Хромозоми, хроматиди и хроматин

Преди да се задълбочим в механизмите на делене на клетката мисля, че може да е от полза да поговорим малко за многото понятия, свързани с ДНК. Някои от тях си приличат и това може да е много объркващо. Първите няколко понятия, които искам да разгледам, са свързани с това как ДНК произвежда още ДНК, прави копия сама на себе си, или как произвежда протеини - - говорихме за това във видеото за ДНК. Нека имам малък отрязък от ДНК. Имам A, G, T, нека кажем, че имам две Т-та и след това две С-та. Просто една малка част. Насам продължава. И, разбира се, има двойна спирала и съответстващите си бази. Нека го направя в този цвят. Така че А съответства на Т, G на C, образува водородна връзка с С; T с A, C с G, C с G. И после продължава в тази посока. Има няколко различни процеси, които тази ДНК трябва да осъществи. Единият е процесът, който се извършва в клетките на тялото ти, когато трябва да произведеш повече клетки на кожата например; ДНК-то ти трябва да се копира. Този процес се нарича репликация. ДНК се репликира. Нека покажа процес на репликация. Как това ДНК може да се копира? Това е едно от красивите неща, свързани със структурата на ДНК. Репликация. Правя много грубо опростяване, но идеята е, че тези две нишки се разделят и това не става от само себе си. А е подпомагано от няколко протеини и ензими, но аз ще говоря за подробностите на микрониво в следващите уроци. И така, тези приятели се разделят един от друг. Нека го сложа тук. Разделят се. Нека взема и другия. Твърде голямо е. Този приятел изглежда приблизително така. Разделят се един от друг, и после, след като са се разделили, какво може да се случи? Нека изтрия малко това тук. Ще изтрия и това там. И така, имаме тази двойна спирала. Били са съединени. Тези базови двойки сега се разделят. И като са се разделили, какво може да направи всеки от тях? Могат да станат шаблон един за друг. Ако този приятел си седи сам и изведнъж дойде една база тимин и се присъедини точно тук, ще започнат да се редят нуклеотиди. Ще имаме тимин и цитозин, после аденин, гуанин и това продължава. И после тази другата част, тази зелена нишка, която преди беше свързана със синята, при нея ще се случи същото. Има аденин, гуанин, тимин, тимин, цитозин, цитозин. И какво се случи току-що? След разделяне и после след привличане на съответстващите бази, току-що копирахме тази молекула, нали така? Ще работим по молекулярната й биология в бъдеще, но това просто ти дава представа. По този начин ДНК копира сама себе си. Особено когато говорим за митоза и мейоза, мога да кажа, о, това е фазата, когато се извършва репликацията. Другото нещо, за което ще чуваш често, вече говорих за това във видеото за ДНК, е транскрипцията (презаписване). Във видеото за ДНК не говорих много за това как се копира ДНК, но едно от хубавите неща устройството на двойната спирала е, че е наистина лесно се дуплицира. Просто разделяш двете нишки, двете спирали и после те стават модел за другата и се получава копие. Транскрипцията е това, което трябва да стане с тази ДНК, за да се превърне накрая в протеини, но транскрипцията е междинната стъпка. Това е стъпката, при която от ДНК се получава иРНК. После тази иРНК напуска ядрото на клетката и отива в рибозомите, но за това ще говоря след секунда. Така че можем да направим същото нещо. Този приятел още веднъж по време на транскрипцията ще се отдели. Това е едно отделяне, а това е друго отделяне. Но може би е по-уместно, да взема половина, затова ще го изтрия. Да кажем, че ще транскрибираме само зелената страна тук. Ще изтрия това - не, грешен цвят. Ще изтрия това. Сега вместо да получим последователност на дезоксирибонуклеинова киселина, нуклеотидите ще се сдвоят с тази верига ДНК, имаме рибонуклеинова киселина или РНК , която се свързва с това. Ще направя РНК в червено. И така РНК ще се съедини с това. Тиминът от ДНК ще се сдвои с аденина. Гуанинът, като говорим за РНК, вместо тимин, имаме урацил,урацил, цитозин, цитозин и това продължава. Това е иРНК. Това се отделя. Тази иРНК се отделя и напуска ядрото. Напуска ядрото и после имаме транслация (синтез на протеини). Това означава преминаване от иРНК (спомни си от клипчето за ДНК) имахме малки тРНК (транспортни). Транспортните РНК-и са като камиони, които превозват аминокиселините до иРНК, като всичко това се случва в клетъчните органели, наречени рибозоми. Но транслацията по същество представлява преминаване от иРНК до протеин, и точно това се случи тук. Този приятел (нека направя копие). Този приятел се отделя... всъщност ще копирам цялото. Това се отделя, напуска ядрото и след това имаме малките тРНК, които пренасят аминокиселините. Може би имам малко тРНК. Нека погледнем, аденин, аденин, гуанин и гуанин. Това е тРНК. Това е кодон. Кодонът има 3 базови двойки, към които се свързва определена аминокиселина. След това имаме друга тРНК. Нека тя да бъде урацил, цитозин, аденин. Тук има свързана различна аминокиселина. После аминокиселините се свързат помежду си и след това се получава дълга верига от аминокиселини, която представлява протеин. Да обобщя: протеините образуват тези странни и сложни форми. Само да се уверя, че ти е ясно: ако започнем с ДНК, реално правим копия на ДНК, това беше репликацията. Репликираме ДНК. Ако започнем с ДНК и се синтезира иРНК от матрица на ДНК, това е транскрипция. Транскрибира се информация от един вид в друг - това е транскрипция. Когато иРНК напусне ядрото на клетката, тогава... ще нарисувам една клетка, за да стане ясно. Ако това е цялата клетка, ние ще изучаваме структурата на клетката в бъдеще. Това е цялата клетка, това е ядрото. В него се намира цялата ДНК, тук се извършва цялата репликация и транскрипция. Но после иРНК напуска ядрото, и после отвън се намират рибозомите, за които ще говоря повече в бъдеще. Тук се извършва транслация и се образуват протеини. Значи от иРНК към протеини е транслация. Транслираме (пренасяме) генетичния код в протеинов код. Значи това е транслация. Това са термините, които искам да изясним и да е сигурно, че използваш правилния термин, когато говориш за различните процеси. Друг термин, свързан с ДНК, който, когато аз го научих за пръв път, бях ужасно объркан, това е понятието хромозома... Ще ги запиша тук, защото вече сигурно разбираш колко са объркани: хромозома, хроматин и хроматид. За хромозоми вече сме говорили. Имаме ДНК. Имаме нишка ДНК. Това е двойната спирала. Ако увеличим мащаба, всъщност това са две различни спирали, които разбира се, имат сдвоени базови двойки. Ще поставя някои базови двойки, съединени ето така. Искам да изясня, че когато правя тази зелена линия тук, това всъщност е двойна спирала. Тази двойна спирала е опакована с протеини, които се наричат хистони. Двойната спирала е опакована с протеини, наречени хистони., Опакована е така, и така, и така, и наоколо са тези т.нар. хистони, които всъщност са протеини. Тази структура, когато говорим за ДНК, която е опакована... ДНК е опакована така с протеини, които един вид я подкрепят, Тези протеини всъщност са все по-увити около нея, и все по-увити, и евентуално, зависи на какъв стадий сме от живота на клетката, те имат различна структура. Когато говорим за нуклеинови киселини, което е ДНК, и я комбинираме с протеини, тогава имаме хроматин. Значи това е ДНК плюс структурни протеини, които дават формата на ДНК. Структурни протеини. И тази идея за хроматина възникнала, защото когато учените разглеждали клетката... всеки път, когато рисувах клетъчните ядра досега, аз ги правех много добре очертани, Ще използвам думата. Нека това да е клетъчното ядро. Тук рисувам много добре дефинирани структури. Това е една, това е друга, може би малко по-къса, и после хомоложната хромозома. Аз рисувах така хромозомите, нали? Всяка хромозома, която рисувах в предишното видео, представлява такава дълга верига от ДНК, която е опакована плътно една около друга. Когато ги рисувам така, ако увеличим мащаба, ще видиш нишките, които са наистина нагънати по този начин. И хомоложната хромозома... спомни си, че във видеото за вариациите говорих за хомоложни хромозоми, които на практика кодират едни и същи гени, но различни техни версии. Ако синята идва от таткото, червената идва от майката, но те всъщност кодират едни и същи гени. Така че, когато говорим за тази верига, да кажем, че тази верига, която съм получил от моя баща, ДНК с тази структура наричаме хромозома. Ако говорим общо... искам да поясня. ДНК има тази форма само в определени етапи от живота си, когато тя всъщност се репликира, когато.... не, не когато се репликира, а преди да се раздели клетката, ДНК приема тази добре дефинирана форма. През по-голямата част от живота на клетката, когато ДНК всъщност си върши работата, когато създава протеини или по-точно протеините се транскрибират или транслират от ДНК, тогава ДНК не е опакована по този начин. Ако беше опакована така, щеше да е много трудно за апарата на репликацията и транскрипцията да достигне до ДНК и да създаде протеини и каквото там трябва. Обикновено ДНК... ще начертая същото ядро. Обикновено тя не се вижда дори с нормален светлинен микроскоп. Толкова е тънка, че нишката ДНК е напълно отделена в клетката. Рисувам я тук, за да се опиташ... може би другата изглежда ето така. И после имаме тази по-къса нишка ето така. Дори не можеш да я видиш. Тя не е в тази добре дефинирана структура. Тя обикновено е по този начин. И имаме другата къса нишка, която е ето така. Значи ще видиш само този голям хаос от ДНК и протеини, и това обикновено се нарича хроматин. Понятието е много разтегливо и объркващо, но принципно се използва, когато говорим за добре дефинирана една верига ДНК, а в този вид на добре дефинирана структура я наричаме хромозома. Терминът хроматин също може да се използва за структурата на хромозомата, комбинацията от ДНК и протеини, които дават структура, или може да се отнася за целия хаос от множество хромозоми, които съдържат всичкото това ДНК, множество хромозоми и всички протеини смесени заедно. Исках просто да го изясня. Следващото понятие е хроматид. Какво представлява този хроматид? Всъщност, не съм... Не знам дали означих тези. Тези протеини създават структурата на хроматина или състава на хроматина или дават структурата на хромозомите, те се наричат хистони. Има много видове, които формират структурата на различни нива, и ние ще разгледаме това по-подробно. Така че какво е хроматид? Когато ДНК се репликира... да кажем, че това е моята ДНК преди. Когато тя е в нормалното си състояние, имам една версия от моя баща, една версия от моята майка. И нека сега да се репликира. Значи моята версия от баща ми първо изглежда ето така. Това е дълга нишка ДНК. Тя създава друга версия на себе си, която е идентична, ако инструментариумът работи правилно, така че тази идентична версия изглежда така. И всъщност те първоначално са свързани една с друга. Те са свързани една с друга в точка, която се нарича центромер. Сега, въпреки че имам две нишки тук, те не са свързани. Когато имам тези две нишки, които съдържат съвсем еднакви... имам тази нишка тук, а после имам... всъщност ще го нарисувам по друг начин. Мога да го нарисувам по няколко различни начина. Това е едната нишка тук и после имам другата нишка тук. Сега имам две копия. Те кодират една и съща ДНК. Те са идентични. Това все още се нарича хромозома. Цялото това нещо все още е хромозома, но сега всяко отделно копие се нарича хроматид. Това е единият хроматид, а това е другият хроматид. Понякога се наричат сестрински хроматиди. Може би трябва да се наричат хроматиди-близнаци, защото съдържат еднаква генетична информация. Хроматид. Значи тази хромозома съдържа два хроматида. Преди да се извърши репликацията или ДНК да се удвои, тази хромозома тук, тази хромозома съдържа един хроматид. Можеш да я наричаш хроматид, въпреки че не е прието. Говорим за хроматиди, когато те станат две в една хромозома. Ние ще учим, че при митозата и мейозата тези два хроматида се разделят, и след като се разделят, същата тази нишка ДНК която преди беше хроматид, сега вече се нарича индивидуална хромозома. Значи това е една от тях, а после имаме друга, която може да се отдели в тази посока. Ще оградя това със зелено. Значи тази може да се отдели ето така, и тази, която ограждам в оранжево може да се отдели ето така. След като се разделят, те вече не са свързани с центромер, сега това, което първоначално нарекохме една хромозома с два хроматида, сега ще разглеждаме като две отделни хромозоми. Значи сега имаме две отделни хромозоми, всяка от които се състои от един хроматид. Надявам се, че това изясни малко жаргона, който се използва във връзка с ДНК. Винаги съм го намирал за объркващ. Но това ще ни бъде полезно, когато започнем да изучаваме митоза и мейоза, и аз ще обяснявам, че хромозомите стават хроматиди. А ти ще се питаш как една хромозома се превръща в две хромозоми, и как хроматидът става хромозома. Всичко опира до терминологията. Можех да използвам други термини, вместо да наричам това хромозома и да наричам всяка от тези индивидуална хромозома, но това е начинът, по който е прието те да се наричат. Всъщност, може би се чудиш откъде идва коренът на думите "хромо". Не знам дали си виждал/а стари фотографски филми на Кодак, които се наричат хромо цветни. Хромо всъщност означава цвят. Мисля, че идва от гръцката дума за цвят. Използват тази дума, защото когато първо хората започнали да разглеждат клетъчното ядро, те използвали бои, и тези неща, които наричаме хромозоми, поемали боята и се виждали добре със светлинен микроскоп. А "зома/сома" идва от думата за тяло, така че един вид това е "оцветено тяло", затова ги нарекли хромозоми. Хроматинът също поглъща... но няма да се задълбочавам във всичко това. Надявам се, че това ти проясни малко терминологията около хроматид, хромозома, хроматин и сега вече сме готови за изучаването на митоза и мейоза.