התא הוא היחידה היסודית של אורגניזמים חיים על פני כדור הארץ ויש לו ארגון כימי מורכב של מבנים הנקראים אברונים. אלה כוללים את הגרעין, את המבנה והתפקודים שלו נלמד במאמר זה.
תכונות של גרעינים אוקריוטיים
תאים גרעיניים מכילים אברונים מעוגלים שאינם קרומיים, צפופים יותר מהקריופלזמה, ונקראים נוקלאולי או נוקלאולי. הם התגלו במאה ה-19. כעת נוקלאולים נחקרים לגמרי הודות למיקרוסקופ אלקטרוני. כמעט עד שנות ה-50 של המאה ה-20, תפקידי הנוקלאולי לא נקבעו, ומדענים ראו את האברון הזה, אלא, כמאגר של חומרי רזרבה המשמשים במהלך מיטוזה.
מחקר מודרני קבע שהאורגנואיד כולל גרגירים בעלי אופי נוקלאופרוטאין. יתרה מכך, ניסויים ביוכימיים אישרו שהאברון מכיל כמות גדולה של חלבונים. הם אלה שקובעים את הצפיפות הגבוהה שלו. בנוסף לחלבונים, הגרעין מכיל RNA וכמות קטנה של DNA.
מחזור התא
מעניין כי בחייו של תא, המורכב מתקופת מנוחה (אינטרפאזה) וחלוקה (מיוזיס - במין, מיטוזה - בתאים סומטיים), הנוקלאולים אינם נשמרים לצמיתות. אז, בשלב האינטרפאזה, הגרעין עם הגרעין, שתפקידיו הם שימור הגנום ויצירת אברונים המסינתזים חלבון, נמצאים בהכרח. בתחילת חלוקת התא, כלומר בפרופזה, הם נעלמים ומתהווים מחדש רק בסוף הטלופזה, נשארים בתא עד לחלוקה הבאה או עד לאפופטוזיס - מותו.
מארגן גרעיני
בשנות ה-30 של המאה הקודמת, מדענים גילו שהיווצרות נוקלאולי נשלטת על ידי חלקים מסוימים של כמה כרומוזומים. הם מכילים גנים האוגרים מידע על המבנה והתפקודים של הגרעין בתא. יש מתאם בין מספר המארגנים הגרעיניים לבין האברונים עצמם. לדוגמה, הצפרדע בעלת הטפרים מכילה בקריוטיפ שלה שני כרומוזומים היוצרים גרעיניים ובהתאם לכך, ישנם שני נוקלאולים בגרעיני התאים הסומטיים שלה.
מאחר שתפקודי הגרעין, כמו גם נוכחותו, קשורים קשר הדוק לחלוקת תאים וליצירת ריבוזומים, האברונים עצמם נעדרים ברקמות מוח מיוחדות מאוד, בדם, וגם בבלסטומרים של זיגוטה מוחצת.
Nucleol Amplification
בשלב הסינתטי של האינטרפאזה, יחד עם שכפול עצמי של DNA, יש שכפול מוגזם של מספר הגנים של rRNA. מכיוון שתפקידיו העיקריים של הגרעין הם ייצור ריבוזומים, מספר האברונים הללו גדל בחדות עקב סינתזה יתר של לוקוסים של DNA הנושאים מידע על RNA. נוקלאופרוטאין שאינם קשורים לכרומוזומים מתחילים לתפקד באופן אוטונומי. כתוצאה מכך נוצרים גרעינים רבים בגרעין, המרחיקים את עצמם מהכרומוזומים היוצרים גרעין. תופעה זו נקראת הגברה של rRNA. בהמשך לחקור את תפקודי הגרעין בתא, נציין שהסינתזה הפעילה ביותר שלהם מתרחשת בפרוזה של חלוקת ההפחתה של המיוזה, וכתוצאה מכך ביציות מסדר ראשון יכולות להכיל כמה מאות נוקלאולים.
המשמעות הביולוגית של תופעה זו מתבררת, בהתחשב בכך שבשלבים המוקדמים של העובר: ריסוק ופיצול, יש צורך במספר עצום של ריבוזומים כדי לסנתז את חומר הבניין העיקרי - חלבון. הגברה היא תהליך נפוץ למדי; היא מתרחשת באוגנזה של צמחים, חרקים, דו-חיים, שמרים, וגם בחלק מהפרוטיסטים.
הרכב ההיסטוכימי של האברון
בוא נמשיך במחקר של תאים אוקריוטיים ומבנים שלהם, ונחשוב על הגרעין, שהמבנה והתפקודים שלו קשורים זה בזה. ידוע שהוא מכיל שלושה סוגים של אלמנטים:
- נוקלונמה (תצורות חוטיות). הם הטרוגניים ומכילים סיבים וגושים. בהיותם חלק מתאי צמחים ובעלי חיים, נוקלאונמים יוצרים מרכזים פיברילרים. המבנה הציטוכימי והתפקודים של הגרעין תלויים גם בנוכחות של מטריצה בו - רשת של מולקולות חלבון תומכות של המבנה השלישוני.
- Vacuoles (אזורים בהירים).
- גרגירים גרגירים (נוקלאולינים).
מנקודת המבט של ניתוח כימי, אברון זה מורכב כמעט כולו מ-RNA וחלבון, וDNA ממוקם רק בפריפריה שלו, ויוצר מבנה בצורת טבעת - כרומטין perinucleolar.
לכן, קבענו שהגרעין מורכב מחמש תצורות: מרכזי פיבריל וגרגיר, כרומטין, רשת חלבון ורכיב פיברילרי צפוף.
סוגי נוקלאולי
המבנה הביוכימי של האברונים הללו תלוי בסוג התאים שבהם הם נמצאים, כמו גם במאפיינים של חילוף החומרים שלהם. ישנם 5 סוגים מבניים עיקריים של גרעין. הראשון - רשתית, הוא הנפוץ ביותר ומאופיין בשפע של חומר פיברילרי צפוף, גושים של נוקלאופרוטאין ונוקלאון. תהליך שכתוב המידע מהמארגנים הגרעיניים הוא מאוד פעיל, כך שמרכזי הפיברילרים נראים בצורה גרועה בשדה הראייה של המיקרוסקופ.
מאחר שתפקידיו העיקריים של הגרעין בתא הם סינתזה של תת-יחידות ריבוזומליות, מהן נוצרים אברונים המסנתזים חלבון, סוג הארגון הרטיקולרי טבוע בתאי הצומח והן בתאי החי. הסוג בצורת טבעת של נוקלאולי נמצא בתאי רקמת חיבור: לימפוציטים ואנדותליוציטים, שבהם גנים של rRNA כמעט אינם מתועתקים. נוקלאולים שיוריים מתרחשים בתאים שאיבדו לחלוטין את יכולת התמלול, כגון נורמובלסטים ואנטוציטים.
מינים מופרדים טבועים בתאים שחוו שיכרון עם חומרים מסרטנים, אנטיביוטיקה. ולבסוף, הסוג הקומפקטי של הגרעין מאופיין במרכזי פיבריל רבים וכמות קטנה שלnucleonem.
מטריקס גרעיני חלבון
בואו נמשיך בחקר המבנה הפנימי של מבני הגרעין ונקבע מהם תפקידיו של הגרעין במטבוליזם התא. ידוע שכ-60% מהמסה היבשה של אברון זה נובעים מהחלבונים המרכיבים את הכרומטין, חלקיקים ריבוזומליים, וגם מהחלבונים הגרעיניים עצמם. בואו נתעכב עליהם ביתר פירוט. חלק מהחלבונים מעורבים בעיבוד - יצירת RNA ריבוזמלי בוגר. אלה כוללים RNA פולימראז 1 ונוקלאז, המסירים שלישיות נוספות מקצות מולקולת ה-rRNA. החלבון הפיברילרי ממוקם ברכיב הפיברילרי הצפוף וכמו הנוקלאז, מבצע עיבוד. חלבון נוסף הוא נוקלאולין. יחד עם פיברילרין, הוא נמצא ב-PFC וב-FC של הנוקלאולי ובמארגנים הגרעיניים של הכרומוזומים של פרופאזה של מיטוזה.
פוליפפטיד כמו נוקלאופוזין ממוקם באזור הגרנול וברכיב הפיבריל הצפוף, הוא מעורב ביצירת ריבוזומים מתת-יחידות 40 S ו-60 S.
מה תפקידו של הגרעין
הסינתזה של RNA ריבוזומלי היא המשימה העיקרית שעל הגרעין לבצע. בשלב זה, שעתוק מתרחש על פני השטח שלו (כלומר, במרכזי פיברילרים) בהשתתפות האנזים RNA פולימראז. על מארגן גרעיני זה, מסונתזים מאות פרה-ריבוזומים, המכונים כדוריות ריבונוקלאופרוטאין. הם יוצרים תת-יחידות ריבוזומליות, אשר עוזבות את הקריופלזמה דרך הנקבוביות הגרעיניות ומגיעות לציטופלזמה של התא. תת-היחידה הקטנה 40S נקשרת ל-RNA שליח ורק אז אליהםיחידת המשנה הגדולה 40S מחוברת. נוצר ריבוזום בוגר, המסוגל לבצע תרגום - סינתזה של חלבונים תאיים.
במאמר זה, חקרנו את המבנה והתפקודים של הגרעין בתאי צמחים ובעלי חיים.
