הוכח שתאי אורגניזמים אוקריוטיים מיוצגים על ידי מערכת של ממברנות היוצרות אברונים בהרכב חלבון-פוספוליפיד. עם זאת, לכלל זה יש חריג חשוב. שני אברונים (מרכז תאים וריבוזום), כמו גם אברוני תנועה (פלאגלה וריסים) הם בעלי מבנה שאינו קרום. איך מחנכים אותם? בעבודה זו, ננסה למצוא את התשובה לשאלה זו, וגם ללמוד את מבנה מרכז התא של התא, הנקרא לרוב הצנטרוזום.
האם כל התאים מכילים מרכז תאים
העובדה הראשונה שמדענים מתעניינים בה היא הנוכחות האופציונלית של האורגנואיד הזה. אז, בפטריות נמוכות יותר - chytridiomycetes - ובצמחים גבוהים יותר, הוא נעדר. כפי שהתברר, באצות, בתאים אנושיים וברוב בעלי החיים, נוכחות של מרכז תאים הכרחית ליישום תהליכי המיטוזה והמיוזה. תאים סומטיים מחולקים בדרך הראשונה, ותאי מין מחולקים בדרך אחרת. משתתף חובה בשני התהליכים הואצנטרוזום. ההתפצלות של הצנטריולים שלו לקטבים של התא המתחלק ומתיחה של חוטי ציר הביקוע ביניהם מבטיחה התרחקות נוספת של הכרומוזומים המחוברים לחוטים אלה ולקטבים של תא האם.
מחקרים מיקרוסקופיים חשפו מאפיינים מבניים של מרכז התא. הוא כולל מגוף אחד עד כמה גופים צפופים - צנטריולים, שמהם מתנפנפות המיקרוטובולים. בואו נלמד ביתר פירוט את המראה, כמו גם את מבנה מרכז התא.
Centrosome in interphase cell
במחזור החיים של תא, ניתן לראות את מרכז התא במהלך תקופה הנקראת אינטרפאזה. שני צילינדרים מיקרו ממוקמים בדרך כלל ליד הממברנה הגרעינית. כל אחד מהם מורכב מצינורות חלבון, שנאספו בשלושה חלקים (שלישיות). תשעה מבנים כאלה יוצרים את פני השטח של הצנטרול. אם יש שניים מהם (מה שקורה לרוב), אז הם ממוקמים בזוית ישרה זה לזה. בתקופת החיים בין שתי חלוקות, מבנה מרכז התא בתא כמעט זהה בכל האיקריוטים.
מבנה האולטרה של הצנטרוזום
ניתן היה ללמוד בפירוט את מבנה מרכז התא כתוצאה משימוש במיקרוסקופ אלקטרוני. מדענים מצאו שלגלילי צנטרוזום יש את הממדים הבאים: אורכם הוא 0.3-0.5 מיקרון, הקוטר שלהם הוא 0.2 מיקרון. מספר הצנטריולים מוכפל לפני תחילת החלוקה. זה הכרחי כדי שתאי האם והבת עצמם, כתוצאה מהחלוקה, יקבלומרכז תא, המורכב משני צנטריולים. המאפיינים המבניים של מרכז התא נעוצים בעובדה שהצנטריולים המרכיבים אותו אינם שווי ערך: אחד מהם, הבוגר (האימהי), מכיל אלמנטים נוספים: הלוויין הפרי-צנטריולרי ותוספותיו. לצנטרול הבוסרי יש אתר ספציפי שנקרא גלגל עגלה.
התנהגות הצנטרוזום במיטוזה
ידוע שגדילת האורגניזם, כמו גם רבייתו, מתרחשת ברמת היחידה היסודית של הטבע החי, שהיא התא. מבנה התא, לוקליזציה ותפקודי התא, כמו גם האברונים שלו, נחשבים על ידי ציטולוגיה. למרות העובדה שמדענים ערכו מחקר רב, מרכז התא עדיין לא נחקר מספיק, אם כי תפקידו בחלוקת התאים הובהר במלואו. בפרופאזה של מיטוזה ובפרופאזה של חלוקת הפחתה של מיוזה, הצנטריולים מתפצלים לכיוון הקטבים של תא האם, ואז נוצר חוט ציר הביקוע. הם מחוברים לצנטרומרים של ההתכווצות הראשונית של הכרומוזומים. בשביל מה זה מיועד?
ציר של חלוקת תאי אנפאזה
הניסויים של G. Boveri, A. Neil ומדענים אחרים אפשרו לקבוע שמבנה מרכז התא ותפקודיו קשורים זה בזה. נוכחותם של שני צנטריולים הממוקמים דו-קוטבית ביחס לקטבי התא, וחוטי ציר ביניהם, מבטיחה חלוקה שווה של כרומוזומים המחוברים למיקרו-צינוריות לכל אחד מהקטבים של תא האם.
לפיכך, מספר הכרומוזומים יהיה זהה בתאי הבת כתוצאה ממיטוזה, או חצי (במיוזה) מאשר בתא האם המקורי. מעניין במיוחד העובדה שמבנה מרכז התא משתנה ומתואם עם שלבי מחזור החיים של התא.
ניתוח כימי של האברון
להבנה טובה יותר של הפונקציות והתפקיד של הצנטרוזום, בואו נלמד אילו תרכובות אורגניות כלולות בהרכבו. כפי שניתן היה לצפות, החלבונים מובילים. די להזכיר כי המבנה והתפקודים של קרום התא תלויים גם בנוכחות מולקולות פפטידים בו. שימו לב שלחלבונים בצנטרוזום יש יכולת התכווצות. הם חלק ממיקרוטובולים ונקראים טובולינים. בחקר המבנה החיצוני והפנימי של מרכז התא, הזכרנו אלמנטים עזר: לוויינים pericentriolar ותוספים centriole. הם כוללים cenexin ומיריסיטין.
ישנם גם חלבונים המווסתים את חילוף החומרים של האורגנואיד. אלו הם קינאז ופוספטאז - פפטידים מיוחדים האחראים ליצירת גרעין של מיקרוטובולים, כלומר ליצירת מולקולת זרע פעילה, ממנה מתחילה צמיחה וסינתזה של מיקרופילמנטים רדיאליים.
מרכז התא כמארגן של חלבונים פיברילרים
בציטולוגיה, הרעיון של הצנטרוזום כאברון הראשי האחראי להיווצרות מיקרוטובוליות תפס סוף סוף. הודות למחקרים הכלילים של ק. פולטון, ניתן לטעון שמרכז התאמספק תהליך זה בארבע דרכים. לדוגמה: פילמור של חוטי ציר ביקוע, יצירת צנטריולים, יצירת מערכת רדיאלית של מיקרו-צינוריות בתא הבין-פאזי, ולבסוף, סינתזה של יסודות בציליום הראשוני. זהו מבנה מיוחד המאפיין את הצנטרול האימהי. על ידי לימוד המבנה והתפקודים של קרום התא, מדענים מזהים אותו תחת מיקרוסקופ אלקטרונים במרכז התא לאחר חלוקת תאים מיטוטיים או בזמן תחילת המיטוזה. בשלב ה-G2 של האינטרפאזה, כמו גם בשלבים המוקדמים של הפרופזה, ה-cilium נעלם. על פי ההרכב הכימי שלו, הוא מורכב ממולקולות טובולין ומהווה תווית שבאמצעותה ניתן לזהות צנטריול אימהי בוגר. אז איך מתרחשת התבגרות צנטרוזום? שקול את כל הניואנסים של תהליך זה.
שלבים של היווצרות צנטרול
ציטולוגים קבעו שהבת והצנטריולים של האם היוצרים את הדיפלוזום אינם זהים במבנה. אז, המבנה הבוגר גובל בשכבה של חומר פריצנטריולרי - הילה מיטוטית. הבשלה מלאה של צנטרול הבת נמשכת יותר ממחזור חיים של תא אחד. בסוף שלב ה-G1 של מחזור התא השני, הצנטריול החדש כבר פועל כמארגן של מיקרוטובולים ומסוגל ליצור חוטי ציר ביקוע, כמו גם היווצרות אברוני תנועה מיוחדים. הם יכולים להיות ריסים ודגלים, הנמצאים בפרוטוזואה חד-תאית (לדוגמה, euglena ירוק, ריסי-נעליים), וכן באצות רבות, כגון chlamydomonas. Flagella שנוצרו עקב microtubules של מרכז התא מסופקים עם רביםנבגים באצות, כמו גם בתאי נבט של בעלי חיים ובני אדם.
תפקידו של הצנטרוזום בחיי התא
אז, ראינו שאחד מאברוני התא הקטנים ביותר (תופס פחות מ-1% מנפח התא) ממלא תפקיד מוביל בוויסות חילוף החומרים של תאים צמחיים ותאים של בעלי חיים כאחד. הפרה של היווצרות ציר החלוקה גוררת היווצרות של תאי בת פגומים גנטית. קבוצות הכרומוזומים שלהם שונות מהמספר הרגיל, מה שמוביל לסטיות כרומוזומליות. כתוצאה מכך, התפתחות של אנשים חריגים או מותם. ברפואה, עובדת הקשר בין מספר הצנטריולים לבין הסיכון לפתח סרטן הוכחה. לדוגמה, אם תאי עור רגילים מכילים 2 צנטריולים, אז ביופסיית רקמה במקרה של סרטן העור חושפת עלייה במספרם ל-4-6. תוצאות אלו מספקות עדות לתפקיד המפתח של הצנטרוזום בבקרת חלוקת התא. נתונים ניסויים עדכניים מצביעים על התפקיד החשוב של אברון זה בתהליכי התחבורה התוך תאית. המבנה הייחודי של מרכז התא מאפשר לו לווסת הן את צורת התא והן את שינויו. ביחידה מתפתחת בדרך כלל, הצנטרוזום ממוקם ליד מנגנון גולגי, ליד הגרעין, ויחד איתם מספק פונקציות אינטגרטיביות ואיתות ביישום מיטוזה, מיוזה, וכן מוות תאי מתוכנת - אפופטוזיס. זו הסיבה שציטולוגים מודרניים רואים בצנטרוזום אברון מאחד חשוב של התא, האחראי הן על חלוקתו והן על כולו.חילוף חומרים כללי.
