Che tu abbia o meno un background in biologia molecolare o in qualsiasi branca delle scienze della vita, hai quasi sicuramente sentito il termine "DNA" in qualche contesto, sia esso un dramma poliziesco processo giudiziario), una discussione casuale sull'eredità o un riferimento alle "cose" microscopiche di base che rendono ciascuno di noi strutturalmente unico. Se hai sentito parlare di acido desossiribonucleico (DNA), il nome dato alla molecola che memorizza le informazioni genetiche in tutti gli esseri viventi, allora hai almeno indirettamente familiarità con l'idea dei cromosomi .
Questi, con alcune avvertenze minori sono il risultato della suddivisione della copia completa del DNA nel nucleo di ogni cellula del corpo in 23 parti. Una copia completa del codice genetico di un organismo si chiama genoma e i cromosomi sono i singoli pezzi del puzzle di quel genoma. Gli esseri umani hanno 23 cromosomi distinti, mentre altre specie ne hanno più o meno; i batteri possiedono un solo cromosoma circolare.

I cromosomi hanno una gerarchia strutturale che si riferisce alla fase del ciclo di vita della cellula in cui si trovano quei cromosomi. Praticamente tutte le cellule hanno la capacità di dividersi in due cellule figlie, un processo necessario per la crescita dell'intero organismo, per riparare i tessuti danneggiati e sostituire le cellule vecchie e logore. Di norma, quando una cellula del tuo corpo si divide, crea due copie geneticamente identiche di se stessa; quando i cromosomi si copiano per prepararsi a questa divisione, il risultato è una coppia di identici cromatidi.
DNA: The Root of It All

Il DNA è uno dei due acidi nucleici in natura, l'altro è RNA (acido ribonucleico). Il DNA è il materiale genetico di ogni essere vivente sulla Terra. I batteri, che rappresentano praticamente tutte le specie nel mondo degli eucarioti, hanno una quantità relativamente piccola di DNA disposta in un singolo cromosoma circolare (ne seguiranno altri). Al contrario, eucarioti come piante, animali e funghi hanno un complemento di DNA molto maggiore, come si addice ad organismi complessi e pluricellulari; questo è suddiviso in un gran numero di cromosomi (gli umani hanno 23 coppie per cellula).

Il DNA è costituito da unità monomeriche chiamate nucleotidi. Ognuno di questi a sua volta consiste in uno zucchero a cinque atomi di carbonio legato a un gruppo fosfato a un carbonio e una base pesante di azoto a un carbonio diverso. Questa base può essere adenina (A), citosina (C), guanina (G) o timina (T), ed è questa variazione che consente al DNA di variare da persona a persona e lungo la stessa molecola di DNA. Ogni "tripletta" di nucleotidi (ad es. A-A-A, A-A-C, ecc.) In un filamento di codici DNA per uno dei 20 aminoacidi, i monomeri che compongono tutte le proteine. Tutti i nucleotidi sequenziali che codificano per un singolo prodotto proteico sono chiamati un gene. Il DNA in realtà consegna i suoi codici al macchinario di produzione proteica di una cellula tramite RNA messaggero (mRNA).

Per quanto riguarda la relazione del DNA con i cromatidi e i cromosomi, il DNA è, notoriamente, nei circoli della scienza, a doppio filamento ed elicoidale in forma, come il lato di una scala a chiocciola. Quando il DNA viene replicato (cioè copiato) o trascritto in mRNA, le parti locali della molecola si svolgono per consentire alle proteine enzimatiche che aiutano in questi processi di vagare e svolgere il loro lavoro. Il DNA, nella vita, si trova nei nuclei delle cellule eucariotiche e nel citoplasma dei batteri, sotto forma di cromatina.
Cromatina

La cromatina è una miscela ineguale di DNA e proteine, con la proteina componente che costituisce circa i due terzi della massa della struttura. Mentre il DNA è il vettore diretto di informazioni codificate per la produzione di proteine (e di interi organismi), senza le proteine, chiamate istoni, non potrebbe esistere nella forma compressa in cui deve trovarsi per adattarsi all'interno di un nucleo cellulare. Per offrire un'idea di quanto sia compresso il tuo DNA, la copia completa che si trova all'interno di ciascuna delle tue cellule raggiungerebbe i 2 metri (circa 6 piedi) se allungata da un capo all'altro, ma ogni cellula è nell'ordine di uno o due -milionesimo di metro di diametro.

L'aggiunta di massa per risparmiare spazio può sembrare controintuitiva, ma senza le proteine dell'istone caricate positivamente, o qualcosa di molto simile a loro, che si legano a (e quindi controllano in gran parte la disposizione di) le carica negativamente Molecola di DNA, il DNA non avrebbe alcun impulso fisico per comprimersi. Gli istoni nella cromatina esistono come entità a otto molecole costituite da quattro coppie di subunità. La molecola di DNA si snoda attorno a ciascuno di questi istoni circa due volte, come un filo attorno a una bobina che crea una struttura chiamata nucleosoma. Questi nucleosomi a loro volta formano pile, come rotoli di penny; queste pile si formano da strutture ad anello, e così via.

La cromatina si trova in uno stato relativamente rilassato (anche se ancora molto avvolto e arrotolato) quando le cellule non si dividono. Ciò consente di eseguire più facilmente processi come la replicazione e la trascrizione dell'mRNA. Questa forma allentata di cromatina si chiama euchromatin. La cromatina che si condensa e ricorda il materiale visto nelle microfotografie della divisione cellulare è nota come eterocromatina.
Nozioni di base sui cromosomi

Semplifica la distinzione tra cromatina e cromosomi per sapere che i cromosomi non sono altro che la cromatina del corpo divisa in strutture fisiche distinte. Ogni cromosoma include una lunga molecola di DNA insieme a tutti gli istoni necessari per impaccarla e compattarla.

La tua cromatina è divisa in 23 cromosomi, 22 dei quali sono cromosomi numerati (autosomi o cromosomi somatici) e il rimanendo uno essendo un cromosoma sessuale, sia X che Y. La maggior parte delle cellule (i gameti sono l'eccezione) contengono due copie di ciascun cromosoma, una della madre e una del padre. Mentre la sequenza di basi sui nucleotidi dei cromosomi di tuo padre differisce da quella dei cromosomi di tua madre, i cromosomi con lo stesso numero sembrano praticamente identici al microscopio. I moderni metodi analitici rendono la distinzione formale dei cromosomi tra loro un esercizio abbastanza semplice, ma anche un esame visivo di base consente un notevole livello di identificazione se gli occhi sono esperti.

Quando i tuoi cromosomi si replicano tra le divisioni cellulari - quello è quando ogni molecola di DNA e gli istoni che si legano a quella molecola fanno copie complete di se stessi - il risultato sono due cromosomi identici. Questi cromosomi rimangono fisicamente collegati in un punto della cromatina altamente condensata chiamata centromero ,
e i due cromosomi identici a cui si unisce vengono definiti cromatidi (spesso, cromatidi fratelli). Il centromero è alla stessa distanza dalle estremità corrispondenti dei cromatidi fratelli, il che significa che le basi azotate nel DNA unite ai lati del centromero sono le stesse. Tuttavia, il centromero, nonostante il suo nome, non deve necessariamente trovarsi nel mezzo dei cromatidi, e di solito non lo è. Le due sezioni più brevi abbinate di cromatide su un lato del centromero sono chiamate bracci a p del cromosoma, mentre le parti più lunghe sul lato opposto del centromero sono chiamate bracci a q.
Cromatidi vs. Cromosomi omologhi

È importante per una piena comprensione della genetica cellulare, e in particolare della divisione cellulare, comprendere la differenza tra cromosomi omologhi e cromatidi. I cromosomi omologhi sono semplicemente i due cromosomi che hai con lo stesso numero, uno per ciascun genitore. Il cromosoma paterno 11 è l'omologo del cromosoma materno 11 e così via. Non sono identici, non più di due automobili dello stesso anno, marca e modello sono identici tranne che a livello di costruzione; hanno tutti diversi livelli di usura, totali di chilometraggio, storie di riparazioni e così via.

I cromatidi sono due copie identiche di un dato cromosoma. Quindi, dopo la replicazione dei cromosomi ma prima della divisione cellulare, il nucleo di ciascuna delle tue cellule ha due cromatidi identici in ciascun cromosoma omologa ma non identica, per un totale di quattro cromatidi, in due set identici, associati a ogni numero di cromosomi. > Cromatidi nella mitosi

Quando le cellule batteriche si dividono, l'intera cellula si divide e crea due copie complete di se stessa identiche ai batteri genitori e quindi tra loro. Le cellule batteriche mancano di nuclei e altre strutture cellulari legate alla membrana, quindi questa divisione richiede semplicemente che il cromosoma circolare solitario seduto nel citoplasma si replici prima che la cellula si divida ordinatamente a metà. Questa forma di riproduzione asessuata si chiama fissione binaria e poiché i batteri sono organismi monocellulari, la fissione equivale a riprodurre l'intero organismo.

Negli eucarioti, la maggior parte delle cellule del corpo subisce un processo simile quando si dividono, chiamato mitosi. Poiché le cellule eucariotiche sono più complesse, contengono più DNA disposto in più cromosomi e così via, la mitosi è più elaborata della fissione, anche se il risultato è lo stesso. All'inizio della mitosi (prophase), i cromosomi assumono la loro forma compatta e iniziano a migrare verso il centro della cellula, e due strutture chiamate centrioli si spostano ai lati opposti della cellula, lungo una linea perpendicolare a quella lungo la quale la cellula alla fine si divide. In metafase, tutti e 46 i cromosomi si allineano lungo la linea di demarcazione, ora chiamata piastra metafase, in nessun ordine particolare ma con una cromatide sorella su ciascun lato della piastra. A questo punto, i microtubuli si estendono dai centrioli su entrambi i lati della piastra per attaccarsi ai cromatidi fratelli. In anafase, i microtubuli funzionano come corde e separano fisicamente i cromatidi nei loro centromeri. In telofase, sia il nucleo della cellula che la cellula stessa completano la loro divisione, con nuove membrane nucleari e membrane cellulari che chiudono queste nuove cellule figlie nei punti giusti.

Perché i cromosomi si allineano lungo la piastra metafase in in modo tale da garantire che una cromatide sorella in ciascuna coppia si trovi su ciascun lato della linea di demarcazione, il DNA nelle due cellule figlie è esattamente identico. Queste cellule sono utilizzate nella crescita, nella riparazione dei tessuti e in altre funzioni di mantenimento, ma non nella riproduzione dell'intero organismo.
Cromatidi nella meiosi

La meiosi comporta la formazione di gameti o cellule germinali. Tutti gli eucarioti si riproducono sessualmente e quindi utilizzano la meiosi, comprese le piante. Usando come esempio gli umani, i gameti sono spermatociti (nei maschi) e ovociti (nelle femmine). Ogni gamete ha una sola copia di ciascuno dei 23 cromosomi. Questo perché il destino ideale di un gamete di un sesso è fondersi con un gamete del sesso opposto, un processo chiamato fecondazione. La cellula risultante, chiamata zigote, avrebbe 92 cromosomi se ogni gamete avesse i soliti 46 cromosomi. Ha senso che i gameti non avrebbero sia la copia di una madre di un cromosoma che quella di un padre, poiché i gameti stessi sono contributi dei genitori alla generazione successiva.

I gameti derivano da una divisione unica di cellule specializzate nelle gonadi ( testicoli nei maschi, ovaie nelle femmine). Come per la mitosi, tutti i 46 cromosomi si replicano e si preparano ad allinearsi lungo una linea attraverso il centro della cellula. Tuttavia, nel caso della meiosi, i cromosomi omologhi si allineano uno accanto all'altro in modo tale che la linea di divisione ultima corre tra cromosomi omologhi ma non tra cromatidi replicati. I cromosomi omologhi si scambiano un po 'di DNA (ricombinazione) e le coppie cromosomiche si ordinano lungo la linea di divisione in modo casuale e indipendente, il che significa che un omologo materno ha più probabilità di un paterno di atterrare sullo stesso lato della linea per tutti i 23 cromosomi accoppiamenti. Pertanto, quando questa cellula si divide, le cellule figlie non sono identiche l'una all'altra o al genitore, ma contengono 23 cromosomi con due cromatidi ciascuno. A causa della ricombinazione, questi non sono più cromatidi fratelli. Queste cellule figlie subiscono quindi una divisione mitotica per produrre quattro cellule figlie, ognuna con un cromatide per ciascuno dei 23 cromosomi. I gameti maschili sono confezionati in spermatozoi (sperma con "code") mentre i gameti femminili diventano ovociti che vengono rilasciati dall'ovaio circa una volta ogni 28 giorni nell'uomo.