آشنایی با ساختار کروموزوم و عملکرد آن
کروموزوم چیست؟
کروموزوم به معنای “جسم رنگی” است. این نام اولین بار در سال ۱۸۸۸ توسط دانشمندی به نام والدیر استفاده شد. امروزه از این کلمه برای اشاره به رشته‌هایی استفاده می‌شود که با میکروسکوپ‌های معمولی دیده می‌شوند و رنگی می‌گردند. این رشته‌ها در اثر فشرده و پیچیده شدن مواد ژنتیکی در سلول‌های هسته‌دار به وجود می‌آیند و ضخامت آن‌ها به ۱۰۰۰ تا ۱۴۰۰ نانومتر می‌رسد.
در سلول‌های ساده‌تر مانند باکتری‌ها نیز ماده ژنتیکی به شکل یک کروموزوم فشرده می‌شود. در بعضی باکتری‌ها، علاوه بر کروموزوم اصلی که بیشتر ژن‌ها در آن قرار دارند، یک کروموزوم کوچک دیگر به نام پلاسمید نیز وجود دارد. اگرچه تعداد ژن‌های روی پلاسمید کم است، اما چون ژن‌های مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها معمولاً روی آن قرار می‌گیرند، برای زنده ماندن و تولیدمثل باکتری بسیار مهم هستند.
در ساختار کروموزوم، ماده ژنتیکی به شکل حلقه‌هایی دیده می‌شود. این حلقه‌ها توسط پروتئین‌های خاصی که به ماده ژنتیکی متصل می‌شوند، ثابت نگه داشته می‌شوند. در نهایت، با پیچیدگی بیشتر این ساختارها، نوارهایی ایجاد می‌شوند که در کروموزوم‌های کامل دیده می‌شوند. هر نوع کروموزوم، الگوی نواربندی مخصوص به خود را دارد. با رنگ‌آمیزی این کروموزوم‌ها، می‌توان تعداد و ویژگی‌های آن‌ها را در هر گونه از موجودات زنده مشخص کرد. به این مجموعه ویژگی‌ها، کاریوتیپ گفته می‌شود.
به زبان ساده، کروموزوم‌ها مانند بسته‌هایی از مواد ژنتیکی هستند که درون هسته سلول ذخیره شده‌اند. در واقع، آن‌ها مولکول‌های DNA هستند که به همراه پروتئین‌ها بسته‌بندی شده‌اند.
هر انسان در مجموع ۴۶ کروموزوم دارد. هنگام تشکیل جنین، این تعداد نصف می‌شود. از این ۴۶ کروموزوم، دو عدد کروموزوم جنسی هستند که جنسیت فرد را مشخص می‌کنند. هر فرد در زمان لقاح، ۲۳ کروموزوم از سلول جنسی پدر و ۲۳ کروموزوم از سلول جنسی مادر دریافت می‌کند. سلول‌های جنسی مادر (تخمک) و پدر (اسپرم) هاپلوئید هستند، یعنی فقط یک سری کامل از کروموزوم‌ها را دارند.
سلول‌های ساده مانند باکتری‌ها معمولاً فقط یک کروموزوم دارند. البته باکتری‌های نادری هم هستند که بیش از یک کروموزوم دارند. کروموزوم باکتری‌ها معمولاً به شکل حلقه است. باکتری‌ها و برخی مخمرها، علاوه بر کروموزوم اصلی، می‌توانند یک یا چند پلاسمید نیز داشته باشند.
یک انسان سالم ۲۳ جفت کروموزوم دارد. ۲۲ جفت از این کروموزوم‌ها که مسئول صفات ارثی غیر از جنسیت هستند، اتوزوم نامیده می‌شوند. یک جفت دیگر نیز کروموزوم‌های جنسی هستند. کروموزوم‌های جنسی در مردان طبیعی به صورت XY و در زنان طبیعی به صورت XX هستند.
ساختار کروموزوم
سلول‌های بدن گاهی نیاز به تقسیم شدن دارند. این اتفاق به چند دلیل می‌افتد: گاهی یک سلول بیش از حد بزرگ می‌شود و گاهی بدن برای جایگزین کردن سلول‌های فرسوده یا آسیب‌دیده، به سلول‌های جدید بیشتری نیاز پیدا می‌کند.
مولکول DNA در حالت عادی، یک رشته بسیار بلند و دوطرفه است. وقتی یک سلول می‌خواهد تقسیم شود، باید مطمئن شود که این رشته‌ی بلند و حساس DNA در طول فرآیند تقسیم، پاره یا آسیب نمی‌بیند؛ زیرا در غیر این صورت، سلول جدید نمی‌تواند به درستی کار کند.
در اینجا نقش کروموزوم مشخص می‌شود. کروموزوم در واقع شکل فشرده و سازمان‌یافته‌ای از DNA است که از آن در زمان تقسیم سلول محافظت می‌کند. در این فرآیند، رشته‌های بلند DNA به دور مجموعه‌ای از پروتئین‌ها به نام هیستون می‌پیچند. هشت عدد از این هیستون‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند تا DNA بتواند به راحتی دور آن‌ها بپیچد. پس از این پیچیدن، ساختاری به نام کروموزوم تشکیل می‌شود.
هر کروموزوم از دو بخش یکسان به نام «کروماتیدهای خواهری» تشکیل شده است. این دو بخش شبیه به هم هستند و طی فرآیند رونوشت‌برداری از DNA ساخته می‌شوند. این دو کروماتید از ناحیه‌ای به نام سانترومر به هم متصل می‌شوند. هنگام تقسیم سلول، هر کروماتید به یکی از سلول‌های جدید منتقل می‌شود.
این روند باعث می‌شود که هر سلول جدید، یک کپی دقیق از سلول اصلی باشد و بتواند وظایف خود را به درستی انجام دهد.
در بسیاری از موجوداتی که تولید مثل جنسی دارند، کروموزوم‌ها به صورت جفت‌های مشابه کنار هم قرار می‌گیرند. یکی از این کروموزوم‌ها از پدر و دیگری از مادر به ارث می‌رسد. این دو کروموزوم حامل صفات مشابه هستند و ترکیب آن‌ها مشخص می‌کند که فرزند چه ویژگی‌هایی خواهد داشت.
کروموزوم همتا
کروموزوم‌های همتا، جفت‌هایی از کروموزوم‌ها هستند که از نظر شکل و محتوا بسیار به هم شبیه‌اند.
این دو کروموزوم طول یکسان، محل اتصال یکسان و الگوی رنگ‌پذیری مشابهی دارند.
هر جفت کروموزوم همتا شامل یک کروموزوم از مادر و یک کروموزوم از پدر است.
به عبارت دیگر، یکی از این کروموزوم‌ها از طرف مادر و دیگری از طرف پدر به فرد به ارث می‌رسد.
تفاوت ژن و کروموزوم
هر ژن، بخش مشخص و ویژهای از مولکول دی‌ان‌ای است که اطلاعات مربوط به یک ویژگی خاص را در خود نگه می‌دارد. هر کروموزوم، تعداد بسیار زیادی از این ژن‌ها را در خود جای داده است. اما لازم به ذکر است که همه ژن‌ها به طور همزمان فعال نیستند و کار خود را شروع نمی‌کنند. فعال شدن بعضی از ژن‌ها به عواملی مانند شرایط محیطی یا سایر محرک‌ها بستگی دارد. همچنین، برخی از خصوصیات و صفات ما، حاصل ترکیب اطلاعات چندین ژن مختلف هستند که روی کروموزوم‌های گوناگون قرار گرفته‌اند.
انواع کروموزم ها از نظر تعداد سانترومر
کروموزوم‌ها بر اساس تعداد سانترومر به سه گروه تقسیم می‌شوند: کروموزوم‌های تک‌سانترومری، دو سانترومری و چند سانترومری.
گاهی عوامل مختلف مانند پرتو ایکس باعث می‌شوند کروموزوم‌ها تکه‌تکه شده و قطعاتشان به هم بپیوندند. در این حالت، کروموزوم‌هایی بدون سانترومر به وجود می‌آیند. این نوع کروموزوم‌ها هنگام تقسیم سلولی، برخلاف کروموزوم‌های معمولی، رفتار طبیعی ندارند.
انواع کروموزوم از نظر محل سانترومر
کروموزوم‌های تلوسانتریک: در این نوع، سانترومر دقیقاً در انتهای کروموزوم قرار دارد.
کروموزوم‌های آکروسانتریک: سانترومر نزدیک به انتهای کروموزوم است. در نتیجه، یکی از بازوها بسیار کوتاه‌تر از بازوی دیگر است. به بخش‌های یک کروموزوم که توسط سانترومر از هم جدا می‌شوند، بازوهای کروموزومی می‌گویند.
کروموزوم‌های متاسانتریک: سانترومر درست در مرکز کروموزوم قرار گرفته و باعث می‌شود دو بازوی آن تقریباً هم‌طول باشند. بیشتر کروموزوم‌ها فقط یک سانترومر دارند. اما در برخی جانداران، کروموزوم‌هایی وجود دارند که سانترومر آن‌ها در تمام طول کروموزوم پخش شده است. این کروموزوم‌ها در هنگام تقسیم سلولی، در تمام طول خود به رشته‌های دوک متصل می‌شوند که به آن‌ها کروموزوم‌های هولوسانتریک گفته می‌شود.
پیشنهادی: همه چیز درباره اسیدهای آمینه و ساختار آن‌ها