Il DNA porta con sé il progetto genetico di ogni organismo vivente. È una molecola lunga e stretta costruita su uno scheletro di zucchero-fosfato che supporta una sequenza precisa di basi nucleotidiche. Le cellule leggono segmenti di DNA, i geni, per controllare la produzione di proteine, che in definitiva definisce la struttura e la funzione di una cellula.
Nelle cellule eucariotiche, la maggior parte del DNA risiede nel nucleo, una camera sigillata circa 100.000 volte più piccola della lunghezza di un singolo filamento di DNA. Se allungato, il DNA di una cellula umana si estenderebbe per circa 3 metri. La natura ha risolto questo enigma dell'imballaggio comprimendo e organizzando il DNA in modo che sia possibile accedervi in modo efficiente quando necessario.
La cromatina è il complesso formato da DNA, acidi ribonucleici e proteine, principalmente istoni, presenti nel nucleo. Gli istoni si legano alla doppia elica del DNA, neutralizzandone la carica negativa e permettendo ai filamenti di avvolgersi saldamente. La struttura risultante di una corda è chiamata nucleosoma.
Ciascun nucleosoma forma una perla e la serie di perline si ripiega in un solenoide, un tubo cavo, compattando ulteriormente il DNA di un fattore pari a circa 40. Nel complesso, la cromatina può condensare il DNA di circa sei volte rispetto alla sua forma estesa e durante la divisione cellulare può raggiungere livelli di compressione fino a 10.000 volte.
La cromatina esiste in due stati primari. L'eucromatina è poco compattata e partecipa attivamente alla trascrizione genetica, rendendo i suoi geni facilmente accessibili al meccanismo cellulare. L'eterocromatina, d'altro canto, è strettamente legata e generalmente trascrizionalmente silenziosa, mantenendo inattive alcune regioni genomiche. Questo confezionamento dinamico consente alle cellule di regolare con precisione l'espressione genetica.
Quando una cellula si prepara a dividersi, la cromatina si condensa in strutture distinte a forma di X note come cromosomi. I quattro bracci di ciascun cromosoma convergono nel centromero, una regione cruciale per una corretta segregazione durante la mitosi. Negli esseri umani, ogni cellula contiene 46 cromosomi, 23 coppie, ciascuna coppia ereditata da un genitore.
Dopo la divisione, i cromosomi si ricondensano nella cromatina durante l'interfase, consentendo alla cellula di svolgere le sue funzioni di routine. Questo ciclo di condensazione e rilassamento è essenziale per mantenere l'integrità genomica e regolare l'attività genetica.
I procarioti non hanno le complesse strutture cromatiniche osservate negli eucarioti. Invece, avvolgono il loro singolo cromosoma circolare e lo associano a un insieme limitato di proteine che legano il DNA. Questa organizzazione più semplice adatta il genoma procariotico alla regione nucleoide della cellula.
La trascrizione, ovvero la copia del DNA nell'RNA, avviene solo durante l'interfase quando la cromatina è rilassata. L'eucromatina facilita questo processo esponendo i geni a fattori di trascrizione e alla RNA polimerasi. Durante la mitosi, la condensazione della cromatina nei cromosomi garantisce un'accurata distribuzione del DNA alle cellule figlie.
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