Of u nu een achtergrond heeft in de moleculaire biologie of een tak van de levenswetenschappen, u hebt vrijwel zeker de term "DNA" gehoord in een bepaalde context, of het nu een politiedrama (of een echte rechtszaak) is, een informele discussie over overerving of een verwijzing naar de fundamentele microscopische "dingen" die ieder van ons structureel uniek maakt. Als je hebt gehoord van deoxyribonucleïnezuur (DNA), de naam die is gegeven aan het molecuul dat genetische informatie opslaat in alle levende wezens, dan ben je op zijn minst indirect bekend met het idee van chromosomen .
Deze, met een paar kleine kanttekeningen, zijn het resultaat van het splitsen van de volledige kopie van DNA in de kern van elke cel in je lichaam in 23 delen. Een volledige kopie van de genetische code van een organisme wordt het genoom ervan genoemd, en chromosomen zijn de afzonderlijke puzzelstukjes van dat genoom. Mensen hebben 23 verschillende chromosomen, terwijl andere soorten meer of minder hebben; bacteriën bezitten slechts één cirkelvormig chromosoom.

Chromosomen hebben een structurele hiërarchie die betrekking heeft op de levenscyclusfase van de cel waarin die chromosomen zich bevinden. Vrijwel alle cellen kunnen in twee dochtercellen worden verdeeld, een proces dat nodig is voor de groei van het hele organisme, het repareren van beschadigde weefsels en het vervangen van oude, versleten cellen. In de regel maakt een cel in je lichaam twee genetisch identieke kopieën van zichzelf; wanneer chromosomen kopieën van zichzelf maken om zich op deze deling voor te bereiden, is het resultaat een paar identieke chromatiden.
DNA: The Root of It All

DNA is een van de twee nucleïnezuren in de natuur, de andere is RNA (ribonucleïnezuur). DNA is het genetische materiaal van elk levend wezen op aarde. Bacteriën, die goed zijn voor vrijwel elke soort in de wereld van eukaryoten, hebben een relatief kleine hoeveelheid DNA gerangschikt in een enkel circulair chromosoom (meer hierover volgt). Eukaryoten daarentegen, zoals planten, dieren en schimmels, hebben een veel grotere complement van DNA, zoals het past bij complexe, meercellige organismen; dit is opgedeeld in een groot aantal chromosomen (mensen hebben 23 paren per cel).

DNA bestaat uit monomere eenheden die nucleotiden worden genoemd. Elk van deze bestaat op zijn beurt uit een vijf-koolstof suiker gebonden aan een fosfaatgroep op één koolstof en een stikstof-zware basis op een andere koolstof. Deze base kan adenine (A), cytosine (C), guanine (G) of thymine (T) zijn, en het is deze variatie waardoor DNA van persoon tot persoon en langs dezelfde DNA-molecule kan variëren. Elk nucleotide "triplet" (bijvoorbeeld A-A-A, A-A-C, enz.) In een DNA-streng codeert voor een van de 20 aminozuren, de monomeren die alle eiwitten vormen. Alle opeenvolgende nucleotiden die coderen voor een enkel eiwitproduct wordt een gen genoemd. DNA levert eigenlijk zijn codes aan de eiwitproducerende machines van een cel via messenger RNA (mRNA).

Wat betreft de relatie van DNA met chromatiden en chromosomen, is DNA, nogal berucht in wetenschapscirkels, dubbelstrengig en spiraalvormig in vorm, zoals de zijkant van een wenteltrap. Wanneer DNA wordt gerepliceerd (dat wil zeggen gekopieerd) of getranscribeerd in mRNA, komen lokale delen van het molecuul tot rust om de enzymeiwitten die helpen bij deze processen de ruimte te geven om hun werk te doen. DNA wordt in het leven gevonden in de kernen van eukaryotische cellen en in het cytoplasma van bacteriën, in de vorm van chromatine.
Chromatine

Chromatine is een ongelijk mengsel van DNA en eiwitten, met het eiwit component die ongeveer tweederde van de massa van de structuur uitmaakt. Hoewel DNA de directe drager is van gecodeerde informatie voor het maken van eiwitten (en hele organismen), zonder de eiwitten, histonen genoemd, zou het onmogelijk kunnen bestaan in de gecomprimeerde vorm waarin het moet passen om in een celkern te passen. Om een idee te geven van hoe gecomprimeerd uw DNA is, zou de volledige kopie die zich in elk van uw cellen bevindt, 2 meter (ruwweg 6 voet) bereiken als deze van begin tot eind wordt uitgerekt, maar elke cel is in de orde van één of twee -miljoenden van een meter breed.

Het toevoegen van massa om ruimte te besparen kan contra-intuïtief lijken, maar zonder de positief geladen histone-eiwitten, of iets dergelijks, bindend aan (en dus grotendeels de rangschikking regelen van) de negatief geladen DNA-molecuul, het DNA zou geen fysieke impuls hebben om zichzelf samen te drukken. Histonen in chromatine bestaan als acht-molecuul entiteiten bestaande uit vier paren subeenheden. Het DNA-molecuul slingert zich ongeveer twee keer rond elk van deze histonen, zoals draad rond een spoel die een structuur creëert die een nucleosoom wordt genoemd. Deze nucleosomen vormen op hun beurt stapels, zoals rollen van centen; deze stapels zelf vormen ringstructuren, enzovoort.

Chromatine bevindt zich in een relatief ontspannen (hoewel nog steeds zeer lusvormige en opgerolde) toestand wanneer cellen niet delen. Hierdoor kunnen processen zoals replicatie en mRNA-transcriptie gemakkelijker plaatsvinden. Deze losse vorm van chromatine wordt euchromatine genoemd. Chromatine dat gecondenseerd is en lijkt op het materiaal dat te zien is in microfoto's van celdeling, staat bekend als heterochromatine.
Chromosoom Basics

Het vereenvoudigt het onderscheid tussen chromatine en chromosomen om te weten dat chromosomen niets meer zijn dan de chromatine in het lichaam verdeeld in afzonderlijke fysieke structuren. Elk chromosoom bevat één lang DNA-molecuul, samen met alle histonen die nodig zijn om het te verpakken en te comprimeren.

Uw eigen chromatine is verdeeld in 23 chromosomen, waarvan 22 genummerde chromosomen (autosomen of somatische chromosomen) en de de rest is een geslachtschromosoom, X of Y. De meeste cellen (gameten zijn de uitzondering) bevatten twee kopieën van elk chromosoom, een van de moeder en een van de vader. Hoewel de reeks basen op de nucleotiden van de chromosomen van je vader verschilt van die van de chromosomen van je moeder, zien chromosomen met hetzelfde aantal er vrijwel identiek uit onder een microscoop. Moderne analysemethoden maken het formeel onderscheiden van chromosomen een vrij eenvoudige oefening, maar zelfs een basis visueel onderzoek zorgt voor een aanzienlijk niveau van identificatie als de ogen expert zijn.

Wanneer uw chromosomen repliceren tussen celdelingen - dat is, wanneer elk DNA-molecuul en de histonen die aan dat molecuul binden volledige kopieën van zichzelf maken - het resultaat twee identieke chromosomen is. Deze chromosomen blijven fysiek verbonden op een punt van sterk gecondenseerde chromatine genaamd een centromere ,
en de twee identieke chromosomen die het verbindt worden chromatiden genoemd (vaak zusterchromatiden). De centromeer is dezelfde afstand van overeenkomstige uiteinden van zusterchromatiden, wat betekent dat de stikstofbasen in het DNA verbonden aan beide zijden van de centromeer hetzelfde zijn. De centromeer, ondanks zijn naam, hoeft echter niet in het midden van de chromatiden te zijn en is dat meestal ook niet. De twee gepaarde kortere secties van chromatide aan één zijde van de centromeer worden de p-armen van het chromosoom genoemd, terwijl de langere delen aan de tegenovergestelde zijde van de centromeer de q-armen worden genoemd.
Chromatiden versus homologe chromosomen

Het is belangrijk voor een volledig begrip van cellulaire genetica, en in het bijzonder celdeling, om het verschil tussen homologe chromosomen en chromatiden te begrijpen. Homologe chromosomen zijn gewoon de twee chromosomen die u hebt met hetzelfde nummer, één van elke ouder. Je vaderlijke chromosoom 11 is de homoloog van je moederlijke chromosoom 11, enzovoort. Ze zijn niet identiek, evenmin als twee auto's van hetzelfde jaar, merk en model zijn identiek behalve op het niveau van constructie; ze hebben allemaal verschillende slijtage, kilometerstanden, reparatiegeschiedenis, enzovoort.

Chromatiden zijn twee identieke kopieën van een bepaald chromosoom. Dus, na chromosoomreplicatie maar vóór celdeling, heeft de kern van elk van uw cellen twee identieke chromatiden in elk homoloog maar niet-identiek chromosoom, voor een totaal van vier chromatiden, in twee identieke sets, geassocieerd met elk chromosoomnummer. > Chromatiden in mitose

Wanneer bacteriecellen zich delen, deelt de hele cel zich en maakt twee volledige kopieën van zichzelf die identiek zijn aan de ouderbacteriën en dus aan elkaar. Bacteriële cellen missen kernen en andere membraangebonden celstructuren, dus deze verdeling vereist alleen dat het eenzame cirkelvormige chromosoom in het cytoplasma zit om te repliceren voordat de cel netjes in twee wordt gesplitst. Deze vorm van aseksuele reproductie wordt binaire splijting genoemd, en omdat bacteriën eencellige organismen zijn, is splijting equivalent aan het reproduceren van het hele organisme.

In eukaryoten ondergaan de meeste cellen van het lichaam een soortgelijk proces wanneer ze delen, mitose genoemd. Omdat eukaryotische cellen complexer zijn en meer DNA bevatten dat is gerangschikt in meerdere chromosomen, enzovoort, is mitose uitgebreider dan splijting, hoewel het resultaat hetzelfde is. Aan het begin van mitose (profase) nemen de chromosomen hun compacte vorm aan en beginnen ze te migreren naar het midden van de cel, en twee structuren, centriolen genaamd, bewegen naar tegenovergestelde zijden van de cel, langs een lijn loodrecht op die waarlangs de cel verdeelt zich uiteindelijk. In metafase liggen alle 46 chromosomen in lijn langs de scheidingslijn, nu een metafaseplaat genoemd, in willekeurige volgorde maar met één zusterchromide aan elke kant van de plaat. Tegen die tijd strekken microtubuli zich uit vanaf de centriolen aan weerszijden van de plaat om aan de zusterchromatiden te hechten. In anafase fungeren de microtubuli als touwen en scheiden fysisch de chromatiden op hun centromeren. In telofase voltooien zowel de kern van de cel als de cel zelf hun deling, met nieuwe nucleaire membranen en celmembranen die deze nieuwe dochtercellen op de juiste plaatsen afsluiten.

Omdat de chromosomen zich langs de metafaseplaat in lijn bevinden op een manier om ervoor te zorgen dat één zusterchromide in elk paar aan elke kant van de scheidingslijn ligt, is het DNA in de twee dochtercellen precies identiek. Deze cellen worden gebruikt voor groei, weefselherstel en andere onderhoudsfuncties, maar niet voor de reproductie van het hele organisme.
Chromatiden in Meiosis

Meiosis omvat de vorming van gameten of kiemcellen. Alle eukaryoten reproduceren seksueel en maken daarom gebruik van meiose, inclusief planten. Met behulp van mensen als een voorbeeld, zijn de gameten spermatocyten (bij mannen) en eicellen (bij vrouwen). Elke gamete heeft slechts één kopie van elk van de 23 chromosomen. Dit komt omdat het ideale lot van een gamete van het ene geslacht is om te versmelten met een gamete van het andere geslacht, een proces dat bevruchting wordt genoemd. De resulterende cel, een zygote genoemd, zou 92 chromosomen hebben als elk gamete de gebruikelijke 46 chromosomen had. Het is logisch dat gameten niet zowel een kopie van een moeder van een chromosoom als een kopie van een vader hebben, omdat gameten zelf ouderlijke bijdragen zijn aan de volgende generatie.

Gameten zijn het resultaat van een unieke verdeling van gespecialiseerde cellen in de geslachtsklieren ( testikels bij mannen, eierstokken bij vrouwen). Net als bij mitose repliceren alle 46 chromosomen en bereiden ze zich voor op een lijn door het midden van de cel. In het geval van meiose liggen homologe chromosomen echter naast elkaar zodat de lijn van de ultieme verdeling tussen homologe chromosomen loopt, maar niet tussen gerepliceerde chromatiden. De homologe chromosomen wisselen wat DNA uit (recombinatie), en de chromosoomparen sorteren zichzelf willekeurig en onafhankelijk langs de scheidingslijn, wat betekent dat een moederlijke homoloog evenveel kans heeft op een vaderlijke op dezelfde zijde van de lijn voor alle 23 chromosomen. paren. Dus wanneer deze cel deelt, zijn de dochtercellen niet identiek aan elkaar of de ouder, maar bevatten ze 23 chromosomen met elk twee chromatiden. Door recombinatie zijn dit geen zusterchromatiden meer. Deze dochtercellen ondergaan vervolgens een mitotische deling om vier dochtercellen op te leveren, elk met één chromatide voor elk van de 23 chromosomen. De mannelijke gameten zijn verpakt in spermatozoa (sperma met "staarten"), terwijl de vrouwelijke gameten eicellen worden die ongeveer om de 28 dagen bij mensen worden vrijgelaten uit de eierstok.