5.4: Struttura cromosomica

Un cromosoma eucariotico funzionale deve contenere tre elementi: un centromero, telomeri e numerose origini di replicazione.

Il centromero è una sequenza di DNA che collega i cromatidi fratelli. Questo è anche il luogo in cui vengono costruiti i cinetocori, complessi proteici a cui si attaccano i microtubuli del fuso, dopo che il cromosoma è stato replicato. I cinetocori consentono ai microtubuli del fuso di spostare i cromosomi all'interno della cellula durante la divisione cellulare.

I telomeri sono costituiti da sequenze nucleotidiche ripetitive non codificanti, alle loro estremità. Queste sequenze sono tipicamente simili tra le specie. Di solito sono costituiti da unità ripetute di adenina o timina seguite da più nucleotidi di guanina. I telomeri proteggono e stabilizzano le estremità dei cromosomi. Se un cromosoma dovesse rompersi, inizierebbe a degradarsi dall’estremità appena creata, a cui manca un telomero.

Origini della replica e ARS

I cromosomi eucariotici devono anche avere numerose origini di replicazione, ovvero sequenze di nucleotidi che determinano dove inizia la replicazione del DNA. Anche se il numero preciso delle origini di replicazione nel genoma umano deve ancora essere quantificato, affinché la replicazione avvenga in modo tempestivo ne sarebbero necessarie almeno 30.000. Se i cromosomi umani contenessero una sola di queste origini, ad esempio, ci vorrebbe più di un mese per replicare un singolo cromosoma.

Sebbene sia accertata l’importanza delle origini della replicazione, la definizione di queste sequenze si è rivelata difficile. Tuttavia, alcuni esperimenti con il lievito hanno identificato alcuni candidati. Quando determinate sequenze cromosomiche vengono aggiunte a una cellula di lievito come molecola di DNA circolare extracellulare, si replicano autonomamente. Questo dà a queste sequenze il loro nome: sequenze che si replicano autonomamente (ARS). Alcuni ARS probabilmente corrispondono a origini di replicazione che funzionano all'interno del genoma del lievito. Tuttavia, alcuni di questi non si trovano lungo un tratto di DNA fortemente associato all’inizio della replicazione.

Nei mammiferi, come gli esseri umani e in altri eucarioti più complessi, l'origine delle sequenze di replicazione è scarsamente definita. Questo perché sono probabilmente definiti da una combinazione di sequenza nucleotidica, proteine associate e struttura della cromatina.

Il complesso di istone di DNA contenuto nel nucleo è chiamato cromatina e condensa per formare cromosomi costituiti da un singolo cromatide 00:00:10.960 00-00 o cromatidi fratelli in funzione del ciclo della cellula. Un cromosoma eucariotico funzionale deve avere un centromero, una sequenza di DNA che lega i cromatidi fratelli. Il centromero è anche il luogo in cui i cinetocori sono costruiti dopo che il cromosoma ha replicato.

Questi complessi proteici consentono ai microtuboli del fuso di spostare i cromosomi alle durante la divisione cellulare. A seconda della posizione del centromero, I cromosomi possono esistere in quattro configurazioni principali. Nella configurazione metacentrica, il centromero è al centro, risultando in braccia di lunghezze simili.

Mentre nella configurazione submetacentrica, il centromero è decentrato, risultando in braccia di diverse lunghezze. Nella configurazione teleocentrica, il centromero si trova all'estremità del cromosoma, dando come risultato lunghe, braccia singole. Nei cromosomi acrocentrici, il centromero si trova vicino alla fine, dando l'aspetto di un gambo e di un bulbo.

Queste varie configurazioni si verificano naturalmente, rendendole utili per identificare cromosomi specifici;ad esempio, il cromosoma Y umano è acrocentrico. Ogni cromatide deve anche avere i telomeri, che consistono in sequenze nucleotidiche ripetitive non codificanti alle loro estremità. I telomeri proteggono e stabilizzano le terminazioni dei cromosomi.

Se un cromosoma si rompe, inizierà a degradare dalla nuova estremità creata, che manca di un telomero. Infine, un cromosoma deve avere origini multiple di replicazione, sequenze di nucleotidi che determinano dove inizia la replicazione del DNA. I cromosomi umani contengono circa 30, 000 origini di replicazione, al fine di accelerare il processo di replicazione.

Se un cromosoma umano contenesse una sola origine di replicazione, sarebbe necessario più di di un mese per replicare un singolo cromosoma. Quando ogni cromosoma replica, a partire dalle da più origini di replicazione, i cromatidi fratelli risultanti sono uniti a livelli del centromero, con telomeri alle loro estremità. Subito prima della divisione cellulare, i cromosomi sono nel loro stato più condensato.

Per questo motivo le osservazioni dei cromosomi sono spesso fatte a questo punto nel ciclo cellulare.