سیناپس چیست؟ تعریف، عملکرد و اهمیت آن در تقسیم سلولی

سیناپس یا سندزیس، به جفت شدن طولی کروموزوم‌های همولوگ (مشابه) گفته می‌شود. این فرآیند حیاتی، بیشتر در مرحله پروفاز I میوز I رخ می‌دهد. در این مرحله، یک کمپلکس پروتئینی به نام کمپلکس سیناپتونمال، کروموزوم‌های همولوگ را به هم متصل می‌کند.

کروماتیدها در این مرحله در هم تنیده شده و با شکستن و تبادل قطعات با یکدیگر، فرآیندی به نام عبور متقاطع (Crossing-over) را انجام می‌دهند. محل عبور متقاطع، ساختاری X شکل به نام کیاسما را تشکیل می‌دهد. سیناپس، کروموزوم‌های همولوگ را سازماندهی می‌کند تا در میوز I از هم جدا شوند.

عبور متقاطع در طول سیناپس، نوعی نوترکیبی ژنتیکی است که در نهایت گامت‌هایی را تولید می‌کند که دارای اطلاعات ژنتیکی از هر دو والد هستند و تنوع ژنتیکی را افزایش می دهند.

نکات کلیدی: سیناپس چیست؟

• سیناپس، جفت شدن کروموزوم‌های همولوگ قبل از جدا شدن آنها به سلول‌های دختر است. این فرآیند با نام سندزیس نیز شناخته می‌شود.
• سیناپس در مرحله پروفاز I میوز I رخ می‌دهد. علاوه بر تثبیت کروموزوم‌های همولوگ برای جداسازی صحیح، سیناپس تبادل مواد ژنتیکی بین کروموزوم‌ها را تسهیل می‌کند.
• عبور متقاطع در طول سیناپس رخ می‌دهد. ساختاری X شکل به نام کیاسما در محل همپوشانی بازوهای کروموزوم‌ها تشکیل می‌شود. DNA در کیاسما شکسته شده و مواد ژنتیکی از یک کروموزوم همولوگ با کروموزوم دیگر مبادله می‌شود. این تبادل، نقش مهمی در ایجاد تنوع ژنتیکی دارد.

سیناپس به طور دقیق

با شروع میوز، هر سلول حاوی دو نسخه از هر کروموزوم است – یکی از هر والد. در پروفاز I، دو نسخه متفاوت از هر کروموزوم (کروموزوم‌های همولوگ) یکدیگر را پیدا کرده و به هم متصل می‌شوند تا بتوانند به صورت موازی روی صفحه متافاز قرار گیرند و در نهایت به دو سلول دختر جدا شوند.

یک ساختار پروتئینی روبان‌مانند به نام کمپلکس سیناپتونمال تشکیل می‌شود. کمپلکس سیناپتونمال به صورت یک خط مرکزی است که توسط دو خط جانبی احاطه شده است. این خطوط جانبی به کروموزوم‌های همولوگ متصل هستند. این کمپلکس، سیناپس را در یک حالت ثابت نگه می‌دارد و چارچوبی را برای تشکیل کیاسما و تبادل مواد ژنتیکی در عبور متقاطع فراهم می‌کند.

کروموزوم‌های همولوگ و کمپلکس سیناپتونمال، ساختاری به نام بی‌والان را تشکیل می‌دهند. پس از اتمام عبور متقاطع، کروموزوم‌های همولوگ به کروموزوم‌هایی با کروماتیدهای نوترکیب جدا می‌شوند. این نوترکیبی، باعث ایجاد تنوع ژنتیکی در نسل بعد می‌شود.

عملکردهای سیناپس

وظایف اصلی سیناپس در انسان، سازماندهی کروموزوم‌های همولوگ برای تقسیم مناسب و تضمین تنوع ژنتیکی در فرزندان است. به عبارت دیگر، سیناپس تضمین می‌کند که هر سلول دختری، مجموعه کاملی از کروموزوم‌ها را دریافت کند و همچنین با ایجاد تنوع ژنتیکی، به بقای گونه کمک می‌کند.

در برخی از موجودات، به نظر می‌رسد که عبور متقاطع در طول سیناپس، ساختار بی‌والان را تثبیت می‌کند. با این حال، در مگس سرکه (Drosophila melanogaster) و برخی از نماتدها (Caenorhabditis elegans)، سیناپس با نوترکیبی میوز همراه نیست. این نشان می‌دهد که عملکرد سیناپس ممکن است در موجودات مختلف، متفاوت باشد.

خاموش‌سازی کروموزومی

گاهی اوقات در طول فرآیند سیناپس، مشکلاتی رخ می‌دهد. در پستانداران، مکانیزمی به نام خاموش‌سازی کروموزومی سلول‌های معیوب میوزی را حذف کرده و ژن‌های آن‌ها را "خاموش" می‌کند.

خاموش‌سازی کروموزومی از محل شکستگی‌های دو رشته‌ای در مارپیچ DNA آغاز می‌شود. این مکانیزم، یک فرایند کنترلی است که از انتقال ژن‌های معیوب به نسل بعد جلوگیری می‌کند و به حفظ سلامت ژنتیکی کمک می‌کند.

پرسش‌های رایج درباره سیناپس

کتاب‌های درسی معمولاً توضیحات و تصاویر مربوط به سیناپس را ساده می‌کنند تا به دانش‌آموزان در درک مفاهیم اساسی کمک کنند. با این حال، این ساده‌سازی گاهی اوقات منجر به سردرگمی می‌شود.

یکی از رایج‌ترین سؤالاتی که دانش‌آموزان می‌پرسند این است که آیا سیناپس فقط در نقاط منفرد روی کروموزوم‌های همولوگ رخ می‌دهد؟ در واقع، کروماتیدها ممکن است کیاسماهای متعددی را تشکیل دهند که شامل هر دو مجموعه بازوهای همولوگ باشد. زیر میکروسکوپ الکترونی، جفت کروموزوم‌ها در چندین نقطه درهم‌تنیده و متقاطع به نظر می‌رسند.

حتی کروماتیدهای خواهری نیز ممکن است عبور متقاطع را تجربه کنند، اگرچه این امر منجر به نوترکیبی ژنتیکی نمی‌شود، زیرا این کروماتیدها ژن‌های یکسانی دارند. گاهی اوقات سیناپس بین کروموزوم‌های غیر همولوگ رخ می‌دهد. وقتی این اتفاق می‌افتد، یک قطعه کروموزومی از یک کروموزوم جدا شده و به کروموزوم دیگر متصل می‌شود. این امر منجر به جهشی به نام جابه‌جایی (translocation) می‌شود.

سؤال دیگری که مطرح می‌شود این است که آیا سیناپس در پروفاز II میوز II یا در پروفاز میتوز رخ می‌دهد؟ در حالی که میوز I، میوز II و میتوز همگی شامل پروفاز هستند، سیناپس محدود به پروفاز I میوز است، زیرا این تنها زمانی است که کروموزوم‌های همولوگ با یکدیگر جفت می‌شوند.

استثنائات نادری وجود دارد که عبور متقاطع در میتوز رخ می‌دهد. این امر می‌تواند به عنوان یک جفت‌شدگی کروموزومی تصادفی در سلول‌های دیپلوئید غیرجنسی یا به عنوان یک منبع مهم تنوع ژنتیکی در برخی از انواع قارچ‌ها رخ دهد. در انسان، عبور متقاطع میتوزی ممکن است اجازه بیان جهش یا ژن‌های سرطانی را بدهد که در غیر این صورت سرکوب می‌شدند.