I cromosomi

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Agli inizi del XIX secolo gli studiosi impegnati a osservare al microscopio i nuclei delle cellule, sia animali che vegetali, notarono la presenza di corpuscoli che chiamarono cromosomi.

Quando la cellula non è in divisione cellulare, il materiale genetico si presenta con un aspetto granulare: la cromatina, formata da DNA e specifiche proteine.Avviata la fase divisionale, la struttura granulare tenderà a condensarsi, ad accorciarsi, incrementando lo spessore e assumendo infine forme bastoncellari, i già citati i cromosomi.Nelle cellule somatiche, sono presenti cromosomi il cui numero è caratteristico per ogni specie (l’Uomo possiede 46 cromosomi). Il corredo genetico della maggior parte degli organismi animali è diploide, cioè in ogni cromosoma ci sono due coppie omologhe: una coppia sarà di origine materna, l’altra paterna. Le cellule somatiche umane presentano cromosomi omologhi.

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Ogni cromosoma è formato dalla molecola di DNA e conterranno l’informazione genetica necessaria all’organismo. In un batterio come Escherichia coli tutta l’informazione genetica è contenuta in un unico cromosoma e distribuita in meno di 5 milioni di coppie di basi. Il nostro cariotipo (l’insieme dei cromosomi) è n=46 cromosomi e le informazioni distribuite in oltre 3 miliardi di coppie di nucleotidi.Se noi avessimo modo di srotolare il nostro DNA, avrebbe una lunghezza circa due metri. In realtà si trova impacchettato in una cellula eucariote, nel suo nucleo di 10-15 μm di diametro.

Ma com’è possibile?  Questa compressione è dovuta per questioni di spazio all’interno del nucleo cellulare, una miglior protezione da eventuali danni e una miglior stabilità per l’espressione genica. Il DNA può essere avvolto grazie alla presenza di due categorie di proteine: proteine istoniche e non istoniche. Le prime sono le più abbondanti, sono basiche e sono di 5 tipi: H1-H2A-H2B-H3-H4. Quelle non istoniche sono implicate nella formazione dei cromosomi, sono acide e tendono a legarsi più agli istoni che al DNA stesso. La molecola avvolgendosi intorno a questi complessi proteici (H2A, H2B, H3. H4) forma gruppi di 8 costituendo un ottamero che viene detto nucleosoma. Questi sono uniti fra loro da corte sequenze di DNA ottenendo una figura che assomiglia una collana di perle dello spessore di circa 11 nm.

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Le proteine istoniche legandosi al DNA formano il primo livello di impacchettamento della molecola. L’istone H1 legandosi al DNA in entrata e in uscita avvicina i nucleosomi fra loro formando una figura a solenoide il cui spessore aumenta passando a 30 nm. Il solenoide, a sua volta, comincerà a formare delle anse con spessore di circa 300 nm, che si avvolgeranno in super-anse di 700 nm di spessore fino ad arrivare, spiralizzando di volta in volta, al nostro cromosoma.

Ogni cromosoma è formato da sequenze ripartite in modo specifico su tre parti essenziali: una parte viene detta origine di replicazione, una centrale viene detta centromero e in periferia i cosiddetti telomeri.L’origine di replicazione forma segmenti di DNA che contengono specifiche copie, sequenze ripetute che serviranno per la sintesi del DNA. Infatti queste sequenze vengono riconosciute da proteine che si legano alla molecola e la destabilizzano aprendola come una forcella.Il centromero è formato da complessi proteici in un unico punto del cromosoma, sempre nella stessa posizione. Qui si attaccheranno le fibre del fuso mitotico. Se non si formasse il centromero per un’anomalia, il cromosoma non potrebbe attaccarsi al fuso e migrerebbe in maniera totalmente casuale.

I telomeri rappresentano le estremità dei cromosomi. Senza un apparato specifico, i telomeri sarebbero inesorabilmente destinati ad accorciarsi in maniera graduale ad ogni divisione cellulare, con perdita di materiale genetico. In questo modo i cromosomi andrebbero incontro a instabilità e dunque a mutazioni. Per evitare tutto questo ci sono le telomerasi enzimi che ripristinano la lunghezza dei cromosomi. Con il trascorrere del tempo i cromosomi, sono destinati comunque ad un progressivo invecchiamento e al conseguente deperimento delle telomerasi. Lo si è capito in modo particolare nelle formazioni tumorali osservando come questi enzimi si riattivino rendendo le cellule cancerose immortali.

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