Jak zmieścić DNA w jądrze komórkowym?

Witaj w powtórce z genetyki! Z tego wpisu dowiesz się w jaki sposób dwa metry ludzkiego DNA mogą się zmieścić w każdym jądrze komórkowym, którego nie da się zobaczyć gołym okiem.

Czym jest DNA i jak wyglądają geny organizmów?

Zacznijmy od przypomnienia czym jest DNA i jak wyglądają geny organizmów. Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA) jest polimerem zbudowanym z nukleotydów. Są one tak poustawiane, że tworzą geny – podstawowe jednostki dziedziczności, które zawierają informacje o białkach lub cząsteczkach kwasu rybonukleinowego – RNA. Każdy gen ma części regulatorowe na początku i na końcu, które regulują odczytywanie genu oraz część strukturalną w środku. Część strukturalna składa się z kodujących odcinków- eksonów oraz odcinków niekodujących- intronów. Koniecznie zapamiętaj, że geny prokariontów są ciągłe– nie mają intronów, tylko wyłącznie części kodujące, natomiast geny nieciągłe z intronami występują u eukariontów.

Kondensacja DNA

No dobrze, tylko jak te wszystkie sekwencje, liczące czasem kilka milionów lub miliardów nukleotydów, zmieścić w małym mikrometrowym jądrze? Należy je maksymalnie pozwijać i upakować. Na samym początku łańcuch DNA jest owijany na oktamery histonowe, czyli osiem białek histonowych, tworząc nukleosomy, pomiędzy którymi jest DNA łącznikowy. Już sam ten zabieg pozwala zmniejszyć długość materiału genetycznego 7 razy. Następnie cały sznur z białkami zaczyna się zwijać, tworząc solenoidy. Jeśli komórka zaczyna się dzielić, DNA jest kondensowane jeszcze silniej, tworząc pętle które w końcu zwijają się w uporządkowane struktury – chromosomy. Najbardziej skondensowane chromosomy występują w fazie podziału zwanej metafazą.

Rys. Kondensacja materiału genetycznego

Chromosom metafazowy

Chromosom metafazowy ma dwie cząsteczki DNA, a więc co za tym idzie – dwie chromatydy. Warto pamiętać, że jest on już po replikacji materiału genetycznego, czyli tak wygląda tylko przez ułamek życia komórki. Standardowo, poza podziałem, miałby jedną chromatydę. Na środku chromosomu metafazowego znajduje się centromer – przewężenie pierwotne, do którego przyczepiają się mikrotubule wrzeciona podziałowego. Niektóre z chromosomów, tzw. chromosomy jąderkotwórcze mają jeszcze dodatkowe przewężenia i leżące za nimi satelity z końcowymi sekwencjami telomerowymi.

Rys. Budowa chromosomu metafazowego

Chromosomy różnią się wielkością i miejscem ulokowania centromeru, od którego zależy długość ramion chromosomu.

Rys. Podział chromosomów

Chromosomy człowieka

Większość komórek człowieka to komórki diploidalne, które zawierają chromosomy homologiczne, czyli pary podobnych chromosomów. (jeden pochodzi od matki drugi od ojca). Wyjątek stanowią komórki płciowe, które są haploidalne, oraz komórki, które w procesie różnicowania się utraciły jądro, a z nim DNA, jak np. erytrocyty.

Liczba chromosomów jest charakterystyczna dla każdego gatunku. Typowa komórka somatyczna człowieka zawiera 46 chromosomów, czyli 23 pary, z których jedna jest parą chromosomów płciowych. Uogólniając, można powiedzieć, że u kobiet wszystkie chromosomy są homologiczne – również chromosomy płciowe XX. U mężczyzn tylko para chromosomów płciowych XY, z powodu różnic w budowie nie jest parą homologiczną. Pełny zestaw chromosomów danego organizmu nazywa się kariotypem.

Rys. Kariogram człowieka 

DNA w niedzielącej się komórce

W czasie, kiedy komórka nie ulega podziałom DNA w jądrze komórkowym nie jest tak mocno skondensowane i przybiera postać chromatyny. DNA też jest w tym okresie związane z białkami, tworząc nukleosomy i solenoidy. Tak uformowana chromatyna, może występować w dwóch postaciach – euchromatyny i heterochromatyny.

Rys. DNA w jądrze komórkowym

Euchromatyna jest zbudowana z luźno upakowanych włókien i zawiera geny. Musi być luźniej upakowana dlatego, żeby był do niej łatwiejszy dostęp podczas ekspresji zawartych w niej genów. Heterochromatyna natomiast jest zwarta i nieaktywna genetycznie – zawiera głównie pozagenowe sekwencje niekodujące.

Mam nadzieję, że udało mi się zobrazować to zagadnienie prosto i zrozumiale. A Ty nie będziesz mieć już z nim problemu podczas powtórek.

Jeśli potrzebujesz nieco mocniej zgłębić temat to zapraszam do skorzystania z moich lekcji nagranych. Omawiam na nich zarówno ten temat jak i każdy inny wymagany na maturze z biologii. Dodatkowo pokazuję jak prawidłowo rozwiązywać zadania maturalne. 

Nazywam się Ania Gajos i od 6 lat współtworzę Powtórkę z biologii. Z wykształcenia jestem nauczycielem biologii i pomagam uczniom w przygotowaniach do matury z biologii. Z moich lekcji online skorzystały już tysiące osób i dziś możesz spotkać ich na uczelniach zarówno w Polsce jak i za granicą 😉 Jeśli więc chcesz nauczyć się biologii i dobrze przygotować do matury to zapraszam do skorzystania z moich lekcji.

Zobacz inne artykuły z tego numeru