מבנה התא ותפקודיו עברו מספר שינויים במהלך האבולוציה. להופעתם של אברונים חדשים קדמו טרנספורמציות באטמוספירה ובליתוספירה של כוכב הלכת הצעיר. אחת הרכישות המשמעותיות הייתה גרעין התא. אורגניזמים אוקריוטים קיבלו, עקב נוכחותם של אברונים נפרדים, יתרונות משמעותיים על פני פרוקריוטים והחלו לשלוט במהירות.
גרעין התא, שמבנהו ותפקודו שונים במקצת ברקמות ואיברים שונים, שיפר את איכות הביוסינתזה של RNA והעברת מידע תורשתי.
מקור
עד היום, קיימות שתי השערות עיקריות לגבי היווצרות תא איקריוטי. על פי התיאוריה הסימביוטית, אברונים (כגון דגלים או מיטוכונדריה) היו פעם אורגניזמים פרוקריוטיים נפרדים. אבותיהם של האיקריוטים המודרניים טרפו אותם. התוצאה הייתה אורגניזם סימביוטי.
הליבה נוצרה כתוצאה מבליטה פנימהקטע של הממברנה הציטופלזמית. זו הייתה רכישה הכרחית בדרך להשתלטות על דרך חדשה של תזונה, phagocytosis, על ידי התא. לכידת המזון לוותה בעלייה במידת הניידות הציטופלזמית. גנופורים, שהיו החומר הגנטי של תא פרוקריוטי ומוצמדים לדפנות, נפלו לאזור של "זרימה" חזקה והיו זקוקים להגנה. כתוצאה מכך, נוצרה פלישה עמוקה של קטע של הממברנה המכיל גנפורים מחוברים. השערה זו נתמכת על ידי העובדה שהקליפה של הגרעין קשורה קשר בל יינתק עם הממברנה הציטופלזמית של התא.
יש גרסה נוספת של התפתחות אירועים. על פי ההשערה הוויראלית של מקור הגרעין, הוא נוצר כתוצאה מזיהום של תא ארכאאי עתיק. נגיף DNA חדר אליו ובהדרגה השיג שליטה מלאה על תהליכי החיים. מדענים הרואים בתיאוריה זו נכונה יותר, נותנים הרבה טיעונים לטובתה. עם זאת, עד כה, אין ראיות חותכות לאף אחת מההשערות הקיימות.
אחד או יותר
לרוב התאים של האוקריוטים המודרניים יש גרעין. רובם המכריע מכיל רק אברון אחד כזה. עם זאת, ישנם תאים שאיבדו את הגרעין עקב כמה תכונות תפקודיות. אלה כוללים, למשל, אריתרוציטים. יש גם תאים עם שניים (ציליאטים) ואפילו כמה גרעינים.
מבנה גרעין התא
ללא קשר למאפייני האורגניזם, מבנה הגרעין מאופיין בסט של טיפוסיאברונים. הוא מופרד מהחלל הפנימי של התא על ידי ממברנה כפולה. במקומות מסוימים, השכבות הפנימיות והחיצוניות שלו מתמזגות ויוצרות נקבוביות. תפקידם להחליף חומרים בין הציטופלזמה לגרעין.
חלל האברון מלא בקאריופלזמה, הנקראת גם מוהל גרעיני או נוקלאופלזמה. הוא מכיל כרומטין ואת הגרעין. לפעמים האחרון מבין האברונים הנקראים של גרעין התא אינו קיים בעותק אחד. בכמה אורגניזמים, נוקלאולי, להיפך, נעדרים.
ממברנה
הממברנה הגרעינית נוצרת על ידי שומנים ומורכבת משתי שכבות: חיצונית ופנימית. למעשה, זו אותה קרום התא. הגרעין מתקשר עם הערוצים של הרשת האנדופלזמית דרך החלל הפרי-גרעיני, חלל שנוצר על ידי שתי שכבות של הממברנה.
לממברנות החיצוניות והפנימיות יש תכונות מבניות משלהן, אבל הן בדרך כלל די דומות.
הקרוב ביותר לציטופלזמה
השכבה החיצונית עוברת לתוך הממברנה של הרשת האנדופלזמית. ההבדל העיקרי שלו מהאחרון הוא ריכוז חלבונים גבוה משמעותית במבנה. הממברנה במגע ישיר עם הציטופלזמה של התא מכוסה בשכבת ריבוזומים מבחוץ. הוא מחובר לממברנה הפנימית על ידי נקבוביות רבות, שהן קומפלקסים חלבונים גדולים למדי.
שכבה פנימית
הקרום הפונה לגרעין התא, בניגוד לזה החיצוני, חלק, לא מכוסה בריבוזומים. זה מגביל את הקריופלזמה. תכונה אופיינית של הממברנה הפנימית היא שכבה של למינה גרעינית המצפה אותה מהצד,במגע עם הנוקלאופלזמה. מבנה חלבון ספציפי זה שומר על צורת המעטפת, מעורב בוויסות ביטוי הגנים, וגם מקדם התקשרות של כרומטין לממברנה הגרעינית.
מטבוליזם
האינטראקציה של הגרעין והציטופלזמה מתבצעת דרך נקבוביות גרעיניות. הם מבנים מורכבים למדי שנוצרו על ידי 30 חלבונים. מספר הנקבוביות בליבה אחת יכול להיות שונה. זה תלוי בסוג התא, האיבר והאורגניזם. אז בבני אדם, לגרעין התא יכול להיות בין 3 ל-5,000 נקבוביות, בחלק מהצפרדעים הוא מגיע ל-50,000.
הפונקציה העיקרית של הנקבוביות היא החלפת חומרים בין הגרעין לשאר חלל התא. חלק מהמולקולות עוברות דרך הנקבוביות באופן פסיבי, ללא הוצאה נוספת של אנרגיה. הם קטנים בגודלם. הובלת מולקולות גדולות ומתחמים על-מולקולריים דורשת צריכה של כמות מסוימת של אנרגיה.
מולקולות RNA המסונתזות בגרעין נכנסות לתא מהקריופלזמה. חלבונים הדרושים לתהליכים תוך-גרעיניים מועברים בכיוון ההפוך.
Nucleoplasma
מיץ גרעיני הוא תמיסה קולואידית של חלבונים. הוא תחום על ידי המעטפת הגרעינית ומקיף את הכרומטין והגרעין. נוקלאופלזמה הוא נוזל צמיג שבו מומסים חומרים שונים. אלה כוללים נוקלאוטידים ואנזימים. הראשונים חיוניים לסינתזת DNA. אנזימים מעורבים בתעתוק כמו גם בתיקון ושכפול של DNA.
מבנה המיץ הגרעיני משתנה בהתאם למצב התא. יש שניים מהם - נייחים והמתרחש במהלך החלוקה. הראשון מאפיין interphase (הזמן בין חלוקות). יחד עם זאת, מיץ גרעיני נבדל בחלוקה אחידה של חומצות גרעין ומולקולות DNA לא מובנות. במהלך תקופה זו, החומר התורשתי קיים בצורה של כרומטין. חלוקת גרעין התא מלווה בהפיכת הכרומטין לכרומוזומים. בזמן זה, מבנה הקריופלזמה משתנה: החומר הגנטי מקבל מבנה מסוים, המעטפת הגרעינית נהרסת, והקריופלזמה מתערבבת עם הציטופלזמה.
כרומוזומים
הפונקציות העיקריות של מבני הנוקלאופרוטאין של הכרומטין שעברו טרנספורמציה בזמן החלוקה הם אחסון, יישום והעברת מידע תורשתי הכלול בגרעין התא. כרומוזומים מאופיינים בצורה מסוימת: הם מחולקים לחלקים או לזרועות על ידי התכווצות ראשונית, הנקראת גם קולומר. על פי מיקומו, נבדלים שלושה סוגים של כרומוזומים:
- בצורת מוט או אקרוצנטרי: הם מאופיינים במיקום הקואלומר כמעט בקצה, זרוע אחת קטנה מאוד;
- מגוון או תת-מטצנטרי יש זרועות באורך לא שווה;
- שווי צלעות או מטאצנטרי.
ל-
קבוצת הכרומוזומים בתא נקראת קריוטיפ. כל סוג קבוע. במקרה זה, תאים שונים של אותו אורגניזם עשויים להכיל קבוצה דיפלואידית (כפולה) או הפלואידית (יחידה). האפשרות הראשונה אופיינית לתאים סומטיים, המרכיבים בעיקר את הגוף. הסט הפלואידי הוא פריבילגיה של תאי נבט. תאים סומטיים אנושייםמכיל 46 כרומוזומים, מין - 23.
כרומוזומים של הסט הדיפלואידי יוצרים זוגות. מבני נוקלאופרוטאין זהים הכלולים בזוג נקראים אללים. יש להם אותו מבנה ומבצעים את אותן פונקציות.
היחידה המבנית של הכרומוזומים היא הגן. זהו קטע של מולקולת ה-DNA המקודד לחלבון ספציפי.
Nucleolus
לגרעין התא יש אברון אחד נוסף - הגרעין. הוא אינו מופרד מהקריופלזמה באמצעות ממברנה, אך קל להבחין בו כאשר בוחנים את התא במיקרוסקופ. לחלק מהגרעינים עשויים להיות גרעינים מרובים. יש גם כאלה שבהם אברונים כאלה נעדרים לחלוטין.
צורת הגרעין מזכירה כדור, גודלה קטן למדי. הוא מכיל חלבונים שונים. תפקידו העיקרי של הגרעין הוא סינתזה של RNA ריבוזומלי והריבוזומים עצמם. הם נחוצים ליצירת שרשראות פוליפפטידים. נוקלאולי נוצרים סביב אזורים מיוחדים של הגנום. הם נקראים מארגנים גרעיניים. הוא מכיל את הגנים הריבוזומליים של RNA. הגרעין, בין היתר, הוא המקום עם ריכוז החלבון הגבוה ביותר בתא. חלק מהחלבונים נחוץ כדי לבצע את הפונקציות של האורגנואיד.
הגרעין מורכב משני מרכיבים: גרגירי ופיברילרי. הראשון הוא תת-יחידות הריבוזום המתבגרות. במרכז הפיברילרי מתבצעת סינתזה של RNA ריבוזומלי. הרכיב הגרנורי מקיף את הרכיב הפיברילרי הממוקם במרכז הגרעין.
גרעין התא ותפקידיו
התפקיד שמשחק את הליבה, קשור קשר בל יינתק עם המבנה שלו. המבנים הפנימיים של האורגנואיד מיישמים במשותף את התהליכים החשובים ביותר בתא. הוא מכיל את המידע הגנטי שקובע את המבנה והתפקוד של התא. הגרעין אחראי על אחסון והעברת מידע תורשתי במהלך מיטוזה ומיוזה. במקרה הראשון, תא הבת מקבל קבוצה של גנים זהים להורה. כתוצאה ממיוזה, נוצרים תאי נבט עם קבוצה הפלואידית של כרומוזומים.
פונקציה נוספת לא פחות חשובה של הגרעין היא ויסות תהליכים תוך-תאיים. הוא מתבצע כתוצאה משליטה בסינתזה של חלבונים האחראים על המבנה והתפקוד של אלמנטים תאיים.
להשפעה על סינתזת חלבון יש ביטוי נוסף. הגרעין, השולט בתהליכים בתוך התא, מאחד את כל האברונים שלו למערכת אחת עם מנגנון עבודה מתפקד היטב. כשלים בו מובילים, ככלל, למוות תאים.
לבסוף, הגרעין הוא אתר הסינתזה של תת-יחידות ריבוזום, האחראיות ליצירת אותו חלבון מחומצות אמינו. ריבוזומים הם הכרחיים בתהליך התעתוק.
התא האוקריוטי הוא מבנה מושלם יותר מהפרוקריוטי. הופעת אברונים עם קרום משלהם אפשרה להגביר את היעילות של תהליכים תוך תאיים. היווצרות של גרעין מוקף בקרום שומנים כפול מילאה תפקיד חשוב מאוד באבולוציה זו. ההגנה על מידע תורשתי על ידי הממברנה אפשרה לאורגניזמים חד-תאיים עתיקים לשלוטאורגניזמים בדרכי חיים חדשות. ביניהם היה פגוציטוזיס, אשר, על פי גרסה אחת, הוביל להופעתו של אורגניזם סימביוטי, שהפך מאוחר יותר לאב של התא האיקריוטי המודרני עם כל האברונים האופייניים לו. גרעין התא, המבנה והתפקודים של כמה מבנים חדשים אפשרו להשתמש בחמצן בחילוף החומרים. התוצאה של זה הייתה שינוי קרדינלי בביוספרה של כדור הארץ, הבסיס הונח להיווצרות ופיתוח של אורגניזמים רב-תאיים. כיום, אורגניזמים איקריוטיים, הכוללים בני אדם, שולטים בכוכב הלכת, ושום דבר לא מבשר שינויים בהקשר זה.
