ما هي الكروموسومات؟

ما هي الكروموسومات؟

في نواة كل خلية، يتم حزم جزيء الحمض النووي في هياكل تشبه الخيوط تسمى الكروموسومات. يتكون كل كروموسوم من (DNA) ملفوف بإحكام عدة مرات حول بروتينات تسمى هيستونات (histones) تدعم بنيتها.

لا تظهر الكروموسومات في نواة الخلية – ولا حتى تحت المجهر – عندما لا تنقسم الخلية. مع ذلك، فإن الحمض النووي الذي يتكون من الكروموسومات يصبح أكثر إحكامًا أثناء الانقسام الخلوي ثم يصبح مرئيًا تحت المجهر. تم تعلم معظم ما يعرفه الباحثون عن الكروموسومات من خلال مراقبة الكروموسومات أثناء انقسام الخلية.

يحتوي كل كروموسوم على نقطة انقباض تسمى السنترومير (centromere)، والتي تقسم الكروموسوم إلى قسمين أو “أذرع”. يُطلق على الذراع القصيرة للكروموسوم اسم “الذراع p”. يُطلق على الذراع الطويلة للكروموسوم اسم “q arm”. يعطي موقع السنترومير على كل كروموسوم شكل مميز للكروموسوم، ويمكن استخدامه للمساعدة في وصف موقع جينات معينة.

يتكون كل كروموسوم من البروتين وجزيء واحد من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA). يحتوي الحمض النووي، الذي ينتقل من الآباء إلى الأبناء، على التعليمات المحددة التي تجعل كل نوع من الكائنات الحية فريدًا.

يأتي مصطلح الكروموسوم من الكلمات اليونانية لكلمة لون (chroma) وكلمة الجسم (soma). أطلق العلماء هذا الاسم على الكروموسومات لأنها هياكل خلوية أو أجسام، ملطخة بشدة ببعض الأصباغ الملونة المستخدمة في البحث.

ماذا تفعل الكروموسومات؟

يحافظ التركيب الفريد للكروموسومات على الحمض النووي ملفوفًا بإحكام حول بروتينات تشبه البكرة تسمى الهستونات (histones). بدون مثل هذا التغليف، ستكون جزيئات الحمض النووي طويلة جدًا بحيث لا يمكن وضعها داخل الخلايا.
على سبيل المثال، إذا تم فك كل جزيئات الحمض النووي في خلية بشرية واحدة من هيستوناتها ووضعت من طرف إلى طرف، فستمتد 6 أقدام.

لكي ينمو الكائن الحي ويعمل بشكل صحيح، يجب أن تنقسم الخلايا باستمرار لإنتاج خلايا جديدة لتحل محل الخلايا القديمة البالية. أثناء الانقسام الخلوي، من الضروري أن يظل الحمض النووي سليمًا وموزعًا بالتساوي بين الخلايا. تعتبر الكروموسومات جزءًا أساسيًا من العملية التي تضمن نسخ الحمض النووي بدقة وتوزيعه في الغالبية العظمى من انقسامات الخلايا. مع ذلك، تحدث الأخطاء في مناسبات نادرة.

قد تؤدي التغييرات في عدد أو بنية الكروموسومات في الخلايا الجديدة إلى مشاكل خطيرة. على سبيل المثال، عند البشر، ينتج أحد أنواع اللوكيميا وبعض أنواع السرطان الأخرى عن كروموسومات معيبة تتكون من قطع متصلة من الكروموسومات المكسورة.

من المهم أيضًا أن تحتوي الخلايا التناسلية، مثل البويضات والحيوانات المنوية، على العدد الصحيح من الكروموسومات وأن تلك الكروموسومات لها البنية الصحيحة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد يفشل النسل الناتج في النمو بشكل صحيح.
على سبيل المثال، يمتلك الأشخاص المصابون بـمتلازمة داون ثلاث نسخ من الكروموسوم رقم 21، بدلاً من النسختين الموجودتين في الأشخاص الآخرين.

هل كل الكائنات الحية لها نفس أنواع الكروموسومات؟

تختلف الكروموسومات من حيث العدد والشكل بين الكائنات الحية. تحتوي معظم البكتيريا على كروموسوم دائري واحد أو اثنين. البشر، إلى جانب الحيوانات والنباتات الأخرى، لديهم صبغيات خطية مرتبة في أزواج داخل نواة الخلية.

الخلايا البشرية الوحيدة التي لا تحتوي على أزواج من الكروموسومات هي الخلايا التناسلية أو الأمشاج، التي تحمل نسخة واحدة فقط من كل كروموسوم. عندما تتحد خليتان تناسليتان، تصبحان خلية واحدة تحتوي على نسختين من كل كروموسوم. تنقسم هذه الخلية بعد ذلك وتنقسم الخلايا التي تليها عدة مرات، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج فرد ناضج مع مجموعة كاملة من الكروموسومات المزدوجة في جميع خلاياها تقريبًا.

إلى جانب الكروموسومات الخطية الموجودة في النواة، تحمل خلايا البشر والكائنات الحية المعقدة الأخرى نوعًا أصغر بكثير من الكروموسومات المشابهة لتلك الموجودة في البكتيريا. تم العثور على هذا الكروموسوم الدائري في الميتوكوندريا: وهي هياكل تقع خارج النواة والتي تعمل كمراكز قوة للخلية.

يعتقد العلماء أن الميتوكوندريا كانت في الماضي بكتيريا تعيش بحرية ولها القدرة على تحويل الأكسجين إلى طاقة. عندما غزت هذه البكتيريا الخلايا التي تفتقر إلى القدرة على الاستفادة من طاقة الأكسجين احتفظت بها الخلايا وبمرور الوقت، تطورت البكتيريا إلى الميتوكوندريا الحديثة.

ما هي السنتروميرات؟

تُعرف المنطقة المقيدة للكروموسومات الخطية باسم centromere. على الرغم من أن هذا الانقباض يسمى centromere، إلا أنه عادة لا يقع بالضبط في مركز الكروموسوم، في بعض الحالات، يقع تقريبًا في نهاية الكروموسوم. يشار إلى المناطق الموجودة على جانبي السنترومير باسم أذرع الكروموسوم.

تساعد السنتروميرات في الحفاظ على محاذاة الكروموسومات بشكل صحيح أثناء العملية المعقدة لانقسام الخلية. نظرًا لنسخ الكروموسومات استعدادًا لإنتاج خلية جديدة، يعمل السنترومير كموقع ارتباط لنصفي كل كروموسوم مكرر، والمعروف باسم الكروماتيدات الشقيقة.

ما هي التيلوميرات؟

التيلوميرات: هي امتدادات متكررة من الحمض النووي تقع في نهايات الكروموسومات الخطية. إنها تحمي نهايات الكروموسومات بطريقة مشابهة للطريقة التي تمنع أطراف أربطة الحذاء من التلف. في العديد من أنواع الخلايا، تفقد التيلوميرات جزءًا بسيطًا من حمضها النووي في كل مرة تنقسم فيها الخلية. في النهاية، عندما يختفي كل الحمض النووي للتيلومير، لا يمكن للخلية أن تتكاثر وتموت.

تحتوي خلايا الدم البيضاء وأنواع الخلايا الأخرى التي لها القدرة على الانقسام بشكل متكرر على إنزيم خاص يمنع كروموسوماتها من فقدان التيلوميرات الخاصة بها. وبسبب احتفاظها بتيلوميراتها، تعيش هذه الخلايا عمومًا أطول من الخلايا الأخرى. تلعب التيلوميرات أيضًا دورًا في الإصابة بالسرطان. عادة لا تفقد كروموسومات الخلايا الخبيثة تيلوميراتها، مما يساعد على تغذية النمو غير المنضبط الذي يجعل السرطان مدمرًا للغاية.

كم عدد الكروموسومات التي يمتلكها البشر؟

في الواقع، لكل نوع من أنواع النباتات والحيوانات عدد محدد من الكروموسومات. لدى البشر 23 زوجًا من الكروموسومات، ليصبح المجموع 46 كروموسومًا، بما في ذلك 22 زوجًا من الكروموسومات تسمى autosomes أي كروموسومات جسدية. يتم تسمية الكروموسومات بالأرقام من 1-22 كمرجع. يتكون كل زوج كروموسوم من كروموسوم واحد موروث من الأم والآخر من الأب.
بالإضافة إلى 22 كروموسومات جسمية مرقمة، يمتلك البشر أيضًا زوجًا واحدًا من الكروموسومات الجنسية يسمى allosome. بدلاً من تسمية أزواج الكروموسومات هذه بالأرقام، يتم تمييز الألوسومات بأحرف مثل XX و XY. لدى الإناث نسختان من الكروموسوم X (أحدهما موروث من الأم والآخر من الأب). لدى الذكور نسخة واحدة من كروموسوم X (موروث من الأم) ونسخة واحدة من كروموسوم Y (موروث من الأب).
تحتوي ذبابة الفاكهة، على سبيل المثال، على أربعة أزواج من الكروموسومات، بينما تحتوي نبتة الأرز على 12 كروموسومًا، ويملك الكلب 39.

كيف يتم توريث الكروموسومات؟

في البشر ومعظم الكائنات الحية المعقدة الأخرى، يتم توريث نسخة واحدة من كل كروموسوم من الوالد الأنثى والأخرى من الوالد الذكر. وهذا يفسر لماذا يرث الأطفال بعض سماتهم من أمهاتهم والبعض الآخر من والدهم.

يختلف نمط الوراثة عن الكروموسوم الدائري الصغير الموجود في الميتوكوندريا. تحافظ خلايا البويضات فقط – وليس خلايا الحيوانات المنوية – على الميتوكوندريا أثناء الإخصاب. لذلك، فإن الحمض النووي للميتوكوندريا يتم توريثه دائمًا من الأم الأنثى. في البشر، ارتبطت بعض الحالات، بما في ذلك بعض أشكال ضعف السمع والسكري، بالحمض النووي الموجود في الميتوكوندريا.

هل الذكور لديهم كروموسومات مختلفة عن الاناث؟

نعم، إنها تختلف في زوج من الكروموسومات المعروفة باسم الكروموسومات الجنسية. لدى الإناث كروموسومان X في خلاياهن، بينما لدى الذكور كروموسوم X واحد وكروموسوم Y واحد.

وراثة نسخ كثيرة جدًا أو غير كافية من الكروموسومات الجنسية يمكن أن يؤدي إلى مشاكل خطيرة. على سبيل المثال، الإناث اللاتي لديهن نسخ إضافية من الكروموسوم X عادةً ما تكون أطول من المتوسط وبعضهن مصابات بتخلف عقلي.
يعاني الذكور الذين لديهم أكثر من كروموسوم X واحد من متلازمة كلاينفيلتر، وهي حالة تتميز بقامة طويلة، غالبًا ما تؤدي إلى ضعف الخصوبة.
متلازمة تيرنر: هي متلازمة أخرى ناتجة عن عدم التوازن في عدد الكروموسومات الجنسية. النساء المصابات بمتلازمة تيرنر لديهن كروموسوم X واحد فقط. هم قصيرون جدا، عادةً لا يمرون بمرحلة البلوغ وقد يعاني البعض من مشاكل في الكلى أو القلب.

كيف تم اكتشاف الكروموسومات؟

لاحظ العلماء الذين نظروا إلى الخلايا تحت المجهر الكروموسومات لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر. مع ذلك، في ذلك الوقت، كانت طبيعة ووظيفة هذه الهياكل الخلوية غير واضحة. اكتسب الباحثون فهمًا أفضل للكروموسومات في أوائل القرن العشرين من خلال دراسات توماس هانت مورغان الرائدة. قام مورغان بالربط بين الكروموسومات والسمات الموروثة من خلال إثبات أن الكروموسوم X مرتبط بالجنس ولون العين في ذباب الفاكهة.