Kandungan
Kebanyakan orang selalu mengenali asid deoxyribonucleic, atau DNA, daripada melakukan kejahatan atau pendedahan kepada genetik asas. Begitu juga, pelajar sekolah menengah yang tipikal mempunyai kemungkinan besar mendengar istilah "kromosom" dalam sesetengah keadaan, dan mengakui bahawa ini juga berkaitan dengan cara makhluk hidup memperbanyak dan menghantar ciri-ciri yang menguntungkan kepada keturunan mereka. Tetapi entiti yang secara aktif bergabung dengan DNA dan kromosom, yang dipanggil chromatin, jauh lebih jelas.
DNA adalah molekul yang dimiliki oleh semua makhluk hidup yang dibahagikan kepada gen, kod biokimia untuk menghasilkan produk protein tertentu. Kromosom adalah jalur yang sangat panjang DNA yang terikat kepada protein yang memastikan bahawa kromosom boleh mengubah bentuknya secara dramatik bergantung kepada tahap kehidupan sel di mana mereka duduk. Chromatin hanyalah bahan dari mana kromosom dibuat; diletakkan secara berbeza, kromosom adalah tidak lebih daripada kepingan kromatin diskret.
Gambaran keseluruhan DNA
DNA adalah salah satu daripada dua asid nukleus yang terdapat dalam alam semula jadi, yang lain ialah asid ribonukleik (RNA). Dalam prokariot, hampir semuanya adalah bakteria, DNA duduk dalam kluster longgar dalam sel bakteria sitoplasma (semi-cecair, kaya dalam protein sel) dan bukannya dalam nukleus, kerana organisma mudah ini kekurangan membran dalaman struktur. Dalam eukariota (iaitu, haiwan, tumbuh-tumbuhan dan kulat), DNA terletak di dalam nukleus sel.
DNA adalah polimer yang dipasang dari subunit (monomer) yang dipanggil nukleotida. Setiap nukleotida pula termasuk pentosa, atau lima-karbon, gula (deoxyribose dalam DNA, ribosa dalam RNA), kumpulan fosfat dan asas nitrogenous. Setiap nukleotida mempunyai salah satu daripada empat asas nitrogen yang berbeza; dalam DNA, ini adalah adenine (A), sitosin (C), guanine (G) dan timin (T). Dalam RNA, tiga yang pertama hadir, tetapi uracil, atau U, digantikan untuk timin. Kerana ia adalah asas yang membezakan empat nukleotida DNA antara satu sama lain, ia adalah urutan mereka yang menentukan keunikan setiap organisma DNA individu secara menyeluruh; setiap satu daripada berbilion orang di Bumi mempunyai kod genetik, ditentukan oleh DNA, bahawa tidak ada orang lain, kecuali dia mempunyai kembar yang sama.
DNA berada dalam pembentukan helical dua-stranded dalam bentuk paling stabil kimianya. Kedua-dua helaian terikat pada setiap nukleotida dengan asas masing-masing. Satu pasang dengan dan hanya dengan T, manakala C berpasangan dengan dan hanya dengan G. Oleh kerana pasangan asas tertentu ini, setiap helai DNA dalam molekul keseluruhan adalah pelengkap kepada yang lain. Oleh itu, DNA menyerupai tangga yang telah berputar berkali-kali pada setiap ujungnya dalam arah bertentangan.
Apabila DNA membuat salinan sendiri, proses ini dipanggil replikasi. Tugas utama DNA adalah untuk membuat protein untuk bahagian-bahagian sel yang diperlukan. Ia melakukan ini dengan bergantung kepada kurier biokimia yang, seperti nasib yang akan memilikinya, DNA juga akan dihasilkan. Satu helai DNA digunakan untuk membina molekul yang dipanggil RNA messenger, atau mRNA. Proses ini dipanggil transkripsi, dan hasilnya adalah molekul mRNA dengan susunan asas nukleotida yang melengkapi strand DNA yang dibina (dipanggil templat) kecuali U muncul di dalam struktural mRNA di tempat T. MRNA ini kemudian berhijrah ke arah struktur sitoplasma dipanggil ribosomes, yang menggunakan arahan mRNA untuk membina protein tertentu.
Chromatin: Struktur
Dalam kehidupan, hampir semua DNA wujud dalam bentuk kromatin. Chromatin adalah DNA yang terikat pada protein yang dipanggil histones. Protein histone ini, yang membentuk kira-kira dua pertiga jisim kromatin, termasuk empat subunit yang disusun secara berpasangan, dengan pasang semua dikumpulkan bersama untuk membentuk struktur lapan subunit yang dipanggil oktamer. Octamers histone ini mengikat DNA, dengan DNA berliku mengelilingi octamers seperti benang di sekeliling kili. Setiap oktamer mempunyai sedikit kurang daripada dua pusingan penuh DNA yang dibalutnya - kira-kira 146 pasangan asas dalam jumlah. Keseluruhan hasil interaksi ini - octamer histone dan DNA yang mengelilinginya - dipanggil a nukleosom.
Sebab bagi sekilas seolah-olah lebih banyak bagasi protein adalah mudah: Histones, atau nukleosom yang lebih khusus, adalah apa yang membenarkan DNA dipadatkan dan dilipat kepada tahap yang melampau yang diperlukan untuk semua satu salinan lengkap DNA untuk dimasukkan ke dalam sel kira-kira sejuta meter lebar. DNA manusia, yang diluruskan sepenuhnya, akan mengukur 6 kaki yang mengagumkan - dan ingat, itu adalah dalam setiap triliunan sel dalam badan anda.
The histones melekat pada DNA untuk menghasilkan nukleosom membuat kromatin kelihatan seperti siri manik-manik yang tersangkut pada rentetan di bawah mikroskop. Ini adalah menipu, bagaimanapun, kerana sebagai kromatin wujud dalam sel-sel hidup, ia jauh lebih luka ketat daripada coiling sekitar ostamers histone boleh dipertanggungjawabkan. Seperti yang berlaku, nukleosom ditumpuk di lapisan di atas satu sama lain, dan susunan ini pula bergelung dan berganda kembali dalam banyak peringkat organisasi struktur. Secara kasar, nukleosom sahaja meningkatkan pembungkusan DNA dengan faktor sekitar enam. Penempelan dan penyambungan serat yang seterusnya ke serat kira-kira 30 nanometer lebar (30 satu bilion meter) meningkatkan pembungkusan DNA dengan lebih lanjut oleh faktor 40. Serat ini dilolangkan di dalam matriks, atau inti, yang memberikan lagi 1,000 kali kecekapan pembungkusan. Dan kromosom yang terkondensasi sepenuhnya meningkatkan ini dengan 10,000 kali lagi.
Histon, walaupun diterangkan di atas sebagai datang dalam empat jenis yang berbeza, sebenarnya adalah struktur yang sangat dinamik. Walaupun DNA dalam kromatin mengekalkan struktur yang sama sepanjang hayatnya, histon boleh mempunyai pelbagai kumpulan kimia yang melekat pada mereka, termasuk kumpulan asetil, kumpulan metil, kumpulan fosfat dan banyak lagi. Oleh kerana itu, kemungkinan bahawa histon memainkan peranan penting dalam bagaimana DNA di tengah-tengahnya akhirnya dinyatakan - iaitu, berapa salinan jenis mRNA yang diberikan ditranskripsikan oleh gen yang berlainan di sepanjang molekul DNA.
Kumpulan kimia yang melekat pada perubahan histones yang bebas protein di kawasan itu boleh mengikat kepada nukleosom yang diberikan. Protein terikat ini boleh mengubah organisasi nukleosom dengan cara yang berbeza sepanjang panjang kromatin. Juga, histones yang tidak diubah suai sangat bercas positif, yang mana mereka mengikat rapat dengan molekul DNA yang dikenakan secara negatif secara lalai; protein yang terikat kepada nukleosom melalui histon boleh mengurangkan kadar histon positif dan melemahkan ikatan histon-DNA, yang membolehkan kromatin "berehat" di bawah keadaan ini. Ini melonggarkan chromatin menjadikan lembaran DNA lebih mudah diakses dan bebas untuk beroperasi, menjadikan proses seperti replikasi dan transkripsi lebih mudah apabila tiba masanya untuk berlaku.
Kromosom
Kromosom adalah segmen chromatin dalam bentuk yang paling aktif, berfungsi. Manusia mempunyai 23 kromosom yang berbeza, termasuk kromosom yang berjumlah dua puluh dua dan satu kromosom seks, sama ada X atau Y. Setiap sel dalam tubuh anda, kecuali dengan gamet, mempunyai dua salinan setiap kromosom - 23 dari ibu anda dan 23 bapa anda. Kromosom bernomor bervariasi dalam saiznya, tetapi kromosom dengan bilangan yang sama, sama ada mereka berasal dari ibu atau bapa, semuanya kelihatan sama di bawah mikroskop. Dua kromosom seks anda, bagaimanapun, kelihatan berbeza jika anda lelaki, kerana anda mempunyai satu X dan satu Y. Jika anda wanita, anda mempunyai dua kromosom X. Daripada ini, anda dapat melihat bahawa sumbangan genetik lelaki menentukan jantina anak-anak; jika seorang lelaki menyumbang X ke dalam campuran itu, keturunannya akan mempunyai dua kromosom X dan menjadi perempuan, sedangkan jika lelaki menyumbangkan Ynya, keturunannya akan mempunyai satu daripada setiap kromosom seks dan menjadi lelaki.
Apabila kromosom meniru - iaitu, apabila salinan lengkap semua DNA dan protein dalam kromosom dibuat - mereka kemudian terdiri daripada dua identik kromatid, dipanggil kromatid kakak. Ini berlaku secara berasingan dalam setiap salinan kromosom anda, jadi selepas replikasi, anda akan mempunyai empat kromatid yang berkaitan dengan setiap kromosom bernomor: dua kromatid yang sama dalam salinan bapa anda, katakan, kromosom 17 dan dua kromatid yang sama dalam salinan ibu anda kromosom 17.
Di dalam setiap kromosom, kromatid disertai struktur kromatin yang dipanggil centromere. Walaupun nama yang agak mengelirukan, centromere tidak semestinya muncul separuh sepanjang panjang setiap kromatid; sebenarnya, dalam kebanyakan kes ia tidak. Asimetri ini membawa kepada kemunculan "lengan" yang lebih pendek dalam satu arah dari centromere, dan "lengan" yang lebih panjang memanjang ke arah yang lain. Setiap lengan pendek dipanggil lengan p, dan lengan panjang dikenali sebagai lengan q. Dengan selesainya Projek Genom Manusia pada awal abad ke-21, setiap gen spesifik dalam badan telah disetempat dan dipetakan ke setiap lengan setiap kromosom manusia.
Bahagian Sel: Meiosis dan Mitosis
Apabila sel-sel harian tubuh membahagikan (gametes, dibincangkan tidak lama lagi, adalah pengecualian), mereka menjalani pembiakan mudah keseluruhan sel DNA, yang dipanggil mitosis. Inilah yang membolehkan sel-sel dalam pelbagai tisu badan berkembang, diperbaiki dan digantikan apabila mereka haus.
Pada masa yang sama, kromosom di dalam badan anda bersandar dan meresap di dalam nukleus, dan sering dirujuk sebagai hanya chromatin dalam keadaan ini kerana kekurangan rupa organisasi sehingga tahapnya dapat dilihat. Apabila tiba masanya untuk sel membahagikan, pada akhir fasa G1 kitaran sel, kromosom individu meniru (S phase) dan mula mengembunkan di dalam nukleus.
Oleh itu bermula prophase mitosis (f fasa kitaran sel keseluruhan), yang pertama dari empat fasa mitosis yang digambarkan. Dua struktur dipanggil centrosomes berhijrah ke sisi bertentangan sel. Centrosomes ini membentuk microtubules yang memanjang ke arah kromosom dan tengah sel, dengan cara yang memancar, menghasilkan apa yang dipanggil spindle mitotic. In metaphase, semua 46 kromosom bergerak ke tengah-tengah sel dalam satu baris, dengan garis ini berserenjang dengan garis antara kromosom. Yang penting, kromosom diselaraskan supaya satu kakak kromatid berada di satu sisi garis tidak dapat dibahagikan dan satu kakak kromatid sepenuhnya di bahagian yang lain. Ini memberi jaminan bahawa apabila microtubles berfungsi sebagai penarik dalam anaphase dan tarik kromosom di centromeres mereka telophase, setiap sel baru mendapat satu salinan sel induk yang sama 46 kromosom.
Dalam meiosis, proses itu bermula dengan sel-sel kuman yang terletak di gonad (kelenjar reproduktif) yang mempunyai kromosom mereka, seperti dalam mitosis. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, mereka berbeza jauh dengan kromosom homolog (yang mempunyai nombor yang sama) yang menyertai garis pemisah. Ini meletakkan kromosom ibu anda 1 bersentuhan dengan kromosom bapa anda 1, dan seterusnya. Ini membolehkan mereka menukar bahan genetik. Juga, pasangan kromosom homologus bersatu secara rawak melintasi garisan pemisah, jadi ibu anda tidak semua di satu pihak dan bapa anda di pihak yang lain. Sel ini dibahagikan seperti mitosis, tetapi sel-sel yang dihasilkan berbeza dari satu sama lain dan dari sel induk. Keseluruhan "titik" meiosis adalah untuk memastikan kebolehubahan genetik dalam keturunan, dan ini adalah mekanisme.
Setiap sel anak perempuan kemudian membahagikan tanpa mereplikasi kromosomnya. Ini menyebabkan gametes, atau sel seks, yang hanya mempunyai 23 kromosom individu. Gamet pada manusia adalah sperma (lelaki) dan oosit (wanita). Sesetengah sperma dan oosit yang terpilih menjadi satu sama lain dalam proses persenyawaan, menghasilkan zigot dengan 46 kromosom. Ia harus jelas bahawa kerana gamet fius dengan gamet lain untuk membuat sel "normal", mereka hanya perlu mempunyai separuh jumlah kromosom "biasa".