ما هو الكروموسوم؟

ما هو الكروموسوم؟
الكروموسوم هو جزء ليفي من الخلية يحمل المعلومات الوراثية لكائنات مختلفة في شكل جين. السمة المميزة لأي كروموسوم هي تماسكه. على سبيل المثال ، يبلغ طول الكروموسومات الـ 46 في الخلايا البشرية معًا 200 نانومتر . إذا تم ضغط هذه الكروموسومات ، فسيكون إجمالي المادة الوراثية ( الجينوم ) لكل خلية بشرية بطول مترين.
تتكون الكروموسومات من خيوط الكروماتين. تتشكل الكروماتين عن طريق التواء خيوط الحمض النووي. تتكون خيوط الحمض النووي أيضًا من أجزاء تسمى الجينات.
يلعب ضغط الكروموسوم دورًا مهمًا في المساعدة على تنظيم المادة الوراثية أثناء انقسام الخلية ، مما يسمح للكروموسومات بالتناسب داخل نواة خلية يبلغ متوسط قطرها حوالي 5 إلى 10 ميكرومتر.

في الفيروسات أيضًا ، يتم ضغط المادة الجينية كثيرًا بحيث يمكن وضعها في القفيصات متعددة الأضلاع لجسيم فيروسي قد يكون قطره من 20 إلى 30 نانومتر.
كلمة كروموسوم مشتق من الكلمتين اليونانيتين "كروما" التي تعني اللون و "سوما" تعني الجسم. اختار العلماء هذا الاسم للكروموسومات لأن الكروموسومات هي هياكل خلوية أو أجسام خلوية ملطخة بشدة بتلطيخ الخلايا.
يحتاج كل كائن حي إلى تقسيم الخلية للحفاظ على نموه ووظيفته. أثناء انقسام الخلية ، فإن الخطوة المهمة هي تقسيم الحمض النووي تمامًا بين الخليتين الجديدتين. تعتبر الكروموسومات جزءًا أساسيًا من هذه العملية التي تسمح لجزيء الحمض النووي بالتكاثر بدقة والتوزيع بالتساوي بين خليتين أثناء انقسام الخلية. في غضون ذلك ، قد تحدث أخطاء في بعض الأحيان.
يمكن أن تسبب التغييرات في عدد أو بنية الكروموسومات في الخلايا الجديدة مشاكل خطيرة لحياة هذه الخلايا. على سبيل المثال ، عند البشر ، يحدث نوع واحد من اللوكيميا وبعض السرطانات بسبب الكروموسومات المعيبة. قد تحتوي هذه الكروموسومات المعيبة على جزء إضافي من الكروموسوم أو لا تحتوي على جزء من الهيكل الرئيسي للكروموسوم السليم.
في بعض الأحيان في انقسام الخلايا ، لا تنقسم الكروموسومات بشكل صحيح من حيث العدد ، والخلايا التي تم إنشاؤها من هذه الانقسامات غير قادرة على العمل بشكل صحيح والبقاء على قيد الحياة. يمكن رؤية مثال واضح على ذلك لدى الأشخاص المصابين بمتلازمة داون ، بحيث يوجد في خلاياهم ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 بدلاً من نسختين.
هيكل الكروموسوم
الكروموسومات لها بنية غير مرئية داخل نواة الخلايا ، حتى تحت المجهر ، ولا يمكن رؤيتها إلا أثناء انقسام الخلية. لزيادة الكثافة أثناء الانقسام الخلوي ، تصبح خيوط الحمض النووي صبغيات مضغوطة للغاية ، والتي يمكن رؤيتها تحت المجهر. في الواقع ، فإن جميع المعلومات التي حصل عليها الباحثون حول بنية ووظيفة الكروموسومات حتى الآن جاءت من دراستها أثناء انقسام الخلية.
لوحظت الكروموسومات لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر. في ذلك الوقت ، لم يكن لدى الباحثين معرفة بهيكلهم ووظيفتهم. تم الحصول على المعلومات الأولى حول خصائص الكروموسومات خلال القرن العشرين بواسطة Thomas Hunt Morgan. كان مورغان قادرًا على ربط الكروموسومات والصفات الموروثة ، مما يثبت أن كروموسوم X يحدد الجنس
يتكون كل كروموسوم من أجزاء مختلفة ، ولكل منها وظيفة محددة. فيما يلي سوف نفحص الأجزاء المختلفة لكل كروموسوم.

سنترومير
كل كروموسوم له نقطة تقلص تسمى "السنترومير". تنقسم الكروموسومات إلى جزأين بواسطة السنترومير ، ويسمى كل جزء من هذه الأجزاء "أذرع الكروموسومات". توجد السنترومير دائمًا في منتصف الكروموسومات ، وأحيانًا قد يكون حتى مركز واحد قريبًا من نهاية الكروموسوم.
الذراع القصيرة تسمى الذراع p والذراع الطويلة للكروموسوم تسمى الذراع q. يحدد موقع السنترومير على كل كروموسوم السمات الهيكلية لذلك الكروموسوم ويمكن استخدامه لتحديد موقع كل جين على الكروموسوم.
تبطن الكروموسومات السنترومير أثناء انقسام الخلية في منتصف الخلية. في منطقة السنترومير ، توجد بروتينات تسمى kinetochores تربط خيوط انقسام الخلية بالكروموسومات. عندما تبدأ الكروموسومات في الانقسام لتكوين خلايا جديدة ، يشكل السنترومير نقطة التقاء اثنين من الكروموسومات المضاعفة ، وتسمى الكروموسومات المتصلة ببعضها البعض بواسطة السنترومير "كروماتيدات شقيقة".
تيلومير
التيلوميرات هي أجزاء مكررة من جزيء DNA تقع في نهايات الكروموسومات الخطية. هذه المنطقة من الكروموسومات تحمي الهياكل النهائية للكروموسومات. تتمثل وظيفة التيلوميرات الموجودة على الكروموسومات في حماية الجزء البلاستيكي في بداية رباط الحذاء من تكامل بنية رباط الحذاء. في الخلايا المختلفة ، تفقد التيلوميرات جزءًا من بنيتها في كل انقسام خلوي. في الواقع ، تصبح التيلوميرات أقصر في كل مرة تنقسم فيها. عندما يتم تدمير كل التيلوميرات في جزيء الحمض النووي ، فإن الجزيء لم يعد قادرًا على الانقسام.
تحتوي خلايا الدم البيضاء والخلايا الأخرى التي تنقسم بشكل متكرر على إنزيم يمكنه منع تدمير التيلوميرات على الكروموسومات أثناء انقسام الخلايا ، وهذا هو سبب قدرتها على العيش لفترة أطول.
تلعب التيلوميرات أيضًا دورًا مهمًا في الإصابة بالسرطان. عادة لا تفقد كروموسومات الخلايا السرطانية الخبيثة تيلوميراتها أثناء انقسام الخلايا ، مما يسمح لها بالانقسام إلى أجل غير مسمى ونشر السرطان في جميع أنحاء الجسم.

خصائص الكروموسومات في الكائنات الحية المختلفة
تختلف الكروموسومات كثيرًا من حيث العدد والشكل في الكائنات الحية. تحتوي العديد من البكتيريا ، مثل الإشريكية القولونية ، على واحد أو اثنين من الكروموسومات الدائرية. يمتلك البشر والحيوانات الأخرى وحتى النباتات صبغيات خطية مكدسة داخل نواة خلاياهم.
الخلايا البشرية الوحيدة التي لا تحتوي على أزواج كروموسوم هي الخلايا التناسلية أو الأمشاج. تحمل هذه الخلايا نسخة واحدة فقط من كل كروموسوم. عندما يتم دمج اثنين من الأمشاج ، فإنها تشكل خلية واحدة تتكون من نسختين من الكروموسومات. يمكن للخلية الناتجة عن اندماج الأمشاج أن تنقسم وتشكل أعدادًا كبيرة من الخلايا.
بالإضافة إلى الكروموسومات الخطية الموجودة في نوى الخلية ، تحمل الخلايا البشرية والكائنات الحية المعقدة الأخرى أنواعًا أصغر من الكروموسومات من البكتيريا. هذه الكروموسومات الصغيرة هي كروموسومات دائرية توجد في الميتوكوندريا. الميتوكوندريا هي أعضاء في الخلية مسؤولة عن إمداد الخلية بالطاقة.

يعتقد العلماء أنه في العصور القديمة ، عاشت الميتوكوندريا كخلايا حرة مثل البكتيريا وكانت قادرة على تحويل الأكسجين إلى طاقة. عندما غزت هذه البكتيريا الخلايا التي تفتقر إلى القدرة على تحويل الأكسجين إلى طاقة ، كانت الخلايا قادرة على استخدامها كمصدر للطاقة ، وبمرور الوقت ، تشكلت الهياكل الحالية للميتوكوندريا.
اختلافات الكروموسومات في أنواع الخلايا
تعتبر بنية وموقع الكروموسومات هي الاختلافات الرئيسية بين الفيروسات و "بدائيات النوى" و "حقيقيات النوى". تحتوي الفيروسات على كروموسومات مكونة من DNA (حمض ديوكسي ريبونوكلييك) أو RNA حمض الريبونوكلييك هذه المعلومات الجينية معبأة بكثافة في رؤوس فيروسية أو قفيصة فيروسية.
في الكائنات الحية ذات الخلايا بدائية النواة (أي البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة) ، تتكون الكروموسومات بالكامل من الحمض النووي. لا يتم تغليف الكروموسوم الفردي لخلية بدائية النواة داخل غشاء نووي. في حقيقيات النوى ، توجد الكروموسومات في نواة خلية تعتمد على الغشاء. تتكون كروموسومات الخلية حقيقية النواة من الحمض النووي المرتبط بالبروتينات النووية. كما أنها تحتوي على الحمض النووي الريبي في نواتها.

خصائص الكروموسومات حقيقية النواة.
كل حقيقيات النوى لديها عدد معين من الكروموسومات. في الأنواع التي تتكاثر لاجنسيًا ، يكون عدد الكروموسومات واحدًا في جميع خلايا الكائن الحي. من بين الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًا ، يكون عدد الكروموسومات في الخلايا الجسدية أو الجسدية ثنائي الصبغة (2 ، زوج واحد لكل كروموسوم أو 2 ن) ، في حين أن عدد الكروموسومات في الأمشاج هو النصف. عدد الكروموسومات في الخلايا الجسدية وتسمى أحادية العدد أو مفرد (1 ن). يتم إنتاج الخلايا أحادية الصيغة الصبغية أثناء الانقسام الانتصافي. في عملية الإخصاب ، يتحد اثنان من الأمشاج لإنتاج خلية بويضة أو "زيجوت" (خلية مفردة مع مجموعة من الكروموسومات ثنائية الصبغيات).
يتم إنتاج الخلايا الجسدية عن طريق الانقسام الانقسامي. بين قسمين من الخلايا ، يُنظر إلى الكروموسومات على أنها غير مضغوطة ، وتشكل كتلة من المادة الوراثية تسمى الكروماتين. في الحالة غير المضغوطة ، تكون الكروموسومات قادرة على البدء في تصنيع وتكرار جزيئات الحمض النووي. خلال هذه المرحلة ، يتم تكرار جزيئات الحمض النووي وإعدادها لتقسيم الخلايا.
بعد تكرار وتضخيم الحمض النووي ، يتم إعادة ضغط الكروماتين في الكروموسومات. في هذه المرحلة ، يكون كل كروموسوم في شكل كروماتيدات مكررة متصلة بواسطة مركز مركزي.
خيوط الحزام هي جزء من بنية تسحب الكروماتيدات إلى جوانب متقابلة من الخلية أثناء انقسامها. خلال المرحلة الوسطى من انقسام الخلية ، يتكاثر السنترومير ويفصل زوج الكروماتيد ، كل منهما ينتقل إلى جانب واحد من الخلية. في هذه الحالة ، يعتبر كل كروماتيد كروموسوم للخلية الجديدة. بعد انقسام الخلية ، تحتوي كل خلية على مجموعة كاملة (مجموعة ثنائية الصبغيات) من الكروموسومات. تقوم الكروموسومات الموجودة في الخلايا الجديدة بفك الضغط مرة أخرى لتشكيل هياكل الكروماتين.