Εικ. 1. Τα στάδια τύλιξης του DNA
Γράφει ο Τηλεγραφητής Μετώπου
Διαβάστε το 1ο μέρος ΕΔΩ
Διαβάστε το 2ο μέρος ΕΔΩ
Ενα Σύμπαν στο Κύτταρό μας
Πώς χωράνε 2 μέτρα «οδηγιών» μέσα στο αόρατο.
Μέσα σε κάθε κύτταρο του σώματός σου, από τα περίπου 37 τρισεκ., υπάρχουν 46 ελικοειδώς τυλιγμένα νήματα DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ), διαμέτρου 2 nm το καθένα. Αν τα ξετύλιγες όλα και τα ένωνες άκρη με άκρη, θα μέτραγαν συνολικά περίπου 2 μέτρα (~43,5 χιλ. έκαστο).
Το DNA είναι η ταυτότητά σου, κάθε μύχια λεπτομέρειά της, μοναδική στον γαλαξία μας. Οι οδηγίες προς κάθε πρωτεΐνη, προς κάθε κύτταρο, προς κάθε βλεφάρισμα και κάθε αναπνοή.
2 μέτρα νήμα, μέσα σε έναν πυρήνα κυττάρου με διάμετρο ~6.000 nm!
Σαν να στριμώχνεις 40 χιλιόμετρα κλωστή μέσα σε μια ελιά.
Και όμως, όχι απλώς χωράει, αλλά συμπιέζεται τακτοποιημένα. Τυλίγεται πολλαπλά με μαθηματική ακρίβεια. Είναι προσβάσιμο όταν χρειάζεται και σφιχτά κλειδωμένο όταν δεν χρειάζεται. Ποτέ δεν μπερδεύεται!
(Εσύ πόσες φορές έχεις μπερδέψει τα ακουστικά στην τσέπη σου;)
Διπλή έλικα (2 nm)
— DNA double helix
Νουκλεόσωμα / «Χάντρες σε κλωστή» (11 nm)
— Nucleosome / "Beads on a string"
Σφικτή Ελικοειδής Ίνα (30 nm) — Tight helical fiber
Υπερ-περιέλιξη (300 nm)
— Supercoil
Χρωμόσωμα μεταφάσης (700 nm)
— Metaphase chromosome
Με αναφορά στην παραπάνω Εικόνα 1, περιγράφουμε τα στάδια τύλιξης / συμπίεσης του DNA.
Α. Πρώτη τύλιξη: νουκλεοσώματα (11 nm)
Το DNA δεν κολυμπάει ελεύθερο. Τυλίγεται γύρω από μικρές πρωτεΐνες — τις ιστόνες — σαν κλωστή σε καρούλι. Κάθε «καρούλι» ονομάζεται νουκλεόσωμα και είναι μόλις 11 nm σε διάμετρο.
Οι ιστόνες είναι -πολύ ιδιαίτερες- πρωτεΐνες, έντονα θετικά φορτισμένες, γιατί είναι πλούσιες (20-30%) κυρίως σε δύο αμινοξέα:
Λυσίνη (Lysine) και Αργινίνη (Arginine)
(μαζί με άλλα: βαλίνη, λευκίνη, ισολευκίνη κ.λπ. )
Κάθε νουκλεόσωμα αποτελείται από 8 ιστόνες (οκτάμερο):
- H2A, H2B, H3, H4 από 2 αντίγραφα του καθενός, και
- H1 "συνδετική" ιστόνη, απ' έξω, κλειδώνει το DNA, σαν αγκράφα.
Χάριν αυτού του φορτίου, το DNA (αρνητικά φορτισμένο λόγω φωσ-φορικών ομάδων), έλκεται ηλεκτροστατικά και τυλίγεται σφικτά γύρω από τον οκταμερή πυρήνα ιστονών (histone octamer), σχηματίζοντας έτσι τα νουκλεοσώματα. Ενδιαφέρον είναι οτι οι ιστόνες είναι από τις πιο αρχέγονες εξελικτικά πρωτεΐνες. Ο άνθρωπος και η μαγιά έχουν σχεδόν πανομοιότυπη H4! Κάτι που δείχνει πόσο κρίσιμες είναι για τη ζωή.
Τα νουκλεοσώματα κάθονται κατά μήκος ενός νήματος, με μικρά κενά μεταξύ τους. Αν τα έβλεπες στο μικροσκόπιο, θα έμοιαζαν ακριβώς με κομπολόϊ.
Το DNA της ζωής τυλίγεται σε κομπολόϊ. Κάποιος είχε αίσθηση του χιούμορ.
Β. Δεύτερη τύλιξη: η Ίνα (30 nm)
Το κομπολόϊ (νουκλεόσωμα) τυλίγεται κι αυτό πάλι ελικοειδώς — σφιχτά, συμπαγώς — και σχηματίζει μια παχύτερη “σφικτή ελικοειδή Ίνα”, διαμέτρου 30 nm. Το κουβαράκι των 11 nm γίνεται η «χάντρα» του επόμενου επιπέδου. Τρεις φορές παχύτερη από το νουκλεόσωμα, πολύ πιο συμπιεσμένη.
Ελληνική αναλογία... μεγάλο μπεγκλέρι!
Γ. Τρίτη τύλιξη: οι βρόχοι (300 nm)
Η ίνα (30 nm) τυλίγεται σε βρόχους (loops) — σαν νήμα τυλιγμένο γύρω από αόρατο δάχτυλο — και οι βρόχοι αυτοί συγκρατούνται γύρω από έναν κεντρικό άξονα πρωτεϊνών. Η ίνα των 30 nm γίνεται η «χάντρα» αυτού του επιπέδου. Διάμετρος τώρα: 300 nm.
Δέκα φορές παχύτερο από την ίνα.
Δ. Τέταρτη τύλιξη: το Χρωμόσωμα (700 nm)
Οι βρόχοι (300 nm) είναι το προτελευταίο επίπεδο. Συμπιέζονται περαιτέρω.
Οι ίδιοι οι βρόχοι διπλώνουν και συσπειρώνονται γύρω από έναν κεντρικό σκελετό πρωτεϊνών, σχηματίζοντας τη δομή που αναγνωρίζουμε ως χρωμόσωμα, διαμέτρου περίπου 700 nm.
Αυτό συμβαίνει μόνο σε συγκεκριμένες στιγμές. Στην καθημερινή ζωή του κυττάρου, το DNA παραμένει σε ένα πιο χαλαρό, μερικώς συμπιεσμένο στάδιο, λεγόμενο χρωματίνη (chromatin), ώστε να είναι προσβάσιμο για ανάγνωση. Το πλήρως συμπιεσμένο χρωμόσωμα των 700 nm εμφανίζεται μόνο κατά τη μεταβατική φάση (μεταφάση - metaphase) της κυτταρικής διαίρεσης, τη στιγμή δηλαδή που το κύτταρο πρέπει να διαιρεθεί με ακρίβεια σε δύο πανομοιότυπα αντίγραφα του γενετικού υλικού στα δύο θυγατρικά κύτταρα.
Και όταν η διαίρεση ολοκληρωθεί, το σύστημα χαλαρώνει ξανά, και επιστρέφει στην αναγνώσιμη μορφή χρωματίνης.
Η λογική είναι λειτουργική: τα 46 νήματα, συνολικού μήκους 2 μ. δεν μπορούν να “κολυμπάνε” στον κυτταρικό χώρο και:
► να ευθυγραμμίζονται
► να ελέγχονται,
► να διαβάζονται και
► να διαιρούνται
χωρίς απώλεια ή σφάλμα.
Η πλήρης συμπίεση μετατρέπει έκαστο σε συμπαγή, διακριτή δομή, αξιόπιστα προσβάσιμη για όλες τις παραπάνω διακεκριμένες διαδικασίες
Πίνακας Συμπίεσης DNA (ανακεφαλαίωση)
Σημείωση: ο όγκος αυξάνεται από στάδιο σε στάδιο
γιατί η διάμετρος μεγαλώνει ταχύτερα από ό,τι μειώνεται το μήκος.
Η " συμπίεση 50.000x" είναι συμπίεση μήκους — όχι όγκου.
γιατί η διάμετρος μεγαλώνει ταχύτερα από ό,τι μειώνεται το μήκος.
Η " συμπίεση 50.000x" είναι συμπίεση μήκους — όχι όγκου.
Όπως είπαμε, το ανθρώπινο κύτταρο έχει 46 τέτοια χρωμοσώματα — 23 ζεύγη. Κάθε ένα είναι ένα ξεχωριστό, πλήρως πακεταρισμένο μόριο DNA. Ολα μαζί φέρουν περίπου 3 δισ. ζευγών αρωματικών βάσεων (base pairs) — ολόκληρο το ανθρώπινο “γονιδίωμα” (genome).
Ε. Η δομή που αναπνέει
Αυτά τα τέσσερα επίπεδα τύλιξης δεν είναι "μια φορά κι έναν καιρό". Δεν χτίστηκαν, σφραγίστηκαν και ξεχάστηκαν. Είναι ζωντανά, και λειτουργούν μεταβαλλόμενα.
Όταν ένα κύτταρο χρειαστεί να "διαβάσει" ένα συγκεκριμένο γονίδιο — για να φτιάξει μια πρωτεΐνη, να επισκευάσει κάτι, να ανταποκριθεί σε κίνδυνο — ειδικές πρωτεΐνες βρίσκουν εκείνο το σημείο, χαλαρώνουν τοπικά την ίνα, ξετυλίγουν τα νουκλεο-σώματα, και φανερώνουν ακριβώς τις βάσεις που χρειάζονται. Ακριβώς εκεί. Ακριβώς τότε. Και μετά κλείνει ξανά.
Φαντάσου μια βιβλιοθήκη 3 δισεκατομμυρίων σελίδων που ανοίγει μόνη της στη σωστή σελίδα, σε κλάσμα δευτερολέπτου, γνωρίζοντας τι, πού και πότε. Αυτό συμβαίνει τώρα, μέσα σου, σε τρισεκατομμύρια κύτταρα, παράλληλα, ταυτόχρονα.
Αυτό το "άνοιγμα-κλείσιμο" ελέγχεται από χημικές "σημαίες-ετικέτες" πάνω στους ιστόνες — μικρά μόρια που κολλούν ή αποκολλώνται και αλλάζουν το πώς σφίγγει η τύλιξη.
Αυτό το σύστημα σημάτων λέγεται "επιγονιδίωμα" και είναι ίσως πιο πολύπλοκο από το ίδιο το DNA.
- Το DNA κρατά την πληροφορία.
- Το επιγονιδίωμα αποφασίζει ποια πληροφορία διαβάζεται, πότε, και πόσο δυνατά.
το νευρωνικό κύτταρο και το ηπατικό κύτταρο φέρουν ακριβώς τον ίδιο γενετικό κώδικα. Αυτό που τα κάνει διαφορετικά είναι τι διαβάζουν από αυτόν.
Ο Jean-Baptiste de Lamarck (1809) πρότεινε ότι οι εμπειρίες που βιώνεις κληρονομούνται από τα παιδιά σου.
Ο Charles Darwin (1859) τον "ακύρωσε" με τυχαίες μεταλλάξεις και φυσική επιλογή.
Η σημερινή επιγενετική λέει: "όχι και τόσο απλά."
Η επιστημονική θέση σήμερα είναι μετέωρη: ο Δαρβίνος για τη δομή,
ο Λαμάρκ για τη λειτουργία, και η επιγενετική στο ενδιάμεσο.
Το πεδίο παραμένει ανοιχτό.
(*) “Γονίδιο” είναι μιά συνεχής περιοχή από ζεύγη βάσεων (base pairs -AGTC) - νουκλεοτίδια σε ζεύγη - με καθορισμέ-να όρια.
Τα μεγέθη (πλήθος ζευ-γών) ποικίλουν πολύ : από ~1.000 bp μέχρι 2+ εκατομμύρια bp για τα πολύ μεγάλα “γονίδια”.
Μέσος όρος κάπου στις 10.000-15.000 bp.
Ζ. Ανίχνευση Μεθορίου
Βρισκόμαστε στην γνωστική μεθόριο της επιστήμης και αγναντεύομε το πεδίο της “μεταφυσικής”, δηλαδή εκεί που δεν τολμά η επιστήμη -του πειράματος και της απόδειξης- να εισέλθει και αποτυγχάνει, περιγράφοντας μόνον το “πώς” και αδυνατώντας να απαντήσει στο “τι”, στο “πότε” και στο “γιατί”.
Κάποιοι θα επικαλεσθούν την “Θεία Δύναμη” και κάποιοι τον “Συμπαντικό Νου”. Η παρούσα έρευνα δεν δίνει σημασία στο “πότε Βούδας, πότε Κούδας, πότε Ιησούς κ' Ιουδας”, θεωρώντας οτι κάθε Άνθρωπος (με κεφαλαίο) διατηρεί την δυνατότητα επιλογής τρόπου “Σωτηρίας της Ψυχής” του.
Και θεωρώ οτι θα είναι από όλους μας σεβαστός!
Κάτι μέσα σε κάθε μύχιο των 37 τρισεκ. κυττάρων μας δουλεύει αθόρυβα, αλάνθαστα, συνεχώς. Στη συνέχεια θα προσπαθήσουμε να το ακούσουμε.
.png)
.jpg)
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου