کروماتین (Chromatin) و کروموزوم (chromosome) دو نوع ساختار مارپیچ دوگانه دِنا (DNA double-helix) هستند که در مراحل مختلف چرخه سلولی ظاهر می‌شوند. DNA دو رشته ای که اطلاعات ژنتیکی سلول را ذخیره می‌کند و در هسته یوکاریوتی یافت می‌شود. کروماتین شکل معمول DNA بسته‌بندی شده در سلول است. کروموزوم در متافاز تقسیم هسته‌ای ظاهر می‌شود. تفاوت اصلی کروماتین و کروموزوم در این است که کروماتین، ساختار متراکم نشده DNA است که در هسته یافت می‌شود در حالی که کروموزوم ساختار فشرده مارپیچ دوگانه DNA است که برای جداسازی مناسب مواد ژنتیکی بین سلول‌های دختری در هنگام تقسیم به اوج فشردگی خود رسیده است.
کروماتین چیست؟
کروماتین یک نوع ساختار است که دارای مارپیچ دوگانه DNA یوکاریوت‌هاست. کروماتین از DNA، پروتئین و RNA تشکیل شده است. هدف اصلی کروماتین فشردگی DNA برای جا گرفتن در هسته سلول است. کروماتین علاوه بر packaging، بیان ژن را تنظیم می‌کند و امکان تکثیر DNA را فراهم می‌کند. همچنین از آسیب DNA جلوگیری می‌کند. پروتئین‌های متصل به رشته DNA هیستون هستند.
ساختار کروماتین
کروماتین از نوکلئوزوم‌ها تشکیل شده است که ذرات هسته ای هستند که توسط گستره‌ای از DNA معروف به DNA رابط (linker DNA) به هم متصل شده‌اند. ذره مرکزی نوکلئوزوم با پیچش ۱۵۰ تا ۲۰۰ جفت نوکلئوتید از رشته بلند DNA به دور هسته هیستون‌ها، متشکل از هشت پروتئین هیستون، تشکیل می‌شود. linker DNA حدود ۲۰ تا ۶۰ جفت باز اندازه دارد و همچنین حاوی هیستون‌های H1 است که در ورود و خروج DNA در نوکلئوزوم متصل می‌شوند. ذرات هسته همراه با H1 به عنوان کروماتوزوم شناخته می‌شوند. تشکیل کروماتوزوم یکپارچگی ساختاری مولکول DNA را فراهم می‌کند. کروماتین با تا کردن نوکلئوزوم‌ها در فیبر ۲۵۰ نانومتری به‌صورت ساختار مهره‌ای روی رشته ظاهر می‌شود. ساختار نوکلئوزوم در شکل ۱ نشان داده شده است.
شکل ۱: نوکلئوزوم
کروماتین در اینترفاز چرخه سلولی ظاهر می‌شود. کروماتین اینترفاز از دو نوع یوکروماتین و هتروکروماتین تشکیل شده است. Euchromatin حاوی ژن‌های فعال بیان شده در ژنوم است. هتروکروماتین حاوی DNA غیرفعال است که از ژنوم در مراحل کروموزومی آن پشتیبانی ساختاری می‌کند. دو نوع هتروکروماتین را می‌توان شناسایی کرد: هتروکروماتین سازنده و هتروکروماتین اختیاری.
کروموزوم چیست؟
فشرده‌ترین ساختار مارپیچ دوگانه DNA با پروتئین‌ها به عنوان کروموزوم شناخته می‌شود. برخی از ژنوم‌ها حاوی بیش از یک مجموعه کروموزوم هستند. چندین نسخه از یک کروموزوم به عنوان جفت کروموزوم همولوگ شناخته می‌شوند. بدن انسان دارای ۴۶ کروموزوم جداگانه در ژنوم است. بیست و دو جفت همولوگ اتوزوم و دو کروموزوم جنسی در این ژنوم گنجانده شده است.
ساختار کروموزوم
یک کروموزوم حاوی هزاران ژن است که ۱۰۰۰۰ برابر نسبت به DNA دو رشته ای طبیعی فشرده شده اند. پروکاریوت‌ها حاوی یک کروموزوم منفرد حلقوی هستند که در نوکلوئید قرار دارند. یوکاریوت‌ها حاوی چندین کروموزوم خطی و بزرگ هستند. یک کروموزوم علاوه بر ژن از منشا همانندسازی، سانترومرها و تلومرها تشکیل شده است. همانندسازی DNA با مبدا همانند سازی آغاز می‌شود. به منظور ورود به مرحله تقسیم سلولی چرخه سلولی اتفاق می‌افتد. پس از تکثیر، یک کروموزوم از دو کروماتید خواهر تشکیل شده است. آنها توسط سانترومر کنار هم نگه داشته می‌شوند. کینتوکورها نوعی پروتئین مرتبط با سانترومر برای تسهیل جداسازی کروموزوم‌های دختر به دو سلول هستند. بازوی بلند کروموزوم، بازوی q نامیده می‌شود و بازوی کوتاه‌تر کروموزوم را بازوی p در ساختار چهار بازوی کروموزوم تکثیر شده می‌نامند. انتهای کروموزوم تکثیر نمی‌شود و به صورت تلومر باقی می‌ماند. تلومرها در انتها با جلوگیری از آسیب از ژن‌ها محافظت می‌کنند. ساختار چهار بازوی یک کروموزوم تکثیر شده در شکل ۲ نشان داده شده است.
شکل ۲: ساختار چهار بازوی یک کروموزوم تکثیر شده
بسته به موقعیت سانترومر می‌توان چهار نوع کروموزوم را شناسایی کرد. آنها کروموزوم‌های تلوسنتریک، آکروسانتریک، ساب متاسانتریک و متاسانتریک هستند. تقسیم هسته ای را می‌توان در متافاز به منظور مطالعه کروموزوم‌ها متوقف کرد. این فرآیند کاریوتایپینگ نامیده می‌شود که در آن ناهنجاری‌های کروموزوم‌ها شناسایی می‌شوند.
تفاوت بین کروماتین و کروموزوم
تعریف
کروماتین: مولکول‌های DNA در ژنوم با هیستون‌ها بسته بندی می‌شوند و کروماتین را تشکیل می‌دهند.
کروموزوم: بیشترین فشردگی ساختاری DNA در متافاز تقسیم سلولی ظاهر می‌شود.
دوره زمانی
کروماتین: کروماتین در اینترفاز چرخه سلولی ظاهر می‌شود.
کروموزوم: کروموزوم‌ها در طول متافاز ظاهر می‌شوند و در آنافاز تقسیم هسته ای وجود دارند.
ساختار
کروماتین: کروماتین از نوکلئوزوم‌ها تشکیل شده است.
کروموزوم: کروموزوم‌ها به فیبرهای کروماتین متراکم می‌شوند.
فشردگی
کروماتین: کروماتین ۵۰ برابر از مارپیچ دوگانه DNA معمولی متراکم می‌شود.
کروموزوم: کروموزوم‌ها ۱۰۰۰۰ برابر از مارپیچ دوگانه DNA معمولی متراکم می‌شوند.
ظاهر
کروماتین: الیاف کروماتین ساختارهای نازک، بلند و بدون مارپیچ هستند.
کروموزوم: کروموزوم‌ها ساختارهای ضخیم، فشرده و روبان مانندی هستند.
جفت
کروماتین: کروماتین یک الیاف منفرد و جفت نشده است.
کروموزوم: کروموزوم به صورت یک جفت وجود دارد.
عملکرد
کروماتین: کروماتین اجازه می‌دهد تا ماده ژنتیکی در هسته بسته بندی شود و در عین حال بیان ژن را تنظیم می‌کند.
کروموزوم: کروموزوم‌ها آرایش مناسب مواد ژنتیکی در استوای سلول را تضمین می‌کنند تا امکان جداسازی مساوی مواد ژنتیکی بین دو سلول فراهم شود.
فعالیت متابولیک
کروماتین: کروماتین امکان تکثیر DNA، بیان ژن و نوترکیبی را فراهم می‌کند.
کروموزوم: کروموزوم‌ها هیچ گونه فعالیت متابولیکی از خود نشان نمی‌دهند.
شکل
کروماتین: کروماتین به دو صورت تشکیل شده است: یوکروماتین و هتروکروماتین.
کروموزوم: کروموزوم معمولاً هتروکروماتیک است. از اشکالی مانند متاسانتریک، زیر متاسانتریک، آکروسانتریک و تلوسانتریک تشکیل شده است.
مشاهده
کروماتین: کروماتین را می‌توان در زیر میکروسکوپ الکترونی به عنوان یک ساختار مهره و رشته مشاهده کرد.
کروموزوم: کروموزوم را می‌توان زیر میکروسکوپ نوری در ساختار چهار بازوی کلاسیک خود مشاهده کرد.
نتیجه
کروماتین و کروموزوم دو نوع ساختار متراکم مولکول‌های DNA هستند. DNA اینترفاز به عنوان ساختار نخ مانند به نام کروماتین وجود دارد. هدف اصلی کروماتین بسته‌بندی DNA دو رشته ای در هسته سلول با کمک پروتئین‌های هیستون است. مولکول‌های DNA پنجاه برابر ساختار طبیعی آن در فیبرهای کروماتین متراکم می‌شوند. کروموزوم فقط در متافاز چرخه سلولی ظاهر می‌شود و به بیشترین فشردگی ساختار خود می‌رسد. هدف اصلی کروموزوم اطمینان از جداسازی ماده ژنتیکی دو برابر شده بین دو سلول دختر است. تفاوت اصلی کروماتین و کروموزوم در میزان فشردگی و عملکرد آنها در طول چرخه سلولی است.
منابع
۱. “Chromatin.” Wikipedia. N.p.: Wikimedia Foundation, 27 Feb. 2017. Web. 6 Mar. 2017.
2. “Chromosome.” Wikipedia. N.p.: Wikimedia Foundation, 3 Mar. 2017. Web. 6 Mar. 2017.
Image Courtesy:
1. “Nucleosome 1KX5 2” By Zephyris at the English language Wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “۰۳۳۰ Homologous Pair of Chromosomes” By OpenStax – (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
