யூக்கரியோடிக் செல்களில் மரபணு அமைப்பு
விலங்குகள், தாவரங்கள், பூஞ்சைகள் மற்றும் புரோட்டிஸ்டுகள் போன்ற யூகேரியோடிக் செல்களின் மரபணுத்தொகுதிகள், ஒரு சிக்கலான மற்றும் மிகவும் ஒழுங்கமைக்கப்பட்ட அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன. பொதுவாக ஒரே பகுதியில் (நியூக்ளியாய்டு) வட்ட வடிவ டி.என்.ஏ-வைக் கொண்டிருக்கும் புரோகேரியோட்டுகளைப் போலல்லாமல், யூகேரியோடிக் செல்கள் தங்களின் பெரும்பாலான மரபணுப் பொருட்களை உட்கருவிற்குள் நேர்கோட்டு குரோமோசோம்களின் வடிவில் சேமித்து வைக்கின்றன. மரபணு வெளிப்பாடு மற்றும் நகலாக்கத்திற்கு எளிதில் அணுகக்கூடியதாக இருக்கும் அதே வேளையில், இந்த நீண்ட டி.என்.ஏ-வை சிறிய உட்கருவிற்குள் பொருத்துவதற்காக, யூகேரியோடிக் செல்கள் ஒரு திறமையான மற்றும் ஆற்றல்மிக்க டி.என்.ஏ பொதியிடல் அமைப்பை உருவாக்கியுள்ளன. இந்த மரபணுத்தொகுதி அமைப்பு என்பது வெறும் "சேமிப்பு" மட்டுமல்ல, மரபணுக்கள் எப்போது, எங்கே செயல்பட வேண்டும் என்பதை "ஒழுங்குபடுத்துவதும்" ஆகும்.
1. யூக்கரியோடிக் மரபணுத்தொகுப்பின் முக்கிய கூறுகள்
யூகேரியோட்டிக் மரபணுத்தொகுப்பு, பல குரோமோசோம்களாகக் குழுவாக்கப்பட்ட டி.என்.ஏ-வால் ஆனது . குரோமோசோம்களின் எண்ணிக்கை சிற்றினங்களுக்கு இடையில் வேறுபடுகிறது; மனிதர்களுக்கு 46 குரோமோசோம்களும் (23 ஜோடிகள்), அரிசிக்கு 24 குரோமோசோம்களும், சில தாவரங்களுக்கு நூற்றுக்கணக்கான குரோமோசோம்களும் உள்ளன. உட்கரு மரபணுத்தொகுப்புடன் கூடுதலாக, யூகேரியோட்டுகளில் மைட்டோகாண்ட்ரியா (கிட்டத்தட்ட அனைத்து யூகேரியோட்டுகளிலும்) மற்றும் பசுங்கணிகங்கள் (தாவரங்கள் மற்றும் பாசிகளில்) போன்ற நுண்ணுறுப்புகளிலும் டி.என்.ஏ உள்ளது. இந்த நுண்ணுறுப்புகளில் உள்ள டி.என்.ஏ பொதுவாக சிறியதாக இருப்பதுடன், செல் சுவாசம் அல்லது ஒளிச்சேர்க்கை தொடர்பான முக்கியமான மரபணுக்களையும் கொண்டுள்ளது.
உட்கரு மரபணுத்தொகுப்பில், புரதங்களைக் குறியிடும் மரபணுக்கள், ஆர்.என்.ஏ-வைக் குறியிடும் மரபணுக்கள் (எ.கா., ஆர்.ஆர்.என்.ஏ, டி.ஆர்.என்.ஏ, எம்.ஐ.ஆர்.என்.ஏ), மற்றும் குறியீடற்ற பகுதிகள் உள்ளன; இவை, உண்மையில் புரதங்களைக் குறியிடும் பகுதிகளை விட எண்ணிக்கையில் பெரும்பாலும் மிக அதிகமாக இருக்கின்றன. குறியீடற்ற பகுதிகள் என்பவை முற்றிலும் "பயனற்றவை" என்று சொல்ல முடியாது; அவற்றுள் பல, மரபணுக்கள் எப்போது செயல்பட வேண்டும் என்பதைக் கட்டுப்படுத்தும் ஊக்குவிகள், மேம்படுத்திகள், அடக்கிகள் மற்றும் காப்பான்கள் போன்ற ஒழுங்குபடுத்தும் கூறுகளாகச் செயல்படுகின்றன.
2. டிஎன்ஏவை பொதிதல்: இரட்டைச் சுருள் டிஎன்ஏவிலிருந்து குரோமோசோம்கள் வரை
யூக்கரியோடிக் டி.என்.ஏ-வின் நீளம் அசாதாரணமானது: ஒரு மனித செல்லின் உட்கரு சில மைக்ரோமீட்டர் விட்டமே கொண்டிருந்தாலும், அதிலுள்ள டி.என்.ஏ-வை நீட்டினால், அது சுமார் இரண்டு மீட்டர் நீளத்தை எட்டும். ஹிஸ்டோன் புரதங்கள் மற்றும் பிற கட்டமைப்புப் புரதங்களைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படும் பல அடுக்கு பொதியிடல் மூலம் இந்தச் சவால் சமாளிக்கப்படுகிறது.
அ. நியூக்ளியோசோம்: குரோமாடினின் அடிப்படை அலகு
பொதிதலின் மிக அடிப்படையான நிலை நியூக்ளியோசோம் ஆகும். இது, எட்டு ஹிஸ்டோன் புரதங்களின் ஒரு சிக்கலான அமைப்பை (ஒரு ஹிஸ்டோன் ஆக்டாமர்) சுற்றிப் போர்த்தப்பட்ட டிஎன்ஏ ஆகும். ஏறக்குறைய 147 கார இணைகள் கொண்ட டிஎன்ஏ, ஹிஸ்டோன்களைச் சுற்றிப் போர்த்தப்பட்டு, "சரத்தில் கோர்க்கப்பட்ட மணிகள்" போன்ற ஒரு அமைப்பை உருவாக்குகிறது. நியூக்ளியோசோம்களுக்கு இடையில், பல்வேறு நீளங்களைக் கொண்ட இணைப்பு டிஎன்ஏ இழைகள் உள்ளன; இவை பெரும்பாலும் ஹிஸ்டோன் H1-ஆல் நிலைப்படுத்தப்படுகின்றன.
b. குரோமாடின் இழைகள் மற்றும் மேம்பட்ட பேக்கேஜிங் நிலைகள்
நியூக்ளியோசோம்கள் "மணி போன்ற" அமைப்போடு நின்றுவிடுவதில்லை; அவை ஒன்றோடொன்று இடைவினை புரிந்து அடர்த்தியான இழைகளை உருவாக்க முடியும். மரபுரீதியாக, இவை பெரும்பாலும் 30-நானோமீட்டர் இழைகள் எனக் குறிப்பிடப்படுகின்றன, இருப்பினும் உயிருள்ள செல்களில் இந்த அமைப்புகளின் விவரங்கள் மிகவும் இயங்குதன்மை கொண்டவையாகவும், எப்போதும் சீரானவையாகவும் இருப்பதில்லை. மேலும், குரோமாடின் இழைகள் உட்கருப் புரதக் கட்டமைப்பில் நிலைநிறுத்தப்பட்ட வளையங்களை உருவாக்கி, அதன் மூலம் டி.என்.ஏ-வை இடரீதியாக ஒழுங்கமைக்கின்றன.
c. மெட்டாஃபேஸ் குரோமோசோம்கள்
செல் பிரிவின் போது (மைட்டாசிஸ் மற்றும் மியோசிஸ்), குரோமாட்டின் இறுக்கமாகச் சுருங்கி மெட்டாஃபேஸ் குரோமோசோம்களை உருவாக்குகிறது, இவற்றை நுண்ணோக்கியின் கீழ் எளிதாகக் காணலாம். டி.என்.ஏ சிக்காமலோ அல்லது உடையாமலோ மகள் செல்களுக்குள் துல்லியமாகப் பிரிவதற்கு இந்தச் சுருக்கம் இன்றியமையாதது.
3. குரோமாடின்: யூகுரோமாடின் மற்றும் ஹெட்டிரோகுரோமாடின்
மரபணுத்தொகுதியின் அமைப்பு என்பது, படியெடுத்தல் செயல்முறையின் அணுகலுக்காக டி.என்.ஏ எவ்வாறு "திறக்கப்படுகிறது" அல்லது "மூடப்படுகிறது" என்பதையும் சார்ந்துள்ளது.
யூக்ரோமாட்டின் என்பது குரோமாட்டினின் ஒரு தளர்வான வடிவமாகும். இது செயல்படும் மரபணுக்கள் செறிந்ததும், எளிதில் படியெடுக்கக்கூடியதும் ஆகும். இந்தப் பகுதி பொதுவாக அதிக "திறந்த" தன்மையுடன் இருப்பதால், படியெடுத்தல் காரணிகளும் ஆர்.என்.ஏ பாலிமரேஸும் டி.என்.ஏ-வுடன் பிணைவதற்கு அனுமதிக்கிறது.
ஹெட்டிரோகுரோமாடின் என்பது குரோமாடினின் மிகவும் அடர்த்தியான ஒரு வடிவமாகும், இது பொதுவாக குறைந்த படியெடுத்தல் செயல்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது. ஹெட்டிரோகுரோமாடின் நிலையானதாக (எப்போதும் அடர்த்தியாக இருப்பது, எடுத்துக்காட்டாக, சென்ட்ரோமியர்கள் மற்றும் டெலோமியர்களில்) அல்லது விருப்பத்திற்குரியதாக (செல் வகை அல்லது வளர்ச்சி நிலையைப் பொறுத்து மாறுபடக்கூடியது, எடுத்துக்காட்டாக, பெண் பாலூட்டிகளில் உள்ள செயலிழந்த X குரோமோசோம்) இருக்கலாம்.
இந்த வேறுபாடு, டிஎன்ஏ பொதிதல் என்பது வெறும் பௌதீகமானது மட்டுமல்ல, அது மரபணு ஒழுங்குமுறைக்கான ஒரு பொறிமுறையும்கூட என்பதைப் பிரதிபலிக்கிறது.
4. குரோமோசோம்களின் கட்டமைப்பு கூறுகள் : சென்ட்ரோமியர், டெலோமியர் மற்றும் நகலாக்கத் தொடக்க இடம்
ஒவ்வொரு யூகேரியோடிக் குரோமோசோமிலும் மரபணு நிலைத்தன்மையையும் மரபுவழிப் பரிமாற்றத்தையும் உறுதிசெய்யும் முக்கியப் பகுதிகள் உள்ளன:
சென்ட்ரோமியர் என்பது, செல் பிரிவின் போது குரோமோசோம்களை ஸ்பிண்டில் இழைகளுடன் இணைக்கும் புரத அமைப்புகளான கைனடோகோர்கள் உருவாகும் பகுதியாகும். சகோதரி குரோமாடிட்கள் முறையாகப் பிரிவதற்கு சென்ட்ரோமியர் இன்றியமையாதது.
டெலோமியர்கள் என்பவை குரோமோசோம்களின் முனைகள் ஆகும். இவை, டிஎன்ஏ-வின் குறிப்பிட்ட மீள்வரிசைகளையும் பாதுகாப்புப் புரதங்களையும் கொண்டுள்ளன. டெலோமியர்கள், குரோமோசோம் முனைகள் சேதமடைந்த டிஎன்ஏ-வாகக் கருதப்படுவதைத் தடுக்கின்றன மற்றும் குரோமோசோம்களுக்கு இடையேயான இணைப்பையும் தடுக்கின்றன. டிஎன்ஏ இரட்டிப்பாதலின் போது டெலோமியர்கள் சுருங்குகின்றன, மேலும் டெலோமரேஸ் என்ற நொதியானது சில செல்களில் அவற்றை நீளமாக்க வல்லது.
நகலாக்கத்தின் தொடக்கப் புள்ளி (ori) என்பது டிஎன்ஏ நகலாக்கத்தின் ஆரம்பப் புள்ளியாகும். யூகேரியோட்டுகளில், ஒரே குரோமோசோமில் பல ori-கள் உள்ளன, இது நகலாக்கம் மிகவும் விரைவாகவும் திறமையாகவும் நடைபெற அனுமதிக்கிறது.
5. உட்கருவில் உள்ள மரபணுத்தொகுதியின் முப்பரிமாணக் கட்டமைப்பு
செல் உட்கருவிற்குள் மரபணுத்தொகுப்பு சீரற்ற முறையில் அமைந்திருக்கவில்லை என்று நவீன ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன . டி.என்.ஏ முப்பரிமாண வெளியில் நிலைநிறுத்தப்பட்டு, மரபணு வெளிப்பாட்டில் செல்வாக்கு செலுத்துகிறது.
அ. குரோமோசோம் பகுதி
ஒவ்வொரு குரோமோசோமும் உட்கருவில் குரோமோசோம் பிரதேசம் எனப்படும் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியை ஆக்கிரமிக்க முனைகிறது. குரோமோசோம்களுக்கு இடையே இடைவினைகள் இருந்தாலும், இந்த பிராந்தியப் பிரிவானது ஒழுங்கைப் பராமரிக்கவும், அவை சிக்குவதைக் குறைக்கவும் உதவுகிறது.
b. சுழற்சி மற்றும் தொலைதூரத் தொடர்பு
குரோமாடின் வளையங்கள் உருவாவதன் மூலம், நேர்க்கோட்டில் தொலைவில் இருந்தாலும், இடரீதியாக நெருக்கமாக உள்ள மேம்படுத்திகளால் மரபணுக்களைச் செயல்படுத்த முடியும். CTCF மற்றும் கோஹெசின் கூட்டு போன்ற புரதங்கள் இந்த வளையங்களை உருவாக்குவதிலும் பராமரிப்பதிலும் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன.
c. TAD (இடவியல் ரீதியாக தொடர்புடைய களங்கள்)
மரபணுத்தொகுப்பு, TADகள் எனப்படும் இடைவினைக் களங்களாகவும் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது. இவை, மற்றப் பகுதிகளை விடத் தங்களுக்குள்ளேயே அடிக்கடி இடைவினை புரியும் டிஎன்ஏவின் பகுதிகளாகும். மேம்படுத்திகள் 'சரியான' மரபணுக்களைச் செயல்படுத்துவதை உறுதிசெய்யவும், தேவையற்றவை செயல்படுவதைத் தடுக்கவும் TADகள் உதவுகின்றன.
6. புறமரபியல்: டிஎன்ஏ வரிசையை மாற்றாமல் மரபணுக்களை ஒழுங்குபடுத்துதல்
யூகேரியோடிக் மரபணுத்தொகுதிகளின் அமைப்பு, டிஎன்ஏ மூலக்கூறு வரிசையை மாற்றாமல் மரபணு வெளிப்பாட்டைப் பாதிக்கும் மாற்றங்களான புறமரபணுவியல் பொறிமுறைகளால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது . இரண்டு முக்கிய பொறிமுறைகள் பின்வருமாறு:
– அசிடைலேஷன், மெத்திலேஷன், பாஸ்போரிலேஷன் மற்றும் யூபிகுவிடினேஷன் போன்ற ஹிஸ்டோன் மாற்றங்கள். ஹிஸ்டோன் அசிடைலேஷன் பொதுவாக குரோமாடினை மேலும் திறந்ததாக மாற்றி, படியெடுத்தலை அதிகரிக்கிறது, அதேசமயம் சில வகையான மெத்திலேஷன்கள், அந்த எச்சத்தின் இருப்பிடத்தைப் பொறுத்து படியெடுத்தலைச் செயல்படுத்தவோ அல்லது அடக்கவோ கூடும்.
– டிஎன்ஏ மெத்திலேற்றம் என்பது, விலங்குகளில் CpG சூழல்களில் உள்ள சைட்டோசின்களில் பொதுவாக நிகழும் ஒரு செயல்முறையாகும். டிஎன்ஏ மெத்திலேற்றம் பெரும்பாலும் படியெடுத்தல் ஒடுக்கம் மற்றும் ஹெட்டிரோகுரோமாடின் உருவாக்கம் ஆகியவற்றுடன் தொடர்புடையதாக உள்ளது.
மரபணு வெளிப்பாட்டின் வெவ்வேறு வடிவங்கள் மூலம், நரம்பு செல்கள், தசை செல்கள் மற்றும் இரத்த செல்கள் போன்ற வெவ்வேறு செயல்பாடுகளைக் கொண்ட பலதரப்பட்ட செல்களை, ஒரே மரபணுத்தொகுதி உருவாக்குவதற்கு புறமரபணுவியல் வழிவகுக்கிறது .
7. நுண்ணுறுப்பு மரபணுத்தொகுதிகள்: மைட்டோகாண்ட்ரியா மற்றும் பசுங்கணிகங்கள்
உட்கரு மரபணுத்தொகுதிக்குக் கூடுதலாக, யூகேரியோட்டுகள் மைட்டோகாண்ட்ரியல் மரபணுத்தொகுதிகளையும், தாவரங்களில் பசுங்கணிகங்களையும் கொண்டுள்ளன. செல் உறுப்பு மரபணுத்தொகுதிகள் பொதுவாக வட்ட வடிவமானவை மற்றும் பல சிற்றினங்களில் தாயிடமிருந்து மரபுவழியாகப் பெறப்படுகின்றன. மைட்டோகாண்ட்ரியாவில் உள்ள மரபணுக்களின் எண்ணிக்கை ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக இருந்தாலும், ஆற்றல் உற்பத்திக்கு அவற்றின் செயல்பாடு இன்றியமையாதது. சுவாரஸ்யமாக, முன்னர் இந்த செல் உறுப்புகளில் காணப்பட்ட பல மரபணுக்கள் பரிணாமத்தின் போது உட்கருவிற்கு இடம்பெயர்ந்துள்ளன, எனவே செல் உறுப்புகளின் செயல்பாடு பெரும்பாலும் உட்கரு மரபணுத்தொகுதியால் குறியிடப்பட்ட புரதங்களைச் சார்ந்துள்ளது.
8. உடல்நலம் மற்றும் பரிணாம வளர்ச்சிக்கான மரபணுத்தொகுதி அமைப்பின் தாக்கங்கள்
முறையான மரபணுத்தொகுதி அமைப்பு, மரபணு நிலைத்தன்மையை உறுதி செய்கிறது. டெலோமியர் சேதம், குரோமாட்டின் உருவாக்கத்தில் ஏற்படும் பிழைகள் அல்லது புறமரபணு ஒழுங்குமுறையில் ஏற்படும் சீர்குலைவு ஆகியவை புற்றுநோய் மற்றும் வளர்ச்சிக் குறைபாடுகள் உட்பட பல்வேறு நோய்களைத் தூண்டக்கூடும். உதாரணமாக, டி.என்.ஏ மெத்திலேற்ற முறைகளில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், புற்று மரபணுக்களைச் செயல்படுத்தலாம் அல்லது கட்டி அடக்கி மரபணுக்களைச் செயலிழக்கச் செய்யலாம். மேலும், இடமாற்றங்கள் போன்ற குரோமோசோம் அமைப்பில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், இரண்டு மரபணுக்களை இணைத்து, தீங்கு விளைவிக்கும் இணைவுப் புரதங்களை உருவாக்கக்கூடும்.
பரிணாமத்தில், மரபணுத்தொகுதியின் அமைப்பு மாறுபாடுகளுக்கு வழிவகுக்கிறது: மரபணு இரட்டித்தல், மரபணுக்கூட்டுச் சேர்க்கை, மற்றும் ஒழுங்குபடுத்தும் கூறுகளில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் ஆகியவை முழு அமைப்பையும் மாற்றாமல் புதிய செயல்பாடுகளை உருவாக்க முடியும். இவ்வாறு, பல அடுக்கு மரபணுத்தொகுதி அமைப்பின் மூலம் மரபணு வெளிப்பாட்டைத் துல்லியமாக ஒழுங்குபடுத்தும் திறனிலிருந்தே யூகேரியோட்டுகளின் சிக்கலான தன்மை பெருமளவில் உருவாகிறது.
முடிவுரை
யூக்கரியோடிக் செல்களில் உள்ள மரபணுத்தொகுதியின் அமைப்பு, நியூக்ளியோசோம்களை அடிப்படை அலகாகக் கொண்டு, யூக்ரோமாட்டின் மற்றும் ஹெட்டிரோக்ரோமாட்டின் உருவாக்கம் வழியாக, குரோமோசோம் பிரதேசங்கள் மற்றும் TADகள் போன்ற முப்பரிமாணக் கட்டமைப்புகள் வரை பரந்து விரிந்த, மிகவும் கட்டமைக்கப்பட்ட மற்றும் இயங்குதன்மை கொண்ட ஒரு அமைப்பாகும். இந்த அமைப்பின் அனைத்து நிலைகளும், செல்லின் தேவைகளுக்கு ஏற்ப டி.என்.ஏ சுருக்கப்படுவதையும், பாதுகாக்கப்படுவதையும், நகலெடுக்கப்படுவதையும், மரபுரிமையாகப் பெறப்படுவதையும், மற்றும் வெளிப்படுத்தப்படுவதையும் உறுதி செய்வதில் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கின்றன. உட்கருவிற்குள் உள்ள புறமரபணு வழிமுறைகள் மற்றும் இடஞ்சார்ந்த ஒழுங்குமுறை மூலம், யூக்கரியோடிக் செல்களால் நூற்றுக்கணக்கான முதல் ஆயிரக்கணக்கான மரபணுக்களைத் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடிகிறது. மரபணுத்தொகுதியின் அமைப்பைப் புரிந்துகொள்வது அடிப்படை உயிரியலுக்கு இன்றியமையாதது மட்டுமல்லாமல், நோய், முதுமை மற்றும் எதிர்கால உயிரித்தொழில்நுட்பப் புத்தாக்கங்களைப் புரிந்துகொள்வதற்கும் முக்கியமானது.
