13.2 : تغليف الحمض النووي DNA

نظره عامه

حقيقيات النوى لها جينومات كبيرة مقارنة ببدائيات النوى. من أجل ملاءمة جينوماتها في خلية ، يجب أن تحزم حقيقيات النوى الحمض النووي بإحكام داخل النواة. للقيام بذلك ، يتم لف الحمض النووي حول بروتينات تسمى الهيستونات لتشكيل النيوكليوزومات ، وهي الوحدة الرئيسية لتغليف الحمض النووي. ثم تلتف النيوكليوسومات إلى ألياف مدمجة تعرف بالكروماتين.

لديك ما يكفي من الحمض النووي لتمتد إلى الشمس و العودة مئات المرات

تحتوي معظم الخلايا في جسم الإنسان على حوالي ٣ مليارات زوج قاعدي من الحمض النووي معبأ في ٢٣ زوجاً من الكروموسومات. من الصعب تخيل مقدار الحمض النووي الذي تمثله هذه الأرقام بالضبط. إذن ما مقدار التعبئة التي يجب أن تحدث لتناسب الجينوم في الخلية؟

يمكننا اكتساب بعض البصيرة من خلال التعبير عن الجينوم من حيث الطول. إذا أردنا ترتيب الحمض النووي لخلية بشرية واحدة ، مثل خلية الجلد ، في خط مستقيم ، فسيكون طولها مترين _ أكثر من ٦,٥ قدم. يحتوي جسم الإنسان على حوالي ٥٠ تريليون خلية بشرية. هذا يعني أن كل شخص لديه ما مجموعه حوالي ١٠٠ تريليون متر من الحمض النووي. بمعنى آخر ، كل شخص لديه ما يكفي من الحمض النووي ليمتد من الأرض إلى الشمس ٣٠٠ مرة!

وليس لدى البشر جينومات كبيرة بشكل خاص _ تلك الخاصة بالعديد من الأسماك والبرمائيات والنباتات المزهرة أكبر بكثير. على سبيل المثال ، جينوم النبات المزهر Paris japonica أكبر بمقدار ٢٥ مرة من جينوم ثنائي الصبغة البشري. تؤكد هذه الأرقام على المهمة المذهلة التي يجب على حقيقيات النوى إنجازها لتعبئة حمضها النووي داخل الخلايا.

النيوكلوسومات تلعب دوراً رئيسياً في تغليف الحمض النووي

يتكون كل نيوكليوسوم من الحمض النووي ملفوف حول نواة من ثمانية بروتينات هيستون. تتكون كل نواة من أربعة أنواع مختلفة من الهستونات _ H2A و H2B و H3 و H4 _ التي يوجد كل منها في نسختين. نوع آخر من هيستون _H1 _ يرتبط بكل من الجسيم النووي والحمض النووي الرابط ، مما يؤدي إلى استقرار الهيكل.

يصبح الحمض النووي أكثر إحكاما مثل النيوكليوسومات وملف الحمض النووي الرابط في ألياف الكروماتين. يبلغ قطر ألياف الكروماتين غير المكثف ، أو كروماتين حقيقي ، حوالي ١٠ نانومتر. تشبه النيوكليوسومات حبات على خيط في هذه الألياف. مع استمرار تكثيف الحمض النووي ، تلتف ألياف ١٠ نانومتر إلى خيوط يبلغ سمكها حوالي ٣٠ نانومتر ، والتي بدورها تشكل حلقات تصنع أليافاً بسمك ٣٠٠ نانومتر. عندما يتم ضغط الكروماتين بالكامل ، يُعرف باسم الكروماتين المتغاير.

يسمح التركيب غير المحكم للكروماتين الأصلي للإنزيمات ، مثل بوليميريز الحمض النووي الريبي ، بالوصول إلى الحمض النووي. لذلك ، يميل النسخ إلى الحدوث في الغالب في مناطق متجانسة من الجينوم ، غنية بالجينات. على النقيض من ذلك ، فإن التركيب المحكم للكروماتين المتغاير يمنع الوصول إلى الحمض النووي ، مما يمنع النسخ. يسود الكروماتين المتغاير في السنتروميرات والتيلوميرات للكروموسومات ، حيث تكون تسلسلات الحمض النووي شديدة التكرار أكثر شيوعاً من الجينات. علاوة على ذلك ، يمكن للكائنات الحية تعديل مستوى تعبئة الحمض النووي ديناميكياً استجابةً للإشارات البيئية الخلوية والخارجية ، وإلغاء تكثيف الحمض النووي عند الحاجة إلى تشغيل الجينات ، وإعادة تكثيفه لإيقاف تشغيلها.