הגרעין בתא איקריוטי הוא האברון המרכזי שבו תלויים פעילות חיונית ותהליכים סינתטיים. חלק ניכר מתכולת הגרעין מיוצג על ידי מולקולות DNA חוטיות בדרגות דחיסה שונות בשילוב עם חלבונים. אלה הם אאוכרומטין (DNA מעובה) והטרוכרומטין (חתיכות דנ א ארוזות בצפיפות).
אאוכרומטין ממלא תפקיד חשוב בחיי התא. הוא קורא את ה"הוראה" להרכבה של חומצה ריבונוקלאית (RNA), שהופכת לבסיס לסינתזה של מולקולות פוליפפטיד.
האם לכולם יש ליבה?
כל היצורים החיים, מהקטנים ביותר ועד הענקים, מסופקים במידע גנטי בצורה של חומצה דאוקסיריבונוקלאית. ישנן שתי צורות שונות מהותית של ייצוג זה בתאים:
- לאורגניזמים פרוקריוטיים (קדם-גרעיניים) יש תאים שאינם מחולקים. המאגר של ה-DNA המעגלי היחיד שאינו קשור לחלבונים הוא רק תיקוןציטופלזמה הנקראת נוקלואיד. שכפול חומצות גרעין וסינתזת חלבון מתרחשים בפרוקריוטים בחלל תא בודד. לא נראה אותם בעין בלתי מזוינת, כי הנציגים של קבוצת האורגניזמים הזו הם מיקרוסקופיים, בגודל של עד 3 מיקרון, חיידקים.
- אורגניזמים אוקריוטיים מאופיינים במבנה תאים מורכב יותר, שבו מידע תורשתי מוגן על ידי ממברנה כפולה של הגרעין. מולקולות DNA ליניאריות, יחד עם חלבוני היסטון, יוצרות כרומטין, המייצר RNA באופן פעיל בעזרת קומפלקסים של פוליאנזים. סינתזת חלבון מתרחשת בציטופלזמה על ריבוזומים.
ניתן לראות את הגרעין שנוצר בתאים אאוקריוטיים במהלך השלב הבין-פאזי. הקריופלזמה מכילה עמוד שדרה של חלבון (מטריקס), קומפלקסים של נוקלאולי ונוקלאופרוטאין המורכבים מקטעים של הטרוכרומטין ואוכרומטין. מצב זה של הגרעין נמשך עד לתחילת חלוקת התא, כאשר הממברנה והנוקלאולי נעלמים, והכרומוזומים מקבלים צורה דמוית מוט קומפקטי.
עיקרי בליבה
המרכיב העיקרי של תוכן הגרעין, הכרומטין, הוא החלק הסמנטי שלו. תפקידיו כוללים אחסון, יישום והעברה של מידע גנטי על תא או אורגניזם. החלק המשוכפל ישירות של הכרומטין הוא אוכרומטין, הנושא נתונים על מבנה החלבונים וסוגים שונים של RNA.
שאר החלקים של הגרעין מבצעים פונקציות עזר, מספקים את התנאים המתאימים ליישום מידע גנטי:
- נוקלאולי -אזורים דחוסים של תוכן גרעיני הקובעים את האתרים לסינתזה של חומצות ריבונוקלאיות לריבוזומים;
- מטריקס חלבון מארגנת את סידור הכרומוזומים ואת כל תוכן הגרעין, שומרת על צורתו;
- הסביבה הפנימית הנוזלית למחצה של הגרעין, הקריופלזמה, מבטיחה הובלה של מולקולות וזרימה של תהליכים ביוכימיים שונים;
- המעטפת הדו-שכבתית של הגרעין, הקריולמה, מגנה על החומר הגנטי, מספקת הולכה דו-צדדית סלקטיבית של מולקולות ותסביכים מולקולריים עקב נקבוביות גרעיניות מורכבות.
מה המשמעות של כרומטין
כרומטין קיבל את שמו בשנת 1880 הודות לניסויים של פלמינג בתצפית על תאים. העובדה היא שבמהלך קיבוע וצביעה, חלקים מסוימים של התא באים לידי ביטוי היטב ("כרומטין" פירושו "מוכתם"). מאוחר יותר התברר כי רכיב זה מיוצג על ידי DNA עם חלבונים, אשר, בשל תכונותיו החומציות, תופס באופן פעיל צבעים אלקליין.
כרומוזומים מוכתמים נראים בחלק המרכזי של התא בתמונה, ויוצרים לוח מטאפאזה.
צורות קיום DNA
בתאי אורגניזמים אוקריוטיים, קומפלקסי הנוקלאופרוטאין של כרומטין יכולים להיות בשני מצבים.
- בתהליך חלוקת התא, ה-DNA מגיע לסיבוב המרבי שלו ומיוצג על ידי כרומוזומים מיטוטיים. כל גדיל יוצר כרומוזום נפרד.
- במהלך השלב הבין-פאזי, כאשר ה-DNA של התא מפוקע הכי הרבה, הכרומטין מתמלא באופן שווהחלל של הגרעין או יוצר גושים הנראים במיקרוסקופ אור. מרכזי כרומומרכזים כאלה מתגלים לעתים קרובות יותר ליד הממברנה הגרעינית.
מצבים אלה חלופיים זה לזה, כרומוזומים דחוסים לחלוטין אינם נשמרים ב-interphase.
אאוכרומטין והטרוכרומטין
אינטרפאזי כרומטין הוא כרומוזום שאיבד את צורתו הקומפקטית. הלולאות שלהם משוחררות, וממלאות את נפח הגרעין. קיים קשר ישיר בין מידת הפירוק לפעילות התפקודית של הכרומטין.
חלקיו, "פרומים" לחלוטין, נקראים כרומטין מפוזר או פעיל. זה כמעט בלתי נראה תחת מיקרוסקופ אור לאחר צביעה. הסיבה לכך היא שסליל ה-DNA הוא רק בעובי של 2 ננומטר. השם השני שלו הוא euchromatin.
מצב זה מספק למתחמים אנזימטיים גישה למקטעי DNA סמנטיים, התקשרותם ותפקודם החופשיים. המבנה של RNA שליח (שעתוק) נקרא מאזורים מפוזרים על ידי פולימראזות RNA, או שה-DNA עצמו מועתק (שכפול). ככל שהפעילות הסינתטית של התא גבוהה יותר כרגע, כך גדל שיעור האאוכרומטין בגרעין.
חלקים מפוזרים של כרומטין מתחלפים עם אזורים קומפקטיים, מעוותים בצורה שונה, של הטרוכרומטין. בשל הצפיפות הגדולה יותר, הטרוכרומטין מוכתם נראה בבירור בגרעינים בין-פאזיים.
האיור מציג כרומטין בדרגות דחיסה שונות:
- 1 - מולקולת DNA דו-גדילית;
- 2 - היסטוןחלבונים;
- 3 - DNA עטוף סביב קומפלקס ההיסטונים במשך 1.67 סיבובים יוצר נוקלאוזום;
- 4 - סולנואיד;
- 5 - כרומוזום בין-פאזי.
דקויות ההגדרה
אוכרומטין בנקודת זמן מסוימת עשוי שלא להיות מעורב בתהליכים סינתטיים. במקרה זה, הוא נמצא באופן זמני במצב קומפקטי יותר וניתן לטעות בו כהטרוכרומטין.
הטרוכרומטין אמיתי, הוא נקרא גם מכונן, אינו נושא עומס סמנטי ומתפרק רק בתהליך השכפול. ה-DNA במקומות אלו מכיל רצפים קצרים וחוזרים שאינם מקודדים לחומצות אמינו. בכרומוזומים מיטוטיים, הם נמצאים באזור ההתכווצות הראשונית והקצוות הטלומריים. הם גם מפרידים קטעים של דנ א מתומלל, ויוצרים שברי בין קלוריות (בין קלוריות).
איך אאוכרומטין "עובד"
Euchromatin מכיל גנים שבסופו של דבר קובעים את מבנה החלבונים (גנים מבניים). הפענוח של רצף הנוקלאוטידים לחלבון מתרחש בעזרת מתווך המסוגל, בניגוד לכרומוזומים, לצאת מהגרעין - שליח RNA.
במהלך שעתוק, RNA מסונתז על תבנית DNA מנוקלאוטידים חופשיים של אדניל, אורידיל, ציטידיל וגואניל. השעתוק מתבצע על ידי האנזים המורכב RNA פולימראז.
חלק מהגנים קובעים את הרצף של סוגים אחרים של RNA (הובלה וריבוזום) הנחוצים להשלמת תהליכי סינתזת החלבון בציטופלזמה מחומצות אמינו.
הטרוכרומטין של כרומוזום בודד מורכב לרוב לכרומומרכז מסומן היטב. מסביבו לולאות של אאוכרומטין מנוזל. הודות לתצורה זו של ה-DNA הליבה, מתחמי אנזימים ונוקלאוטידים חופשיים, הנחוצים ליישום הפונקציות של אאוכרומטין, מתאימים בקלות לחלקים הסמנטיים.
