גרעין התא הוא האברון החשוב ביותר שלו, מקום האחסון והרפרודוקציה של מידע תורשתי. זהו מבנה ממברנה התופס 10-40% מהתא, שתפקידיו חשובים מאוד לחיי האיקריוטים. עם זאת, גם ללא נוכחות של גרעין, מימוש מידע תורשתי אפשרי. דוגמה לתהליך זה היא הפעילות החיונית של תאי חיידקים. עם זאת, המאפיינים המבניים של הגרעין ומטרתו חשובים מאוד עבור אורגניזם רב-תאי.
מיקום הגרעין בתא והמבנה שלו
הגרעין ממוקם בעובי הציטופלזמה ונמצא במגע ישיר עם הרשת האנדופלזמית המחוספסת והחלקה. הוא מוקף בשני ממברנות, שביניהם נמצא החלל הפרי-גרעיני. בתוך הגרעין יש מטריצה, כרומטין וכמה נוקלאולים.
לחלק מהתאים האנושיים הבוגרים אין גרעין, בעוד שאחרים פועלים בתנאים של עיכוב חמור של פעילותו. באופן כללי, מבנה הגרעין (סכמה) מוצג כחלל גרעיני, מוגבל על ידי קריולמה מהתא, המכיל כרומטין ונוקלאולים קבועים בנוקלאופלזמה.מטריצה גרעינית.
מבנה הקריולמה
לנוחות לימוד תא הגרעין, זה האחרון צריך להיתפס כבועות, מוגבלות על ידי קליפות של בועות אחרות. הגרעין הוא בועה עם מידע תורשתי הממוקמת בעובי התא. הוא מוגן מהציטופלזמה שלו על ידי קרום שומנים דו-שכבתי. מבנה המעטפת של הגרעין דומה לממברנת התא. למעשה, הם נבדלים רק על ידי השם ומספר השכבות. בלי כל זה, הם זהים במבנה ובתפקוד.
מבנה הקריולמה (הקרום הגרעיני) הוא דו-שכבתי: הוא מורכב משתי שכבות שומניות. השכבה הביליפידית החיצונית של הקריולמה נמצאת במגע ישיר עם הרשת המחוספסת של אנדופלזמת התא. קריולמה פנימית - עם תוכן הגרעין. קיים רווח פרי-גרעיני בין הקריוממברנה החיצונית והפנימית. ככל הנראה, הוא נוצר עקב תופעות אלקטרוסטטיות - דחיית אזורים של שאריות גליצרול.
תפקיד הממברנה הגרעינית הוא ליצור מחסום מכני המפריד בין הגרעין לציטופלזמה. הממברנה הפנימית של הגרעין משמשת כמקום קיבוע למטריצה הגרעינית - שרשרת של מולקולות חלבון התומכות במבנה התפזורת. יש נקבוביות מיוחדות בשתי ממברנות גרעיניות: RNA שליח נכנס דרכן לציטופלזמה אל הריבוזומים. בעובי של הגרעין יש כמה נוקלאולים וכרומטין.
מבנה פנימי של הנוקלאופלזמה
תכונות של מבנה הגרעין מאפשרות לנו להשוות אותו עם התא עצמו. בתוך הגרעין יש גם סביבה מיוחדת (נוקלאופלזמה),מיוצג על ידי ג'ל-סול, תמיסה קולואידית של חלבונים. בתוכו ישנו שלד גרעיני (מטריקס), המיוצג על ידי חלבונים פיברילרים. ההבדל העיקרי טמון רק בעובדה שחלבונים חומציים בעיקר נמצאים בגרעין. ככל הנראה, יש צורך בתגובה כזו של הסביבה כדי לשמר את התכונות הכימיות של חומצות גרעין והתרחשות של תגובות ביוכימיות.
Nucleolus
לא ניתן להשלים את מבנה גרעין התא ללא הגרעין. זהו RNA ריבוזמלי ספיראלי, שנמצא בשלב ההתבגרות. בהמשך יתקבל ממנו ריבוזום - אברון הכרחי לסינתזת חלבון. במבנה הגרעין מבחינים בשני מרכיבים: פיברילרי וכדורי. הם נבדלים רק על ידי מיקרוסקופ אלקטרונים ואין להם ממברנות משלהם.
הרכיב הפיברילרי נמצא במרכז הגרעין. זהו גדיל של RNA מסוג ריבוזומלי שממנו ירכיבו תת-יחידות ריבוזומליות. אם ניקח בחשבון את הליבה (מבנה ופונקציות), אז ברור שלאחר מכן יווצר מהם רכיב גרגירי. אלו הן אותן תת-יחידות ריבוזומליות מתבגרות שנמצאות בשלבים מאוחרים יותר של התפתחותן. עד מהרה הם יוצרים ריבוזומים. הם מוסרים מהנוקלאופלזמה דרך הנקבוביות הגרעיניות של הקריולמה ונכנסים לממברנה של הרשת האנדופלזמית המחוספסת.
כרומטין וכרומוזומים
המבנה והתפקודים של גרעין התא קשורים באופן אורגני: ישנם רק אותם מבנים הדרושים כדי לאחסן ולשחזר מידע תורשתי. יש גם שלד קריו(גרעין מטריקס), שתפקידו לשמור על צורת האברון. עם זאת, המרכיב החשוב ביותר בגרעין הוא כרומטין. אלו הם כרומוזומים הממלאים את התפקיד של ארונות תיקים של קבוצות שונות של גנים.
כרומטין הוא חלבון מורכב המורכב מפוליפפטיד בעל מבנה רבעוני המחובר לחומצת גרעין (RNA או DNA). כרומטין קיים גם בפלסמידים חיידקיים. כמעט רבע מהמשקל הכולל של הכרומטין מורכב מהיסטונים - חלבונים האחראים ל"אריזה" של מידע תורשתי. תכונה זו של המבנה נחקרת על ידי ביוכימיה וביולוגיה. מבנה הגרעין מורכב בדיוק בגלל הכרומטין ונוכחותם של תהליכים המתחלפים את הספירליזציה והדיספירליזציה שלו.
נוכחות ההיסטונים מאפשרת לעבות ולהשלים את גדיל ה-DNA במקום קטן - בגרעין התא. זה קורה באופן הבא: היסטונים יוצרים נוקלאוזומים, שהם מבנה כמו חרוזים. H2B, H3, H2A ו-H4 הם חלבוני ההיסטון העיקריים. הנוקלאוזום נוצר על ידי ארבעה זוגות של כל אחד מההיסטונים המוצגים. יחד עם זאת, היסטון H1 הוא מקשר: הוא קשור ל-DNA באתר הכניסה לנוקלאוזום. אריזת DNA מתרחשת כתוצאה מ"התפתלות" של מולקולה ליניארית סביב 8 חלבוני מבנה היסטון.
מבנה הגרעין, שסכמתו מוצגת לעיל, מרמז על נוכחות של מבנה דמוי סולנואיד של DNA שהושלם על היסטונים. העובי של קונגלומרט זה הוא כ-30 ננומטר. יחד עם זאת, ניתן לדחוס את המבנה עוד יותר על מנת לתפוס פחות מקום ולהיות פחות חשוף אליונזק מכני המתרחש בהכרח במהלך חיי התא.
שברי כרומטין
המבנה, המבנה והתפקודים של גרעין התא מקובעים בשמירה על התהליכים הדינמיים של ספירליזציה ודיספירליזציה של כרומטין. לכן, ישנם שני חלקים עיקריים שלו: ספירלי חזק (הטרוכרומטין) ומעט ספירלי (אאוכרומטין). הם מופרדים הן מבחינה מבנית והן מבחינה תפקודית. בהטרוכרומטין, ה-DNA מוגן היטב מכל השפעות ולא ניתן לתמלל אותו. Euchromatin פחות מוגן, אבל ניתן לשכפל גנים לסינתזת חלבון. לרוב, חלקים של הטרוכרומטין ואוכרומטין מתחלפים לאורך כל הכרומוזום.
כרומוזומים
גרעין התא, שמבנהו ותפקידיו מתוארים בפרסום זה, מכיל כרומוזומים. זהו כרומטין מורכב וארוז בצורה קומפקטית שניתן לראות במיקרוסקופ אור. עם זאת, זה אפשרי רק אם תא ממוקם על שקף הזכוכית בשלב של חלוקה מיטוטית או מיוטי. אחד השלבים הוא הספיראליזציה של הכרומטין עם יצירת כרומוזומים. המבנה שלהם פשוט ביותר: לכרומוזום יש טלומר ושתי זרועות. לכל אורגניזם רב תאי מאותו מין יש את אותו מבנה של הגרעין. גם שולחן ערוך הכרומוזומים שלו דומה.
יישום של פונקציות ליבה
המאפיינים העיקריים של מבנה הגרעין קשורים לביצוע של פונקציות מסוימות ולצורך לשלוט בהן. הגרעין ממלא את התפקיד של מאגר מידע תורשתי, כלומר הוא מעין ארון תיקים עםרצפים כתובים של חומצות אמינו של כל החלבונים שניתן לסנתז בתא. המשמעות היא שכדי לבצע תפקיד כלשהו, תא חייב לסנתז חלבון, שמבנהו מקודד בגן.
כדי שהגרעין "יבין" איזה חלבון מסוים צריך להיות מסונתז בזמן הנכון, קיימת מערכת של קולטנים חיצוניים (ממברנה) ופנימיים. מידע מהם מגיע לגרעין באמצעות משדרים מולקולריים. לרוב זה מתממש באמצעות מנגנון האדנילט ציקלאז. כך פועלים על התא הורמונים (אדרנלין, נוראדרנלין) וכמה תרופות בעלות מבנה הידרופילי.
המנגנון השני של העברת מידע הוא פנימי. זה אופייני למולקולות ליפופיליות - קורטיקוסטרואידים. חומר זה חודר לממברנה הביליפידית של התא ומגיע לגרעין, שם הוא יוצר אינטראקציה עם הקולטן שלו. כתוצאה מהפעלה של קומפלקסים קולטן הממוקמים על קרום התא (מנגנון אדנילאט cyclase) או על הקריולמה, מופעלת תגובת ההפעלה של גן מסוים. הוא משכפל, על בסיסו נבנה RNA שליח. מאוחר יותר, לפי המבנה של האחרון, מסונתז חלבון שמבצע תפקיד מסוים.
הגרעין של אורגניזמים רב-תאיים
באורגניזם רב-תאי, התכונות המבניות של הגרעין זהות לאלו של חד-תאי. למרות שיש כמה ניואנסים. ראשית, רב-תאי מרמז שלמספר תאים יהיה תפקיד ספציפי משלהם (או כמה). זה אומר שחלק מהגנים תמיד יהיומיואש בזמן שאחרים אינם פעילים.
לדוגמה, בתאי רקמת שומן, סינתזת החלבון לא תהיה פעילה, ולכן רוב הכרומטין עובר ספיראלי. ובתאים, למשל, בחלק האקסוקריני של הלבלב, תהליכי הביוסינתזה של חלבונים נמשכים. לכן, הכרומטין שלהם מנוזל. באותם אזורים שהגנים שלהם משוכפלים לרוב. יחד עם זאת, תכונה מרכזית חשובה: מערך הכרומוזומים של כל התאים של אורגניזם אחד זהה. רק בגלל הבידול של תפקודים ברקמות, חלק מהן מנותקות מהעבודה, בעוד שאחרות מנותקות לעתים קרובות יותר מאחרות.
תאים גרעיניים של הגוף
ישנם תאים, שמאפיינים המבניים של הגרעין אינם נלקחים בחשבון, מכיוון שכתוצאה מפעילותם החיונית הם או מעכבים את תפקודו או נפטרים ממנו לחלוטין. הדוגמה הפשוטה ביותר היא תאי דם אדומים. אלה הם תאי דם, שגרעין שלהם קיים רק בשלבי ההתפתחות המוקדמים, כאשר המוגלובין מסונתז. ברגע שיש מספיק ממנו לשאת חמצן, מוציאים את הגרעין מהתא על מנת להקל עליו מבלי להפריע להובלת החמצן.
במונחים כלליים, אריתרוציט הוא שק ציטופלזמי מלא בהמוגלובין. מבנה דומה אופייני לתאי שומן. המבנה של גרעין התא של אדיפוציטים הוא פשוט ביותר, הוא יורד ועובר לממברנה, ותהליכי סינתזת החלבון מעוכבים בצורה מקסימלית. תאים אלה גם דומים ל"שקיות" מלאות בשומן, אם כי, כמובן, המגווןיש בהם מעט יותר תגובות ביוכימיות מאשר באריתרוציטים. גם לטסיות אין גרעין, אך אין לראות בהן תאים מן המניין. אלו הם שברי תאים הדרושים ליישום תהליכי דימום.
