🧬 ক্রোমাটিনের আণবিক সংগঠন (Molecular Organisation of Chromatin)
🔹 ১. নিউক্লিওজোম (Nucleosome):
ক্রোমোজোম সংগঠনের প্রাথমিক স্তর হল নিউক্লিওসোম।
নিউক্লিয়াসের (Nucleus) ভিতরে, DNA ডাবল হেলিক্স (Double helix) কোনও র্যান্ডম পদ্ধতিতে নয়, বরং নিয়মিত ও সংগঠিতভাবে কোয়েল্ড (Coiled) থাকে।
👉 কেন প্রয়োজন?
একটি ক্রোমোজোম যার দৈর্ঘ্য হতে পারে কয়েক মিলিমিটার থেকে কয়েক সেন্টিমিটার, তা মাত্র কয়েক মাইক্রোমিটার ব্যাসের নিউক্লিয়াসের ভিতরে ফিট করানোর জন্য বিভিন্ন স্তরের DNA প্যাকিং (DNA packing) প্রয়োজন হয়।
🔹 ২. নিউক্লিওসোম গঠন (Structure of Nucleosome):
- নিউক্লিওসোমের গঠন প্রথমে আডা ও ডোনাল্ড ওলিন্স (Ada and Donald Olins) আবিষ্কার করেন। তখন একে u-bodies বলা হতো।
- নিউক্লিওজোম গঠিত:
- একটি হিস্টোন অক্টামার (Histone octamer) – অর্থাৎ ৮টি হিস্টোন প্রোটিন
- একটি লিঙ্কার হিস্টোন H1 (Linker Histone H1)
- প্রায় ১৪৬ বেজ পেয়ার (base pairs) ডিএনএ, যা হিস্টোনের চারপাশে 1¾ বার কয়েল্ড (supercoiled) হয়ে থাকে
🔸 হিস্টোন অক্টামারে থাকে:
২টি করে H2A, H2B, H3, এবং H4 হিস্টোন
→ অর্থাৎ মোট ৮টি হিস্টোন = "অক্টামার"
📏 আকৃতি:
- হিস্টোন অক্টামার দেখতে সিলিন্ডার (Cylindrical) আকৃতির
- ব্যাস (Diameter) ≈ 11 nm
- পুরুত্ব (Thickness) ≈ 5.7 nm
🔹 ৩. ক্রোমাটোজোম (Chromatosome):
হিস্টোন অক্টামারের সঙ্গে যুক্ত DNA ও H1 হিস্টোন মিলিয়ে তৈরি হয় ক্রোমাটিনের একটি উপ-একক (subunit) – একে বলা হয় Chromatosome।
Chromatosome = Nucleosome + একটি linker histone (H1) যা DNA এর প্রবেশ ও প্রস্থান স্থানে অবস্থান করে
DNA কে আরও স্থিতিশীলভাবে বেঁধে রাখে এবং পরবর্তী স্তরের গঠন (30 nm fiber) এর ভিত্তি গড়ে
🔹 ৪. লিঙ্কার DNA (Linker DNA):
- একেকটি নিউক্লিওজোম একে অপরের সঙ্গে লিঙ্কার DNA দ্বারা যুক্ত থাকে।
- এটি সাধারণত হয় প্রায় ৬০ বেস পেয়ার দীর্ঘ।
- তাই, প্রতিটি নিউক্লিওজোম ইউনিটে মোট DNA ≈ ২০০ বেস পেয়ার (146+60 bp)।
Nucleosome = Core only
(Just 8 histones + 146 bp DNA)
Chromatosome = Nucleosome + H1 histone
(Adds extra 20 bp, becomes ~166 bp)
🔹 ৫. নিউক্লিওজোম বিন্যাস (Arrangement):
ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপে এই গঠনকে দেখা যায় "মনির মালার মতো (Beads on a string)":
- Beads → নিউক্লিওজোম
- String → লিঙ্কার DNA (নগ্ন বা uncoiled DNA)
🔬 EM-তে 10 nm ফাইবার হিসেবে দেখা যায়
🔹 ৬. হিস্টোনের ভৌত বৈশিষ্ট্য (Histone Structure Details):
🔸 কোর অংশ (Core region):
- হিস্টোনের হাইড্রোফোবিক (Hydrophobic) ও Uncharged অংশ কোরে থাকে → এটি ঘনভাবে জোট (tight aggregation) তৈরি করে।
🔸 বাইরের অংশ (Tails):
- পোলার ও ক্ষারীয় অ্যামিনো অ্যাসিড যুক্ত অংশ থাকে বাইরে, যেখানে ধনাত্মক চার্জযুক্ত রেসিডু (Positively charged residues) থাকে।
- এই অংশগুলো DNA-র ঋণাত্মক চার্জযুক্ত ফসফেট ব্যাকবোনের সঙ্গে আয়নিক বন্ধন (Ionic interaction) গঠন করে।
🔹 ৭. ডকিং প্যাড ও এক্সপোজার (Docking pads and Accessibility):
- হিস্টোন অক্টামারের বাইরের অংশে থাকে "ডকিং প্যাড" (Docking pads), যেখানে DNA হেলিক্সের দুই স্ট্র্যান্ড যুক্ত হয়।
- যদিও DNA ভেতরের দিকে হিস্টোনের সঙ্গে ঘনভাবে আবদ্ধ (Tightly bound), তবুও বাইরের দিকটি খোলা (Exposed) থাকে যাতে বিভিন্ন রেগুলেটরি মলিকিউল (Regulatory molecules) এর সঙ্গে ইন্টার্যাক্ট করতে পারে।
🔹 ৮. ফাংশনাল গুরুত্ব (Functional Importance):
- নিউক্লিওসোম গঠনের মাধ্যমে DNA তিন ভাগে সংকুচিত (Condensed to 1/3 length) হয়।
- জিন এক্সপ্রেশন (Gene expression) এর সময় ক্রোমাটিনের অঞ্চলগুলো উচ্চতর কোয়েলড অবস্থা থেকে নিচতর অবস্থায় রূপান্তর হয় যাতে DNA অ্যাকসেসযোগ্য (Accessible) হয়।
✅ সারসংক্ষেপ টেবিল (Summary Table):
| অংশ | ইংরেজি টার্ম | কাজ |
|---|---|---|
| নিউক্লিওজোম | Nucleosome | DNA-এর প্রাথমিক প্যাকিং ইউনিট |
| হিস্টোন অক্টামার | Histone octamer | ৮টি হিস্টোন মিলে গঠিত কোর |
| লিঙ্কার ডিএনএ | Linker DNA | নিউক্লিওজোমগুলোকে সংযুক্ত করে |
| ক্রোমাটোজোম | Chromatosome | হিস্টোন অক্টামার + H1 + 146 bp DNA |
| Docking Pads | ডকিং প্যাড | DNA যুক্ত হয় হিস্টোনে |
| Beads on a string | মনির মালা | নিউক্লিওসোম + লিঙ্কার DNA এর বিন্যাস |
| Condensation | সংকোচন | DNA দৈর্ঘ্য ১/৩ কমানো হয় |
💡 মজার তথ্য: মানব জিনোমে প্রায় ৩০ মিলিয়ন নিউক্লিওজোম থাকে! প্রতিটি কোষে এই বিশাল সংখ্যক নিউক্লিওজোম DNA-কে সুসংগঠিতভাবে প্যাকেজড করে রাখে।
🧬 ২. ক্রোমাটিনের উচ্চতর সংগঠন (Higher Level of Chromatin Organization)
🔹 ক) নিউক্লিওসোম স্তরের পরবর্তী স্তর: ৩০ ন্যানোমিটার ফাইবার (30 nm fibre)
- বাস্তবে, ক্রোমাটিন শুধু "Beads on a string" অবস্থায় থাকে না।
- নিউক্লিওসোমের (10 nm fibre) আরও ঘনভাবে প্যাকিং (compaction) হয়ে তৈরি হয় একটি নতুন স্তর — 30 nm chromatin fibre।
📌 বৈশিষ্ট্য:
- এটি ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপে দেখা যায়।
- এতে প্রতি মোচড়ে থাকে ৬টি নিউক্লিওসোম।
- এই গঠনকে প্রাথমিকভাবে বলা হত "Solenoid model"।
🔸 Histone H1-এর ভূমিকা:
- Histone H1 হলো লিঙ্কার হিস্টোন, যা ৩০ nm ফাইবার তৈরিতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রাখে।
- H1 না থাকলে, ডিএনএ কেবলমাত্র ১০ nm ফাইবার পর্যন্ত প্যাক হয়, ৩০ nm হয় না।
- যদিও H1 কিভাবে কাজ করে, তা এখনো পুরোপুরি বোঝা যায়নি।
🔹 খ) আরও উচ্চ স্তরের সংকোচন (Further Condensation):
30 nm ফাইবার দিয়ে মেয়াদি লুপ (Looped domains) তৈরি হয়, যা:
- একটি ঘন প্রোটিন কাঠামো (condensed protein lattice) থেকে প্রসারিত হয়
- প্রতিটি লুপে থাকে দশ হাজার থেকে কয়েক লক্ষ বেজ পেয়ার DNA (Tens to hundreds of kilobase pairs)
এভাবে আরও স্তর তৈরি হয়:
- Looped domains → 300 nm chromatin fibre
- 300 nm fibre → Coiled into chromosome arms (chromatid)
🔸 মাইটোটিক ক্রোমোজোম (Mitotic chromosome) এ সংকোচনের স্তর:
| স্তর | ব্যাস (Diameter) | সংগঠনের স্তর |
|---|---|---|
| DNA ডাবল হেলিক্স | 2 nm | মূল জিনগত উপাদান |
| নিউক্লিওজোম ফাইবার | 10 nm | Beads on string |
| ৩০ nm ফাইবার | 30 nm | Solenoid/coiling |
| লুপড ডোমেইন | 300 nm | আরও সংকোচন |
| ক্রোমাটিড | 700 nm | Metaphase chromosome |
🔹 Interphase vs Metaphase chromosomes:
| ধাপ | ব্যাস | সংগঠনের মাত্রা |
|---|---|---|
| Interphase chromosome | 300 nm | তুলনামূলকভাবে ঢিলা (loosely packed) |
| Metaphase chromatid | 700 nm | অত্যন্ত ঘনভাবে প্যাক (Highly condensed) |
🔹 গবেষণার ফলাফল (Research findings):
🧪 Timothy Richmond (1997) এবং তার দলের গবেষণায় দেখা যায়:
- X-ray diffraction বিশ্লেষণে নিউক্লিওজোমে কিছু হিস্টোন টেইল (Histone tails) থাকে যেগুলো পুরোপুরি গঠিত অংশে প্যাক নয়।
- এই টেইল অংশগুলো আশেপাশের নিউক্লিওজোম বা ডিএনএর সঙ্গে পারস্পরিক ক্রিয়া (interaction) করে।
🔹 সংকোচনের হার (Packing ratio):
- সম্পূর্ণ DNA → Mitotic chromosome-এ রূপান্তরের সময় packing ratio ≈ 500:1
- অর্থাৎ DNA যত লম্বা, সেটি মাত্র ১/৫০০ অংশের স্থানে সংরক্ষিত হয়।
- তবে বর্তমান মডেল (10 → 30 → 300 nm) ব্যাখ্যা করে মাত্র ≈ 50:1 পর্যন্ত, অর্থাৎ আরও কিছু অজানা স্তর থাকতে পারে যা এখনো আবিষ্কৃত হয়নি।
✅ সারসংক্ষেপ টেবিল (Summary Table):
| স্তর | গঠন (Structure) | ব্যাস | বৈশিষ্ট্য |
|---|---|---|---|
| DNA Helix | ডাবল হেলিক্স | 2 nm | মূল জিনগত উপাদান |
| Nucleosome | Beads on string | 10 nm | হিস্টোন অক্টামারে DNA মোড়ানো |
| 30 nm fibre | Solenoid model | 30 nm | H1 দ্বারা সহায়তাপ্রাপ্ত সংক্ষিপ্ত গঠন |
| Looped domains | 300 nm fibre | 300 nm | বহু kb DNA এর লুপ |
| Chromatid | Full metaphase | 700 nm | সর্বাধিক সংকুচিত অবস্থা |
🔬 গবেষণা তথ্য: মানব ক্রোমোজোম 1 (সবচেয়ে বড় ক্রোমোজোম) এর DNA যদি সম্পূর্ণ প্রসারিত করা হয়, তাহলে এর দৈর্ঘ্য হবে প্রায় 8.5 সেন্টিমিটার! কিন্তু মাইটোসিসের সময় এটি মাত্র 10 মাইক্রোমিটার জায়গায় প্যাক করা থাকে।
🧬 Special Types of Chromosomes (বিশেষ ধরনের ক্রোমোজোম)
এগুলো এমন কিছু ক্রোমোজোম যা আকারে অস্বাভাবিকভাবে বড় এবং গঠন ও কার্যকলাপে ভিন্ন রকম। এগুলোকে আলোচনার মূলধারায় আনা হয় কারণ এদের মাধ্যমে আমরা জিন (gene) গঠনের ধরন এবং কিভাবে জিন কাজ করে, সেটা সরাসরি দেখতে পারি।
দুই ধরনের গুরুত্বপূর্ণ বিশেষ ক্রোমোজোম:
- Polytene Chromosomes
- Lampbrush Chromosomes
1️⃣ Polytene Chromosomes (পলিটিন ক্রোমোজোম)
🧪 কীভাবে তৈরি হয়?
- সাধারণত কোষ বিভাজনের সময় DNA replicate করে এবং তারপরে chromatids আলাদা হয়ে দুইটি কোষে চলে যায়।
- কিন্তু পলিটিন ক্রোমোজোমে ঘটে Endomitosis – DNA অনেকবার replicate করে, কিন্তু কোনো বিভাজন হয় না (no cytokinesis), এবং strands একসঙ্গে লেগে থাকে।
- এর ফলে 1,000 থেকে 5,000 টি DNA strand একটি ক্রোমোজোমে থাকে, এবং আকারে অনেক বড় হয়।
🧬 কাঠামো (Structure):
- Bands (গাঢ় অংশ) ও Interbands (ফাঁকা অংশ): DNA বিভিন্ন ঘনত্বে থাকার ফলে এই প্যাটার্ন তৈরি হয়।
- Chromomeres: প্রতিটি ব্যান্ডের ক্ষুদ্র একক
- Somatic Pairing: দুইটি homologous chromosome সারাজীবন একসঙ্গে লেগে থাকে (যা সাধারণত meiosis-এ হয়)
🔄 Puff বা Balbiani Ring:
- যে ব্যান্ডগুলো active gene বহন করে, সেগুলো uncoil হয় এবং একটি ফোলা অংশ তৈরি করে যাকে বলে puff বা Balbiani ring।
- এই অংশে RNA synthesis (Transcription) হয় → প্রমাণ: ³H-uridine radio-labelling করে দেখা যায় RNA তৈরি হচ্ছে।
📌 কোথায় পাওয়া যায়?
| Organism | Tissue |
|---|---|
| Drosophila (fruit fly) | Salivary gland, Malpighian tubules |
| কিছু প্রোটোজোয়া | যেমন Amoeba |
| কিছু উদ্ভিদ | যেমন Tradescantia |
💡 উপকারিতা:
- Gene expression সরাসরি দেখা যায়
- বিভিন্ন gene কোন সময়ে কাজ করছে তা নির্ধারণ করা যায়
- উন্নত জিনগত ম্যাপিং করা সম্ভব
🔬 Lampbrush Chromosomes (ল্যাম্পব্রাশ ক্রোমোজোম)
🧪 প্রথম আবিষ্কার:
- Rückert (1892) সর্বপ্রথম shark-এর oocyte (ডিম্বাণু)-তে এই ধরনের ক্রোমোজোম আবিষ্কার করেন।
- দেখতে অনেকটা কেরোসিন ল্যাম্প পরিষ্কার করার ব্রাশের মতো হওয়ায় একে Lampbrush chromosome বলা হয়।
📍 কোথায় পাওয়া যায়?
| জীব | কোষের ধরন |
|---|---|
| উভচর (যেমন সালামান্ডার, ব্যাঙ) | Oocyte (ডিম্বাণু) |
| মাছ ও পাখি | Developing oocyte |
| কিছু পতঙ্গ | Spermatocyte |
→ এগুলো মূলত meiosis-এর Prophase I পর্যায়ে পাওয়া যায়, বিশেষ করে diplotene stage-এ।
🧬 গঠন (Structure):
- Bivalent Chromosome:
- এগুলো হল homologous chromosomes (মাতৃ ও পিতৃ ক্রোমোজোম) যেগুলো chiasmata দিয়ে যুক্ত থাকে — যেখানে পূর্বে crossing over হয়েছে।
- Chromomeres:
- Linear chromosome axis বরাবর থাকে অনেকগুলো গাঢ় condensed অংশ, যাকে বলা হয় chromomeres। প্রতিটি chromomere-এ দুটো DNA double helix থাকে।
- Lateral Loops:
- প্রতিটি chromomere থেকে দুই পাশে loops বের হয় (দেখতে অনেকটা হাতলের মতো)।
- প্রতিটি লুপে থাকে একটি DNA double helix।
- প্রতি ক্রোমোজোম সেটে এমন প্রায় ১০,০০০টি লুপ থাকে
🎯 কার্যপ্রণালী (Function):
- Loops হলো RNA synthesis-এর active site — অর্থাৎ এখানেই Transcription (DNA থেকে RNA তৈরি) হয়।
- এই লুপগুলো দেখতে অনেকটা Polytene Chromosome-এর Puff-এর মতো, যেখানে জিন সক্রিয় থাকে।
- এই লুপের উপস্থিতি নির্দেশ করে যে, lampbrush chromosome অত্যন্ত transcriptionally active, অর্থাৎ অনেক বেশি পরিমাণে RNA তৈরি করে।
🧭 আকার ও পরিবর্তন:
| পর্ব | দৈর্ঘ্য |
|---|---|
| Diplotene (Meiosis I) | 500 – 800 µm |
| অন্যান্য পর্বে | 15 – 20 µm |
→ অর্থাৎ, meiosis-এর সময় যখন কোষের RNA চাহিদা বেশি থাকে, তখন ক্রোমোজোম অনেকখানি uncoil হয়ে লম্বা হয়।
🔄 কেন এটা গুরুত্বপূর্ণ?
- এই ধরনের ক্রোমোজোম gene expression-এর সরাসরি প্রমাণ দেয়।
- কিভাবে একেকটি জিন ট্রান্সক্রিপশন করে, সেটা বোঝা যায়।
- এটি দেখায় যে gene activity এবং chromatin structure কতটা ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।
🔬 তুলনা (Lampbrush vs Polytene Chromosome)
| বৈশিষ্ট্য | Lampbrush | Polytene |
|---|---|---|
| অবস্থান | Oocyte (Meiosis I) | Somatic cell (larvae) |
| কার্যপ্রবাহ | RNA synthesis in loops | RNA synthesis in puffs |
| গঠন | Chromomeres + lateral loops | Bands + puffs |
| Repetition | নেই, meiosis-এ স্বাভাবিক | Endomitosis, বহু DNA strand |
| Visualization | Light microscope-এ দেখা যায় | Light microscope-এ দেখা যায় |
📌 সংক্ষেপে:
Lampbrush chromosomes হল meiosis-এর সময় দেখা বিশেষ বড় আকৃতির ক্রোমোজোম, যেগুলোর lateral loops থেকে প্রচুর পরিমাণে RNA তৈরি হয়। এগুলোর গঠন ও কার্যকলাপ gene regulation বুঝতে অসাধারণ মডেল হিসেবে ব্যবহৃত হয়।