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日常生活のほとんどの人は、デオキシリボ核酸、つまりDNAに精通しており、それが犯罪のショーや基本的な遺伝学への暴露からであることを知っています。同様に、典型的な高校生は「染色体」という言葉を耳にした可能性が最も高く、これらも生物がどのように繁殖し、子孫に遺伝特性を振り分けるかに関係していることを認識しています。しかし、クロマチンと呼ばれるDNAと染色体を機能的に結合する実体は、はるかに不明瞭です。
DNAは、すべての生物が所有する分子であり、 遺伝子、特定のタンパク質製品を作るための生化学的コード。染色体は、タンパク質に結合したDNAの非常に長いストリップであり、染色体が座っている細胞のライフステージに応じて、染色体の形状を劇的に変化させることができます。クロマチンは、単に染色体が作られる材料です。別の言い方をすれば、染色体はクロマチンの個別の断片にすぎません。
DNAの概要
DNAは自然界に見られる2つの核酸のうちの1つであり、もう1つはリボ核酸（RNA）です。ほぼすべてが細菌である原核生物では、DNAは核ではなく、細菌細胞の細胞質（半液体、タンパク質が豊富な細胞の内部）のゆるいクラスターにあります。構造。真核生物（すなわち、動物、植物、菌類）では、DNAは細胞核内にあります。
DNAは、サブユニット（モノマー）から組み立てられたポリマーです。 ヌクレオチド。各ヌクレオチドには、ペントースまたは5炭素の糖（DNAのデオキシリボース、RNAのリボース）、リン酸基、および窒素塩基が含まれます。各ヌクレオチドは、利用可能な4つの異なる窒素塩基の1つを誇っています。 DNAでは、これらはアデニン（A）、シトシン（C）、グアニン（G）およびチミン（T）です。 RNAには、最初の3つが存在しますが、チミンの代わりにウラシル（U）が使用されます。 4つのDNAヌクレオチドを互いに区別するのは塩基であるため、個々の生物のDNA全体の一意性を決定するのはそれらの配列です。地球上の何十億人もの人々は皆、DNAによって決定される遺伝コードを持っていますが、一卵性双生児がない限り、誰も持っていません。
DNAは、最も化学的に安定した形で二本鎖のらせん構造をしています。 2本の鎖は、それぞれの塩基によって各ヌクレオチドに結合しています。 AはTとのみペアリングし、CはGとのみペアリングします。この特定の塩基ペアリングのため、分子全体の各DNA鎖は 補完的 他に。したがって、DNAは、両端で反対方向に何度もねじれたはしごに似ています。
DNAがそれ自体のコピーを作成するとき、このプロセスは呼ばれます 複製。 DNAの主な仕事は、行く必要のある細胞の部分にタンパク質を作るためのコードです。これは、幸運にもDNAが発生する生化学的宅配便業者に依存することで実現しています。 DNAの一本鎖は、メッセンジャーRNAまたはmRNAと呼ばれる分子を構築するために使用されます。このプロセスは呼ばれます 転写、および結果は、Tの代わりにUがmRNA鎖に現れることを除いて、構築元のDNA鎖（テンプレートと呼ばれる）に相補的なヌクレオチド塩基配列を持つmRNA分子です。と呼ばれる細胞質 リボソーム、mRNA命令を使用して特定のタンパク質を構築します。
クロマチン：構造
人生では、ほぼすべてのDNAがクロマチンの形で存在します。クロマチンと呼ばれるタンパク質に結合したDNA ヒストン。クロマチンの質量の約3分の2を占めるこれらのヒストンタンパク質は、ペアで配置された4つのサブユニットを含み、ペアはすべてグループ化されて、オクタマーと呼ばれる8サブユニット構造を形成します。これらのヒストンオクタマーはDNAに結合し、DNAはスプールの周りの糸のようにオクタマーに巻き付いています。各八量体には、2回転未満のDNAが巻き付いており、合計で約146塩基対です。これらの相互作用の結果全体-ヒストンオクタマーとそれを取り巻くDNA-は ヌクレオソーム.
一見したところ過剰なタンパク質の荷物であると思われる理由は簡単です：ヒストン、またはより具体的にはヌクレオソームは、DNAが単一の完全なコピーのすべてに適合するために必要な極端な程度に圧縮および折り畳まれることを可能にするものですセルの幅は約100万分の1です。完全にまっすぐになった人間のDNAは驚異的な6フィートを測定します。そして、それはあなたの体の数兆個の細胞のそれぞれの中にあることを忘れないでください。
ヌクレオソームを作成するためにDNAにラッチされたヒストンは、顕微鏡下で糸につながれた一連のビーズのようにクロマチンを見せます。しかし、クロマチンは生細胞に存在するため、ヒストンオクタマーの周りに巻くよりもはるかにきつく巻かれているため、これは欺is的です。それが起こると、ヌクレオソームは互いに層状に積み上げられ、これらの積み重なりはコイル状になり、多くのレベルの構造的組織で二重に戻ります。大まかに言えば、ヌクレオソームだけでDNAパッキングが約6倍に増加します。その後、これらを積み重ねて幅約30ナノメートル（30億分の1メートル）のファイバーに巻き付けると、DNAのパッキングがさらに40倍になります。このファイバーは、マトリックスまたはコアに巻き付けられ、梱包効率。そして、完全に凝縮された染色体はこれをさらに10,000倍増加させます。
ヒストンは、上記の4つの異なるタイプで説明されていますが、実際には非常に動的な構造です。クロマチンのDNAはその生涯を通じて同じ正確な構造を保持しますが、ヒストンには、アセチル基、メチル基、リン酸基など、さまざまな化学基が結合している場合があります。このため、ヒストンは、その中のDNAが最終的にどのように発現されるか、つまり、特定の種類のmRNAのコピーがDNA分子に沿って異なる遺伝子によって転写される方法で重要な役割を果たす可能性があります。
ヒストンに結合した化学基は、その領域のどの遊離タンパク質が特定のヌクレオソームに結合できるかを変更します。これらの結合タンパク質は、クロマチンの長さに沿ってさまざまな方法でヌクレオソームの組織を変化させることができます。また、未修飾のヒストンは非常に正に帯電しており、デフォルトでは負に帯電したDNA分子としっかりと結合します。ヒストンを介してヌクレオソームに結合したタンパク質は、ヒストンの正電荷を低下させ、ヒストン-DNA結合を弱め、これらの条件下でクロマチンを「緩和」することができます。このクロマチンの緩みにより、DNA鎖はよりアクセスしやすくなり、自由に操作できるようになり、複製や転写などのプロセスがこれらの時間が起きると容易になります。
染色体
染色体は、最も活発で機能的な形態のクロマチンのセグメントです。人間には23個の異なる染色体があり、22個の番号付き染色体とXまたはYの1個の性染色体を含みます。ただし、配偶子を除く体内のすべての細胞には、母親から23個、から23個の染色体があります。あなたのお父さん。番号が付けられた染色体のサイズはかなり異なりますが、同じ番号の染色体は、母親からのものであろうと父親からのものであろうと、顕微鏡下ではすべて同じように見えます。ただし、男性の場合、XとYが1つずつあるため、2つの性染色体は異なって見えます。女性の場合、2つのX染色体があります。これから、男性の遺伝的寄与が子孫の性別を決定することがわかります。男性がミックスにXを寄付すると、子孫は2つのX染色体を持ち、女性になります。一方、男性が彼のYを寄付すると、子孫は各性染色体の1つを持ち、男性になります。
染色体が複製するとき、つまり、染色体内のすべてのDNAおよびタンパク質の完全なコピーが作成されるとき、それらは2つの同一の 染色分体、姉妹染色分体と呼ばれます。これは染色体の各コピーで個別に発生するため、複製後、各番号付き染色体に関連する合計4つの染色分体があります。たとえば、父親のコピーにある2つの同一の染色分体、染色体17の母親にある2つの同一の染色分体染色体17。
各染色体内で、染色分体は凝縮クロマチンの構造と呼ばれる構造で結合されます セントロメア。そのやや誤解を招く名前にもかかわらず、セントロメアは必ずしも各染色分体の長さの中間に現れるとは限りません。実際、ほとんどの場合、そうではありません。この非対称性により、セントロメアから一方向に伸びるより短い「腕」と、他の方向に伸びるより長い「腕」の出現につながります。それぞれの短いアームはpアームと呼ばれ、長いアームはqアームと呼ばれます。 21世紀初頭のヒトゲノムプロジェクトの完了により、体内の特定の遺伝子はすべて、すべてのヒト染色体のすべての腕に局在化およびマッピングされました。
細胞分裂：減数分裂と有糸分裂
体の毎日の細胞が分裂するとき（間もなく議論される配偶子は例外です）、それらは有糸分裂と呼ばれる細胞DNA全体の単純な複製を受けます。これにより、体のさまざまな組織の細胞が成長し、修復され、消耗したときに交換することができます。
ほとんどの場合、体内の染色体は弛緩して核内に拡散しており、視覚化できる程度に組織が見られないため、この状態では単にクロマチンと呼ばれることがよくあります。細胞が分裂する時間になると、細胞周期のG1期の終わりに、個々の染色体が複製（S期）し、核内で凝縮し始めます。
したがって、開始 前期 有糸分裂（細胞周期全体のM期）、有糸分裂の4つの線引き段階の最初。と呼ばれる2つの構造 中心体 セルの反対側に移動します。これらの中心体は、染色体および細胞の中央に向かって外向きに放射状に伸びる微小管を形成し、いわゆる 有糸分裂紡錘体。に 中期、46個の染色体すべてが細胞の中央に一列に移動し、この線は染色体間の線に垂直になります。重要なのは、一方の姉妹染色分体がまもなく分割される系統の一方の側にあり、一方の姉妹染色分体がもう一方の側に完全にあるように、染色体が整列していることです。これにより、マイクロチューブがレトラクタとして機能することが保証されます。 後期 染色体をセントロメアで引き離します 終期、それぞれの新しいセルは、46個の染色体を持つ親セルの同一コピーを取得します。
減数分裂では、有糸分裂のように、生殖細胞が生殖腺（生殖腺）に位置し、染色体が並んでいるプロセスから始まります。ただし、この場合、それらは非常に異なって並び、相同染色体（同じ番号の染色体）が分割線を越えて結合します。これにより、母親の染色体1が父親の染色体1と接触するようになります。これにより、遺伝物質を交換できます。また、相同染色体のペアは分割線を横切ってランダムに並んでいるので、母親はすべてが片方に、父親はもう片方にいるわけではありません。この細胞は有糸分裂のように分裂しますが、結果の細胞は互いに異なり、親細胞とは異なります。減数分裂の「ポイント」全体は、子孫の遺伝的多様性を保証することであり、これがメカニズムです。
各娘細胞は染色体を複製せずに分裂します。これにより 配偶子、または23個の染色体のみを持つ性細胞。人間の配偶子は精子（男性）と卵細胞（女性）です。選択された少数の精子と卵母細胞は、受精の過程で互いに融合し続け、46個の染色体を持つ接合体を生成します。配偶子は他の配偶子と融合して「正常な」細胞を作るため、「正常な」染色体の数の半分しか持っていないことは明らかです。