je ta material prisoten v različnih gostotah. Gostejša oblika se imenuje heterokromatin.
Zaradi lažjega razumevanja bi ga torej lahko obravnavali kot "obliko shranjevanja" in tu spet ločimo konstitutivni in fakultativni heterokromatin. Konstitutivni heterokromatin je najgostejša oblika, ki je prisotna v vseh fazah celičnega cikla v najvišji fazi kondenzacije. Sestavlja približno 6.5% človeškega genoma in se v glavnem nahaja blizu centromer in koncev kromosomskih krakov (telomerov) v majhnih deležih, pa tudi na drugih lokacijah (predvsem kromosom 1,9,16,19 in Y).
Poleg tega se večina konstitutivnega heterokromatina nahaja v bližini jedrske membrane, tj. Na robovih celično jedro. Tako je prostor na sredini rezerviran za aktivne kromatin, evhromatin. Fakultativni heterokromatin je nekoliko manj gost in ga je mogoče aktivirati in deaktivirati po potrebi ali glede na stopnjo razvoja.
Dober primer je drugi kromosom X pri ženskih kariotipih. Ker v osnovi en X-kromosom zadostuje za preživetje celice, saj na koncu zadostuje tudi pri moških, se eden od obeh v embrionalni fazi deaktivira. deaktivirani X-kromosom je znan kot Barrovo telo.
Šele med delitvijo celic, med mitozo, se ta popolnoma kondenzira in doseže največjo gostoto v metafazi. Ker pa se različni geni odčitavajo z različnimi frekvencami - navsezadnje niso vsi proteini ves čas potrebni v isti količini - tudi tu ločimo med aktivnim in neaktivnim evhromatinom. Haploid (gr.
haploos = samski) pomeni, da so vsi kromosomi celice prisotni posamično, torej ne v parih (diploidni), kot je običajno. To je naravno stanje vseh jajc in sperme celice, v katerih obe enaki kromatidi zaenkrat med prvo zorenjem delitve za zdaj nista ločeni mejoza, ampak prej se najprej ločijo vsi kromosomski pari. Posledično imajo hčerinske celice po prvi delitvi pri ljudeh le 23 namesto običajnih 46 kromosomov, kar ustreza polovici haploidnega nabora kromosomov.
Ker pa imajo te hčerinske celice še vedno identično kopijo vsakega kromosoma, sestavljenega iz 2 kromosomov, je potrebna druga delitev, pri kateri sta obe kromatidi ločeni med seboj. Politenski kromosom je kromosom, sestavljen iz številnih genetsko enakih kromatid. Ker so takšni kromosomi že zlahka prepoznavni pri majhni povečavi, jih včasih imenujejo velikanski kromosomi. Predpogoj za to je endoreplikacija, pri kateri se kromosomi večkrat pomnožijo celično jedro brez delitve celic.
