نواة الخلية. الانقسام المتساوي

الخصائص العامة لنواة الطور البيني

النواة هي العنصر الأكثر أهمية في الخلية، والتي توجد في جميع خلايا الكائنات متعددة الخلايا تقريبًا. تحتوي معظم الخلايا على نواة واحدة، ولكن هناك خلايا ثنائية النواة ومتعددة النوى (على سبيل المثال، ألياف العضلات المخططة). يتم تحديد ثنائية النواة وتعدد النوى من خلال الخصائص الوظيفية أو الحالة المرضية للخلايا. شكل وحجم النواة متغيران للغاية ويعتمدان على نوع الكائن الحي ونوعه وعمره وحالته الوظيفية. في المتوسط، يبلغ حجم النواة حوالي 10% من الحجم الإجمالي للخلية. في أغلب الأحيان، يكون للقلب شكل دائري أو بيضاوي يتراوح قطره من 3 إلى 10 ميكرون. الحد الأدنى لحجم النواة هو 1 ميكرون (في بعض الأوليات)، والحد الأقصى هو 1 مم (بيض بعض الأسماك والبرمائيات). وفي بعض الحالات، يلاحظ اعتماد شكل النواة على شكل الخلية. عادة ما تحتل النواة موقعًا مركزيًا، ولكن في الخلايا المتمايزة يمكن نقلها إلى الجزء المحيطي من الخلية. تقريبا كل الحمض النووي للخلية حقيقية النواة يتركز في النواة.

الوظائف الرئيسية للنواة هي:

1) تخزين ونقل المعلومات الجينية.

2) تنظيم تخليق البروتين والتمثيل الغذائي والطاقة في الخلية.

وبالتالي، فإن النواة ليست فقط مستودعًا للمادة الوراثية، ولكنها أيضًا المكان الذي تعمل فيه هذه المادة وتتكاثر. ولذلك فإن تعطيل أي من هذه الوظائف سيؤدي إلى موت الخلايا. كل هذا يدل على الأهمية الرائدة للهياكل النووية في عمليات تخليق الأحماض النووية والبروتينات.

سخيف

جوهر. الكروماتين، الهيتروكروماتين، الكروماتين الحقيقي.

النواة (النواة اللاتينية) هي أحد المكونات الهيكلية للخلية حقيقية النواة، والتي تحتوي على معلومات وراثية (جزيئات الحمض النووي)، وتؤدي الوظائف الرئيسية: تخزين ونقل وتنفيذ المعلومات الوراثية، وضمان تخليق البروتين. تتكون النواة من الكروماتين والنواة والكريوبلازما (أو النيوكليوبلازم) والغلاف النووي. في نواة الخلية، يحدث النسخ المتماثل (أو التكرار) - مضاعفة جزيئات الحمض النووي، وكذلك النسخ - تخليق جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) على جزيء الحمض النووي (DNA). يتم تعديل جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) المصنعة في النواة ثم إطلاقها في السيتوبلازم. يحدث تكوين كل من الوحدات الفرعية الريبوسومية في تكوينات خاصة لنواة الخلية - النواة. وبالتالي، فإن نواة الخلية ليست فقط مستودعًا للمعلومات الوراثية، ولكنها أيضًا المكان الذي تعمل فيه هذه المادة وتتكاثر.

عادةً ما تحتوي خلية الطور البيني غير المنقسمة على نواة واحدة لكل خلية (على الرغم من وجود خلايا متعددة النوى أيضًا). تتكون النواة من الكروماتين والنواة والكريوبلازما (البلازما النووية) والغشاء النووي الذي يفصلها عن السيتوبلازم (الشكل 17).

الكروماتينية

عند مراقبة الخلايا الحية أو الثابتة داخل النواة، يتم تحديد مناطق المادة الكثيفة التي تستجيب بشكل جيد للأصباغ المختلفة، وخاصة الأساسية منها. بفضل هذه القدرة على تلطيخ جيد، يسمى هذا المكون من النواة "الكروماتين" (من الكروما اليونانية - اللون، الطلاء). يتكون الكروماتين من الحمض النووي المعقد مع البروتين. الكروموسومات، التي تظهر بوضوح أثناء انقسام الخلايا الانقسامية، لها أيضًا نفس الخصائص. في الخلايا غير المنقسمة (الطور البيني)، يمكن للكروماتين، الذي يتم اكتشافه في المجهر الضوئي، أن يملأ حجم النواة بشكل أو بآخر بشكل موحد أو أن يكون موجودًا في كتل منفصلة.

يتكون كروماتين نوى الطور البيني من كروموسومات، والتي، مع ذلك، تفقد في هذا الوقت شكلها المضغوط، وتخفف، وتتكثف. قد تختلف درجة تكثيف الكروموسوم. يطلق علماء المورفولوجيا على مناطق التكثيف الكاملة لأقسامها اسم euchromatinum. عندما يتم فك الكروموسومات بشكل غير كامل، تظهر مناطق من الكروماتين المكثف، والتي تسمى أحيانًا الهيتروكروماتين، في نواة الطور البيني. درجة تكثيف مادة الكروموسومات - قد يعكس الكروماتين في الطور البيني الحمل الوظيفي لهذا الهيكل. كلما زاد "انتشار" الكروماتين الموزع في نواة الطور البيني (أي كلما زاد الكروماتين الحقيقي)، زادت كثافة العمليات الاصطناعية فيه.

يتم تكثيف الكروماتين إلى الحد الأقصى أثناء انقسام الخلايا الانقسامية، عندما يوجد على شكل كروموسومات كثيفة. خلال هذه الفترة، لا تؤدي الكروموسومات أي وظائف اصطناعية؛ ولا يتم تضمين سلائف الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) فيها.

وبالتالي، يمكن أن تكون كروموسومات الخلية في حالتين هيكليتين ووظيفيتين: في حالة نشطة أو عاملة أو غير مكثفة جزئيًا أو كليًا، عندما تحدث عمليات النسخ والتكرار بمشاركتها في نواة الطور البيني، وفي حالة غير نشطة، في حالة التمثيل الغذائي وتستريح مع الحد الأقصى من التكثيف، عندما تؤدي وظيفة توزيع ونقل المواد الوراثية إلى الخلايا الوليدة.

الكروماتينية

إن الطول الهائل لجزيئات الحمض النووي حقيقية النواة قد حدد مسبقًا ظهور آليات خاصة لتخزين وتكرار وتنفيذ المواد الوراثية. الكروماتين هو الاسم الذي يطلق على جزيئات الحمض النووي الصبغي مع بروتينات محددة ضرورية لتنفيذ هذه العمليات. ويتكون الجزء الأكبر من "بروتينات التخزين"، ما يسمى بالهستونات. يتم بناء النيوكليوسومات من هذه البروتينات - وهي الهياكل التي تُلف عليها خيوط جزيئات الحمض النووي. يتم ترتيب النيوكليوزومات بانتظام، بحيث يشبه الهيكل الناتج الخرز. يتكون الجسيم النووي من أربعة أنواع من البروتينات: H2A، H2B، H3 وH4. يحتوي الجسيم النووي الواحد على بروتينين من كل نوع، أي ما مجموعه ثمانية بروتينات. الهستون H1، وهو أكبر من الهستونات الأخرى، يرتبط بالحمض النووي في موقع دخوله إلى النواة. يُطلق على النيوكليوزوم مع H1 اسم الكروماتوسوم.

يشكل شريط الحمض النووي مع النيوكليوزومات بنية غير منتظمة تشبه الملف اللولبي يبلغ سمكها حوالي 30 نانومتر، وهو ما يسمى بليف 30 نانومتر. مزيد من التعبئة من هذه الألياف يمكن أن يكون لها كثافات مختلفة. إذا كان الكروماتين معبأ بإحكام، فإنه يسمى مكثفًا أو الكروماتين المغاير، ويمكن رؤيتها بوضوح تحت المجهر. لا يتم نسخ الحمض النووي الموجود في الهيتروكروماتين؛ وعادةً ما تكون هذه الحالة مميزة للمناطق غير الهامة أو الصامتة. في الطور البيني، عادة ما يقع الهيتروكروماتين على طول محيط النواة (الهيتروكروماتين الجداري). يحدث التكثيف الكامل للكروموسومات قبل انقسام الخلايا. إذا كان الكروماتين معبأ بشكل فضفاض، فإنه يسمى الاتحاد الأوروبي أو إنتركروماتين. هذا النوع من الكروماتين يكون أقل كثافة بكثير عند ملاحظته تحت المجهر، وعادةً ما يتميز بوجود نشاط النسخ. يتم تحديد كثافة عبوة الكروماتين إلى حد كبير من خلال تعديلات الهيستون - الأستيل والفسفرة.

من المعتقد أنه يوجد في النواة ما يسمى بمجالات الكروماتين الوظيفية (يحتوي الحمض النووي لمجال واحد على ما يقرب من 30 ألف زوج أساسي)، أي أن كل قسم من الكروموسوم له "منطقة" خاصة به. لسوء الحظ، فإن مسألة التوزيع المكاني للكروماتين في النواة لم تتم دراستها بشكل كاف بعد. من المعروف أن مناطق التيلومير (الطرفي) والمركزي (المسؤول عن ربط الكروماتيدات الشقيقة في الانقسام) من الكروموسومات ترتبط ببروتينات الصفيحة النووية.

2. الكروماتين

الكروماتين هو الحبيبات العديدة الملطخة بالأصباغ الأساسية التي تتكون منها الكروموسومات. تتشكل الكروموسومات من مجموعة معقدة من البروتينات النووية التي تحتوي على الأحماض النووية والبروتينات. هناك نوعان من الكروماتين في نوى الخلايا البشرية في الطور البيني - كروماتين مشتت وضعيف اللون (euchromatin)، يتكون من ألياف طويلة ورقيقة ومتشابكة، وكروماتين نشط للغاية ومكثف أيضيًا (heterochromatin)، يتوافق مع مناطق الكروموسومات غير المشاركة في عمليات التحكم في النشاط الأيضي . تتميز الخلايا الناضجة (مثل الدم) بنواة غنية بالكروماتين الكثيف والمكثف، وتقع في كتل. في نوى الخلايا الجسدية للنساء، يتم تمثيله بواسطة كتلة من الكروماتين بالقرب من الغشاء النووي: هذا هو الكروماتين الجنسي الأنثوي (أو أجسام بار)، وهو كروموسوم X مكثف. يتم تمثيل الكروماتين الجنسي الذكري في نوى الخلايا الجسدية الذكرية على شكل كتلة تتوهج عند صبغها بالفلوروكروم. يتم استخدام تحديد لون الكروماتين الجنسي، على سبيل المثال، لتحديد جنس الطفل من الخلايا التي يتم الحصول عليها من السائل الأمنيوسي للمرأة الحامل.

الكروماتين النوويهو مركب من الأحماض النووية الريبية منقوص الأكسجين مع البروتينات، حيث يكون الحمض النووي بدرجات متفاوتة من التكثيف.

مع الفحص المجهري الضوئي، يظهر الكروماتين على شكل كتل غير منتظمة الشكل ليس لها حدود واضحة وملطخة بالأصباغ الأساسية. تنتقل مناطق الكروماتين الضعيفة والقوية بسلاسة إلى بعضها البعض. استنادًا إلى الكثافة الضوئية للإلكترون والضوء، يتم التمييز بين الكروماتين المتغاير كثيف الإلكترون ذي الألوان الزاهية والكروماتين الحقيقي الأقل لونًا والأقل كثافة إلكترونًا.

الهيتروكروماتين هي منطقة من الحمض النووي المكثف للغاية المرتبط ببروتينات الهيستون. تحت المجهر الإلكتروني، تظهر كتل داكنة غير منتظمة الشكل.

الهيتروكروماتين عبارة عن مجموعة كثيفة من النيوكليوسومات. ينقسم الهيتروكروماتين، اعتمادًا على موقعه، إلى الجداري والمصفوفة والمحيط النووي.

يكون الكروماتين المتغاير الجداري مجاورًا للسطح الداخلي للغلاف النووي، ويتم توزيع المصفوفة المتغايرة الكروماتين في مصفوفة الكاريوبلازم، ويكون الهيتروكروماتين المحيط بالنواة مجاورًا للنواة.

الكروماتين الحقيقي هو منطقة من الحمض النووي ضعيف التكثيف. يتوافق الكروماتين الحقيقي مع مناطق الكروموسومات التي أصبحت منتشرة، ولكن لا توجد حدود واضحة بين الكروماتين المكثف وغير المكثف. ترتبط البروتينات غير الهيستونية في الغالب بالأحماض النووية في الكروماتين الحقيقي، ولكن هناك أيضًا هيستونات تشكل النيوكليوزومات، والتي يتم توزيعها بشكل فضفاض بين أقسام الحمض النووي غير المكثف. تظهر البروتينات غير الهيستونية خصائص أساسية أقل وضوحًا، وأكثر تنوعًا في التركيب الكيميائي، وأكثر تنوعًا في الدقة. يشاركون في النسخ وينظمون هذه العملية. على مستوى المجهر الإلكتروني النافذ، فإن الكروماتين الحقيقي عبارة عن بنية منخفضة الكثافة الإلكترونية تتكون من هياكل ليفية حبيبية دقيقة.

النيوكليوزومات عبارة عن مجمعات معقدة من البروتين النووي الريبي منقوص الأكسجين تحتوي على الحمض النووي والبروتينات التي يبلغ قطرها حوالي 10 نانومتر. تتكون النيوكليوسومات من 8 بروتينات - هيستونات H2a وH2b وH3 وH4، مرتبة في صفين.

حول مجمع البروتين الجزيئي الكبير، يشكل جزء الحمض النووي 2.5 دورة حلزونية ويغطي 140 زوجًا من النيوكليوتيدات. يُطلق على هذا القسم من الحمض النووي اسم النواة ويُسمى الحمض النووي الأساسي (nDNA). تُسمى أحيانًا منطقة الحمض النووي الموجودة بين النيوكليوزومات بالرابط. تشغل مناطق الرابط حوالي 60 زوجًا أساسيًا ويتم تحديدها بواسطة iDNA.

الهستونات عبارة عن بروتينات منخفضة الجزيئات ومحفوظة تطوريًا ولها خصائص أساسية مميزة. يتحكمون في قراءة المعلومات الجينية. في منطقة النواة، يتم حظر عملية النسخ، ولكن إذا لزم الأمر، يمكن أن "يسترخي" حلزون الحمض النووي ويتم تنشيط بلمرة الحمض النووي الريبي (RNA) النووي حوله. وبالتالي فإن الهستونات مهمة باعتبارها بروتينات تتحكم في تنفيذ البرنامج الوراثي والنشاط الوظيفي المحدد للخلية.

يتمتع كل من الكروماتين الحقيقي والكروماتين المتغاير بمستوى تنظيم نووي. ومع ذلك، إذا تم ربط هيستون H1 بمنطقة الرابط، فإن النيوكليوسومات تتحد مع بعضها البعض، ويحدث المزيد من تكثيف (ضغط) الحمض النووي مع تكوين التكتلات الخشنة - الهيتروكروماتين. في الكروماتين الحقيقي، لا يحدث تكثيف كبير للحمض النووي.

يمكن أن يحدث تكثيف الحمض النووي على شكل حبة فائقة أو ملف لولبي. في هذه الحالة، تكون ثمانية نيوكليوسومات مجاورة بشكل مضغوط لبعضها البعض وتشكل حبة فائقة. في كل من نموذج الملف اللولبي والخرزة الفائقة، من المرجح أن تكون النيوكليوزومات في شكل حلزوني.

يمكن أن يصبح الحمض النووي أكثر إحكاما، وتشكيل الكروموميرات. في الكرومير، يتم دمج ألياف البروتين النووي الريبي منقوص الأكسجين في حلقات متماسكة بواسطة بروتينات غير هيستونية. يمكن تحديد موقع الكروموميرات بشكل أكثر أو أقل إحكاما. تصبح الكروموميرات أكثر كثافة أثناء الانقسام، وتشكل كرومونيما (بنية تشبه الخيط). تظهر الكرومونات تحت المجهر الضوئي، وتتشكل في الطور الانقسامي وتشارك في تكوين الكروموسومات، مرتبة في ترتيب حلزوني.

يعد دراسة مورفولوجية الكروموسومات أكثر ملاءمة عندما تكون أكثر تكثيفًا في الطور الاستوائي وفي بداية الطور الانفصالي. في هذه الحالة، تتشكل الكروموسومات على شكل قضبان بأطوال مختلفة، ولكن بسمك ثابت إلى حد ما. تظهر بوضوح منطقة الانقباض الأولية التي تقسم الكروموسوم إلى ذراعين.

تحتوي بعض الكروموسومات على انقباض ثانوي. يعتبر الانقباض الثانوي منظمًا نوويًا، لأنه خلال الطور البيني تتشكل النوى في هذه المناطق.

ترتبط السنتروميرات أو الحركية بمنطقة الانقباض الأولي. الحيز الحركي عبارة عن صفيحة قرصية. يتم ربط الحيز الحركي بواسطة شبكات صغيرة متصلة بالمريكزات. الأنابيب الدقيقة "تفصل" الكروموسومات في الانقسام.

يمكن أن تختلف الكروموسومات بشكل كبير في الحجم ونسبة الذراع. إذا كانت الأكتاف متساوية أو شبه متساوية، فهي متحولة. إذا كان أحد الأذرع قصيرًا جدًا (غير محسوس تقريبًا)، فإن هذا الكروموسوم يكون مركزيًا. يحتل الكروموسوم تحت المركز موقعًا متوسطًا. تُسمى أحيانًا الكروموسومات ذات الانقباضات الثانوية بالكروموسومات الساتلة.

أجسام بار (الكروماتين الجنسي) هي هياكل كروماتينية خاصة توجد غالبًا في خلايا الإناث. في الخلايا العصبية، تقع هذه الأجسام بالقرب من النواة. في الظهارة تقع بالقرب من الجدران ولها شكل بيضاوي؛ في العدلات، تبرز في السيتوبلازم على شكل "مضرب"، وفي الخلايا العصبية لها شكل دائري. توجد في 90% من الخلايا الأنثوية و10% فقط من الخلايا الذكورية. يتوافق جسم بار مع أحد الكروموسومات الجنسية X، والذي يُعتقد أنه في حالة مكثفة. تحديد أجسام بار مهم لتحديد جنس الحيوان.

تم العثور على ألياف البيريكروماتين والإنتركروماتين في المصفوفة الكاريوبلازمية وتقع إما بالقرب من الكروماتين (البيريكروماتين) أو متناثرة (الإنتركروماتين). من المفترض أن هذه الألياف عبارة عن أحماض ريبونية نووية ضعيفة التكثيف عالقة في مقطع مائل أو طولي.

حبيبات البيريكروماتين هي جسيمات بحجم 30...50 نانومتر، ذات كثافة إلكترونية عالية. تقع على محيط الهيتروكروماتين وتحتوي على الحمض النووي والبروتينات. هذه منطقة محلية ذات جسيمات نووية معبأة بإحكام.

تتميز حبيبات الإنتركروماتين بكثافة إلكترونية عالية، ويبلغ قطرها 20...25 نانومتر وهي عبارة عن مجموعة من الأحماض النووية والإنزيمات. قد تكون هذه وحدات فرعية من الريبوسوم يتم نقلها إلى الغلاف النووي.

إذا وجدت خطأ، يرجى تحديد جزء من النص والنقر عليه السيطرة + أدخل.

يمكن أن يشغل الكروماتين الجنسي في نواة الخلية، وفقًا لمور وبار (1954) ووينجر (1962)، المواقع الثلاثة التالية.
1. في معظم الحالات، يقع الكروماتين الجنسي في محيط النواة، على السطح الداخلي للغلاف النووي. لها شكل محدب مسطح، وغالبًا ما يكون على شكل حرف V أو مثلث. في بعض الأحيان يتم ملاحظة الخطوط العريضة على شكل الدمبل أو شكل الخيوط الرفيعة المرتبطة بالنواة (Reitalu، 1956، 1957؛ Klinger، 1958).
2. يمكن أن يتواجد الكروماتين الجنسي بحرية في البلازما النووية ويأخذ شكلًا كرويًا أو بيضاويًا.
3. في حالات نادرة جدًا، يوجد الكروماتين الجنسي على النواة (في الخلايا العصبية للقطط).

وجد بار وبيرترام (1949) أن أجسام الكروماتين الجنسية في نواة الخلية العصبية تحت اللسان يمكن أن تغير موقعها بالنسبة للنواة اعتمادًا على الحالة الوظيفية للخلايا العصبية بعد تحفيزها. وبالمثل، أظهر ليندساي وبار (1955) أنه أثناء التوليف المعزز للبروتينات النووية أثناء استعادة المادة الغدة النخامية للنواة العصبية بعد التحفيز المطول للعصب تحت اللسان، حدثت زيادة في حجم النواة وحركة كتلة الكروماتين الجنسي نحو العصب. وقد لوحظ الغشاء النووي. تمت استعادة الوضع الأصلي بعد 400 ساعة.

وجد جراهام (1954)، الذي كان يدرس الخلايا العصبية في المراحل الجنينية المبكرة لتطور القطط، كتلًا من الكروماتين الجنسي على الغشاء النووي؛ بعد ولادة القطط، كانت موجودة بالقرب من النواة. ولوحظ وضع مماثل في الخلايا الجسدية الأخرى، والتي، وفقا للمؤلف، ترتبط بالتمايز.

عندما يقع الكروماتين الجنسي بالقرب من النواة وفي النواة، يكون من الصعب أحيانًا تمييزه عن أجسام الكروماتين التي لها نفس الحجم والشكل. على هذا الأساس، يميل معظم المؤلفين إلى النظر في الكروماتين الجنسي فقط تلك الهيئات الموجودة على محيط النواة، والتي هي الأكثر سمة للأنسجة البشرية ومعظم الحيوانات.

وفقًا لـ A.V Kapustin (1961-1964)، في خلايا الأنسجة البشرية، يجب اعتبار الكتل الموجودة بالقرب من الغشاء النووي فقط كروماتينًا جنسيًا. 3. تشير P. Zhemkova (1960) إلى أن الكروماتين الجنسي في أنسجة المشيمة البشرية له "خصوصية جنسية" بغض النظر عن موقعه. في الأرومة الغاذية لأجنة الفئران، يقع الكروماتين الجنسي في الغالب بالقرب من الغشاء النووي (E. V. Zybina، 1960)، وفي كبد جنين الدجاج يكون حرًا في النواة (V. Ya. Azarova، 1961) (الشكل 1). ).

الشكل 1. أجسام بار.
أ - في الخلية الجسدية للجسم الأنثوي؛ ب - في الخلية الجسدية للجسم الذكري ("جسم البر الزائف")؛ ج - في إحدى الخلايا السرطانية في جسم الأنثى. تلطيخ دوكوموف، التكبير 2200 مرة.

وبالتالي، فإن حجم وشكل وتوطين أجسام بار يرتبط إلى حد ما بالأنواع وخصائص الأنسجة ويعتمد على الحالة الوظيفية للخلايا. وفقا لثوينس (1961)، الذي درس بنية الكروماتين الجنسي في المجهر الإلكتروني، فإن أجسام بار لها حدود واضحة وتقع عادة بالقرب من الغشاء النووي. تم تحليل مسألة التوطين التفضيلي لأجسام بار بالقرب من الغشاء النووي من قبل آي إل جولدمان ومؤلفين مشاركين (1968). يقع كروموسوم X المتغاير (التكرار المتأخر) ، كما أثبتت دراسات العديد من المؤلفين ، في المنطقة المحيطية من نواة الطورية. على ما يبدو، فإن البنية المكانية للنواة الحركية تعكس بشكل كاف الصورة المسطحة للوحة الطورية. تظهر بيانات المجهر الإلكتروني وجود اتصال معين بين المناطق غير المتجانسة للكروموسومات مع الغشاء النووي؛ ولعل هذه الآلية هي التي تحدد الموضع الثابت في نواة الكروموسوم X، الذي يحتوي على كتل كبيرة من الكروماتين المتغاير. في هذه الحالة، فإن درجة تصاعد الكروموسوم وعوامل أخرى مهمة.

النواة وتقسيم الخلية

الهياكل غير النووية التي تحدث (كرات الدم الحمراء والصفائح الدموية والقشور القرنية) هي نتيجة للتمايز المحدد لأشكال الخلايا النووية

ويحتوي الجسم أيضًا على هياكل تحتوي على عشرات ومئات النوى. وتشمل هذه Symplasts و syncytia.

تتشكل السيمبلاستات نتيجة اندماج الخلايا وهي عبارة عن خيوط بروتوبلازمية متعددة النوى.

يتشكل المخلوي نتيجة لانقسام الخلايا غير المكتمل وهو عبارة عن قطيع، مجموعة من الخلايا متحدة بواسطة جسور السيتوبلازم.

للنواة شكل مختلف، وغالبًا ما تكون مستديرة، أو على شكل قضيب أقل أو غير منتظمة. وتجدر الإشارة إلى أن شكل النواة يميل إلى تكرار شكل الخلية ويتوافق مع غرضها الوظيفي. على سبيل المثال، الخلايا العضلية الملساء، التي لها شكل مغزلي، لها نواة على شكل قضيب. تكون الخلايا الليمفاوية في الدم مستديرة الشكل وتكون نواتها عادة مستديرة.

وظائف النواة:

تخزين ونقل المعلومات الوراثية إلى الخلايا الوليدة

تنظيم تخليق البروتين

ويتم ضمان تخزين المعلومات الوراثية من خلال احتواء الحمض النووي للكروموسومات على إنزيمات إصلاح تعمل على استعادة الكروموسومات النووية بعد تلفها. يحدث نقل المعلومات الوراثية عندما يتم توزيع نسخ متطابقة من الحمض النووي بالتساوي بين الخلايا الوليدة أثناء انقسام الخلية الأم.

يتم تنظيم تخليق البروتين نظرًا لحقيقة أن جميع أنواع الحمض النووي الريبي (RNA) يتم نسخها على سطح كروموسومات الحمض النووي: المعلوماتية والريبوسومية والنقل، والتي تشارك في تخليق البروتين على سطح EPS الحبيبي.

تكون التكوينات الهيكلية للنواة أكثر وضوحًا خلال فترة معينة من حياة الخلية - في الطور البيني.

العناصر الهيكلية لنواة الطور البيني:

1) الكروماتين

2) النواة

3) كاريوليما

4) الكاريوبلازم

الكروماتينية

وهو عنصر نووي يقبل الأصباغ جيدًا (الكروموس)، ومن هنا اسمه. يتكون الكروماتين من خيوط - ألياف أولية يبلغ سمكها 20-25 نانومتر، وتقع بشكل فضفاض أو مضغوط في النواة. هذا هو الأساس لتقسيم الكروماتين إلى نوعين:

1) الكروماتين الحقيقي سائب (غير مكثف)، وملطخ بشكل ضعيف بالأصباغ الأساسية.

2) الهيتروكروماتين - مضغوط (مكثف) وسهل تلطيخه بالأصباغ الأساسية.

يُطلق على الكروماتين الحقيقي اسم نشط، ويسمى الهيتروكروماتين غير نشط. يتم تفسير نشاط الكروماتين الحقيقي من خلال حقيقة أن ألياف الحمض النووي منزوعة الحلزونية، أي. تم اكتشاف الجينات الموجودة على سطحها والتي يحدث فيها نسخ الحمض النووي الريبي (RNA). وهذا يخلق الظروف الملائمة لنسخ الحمض النووي الريبي (RNA). إذا لم يتم إزالة الحمض النووي للكروموسوم، فإن الجينات هنا تكون مغلقة، مما يجعل من الصعب نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) من سطحها. ونتيجة لذلك، يتم تقليل تخليق البروتين. هذا هو السبب في أن الهيتروكروماتين غير نشط. تعد نسبة الاتحاد الأوروبي والكروماتين المغاير في النواة مؤشرا على نشاط العمليات الاصطناعية في الخلية.

يغير الكروماتين حالته الفيزيائية اعتمادًا على النشاط الوظيفي للخلية. أثناء فترة الانقسام، يتكثف الكروماتين ويتحول إلى كروموسومات. ولذلك فإن الكروماتين والكروموسومات هما حالات فيزيائية مختلفة لنفس المادة.

التركيب الكيميائي للكروماتين:

1. الحمض النووي - 40%
2. البروتينات – 60%
3. الحمض النووي الريبي – 1%

البروتينات النووية تأتي في شكلين:

البروتينات الأساسية (الهيستون) (80-85%)

البروتينات الحمضية (غير الهيستونية) (15-20%).

تشكل البروتينات غير الهيستونية شبكة بروتينية في الكاريوبلازم (المصفوفة النووية)، مما يوفر النظام الداخلي لترتيب الكروماتين. تشكل بروتينات الهيستون كتلًا تتكون كل منها من 8 جزيئات. وتسمى هذه الكتل النيوكليوسومات. يتم لف ألياف الحمض النووي حول النيوكليوزومات. وظائف بروتينات هيستون:

تخطيط خاص لكروموسومات الحمض النووي

تنظيم تخليق البروتين.

تعد الأبحاث البيوكيميائية في علم الوراثة طريقة مهمة لدراسة عناصره الأساسية - الكروموسومات والجينات. في هذه المقالة سوف نلقي نظرة على ماهية الكروماتين ونكتشف تركيبه ووظائفه في الخلية.

الوراثة هي الخاصية الرئيسية للمادة الحية

تشمل العمليات الرئيسية التي تميز الكائنات الحية التي تعيش على الأرض التنفس والتغذية والنمو والإفراز والتكاثر. الوظيفة الأخيرة هي الأكثر أهمية للحفاظ على الحياة على كوكبنا. كيف لا يتذكر المرء أن الوصية الأولى التي أعطاها الله لآدم وحواء كانت التالية: "أثمروا واكثروا". على المستوى الخلوي، يتم تنفيذ الوظيفة التوليدية بواسطة الأحماض النووية (المادة المكونة للكروموسومات). سننظر في هذه الهياكل بشكل أكبر.

ولنضيف أيضًا أن حفظ المعلومات الوراثية ونقلها إلى الأحفاد يتم وفق آلية واحدة، مستقلة تمامًا عن مستوى تنظيم الفرد، أي للفيروس، وللبكتيريا، وللبشر. إنه عالمي.

ما هو جوهر الوراثة

في هذا العمل، ندرس الكروماتين، الذي يعتمد تركيبه ووظائفه بشكل مباشر على تنظيم جزيئات الحمض النووي. وفي عام 1869، اكتشف العالم السويسري ميشر مركبات تظهر خواص الأحماض في نوى خلايا الجهاز المناعي، والتي أطلق عليها في البداية اسم النيوكلين ثم الأحماض النووية. من وجهة نظر كيميائية، هذه مركبات عالية الجزيئية - البوليمرات. مونومراتها عبارة عن نيوكليوتيدات لها البنية التالية: قاعدة البيورين أو البيريميدين، البنتوز والباقي. وقد وجد العلماء أن هناك نوعين من الحمض النووي الريبي (RNA) يمكن أن يتواجدا في الخلايا. وهي معقدة بالبروتينات وتشكل مادة الكروموسومات. مثل البروتينات، تمتلك الأحماض النووية عدة مستويات من التنظيم المكاني.

في عام 1953، تمكن واتسون وكريك الحائزان على جائزة نوبل من فك رموز بنية الحمض النووي. وهو جزيء يتكون من سلسلتين مرتبطتين بروابط هيدروجينية تنشأ بين القواعد النيتروجينية وفقا لمبدأ التكامل (مقابل الأدينين توجد قاعدة الثيمين، ومقابل السيتوزين توجد قاعدة الجوانين). يحتوي الكروماتين، الذي ندرس تركيبه ووظائفه، على جزيئات من حمض الديوكسي ريبونوكلييك وحمض الريبونوكليك بتكوينات مختلفة. سنتناول هذه المسألة بمزيد من التفصيل في قسم "مستويات تنظيم الكروماتين".

توطين مادة الوراثة في الخلية

الحمض النووي موجود في الهياكل الخلوية مثل النواة، وكذلك في العضيات القادرة على الانقسام - الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. ويرجع ذلك إلى أن هذه العضيات تؤدي أهم الوظائف في الخلية: وكذلك تخليق الجلوكوز وتكوين الأكسجين في الخلايا النباتية. خلال المرحلة الاصطناعية من دورة الحياة، تتضاعف العضيات الأمومية. وبالتالي، فإن الخلايا الابنة، نتيجة للانقسام الفتيلي (انقسام الخلايا الجسدية) أو الانقسام الاختزالي (تكوين البويضات والحيوانات المنوية)، تتلقى الترسانة اللازمة من الهياكل الخلوية التي تزود الخلايا بالمواد المغذية والطاقة.

يتكون حمض الريبونوكلييك من سلسلة واحدة وله وزن جزيئي أقل من الحمض النووي. وهو موجود في النواة وفي الهيالوبلازم، وهو أيضًا جزء من العديد من العضيات الخلوية: الريبوسومات، الميتوكوندريا، الشبكة الإندوبلازمية، البلاستيدات. يرتبط الكروماتين الموجود في هذه العضيات ببروتينات هيستون وهو جزء من البلازميدات - جزيئات DNA الدائرية المغلقة.

الكروماتين وبنيته

لذلك، أثبتنا أن الأحماض النووية موجودة في مادة الكروموسومات - الوحدات الهيكلية للوراثة. يشبه الكروماتين تحت المجهر الإلكتروني حبيبات أو تكوينات تشبه الخيوط. ويحتوي، بالإضافة إلى الحمض النووي، أيضًا على جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، بالإضافة إلى بروتينات تظهر خصائص أساسية وتسمى الهستونات. جميع النيوكليوسومات المذكورة أعلاه. وهي موجودة في كروموسومات النواة وتسمى الألياف (خيوط الملف اللولبي). لتلخيص كل ما سبق، دعونا نحدد ما هو الكروماتين. هذا مركب معقد من البروتينات الخاصة - الهستونات. يتم لف جزيئات الحمض النووي المزدوجة الجديلة عليها، مثل البكرات، لتشكل النيوكليوزومات.

مستويات تنظيم الكروماتين

مادة الوراثة لها بنية مختلفة، والتي تعتمد على عوامل كثيرة. على سبيل المثال، يعتمد ذلك على مرحلة دورة الحياة التي تمر بها الخلية: فترة الانقسام (الانقسام أو الانقسام الاختزالي)، فترة ما قبل التخليق أو فترة الطور البيني الاصطناعية. من شكل الملف اللولبي، أو الليفي، كأبسط شكل، يحدث ضغط إضافي للكروماتين. الهيتروكروماتين هو حالة أكثر كثافة، تتشكل في المناطق الداخلية من الكروموسوم حيث يكون النسخ مستحيلا. خلال فترة راحة الخلية - الطور البيني، عندما لا تكون هناك عملية انقسام - يقع الهيتروكروماتين في الكاريوبلازم للنواة على طول المحيط، بالقرب من غشاءها. يحدث ضغط المحتويات النووية خلال مرحلة ما بعد التخليق من دورة حياة الخلية، أي قبل الانقسام مباشرة.

ما الذي يحدد تكثيف مادة الوراثة؟

من خلال مواصلة دراسة السؤال "ما هو الكروماتين"، أثبت العلماء أن ضغطه يعتمد على بروتينات هيستون، والتي يتم تضمينها في النيوكليوزومات إلى جانب جزيئات الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). وهي تتكون من أربعة أنواع من البروتينات، تسمى الأساسية والرابط. في وقت النسخ (قراءة المعلومات من الجينات باستخدام الحمض النووي الريبي)، تكون مادة الوراثة مكثفة بشكل ضعيف وتسمى الكروماتين الحقيقي.

حاليًا، تستمر دراسة سمات توزيع جزيئات الحمض النووي المرتبطة ببروتينات الهيستون. على سبيل المثال، وجد العلماء أن الكروماتين الموجود في مواقع مختلفة من نفس الكروموسوم يختلف في مستوى التكثيف. على سبيل المثال، في الأماكن التي ترتبط فيها خيوط المغزل، التي تسمى السنتروميرات، بالكروموسوم، تكون أكثر كثافة من المناطق التيلوميرية - الموقع الطرفي.

منظمات الجينات وتكوين الكروماتين

يقدم مفهوم تنظيم نشاط الجينات، الذي ابتكره علماء الوراثة الفرنسيون جاكوب ومونود، فكرة عن وجود مناطق من حمض الديوكسي ريبونوكلييك التي لا توجد فيها معلومات حول هياكل البروتين. إنهم يؤدون وظائف إدارية بيروقراطية بحتة. تسمى هذه الأجزاء من الكروموسومات بالجينات التنظيمية، وعادة ما تفتقر إلى بروتينات هيستون في بنيتها. يسمى الكروماتين، الذي يتم تحديده بالتسلسل، مفتوحًا.

وفي سياق مزيد من البحث، وجد أن هذه المواقع تحتوي على تسلسلات النيوكليوتيدات التي تمنع جزيئات البروتين من الارتباط بجزيئات الحمض النووي. تحتوي هذه المناطق على جينات تنظيمية: المروجين، والمعززات، والمنشطات. إن ضغط الكروماتين فيها مرتفع، ويبلغ طول هذه المناطق في المتوسط ​​حوالي 300 نانومتر. يوجد تعريف للكروماتين المفتوح في النوى المعزولة، حيث يتم استخدام إنزيم DNAase. إنه يشق بسرعة كبيرة مواقع الكروموسومات التي تفتقر إلى بروتينات الهيستون. يُطلق على الكروماتين الموجود في هذه المناطق اسم شديد الحساسية.

دور مادة الوراثة

وتشارك المجمعات، بما في ذلك الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) والبروتين، والتي تسمى الكروماتين، في تكوين الخلايا وتغيير تركيبها اعتمادًا على نوع الأنسجة، وكذلك على مرحلة تطور الكائن الحي ككل. على سبيل المثال، في الخلايا الظهارية الجلدية، يتم حظر جينات مثل المعزز والمروج بواسطة البروتينات الكابتة، في حين أن هذه الجينات التنظيمية نفسها في الخلايا الإفرازية للظهارة المعوية تكون نشطة وتقع في منطقة الكروماتين المفتوحة. لقد وجد علماء الوراثة أن الحمض النووي الذي لا يرمز للبروتينات يمثل أكثر من 95% من الجينوم البشري بأكمله. وهذا يعني أن هناك العديد من جينات التحكم أكثر من تلك المسؤولة عن تخليق الببتيدات. إن إدخال طرق مثل رقائق الحمض النووي وتسلسلها جعل من الممكن معرفة ماهية الكروماتين، ونتيجة لذلك، رسم خريطة الجينوم البشري.

تعد أبحاث الكروماتين مهمة جدًا في فروع العلوم مثل علم الوراثة البشرية وعلم الوراثة الطبية. ويرجع ذلك إلى الارتفاع الحاد في مستوى حدوث الأمراض الوراثية - الوراثية والكروموسومية. الاكتشاف المبكر لهذه المتلازمات يزيد من نسبة التشخيص الإيجابي في علاجها.