Deel 1 van deze animatie illustreert de oprolling van DNA tot chromosoom Bron: YouTube; Credits aan de auteurs
Een chromosoom bestaat uit een lang DNA-molecuul, dat ligt opgerold rond eiwitmoleculen. Vooral de histonen (positief geladen eiwitten met arginine en lysine-rijke, sterk basische regio's) spelen een rol bij het "inpakken" van DNA doordat ze aan het negatief geladen DNA molecuul kunnen binden. Het DNA en de chromosoomeiwitten samen worden ook wel chromatine genoemd (met de uitgang ine).
Tijdens het normale voortbestaan van cellen is het DNA van de chromosomen niet volledig opgerold. Op plaatsen waar het DNA wordt afgelezen is het zelfs helemaal ontrold, zodat de betrokken enzymen erbij kunnen.
Pas aan het begin van celdelingen, zowel bij mitose als meiose, wordt het DNA zeer strak en spiraalsgewijs opgerold. Dit proces wordt condensatie of spiralisatie genoemd en zorgt ervoor dat de chromosomen als compacte pakketen makkelijk verdeeld kunnen worden (Figuur E)
Klik op figuur voor een Zoom. (Opgerolde chromosomen zijn goed zichtbaar onder een lichtmicroscoop).
Figuur A and E. Computer-gegenereerde illustraties; B-D: microfoto (J. Derksen).
A. Een karyogram van de mens, Homo sapiens. Deze licht-microscopische preparaten worden standaard gemaakt van metafase stadia van lymfocyten die met Giemsa's gekleurd worden. De twee chromatiden van ieder chromosoom zijn in dit stadium gescheiden zichbaar. De verdubbeling van de chromosomen heeft plaatsgevonden in de voorafgaande S-fase.
B. Reuzechromosoom van de speekselklier van de mug Chironomus tentans, bestaande uit talrijke chromatiden geproduceerd door ronden endomitose na synapsis van de twee homologen. Het chromatine is donkerbruin gekleurd met orceine. Stukken met sterk gecondenseerd chromatine (de banden)
wisselen af met stukken minder sterk gecondenseerd chromatine (interbanden). De grote opzwellingen of Balbianiringen zijn plaatsen waar zeer veel RNA gesynthetiseerd wordt. Deze zijn hier gekleurd met Fast Green.
C. Elektronenmicroscopische opname van een transcriberend ribosomaal-RNA-gen bij het fruitvliegje (Drosophila). Het aflezen van dergelijke genen (DNA) die voor rRNA eenheden coderen vindt plaats in de nucleolus. De foto laat de typische "kerstboom structuur" zien met als "stam" het gen en daaraan vasthangend talrijke RNA/eiwit ketens die simultaan worden aangemaakt en in lengte toenemen naarmate de synthese vordert. Het preparaat is tot stand gekomen door het chromatine in een basische oplossing uiteen te laten vallen ("Miller spreiding"). Ribosomen zijn betrokken bij de translatie van het messenger RNA naar het eiwit.
D. Elektronenmicroscopische opname van transcriberend messenger-RNA-gen. Het aflezen van dergelijke genen die coderen voor mRNA vindt plaats in de kern. Opname D is op dezelfde wijze tot stand gekomen als opname C, maar bij het mRNA-gen zijn de zijketens minder talrijk, langer en vaak ingevouwen. E. Schema van het oprollingsproces van een DNA molecuul tot een gecondenseerd chromosoom gedurende de deling.
Centromeer en telomeer
Een chromosoom bestaat echter niet alleen uit genen als dragers van erfelijke informatie. Op chromosomen komen er ook structurele stukken DNA tussen de genen in, met name het telomeer en het centromeer, die beide een bijzondere functie hebben tijdens replicatie en celdelingen:
Het centromeer (centron = midden, meros = deel) is het gebied van het chromosoom waar de na de replicatie gevormde chromatiden bijeengehouden worden. Dit gebied bevat de kinetochoor, een eiwitcomplex waaraan de draden van de kernspoel zich aanhechten tijdens de mitose, dan wel de meiose. Het centromeer blijft relatief ongespiraliseerd tijdens de profase en metafase en verschijnt dan als "primaire insnoering". Bivalenten is de naam voor de paren homologe chromosomen die verstrengeld zijn (in synapsis) gedurende profase I en metafase I van de meiose.
Het telomeer (Gr. telos = eind, meros = deel) is een stukje DNA dat aan de uiteinden van de chromosomen voorkomt en dient ter bescherming tegen afbrokkelen van het DNA. Sterk repeterende zogenaamde satelliet sequenties worden in samenhang gebracht met telomeren. Tijdens de replicatie kunnen de telomeren niet altijd volledig worden gekopieerd waardoor ze na zo'n celdeling een stukje korter worden. Wanneer het enzym telomerase in de cel aanwezig is kunnen de telomeren weer verlengd worden, maar bij te ingerijpende verkorting is wordt het chromosoom onomkeerbaar beschadigd waardoor de cel niet meer correct kan delen en afsterft. Daarentegen kunnen cellen met een actief telomerase zich voortdurend blijven delen.
Centromeren en telomeren
A. Telocentrisch, B. Acrocentrisch en C. Metacentrisch chromosoom.
Chromosomen worden getypeerd op basis van grootte, plaatsing van het centromeer en de aan- of afwezigheid van satellieten.
D. Computer-gegenereerde illustratie gebaseerd op een microfoto: rood = chromosomen, gele fluorescentie = telomeren die met een specifiek probe zijn gemerkt.
