גרעין התא. מיטוזה

מאפיינים כלליים של הגרעין הבין-פאזי

הגרעין הוא המרכיב החשוב ביותר של התא, שנמצא כמעט בכל התאים של אורגניזמים רב-תאיים. לרוב התאים יש גרעין בודד, אך ישנם תאים דו-גרעיניים ורב-גרעיניים (לדוגמה, סיבי שריר מפוספסים). דו-גרעיניות ורב-גרעיניות נקבעות על פי המאפיינים התפקודיים או המצב הפתולוגי של התאים. צורתו וגודלו של הגרעין משתנים מאוד ותלויים בסוג האורגניזם, סוג, גיל ומצב תפקודי התא. בממוצע, נפח הגרעין הוא כ-10% מהנפח הכולל של התא. לרוב, הליבה בעלת צורה עגולה או אליפסה הנעה בין 3 ל-10 מיקרון בקוטר. הגודל המינימלי של הגרעין הוא 1 מיקרון (בחלק מהפרוטוזואה), המקסימום הוא 1 מ"מ (הביצים של כמה דגים ודו-חיים). במקרים מסוימים קיימת תלות של צורת הגרעין בצורת התא. הגרעין תופס בדרך כלל מיקום מרכזי, אך בתאים מובחנים ניתן להזיז אותו לחלק ההיקפי של התא. כמעט כל ה-DNA של תא אוקריוטי מרוכז בגרעין.

הפונקציות העיקריות של הקרנל הן:

1) אחסון והעברה של מידע גנטי;

2) ויסות סינתזת החלבון, חילוף החומרים והאנרגיה בתא.

לפיכך, הגרעין הוא לא רק מאגר החומר הגנטי, אלא גם המקום שבו חומר זה מתפקד ומתרבה. לכן, שיבוש של כל אחד מהפונקציות הללו יוביל למוות של תאים. כל זה מצביע על החשיבות המובילה של מבנים גרעיניים בתהליכי סינתזה של חומצות גרעין וחלבונים.

מְזוּיָן

הליבה. כרומטין, הטרוכרומטין, אוכרומטין.

הגרעין (lat. nucleus) הוא אחד המרכיבים המבניים של תא אוקריוטי, המכיל מידע גנטי (מולקולות DNA), המבצע את התפקידים העיקריים: אחסון, העברה והטמעה של מידע תורשתי, הבטחת סינתזת חלבון. הגרעין מורכב מכרומטין, נוקלאולוס, קריופלזמה (או נוקלאופלזמה) ומעטפת גרעינית. בגרעין התא מתרחשת שכפול (או שכפול) - הכפלת מולקולות ה-DNA, כמו גם שעתוק - סינתזה של מולקולות RNA על מולקולת DNA. מולקולות RNA המסונתזות בגרעין משתנות ומשתחררות לציטופלזמה. היווצרות שתי תת-היחידות הריבוזומליות מתרחשת בתצורות מיוחדות של גרעין התא - נוקלאולי. לפיכך, גרעין התא הוא לא רק מאגר המידע הגנטי, אלא גם המקום שבו חומר זה מתפקד ומתרבה.

לתא לא מתחלק, בין-פאזי, יש בדרך כלל גרעין אחד לכל תא (אם כי נמצאים גם תאים מרובי גרעינים). הגרעין מורכב מכרומטין, גרעין, קריופלזמה (נוקלאופלזמה) וממברנה גרעינית המפרידה בינו לבין הציטופלזמה (איור 17).

כרומטין

כאשר מתבוננים בתאים חיים או קבועים בתוך הגרעין, מתגלים אזורים של חומר צפוף המגיבים היטב לצבעים שונים, במיוחד לצבעים בסיסיים. הודות ליכולת זו להכתים היטב, מרכיב זה של הגרעין נקרא "כרומטין" (מהיוונית chroma - צבע, צבע). כרומטין מורכב מ-DNA בקומפלקס עם חלבון. גם לכרומוזומים, הנראים בבירור במהלך חלוקת תאים מיטוטיים, יש את אותן תכונות. בתאים שאינם מתחלקים (בין-פאזיים), הכרומטין, המתגלה במיקרוסקופ אור, יכול למלא באופן אחיד פחות או יותר את נפח הגרעין או להיות ממוקם בגושים נפרדים.

הכרומטין של גרעינים בין-פאזיים מורכב מכרומוזומים, אשר, עם זאת, בשלב זה מאבדים את צורתם הקומפקטית, מתרופפים ומתעבים. דרגת פירוק כרומוזומים כזו עשויה להשתנות. מורפולוגים קוראים לאזורים של דקוננסציה מוחלטת של החלקים שלהם euchromatinum. כאשר הכרומוזומים מתרופפים באופן חלקי, אזורים של כרומטין מעובה, הנקראים לפעמים הטרוכרומטין, נראים בגרעין הבין-פאזי. מידת הפירוק של חומר כרומוזומלי - כרומטין ב-interphase עשוי לשקף את העומס התפקודי של מבנה זה. ככל שהכרומטין מפוזר יותר "מפוזר" בגרעין הבין-פאזי (כלומר, יותר אוכרומטין), כך התהליכים הסינתטיים בו חזקים יותר.

הכרומטין מתעבה למקסימום במהלך חלוקת תאים מיטוטיים, כאשר הוא נמצא בצורה של כרומוזומים צפופים. במהלך תקופה זו, הכרומוזומים אינם מבצעים כל פונקציה סינתטית; מבשרי DNA ו-RNA אינם כלולים בהם.

לפיכך, כרומוזומי התא יכולים להיות בשני מצבים מבניים ותפקודיים: במצב פעיל, עובד, מעובה חלקית או לחלוטין, כאשר מתרחשים תהליכי שעתוק ושכפול עם השתתפותם בגרעין הבין-פאזי, ובמצב לא פעיל, במצב מטבולי. לנוח עם העיבוי המקסימלי שלהם, כאשר הם מבצעים את הפונקציה של הפצה והעברת חומר גנטי לתאי בת.

כרומטין

האורך העצום של מולקולות ה-DNA האוקריוטיות קבע מראש את הופעתם של מנגנונים מיוחדים לאחסון, שכפול ויישום של חומר גנטי. כרומטין הוא השם שניתן למולקולות DNA כרומוזומליות בשילוב עם חלבונים ספציפיים הדרושים לביצוע תהליכים אלו. החלק הארי מורכב מ"חלבוני אחסון", מה שנקרא היסטונים. נוקלאוזומים בנויים מחלבונים אלה - מבנים שעליהם פצועים גדילים של מולקולות DNA. נוקלאוזומים מסודרים באופן קבוע למדי, כך שהמבנה המתקבל דומה לחרוזים. הנוקלאוזום מורכב מארבעה סוגי חלבונים: H2A, H2B, H3 ו-H4. נוקלאוזום אחד מכיל שני חלבונים מכל סוג - בסך הכל שמונה חלבונים. היסטון H1, גדול יותר מהיסטונים אחרים, נקשר ל-DNA באתר הכניסה שלו לנוקלאוזום. הנוקלאוזום יחד עם H1 נקרא כרומטוזום.

גדיל ה-DNA עם נוקלאוזומים יוצר מבנה דמוי סולנואיד לא סדיר בעובי של כ-30 ננומטר, מה שנקרא פיבריל 30 ננומטר. אריזה נוספת של סיב זה יכולה להיות בעלת צפיפויות שונות. אם הכרומטין ארוז היטב, זה נקרא מעובה או הטרוכרומטין, זה נראה בבירור מתחת למיקרוסקופ. DNA הממוקם בהטרוכרומטין אינו מועתק; מצב זה מאפיין בדרך כלל אזורים לא משמעותיים או שקטים. ב-interphase, heterochromatin ממוקם בדרך כלל לאורך הפריפריה של הגרעין (הטרוכרומטין פריאטלי). עיבוי מלא של כרומוזומים מתרחש לפני חלוקת התא. אם הכרומטין ארוז בצורה רופפת, זה נקרא eu- או אינטרכרומטין. סוג זה של כרומטין הוא הרבה פחות צפוף כאשר הוא נצפה תחת מיקרוסקופ ומאופיין בדרך כלל בנוכחות של פעילות שעתוק. הצפיפות של אריזת הכרומטין נקבעת במידה רבה על ידי שינויים היסטונים - אצטילציה וזרחון.

מאמינים כי בגרעין יש מה שנקרא תחומי כרומטין פונקציונליים (DNA של תחום אחד מכיל כ-30 אלף זוגות בסיסים), כלומר, לכל חלק של הכרומוזום יש "טריטוריה" משלו. למרבה הצער, נושא ההפצה המרחבית של הכרומטין בגרעין עדיין לא נחקר מספיק. ידוע שאזורים טלומריים (טרמינליים) וצנטרומריים (האחראים לקישור כרומטידות אחיות במיטוזה) של כרומוזומים מחוברים לחלבוני הלמינה הגרעינית.

2. כרומטין

כרומטין הוא הגרגירים הרבים המוכתמים בצבעים בסיסיים שמהם נוצרים כרומוזומים. כרומוזומים נוצרים על ידי קומפלקס של נוקלאופרוטאין המכילים חומצות גרעין וחלבונים. ישנם שני סוגים של כרומטין בגרעינים של תאים אנושיים ב-interphase - כרומטין מפוזר, בעל צבע חלש (אאוכרומטין), הנוצר על ידי סיבים ארוכים, דקים, שזורים זה בזה, כרומטין פעיל מאוד מבחינה מטבולית ומעובה (הטרוכרומטין), המקביל לאזורים של כרומוזומים שאינם מעורבים בתהליכי שליטה בפעילות מטבולית. תאים בוגרים (לדוגמה, דם) מאופיינים בגרעינים עשירים בכרומטין צפוף ודחוס, השוכבים בגושים. בגרעינים של תאים סומטיים של נשים, הוא מיוצג על ידי גוש כרומטין קרוב לממברנה הגרעינית: זהו כרומטין מין נשי (או גופי Barr), שהוא כרומוזום X מעובה. כרומטין ממין זכר מיוצג בגרעינים של תאים סומטיים זכריים כגוש שזוהר כשהוא מוכתם בפלואורכרומים. קביעת כרומטין מין משמש, למשל, לקביעת מין של ילד מתוך תאים המתקבלים ממי השפיר של אישה בהריון.

כרומטין גרעיניהוא קומפלקס של חומצות דאוקסיריבונוקלאיות עם חלבונים, כאשר ה-DNA נמצא בדרגות שונות של עיבוי.

במיקרוסקופ אור, הכרומטין מופיע כגושים בעלי צורה לא סדירה שאין להם גבולות ברורים והם מוכתמים בצבעים בסיסיים. אזורים מעובה חלש וחזק של כרומטין עוברים בצורה חלקה זה לזה. בהתבסס על צפיפות אופטית של אלקטרונים ואור, מובחנים הטרוכרומטין צפוף באלקטרונים, צבעוניים עזים ואוכרומטין פחות צבעוני ופחות צפוף באלקטרונים.

הטרוכרומטין הוא אזור של DNA מעובה מאוד הקשור לחלבוני היסטון. במיקרוסקופ אלקטרוני, נראים גושים כהים בעלי צורה לא סדירה.

הטרוכרומטין הוא אוסף צפוף של נוקלאוזומים. הטרוכרומטין, בהתאם למיקומו, מחולק לפריאטלי, מטריצה ​​ו-perinuclear.

הטרוכרומטין פריאטלי צמוד לפני השטח הפנימי של המעטפת הגרעינית, הטרוכרומטין מטריצת מופץ במטריצת הקריופלזמה, והטרוכרומטין פרי-גרעיני צמוד לגרעין.

Euchromatin הוא אזור של DNA מעובה חלש. Euchromatin מתאים לאזורים של כרומוזומים שהפכו מפוזרים, אך אין גבול ברור בין כרומטין מעובה למעובה. לרוב חלבונים שאינם היסטונים קשורים לחומצות גרעין באוכרומטין, אך ישנם גם היסטונים היוצרים נוקלאוזומים, אשר מפוזרים באופן רופף בין מקטעים של DNA לא מעובה. חלבונים שאינם היסטונים מציגים תכונות בסיסיות פחות בולטות, מגוונים יותר בהרכב הכימי, ומשתנים הרבה יותר ברזולוציה. הם משתתפים בתמלול ומווסתים תהליך זה. ברמת מיקרוסקופ אלקטרונים העברה, אאוכרומטין הוא מבנה בצפיפות אלקטרונים נמוכה המורכב ממבנים גרגיריים עדינים ומבנים פיברילרים עדינים.

נוקלאוזומים הם קומפלקסים מורכבים של דאוקסיריבונוקלאופרוטאין המכילים DNA וחלבונים בקוטר של כ-10 ננומטר. נוקלאוזומים מורכבים מ-8 חלבונים - היסטונים H2a, H2b, H3 ו-H4, המסודרים ב-2 שורות.

מסביב לקומפלקס המקרומולקולרי של החלבון, קטע ה-DNA יוצר 2.5 סיבובים סליליים ומכסה 140 זוגות נוקלאוטידים. קטע זה של ה-DNA נקרא ליבה והוא מיועד ל-DNA ליבה (nDNA). אזור ה-DNA בין נוקלאוזומים נקרא לפעמים מקשר. אזורי קישור תופסים כ-60 זוגות נוקלאוטידים ומסומנים כ-iDNA.

היסטונים הם חלבונים בעלי משקל מולקולרי נמוך, שנשמרו מבחינה אבולוציונית, בעלי תכונות בסיסיות מובהקות. הם שולטים בקריאה של מידע גנטי. באזור הנוקלאוזום, תהליך השעתוק נחסם, אך במידת הצורך, סליל ה-DNA יכול "להתפרק" ומסביבו מופעל פילמור RNA גרעיני. לפיכך, ההיסטונים חשובים כחלבונים השולטים ביישום התוכנית הגנטית ובפעילות התפקודית הספציפית של התא.

גם לאוכרומטין וגם להטרוכרומטין יש רמת ארגון נוקלאוזומלית. עם זאת, אם היסטון H1 מחובר לאזור המקשר, אז הנוקלאוזומים מתאחדים זה עם זה, ועיבוי נוסף (דחיסה) של DNA מתרחש עם היווצרות של קונגלומרטים גסים - הטרוכרומטין. ב-euchromatin, עיבוי DNA משמעותי אינו מתרחש.

עיבוי DNA יכול להתרחש כ- superbead או סולנואיד. במקרה זה, שמונה נוקלאוזומים צמודים זה לזה בצורה קומפקטית ויוצרים חרוז-על. גם במודל הסולנואיד וגם בחרוז העל, סביר להניח שהנוקלאוזומים נמצאים בספירלה.

ה-DNA יכול להיות אפילו יותר דחוס ויוצר כרומומרים. בכרומומר, סיבים של deoxyribonucleoprotein משולבים ללולאות המוחזקות יחד על ידי חלבונים שאינם היסטונים. ניתן לאתר כרומומרים בצורה קומפקטית פחות או יותר. הכרומומרים מתעבים עוד יותר במהלך מיטוזה, ויוצרים כרומונמה (מבנה דמוי חוט). כרומונמים נראים במיקרוסקופ אור, נוצרים בפרוזה של מיטוזה ומשתתפים ביצירת כרומוזומים, המסודרים בסידור ספירלי.

יותר נוח לחקור את המורפולוגיה של הכרומוזומים כשהם הכי דחוסים במטאפאזה ובתחילת האנפאזה. במצב זה, הכרומוזומים מעוצבים כמו מוטות באורכים שונים, אך בעובי קבוע למדי. בהם נראה בבירור אזור ההיצרות הראשוני, המחלק את הכרומוזום לשתי זרועות.

חלק מהכרומוזומים מכילים התכווצות משנית. ההתכווצות המשנית היא מארגן גרעיני, מכיוון שבמהלך האינטרפאזה נוצרים באזורים אלו נוקלאולים.

צנטרומרים, או קינטוכורים, מחוברים לאזור ההיצרות הראשונית. הקינטוכור הוא לוח דיסקואידי. ה-kinetochores מחוברים על ידי microgrids, אשר מחוברים centrioles. מיקרוטובולים "מפרקים" כרומוזומים במיטוזה.

כרומוזומים יכולים להשתנות משמעותית בגודל וביחס הזרועות. אם הכתפיים שוות או כמעט שוות, אז הן מטאצנטריות. אם אחת הזרועות קצרה מאוד (כמעט בלתי מורגשת), אז כרומוזום כזה הוא אקרוצנטרי. הכרומוזום התת-מטצנטרי תופס עמדת ביניים. כרומוזומים עם התכווצויות משניות נקראים לפעמים כרומוזומי לוויין.

גופי Barr (כרומטין מין) הם מבני כרומטין מיוחדים שנמצאים לעתים קרובות יותר בתאים של נקבות. בנוירונים, גופים אלה ממוקמים ליד הגרעין. באפיתל הם שוכבים ליד הקירות ויש להם צורה אליפסה; בנויטרופילים הם בולטים לתוך הציטופלזמה בצורה של "מקל תוף", ובנוירונים יש להם צורה עגולה. הם נמצאים ב-90% מהתאים הנשיים ורק 10% מהתאים הזכריים. גוף Barr מתאים לאחד מכרומוזומי המין X, אשר מאמינים שהוא במצב מעובה. זיהוי גופות בר חשוב לקביעת מין של בעל חיים.

סיבים של פריכרומטין ואינטרכרומטין נמצאים במטריצה ​​הקריופלזמית ושוכבים קרוב לכרומטין (פריכרומטין) או מפוזרים (אינטרכרומטין). ההנחה היא שסיבים אלו הם חומצות ריבו-נוקלאיות דחוסות בצורה חלשה שנתפסו בחתך אלכסוני או אורכי.

גרגירי פריכרומטין הם חלקיקים בגודל של 30...50 ננומטר, צפיפות אלקטרונים גבוהה. הם שוכבים על הפריפריה של הטרוכרומטין ומכילים DNA וחלבונים; זהו אזור מקומי עם נוקלאוזומים צפופים.

לגרגרי אינטרכרומטין יש צפיפות אלקטרונים גבוהה, קוטר של 20...25 ננומטר והם אוסף של חומצות ריבונוקלאיות ואנזימים. אלו עשויות להיות תת-יחידות ריבוזומליות המועברות אל המעטפת הגרעינית.

אם אתה מוצא שגיאה, אנא סמן קטע טקסט ולחץ Ctrl+Enter.

כרומטין מין בגרעיני התא יכול לתפוס, על פי מור ובר (1954) וווינגר (1962), את שלושת העמדות הבאות.
1. ברוב המקרים, כרומטין המין ממוקם בפריפריה של הגרעין, על פני השטח הפנימיים של המעטפת הגרעינית. יש לו צורה שטוחה-קמורה, לעתים רחוקות יותר בצורת V או צורה משולשת. לפעמים מציינים קווי מתאר בצורת משקולת או צורה של חוטים דקים הקשורים לגרעין (Reitalu, 1956, 1957; Klinger, 1958).
2. כרומטין מין יכול להיות ממוקם באופן חופשי בנוקלאופלזמה וקבל צורה כדורית או אליפסה.
3. לעתים רחוקות מאוד, כרומטין מין ממוקם על הגרעין (בנוירונים של חתולים).

Barr and Bertram (1949) מצאו שגופי כרומטין מין של גרעיני תאי העצב ההיפוגלוסליים יכולים לשנות את מיקומם ביחס לגרעין בהתאם למצב התפקודי של הנוירונים לאחר גירוים. באופן דומה, Lindsay and Barr (1955) הראו שבמהלך סינתזה מוגברת של נוקלאופרוטאין במהלך שחזור החומר הטיגרואידי של גרעינים עצביים לאחר גירוי ממושך של העצב ההיפוגלוסאלי, עלייה בגודל הגרעין ותנועת מסת הכרומטין המין לעבר נצפו קרום גרעיני. המיקום המקורי שוחזר לאחר 400 שעות.

גרהם (1954), שחקר נוירונים בשלבים העובריים המוקדמים של התפתחות החתול, מצא גושים של כרומטין מין על הממברנה הגרעינית; לאחר לידתם של חתלתולים, הם אותרו ליד הגרעין. מצב דומה נצפה בתאים סומטיים אחרים, אשר, לדברי המחבר, קשור להתמיינות.

כאשר כרומטין המין ממוקם ליד הנוקלאולי ובנוקלאופלזמה, לפעמים קשה להבחין בינו לבין גופי כרומטין בעלי אותו גודל וצורה. על בסיס זה, רוב המחברים נוטים לראות ככרומטין מין רק את הגופים הממוקמים בפריפריה של הגרעין, האופייני ביותר לרקמות אנושיות ולרוב בעלי החיים.

לפי A.V. Kapustin (1961 -1964), בתאי רקמה אנושיים רק גושים הממוקמים ליד הממברנה הגרעינית צריכים להיחשב ככרומטין מין. 3. P. Zhemkova (1960) מציין שלכרומטין המין ברקמת השליה האנושית יש "ספציפיות מינית" ללא קשר למיקומו. בטרופובלסט של עוברי חולדה, כרומטין המין ממוקם בעיקר ליד הממברנה הגרעינית (E. V. Zybina, 1960), ובכבד של עובר עוף הוא חופשי בנוקלאופלזמה (V. Ya. Azarova, 1961) (איור 1) ).

איור 1. גופי בר.
a - בתא סומטי של הגוף הנשי; ב - בתא הסומטי של הגוף הגברי ("גופו של פסאודו-בר"); c - בתא גידול של הגוף הנשי. צביעת דוקומוב, הגדלה פי 2200.

כתוצאה מכך, הגודל, הצורה והלוקליזציה של גופי Barr קשורים במידה מסוימת למאפיינים של מינים ורקמות ותלויים במצב התפקוד של התאים. לפי Thoenes (1961), שחקר את המבנה של כרומטין מין במיקרוסקופ אלקטרוני, לגופי Barr קווי מתאר ברורים והם ממוקמים בדרך כלל ליד הממברנה הגרעינית. שאלת הלוקליזציה המועדפת של גופי Barr ליד הממברנה הגרעינית מנותחת על ידי I. L. Goldman ושותפים למחברים (1968). כרומוזום X ההטרופיקנוטי (המשכפל מאוחר) ממוקם, כפי שהוכח על ידי מחקרים של מחברים רבים, באזור ההיקפי של גרעין המטאפאזה. ככל הנראה, המבנה המרחבי של הגרעין הבין-קינטי משקף בצורה נאותה את התמונה השטוחה של לוח המטאפאזה. נתוני מיקרוסקופ אלקטרונים מראים נוכחות של קשר מסוים בין האזורים ההטרוכרומטיים של הכרומוזומים עם הממברנה הגרעינית; אולי המנגנון הזה הוא שקובע את המיקום הקבוע בגרעין של כרומוזום X, שיש בו בלוקים גדולים של הטרוכרומטין. במקרה זה, מידת הספירליזציה של הכרומוזומים וגורמים אחרים חשובים.

חלוקת גרעין ותא

מבנים לא גרעיניים (אריתרוציטים, טסיות דם, קשקשים קרניים) הם תוצאה של התמיינות ספציפית של צורות תאים גרעיניים

הגוף מכיל גם מבנים המכילים עשרות ומאות גרעינים. אלה כוללים סימפלסטים וסינסיטיות.

סימפלסטים נוצרים כתוצאה מהיתוך תאים והם גדילים פרוטופלסמיים מרובי גרעינים.

הסינטיום נוצר כתוצאה מחלוקת תאים לא מלאה והוא להקה, קבוצת תאים המאוחדים על ידי גשרים ציטופלזמיים.

לגרעין יש צורה שונה, לעתים קרובות יותר עגולה, לעתים רחוקות יותר בצורת מוט או לא סדיר. יש לציין כי צורת הגרעין נוטה לשכפל את צורת התא ומתאימה למטרה התפקודית שלו. לדוגמה, למיוציטים חלקים, בעלי צורת ציר, יש גרעין בצורת מוט. לימפוציטים בדם הם עגולים בצורתם והגרעינים שלהם בדרך כלל עגולים.

פונקציות ליבה:

אחסון והעברת מידע תורשתי לתאי בת

ויסות סינתזת חלבון

אחסון המידע הגנטי מובטח על ידי העובדה שה-DNA של הכרומוזומים מכיל אנזימי תיקון המשחזרים כרומוזומים גרעיניים לאחר פגיעה בהם. העברת מידע תורשתי מתרחשת כאשר עותקים זהים של DNA מפוזרים באופן שווה בין תאי הבת במהלך חלוקת תא האם.

סינתזת החלבון מווסתת בשל העובדה שכל סוגי ה-RNA משועתקים על פני כרומוזומי ה-DNA: מידע, ריבוזומלי ותחבורה, המעורבים בסינתזת חלבון על פני ה-EPS הגרגירי.

תצורות מבניות של הגרעין בולטות ביותר במהלך תקופה מסוימת של חיי התא - ב-interphase.

אלמנטים מבניים של הגרעין הבין-פאזי:

1) כרומטין

2) גרעין

3) קריולמה

4) קריופלזמה

כרומטין

זהו יסוד גרעיני שמקבל צבעים היטב (כרומוס), ומכאן שמו. הכרומטין מורכב מחוטים - סיבים יסודיים, בעובי 20-25 ננומטר, הממוקמים באופן רופף או קומפקטי בגרעין. זהו הבסיס לחלוקת הכרומטין ל-2 סוגים:

1) אאוכרומטין רפוי (מעובה), מוכתם חלש בצבעים בסיסיים.

2) הטרוכרומטין - קומפקטי (מעובה), מוכתם בקלות בצבעים בסיסיים.

Euchromatin נקרא פעיל, הטרוכרומטין נקרא לא פעיל. הפעילות של euchromatin מוסברת על ידי העובדה שסיבי ה-DNA מנוזלים, כלומר. התגלו גנים שעל פני השטח שלהם מתרחש שעתוק RNA. זה יוצר תנאים לשעתוק RNA. אם ה-DNA של הכרומוזום אינו מיואש, אז הגנים כאן סגורים, מה שמקשה על תמלול RNA מפני השטח שלהם. כתוצאה מכך, סינתזת החלבון פוחתת. זו הסיבה שהטרוכרומטין אינו פעיל. היחס בין eu- והטרוכרומטין בגרעין הוא אינדיקטור לפעילות של תהליכים סינתטיים בתא.

הכרומטין משנה את מצבו הפיזי בהתאם לפעילות התפקודית של התא. במהלך החלוקה, הכרומטין מתעבה והופך לכרומוזומים. לכן, כרומטין וכרומוזומים הם מצבים פיזיקליים שונים של אותו חומר.

הרכב כימי של כרומטין:

1. DNA - 40%
2. חלבונים - 60%
3. RNA - 1%

חלבונים גרעיניים מגיעים בשתי צורות:

חלבונים בסיסיים (היסטון) (80-85%)

חלבונים חומציים (לא היסטונים) (15-20%).

חלבונים שאינם היסטונים יוצרים רשת חלבונים בקריופלזמה (מטריקס גרעיני), ומספקים סדר פנימי לסידור הכרומטין. חלבוני היסטון יוצרים בלוקים, שכל אחד מהם מורכב מ-8 מולקולות. בלוקים אלה נקראים נוקלאוזומים. סיב DNA כרוך סביב נוקלאוזומים. פונקציות של חלבוני היסטון:

פריסה מיוחדת של כרומוזומי DNA

ויסות סינתזת חלבון.

מחקר ביוכימי בגנטיקה הוא דרך חשובה לחקור את היסודות הבסיסיים שלו – כרומוזומים וגנים. במאמר זה נבחן מהו כרומטין ונברר את המבנה והפונקציות שלו בתא.

תורשה היא המאפיין העיקרי של החומר החי

התהליכים העיקריים המאפיינים אורגניזמים החיים על פני כדור הארץ כוללים נשימה, תזונה, גדילה, הפרשה ורבייה. הפונקציה האחרונה היא המשמעותית ביותר לשימור החיים על הפלנטה שלנו. איך אפשר שלא לזכור שהציווי הראשון שנתן אלוהים לאדם וחוה היה הבא: "פרו ורבו". ברמה התאית, התפקוד הינרטיבי מתבצע על ידי חומצות גרעין (החומר המרכיב של הכרומוזומים). נשקול את המבנים הללו עוד יותר.

נוסיף עוד כי שימור והעברה של מידע תורשתי לצאצאים מתבצע על פי מנגנון אחד, שאינו תלוי לחלוטין ברמת הארגון של הפרט, כלומר לנגיף, ולחיידקים ולבני אדם. , זה אוניברסלי.

מהו עיקר התורשה

בעבודה זו אנו חוקרים כרומטין, שמבנהו ותפקודו תלויים ישירות בארגון של מולקולות חומצת גרעין. בשנת 1869 גילה המדען השוויצרי מישר תרכובות המציגות את התכונות של חומצות בגרעיני התאים של מערכת החיסון, אותן כינה תחילה נוקליין ולאחר מכן חומצות גרעין. מנקודת מבט כימית מדובר בתרכובות בעלות מולקולריות גבוהה - פולימרים. המונומרים שלהם הם נוקלאוטידים בעלי המבנה הבא: בסיס פורין או פירמידין, פנטוז והשאר. מדענים מצאו ששני סוגים ו-RNA יכולים להיות נוכחים בתאים. הם מורכבים עם חלבונים ויוצרים את החומר של הכרומוזומים. כמו חלבונים, לחומצות גרעין יש כמה רמות של ארגון מרחבי.

בשנת 1953, זוכי פרס נובל ווטסון וקריק פענחו את מבנה ה-DNA. זוהי מולקולה המורכבת משתי שרשראות המחוברות בקשרי מימן הנוצרים בין בסיסים חנקניים לפי עקרון ההשלמה (מול אדנין יש בסיס תימין, מול ציטוזין יש בסיס גואנין). הכרומטין, שאת המבנה והתפקודים שלו אנו חוקרים, מכיל מולקולות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית וחומצה ריבונוקלאית בתצורות שונות. נתעכב על סוגיה זו ביתר פירוט בסעיף "רמות ארגון הכרומטין".

לוקליזציה של חומר התורשה בתא

DNA קיים במבנים ציטוניים כמו הגרעין, וכן באברונים המסוגלים להתחלק - מיטוכונדריה וכלורופלסטים. זאת בשל העובדה שאברונים אלה מבצעים את הפונקציות החשובות ביותר בתא: כמו גם סינתזה של גלוקוז ויצירת חמצן בתאי הצמח. בשלב הסינתטי של מחזור החיים, האברונים האימהיים מוכפלים. כך, תאי בת, כתוצאה ממיטוזה (חלוקה של תאים סומטיים) או מיוזה (יצירת ביציות וזרע), מקבלים את הארסנל הדרוש של מבנים תאיים המספקים לתאים חומרי הזנה ואנרגיה.

חומצה ריבונוקלאית מורכבת משרשרת בודדת ובעלת משקל מולקולרי נמוך יותר מ-DNA. הוא כלול הן בגרעין והן בהיאלופלזמה, והוא גם חלק מאברונים תאיים רבים: ריבוזומים, מיטוכונדריה, רשת אנדופלזמית, פלסטידים. כרומטין באברונים אלו קשור לחלבוני היסטון והוא חלק מפלסמידים - מולקולות DNA סגורות מעגליות.

כרומטין והמבנה שלו

אז, קבענו כי חומצות גרעין כלולות בחומר הכרומוזומים - היחידות המבניות של התורשה. הכרומטין שלהם תחת מיקרוסקופ אלקטרונים נראה כמו גרגירים או תצורות דמויות חוטים. הוא מכיל, בנוסף ל-DNA, גם מולקולות RNA, וכן חלבונים המפגינים תכונות בסיסיות ונקראים היסטונים. כל הנוקלאוזומים לעיל. הם כלולים בכרומוזומים של הגרעין ונקראים פיברילים (חוטים סולנואידים). לסיכום כל האמור לעיל, בואו נגדיר מהו כרומטין. זוהי תרכובת מורכבת של חלבונים מיוחדים - היסטונים. מולקולות DNA דו-גדיליות נכרכות עליהן, כמו סלילים, ויוצרות נוקלאוזומים.

רמות ארגון הכרומטין

לחומר התורשה מבנה שונה, התלוי בגורמים רבים. לדוגמה, זה תלוי באיזה שלב של מחזור החיים התא חווה: תקופת החלוקה (מטוזיס או מיוזה), התקופה הפרה-סינתטית או סינתטית של האינטרפאזה. מצורת סולנואיד, או פיבריל, כפשוטה ביותר, מתרחשת דחיסה נוספת של כרומטין. הטרוכרומטין הוא מצב צפוף יותר, הנוצר באזורים האינטרוניים של הכרומוזום שבהם שעתוק בלתי אפשרי. בתקופת מנוחת התא - interphase, כאשר אין תהליך חלוקה - הטרוכרומטין ממוקם בקאריופלזמה של הגרעין לאורך הפריפריה, ליד הממברנה שלו. דחיסה של תוכן גרעיני מתרחשת בשלב הפוסט-סינתטי של מחזור חיי התא, כלומר, מיד לפני החלוקה.

במה תלוי עיבוי חומר התורשה?

ממשיכים לחקור את השאלה "מהו כרומטין", מדענים קבעו שהדחיסה שלו תלויה בחלבוני היסטון, הכלולים בנוקלאוזומים יחד עם מולקולות DNA ו-RNA. הם מורכבים מארבעה סוגי חלבונים, הנקראים ליבה ומקשר. בזמן התעתוק (קריאת מידע מגנים באמצעות RNA), חומר התורשה מתעבה בצורה חלשה ונקרא אאוכרומטין.

נכון לעכשיו, תכונות ההפצה של מולקולות DNA הקשורות לחלבוני היסטון ממשיכות להיחקר. לדוגמה, מדענים מצאו שהכרומטין של לוקוסים שונים של אותו כרומוזום שונה ברמת העיבוי. לדוגמה, במקומות שבהם מחוברים לכרומוזום חוטי ציר, הנקראים צנטרומרים, הוא צפוף יותר מאשר באזורים טלומרים - לוקוסים סופיים.

מווסת גנים והרכב הכרומטין

הרעיון של ויסות פעילות הגנים, שנוצר על ידי הגנטיקאים הצרפתים ג'ייקוב ומונוד, מספק מושג על קיומם של אזורים של חומצה דאוקסיריבונוקלאית שבהם אין מידע על מבני חלבון. הם מבצעים תפקידים ביורוקרטיים - ניהוליים בלבד. חלקים אלה של כרומוזומים, הנקראים גנים רגולטוריים, נעדרים, ככלל, חלבוני היסטון במבנה שלהם. כרומטין, שנקבע על ידי רצף, נקרא פתוח.

במהלך מחקר נוסף, נמצא כי לוקוסים אלו מכילים רצפי נוקלאוטידים המונעים מחלקיקי חלבון להיצמד למולקולות DNA. אזורים כאלה מכילים גנים מווסתים: מקדמים, משפרים, מפעילים. הדחיסה של הכרומטין בהם גבוהה, ואורכם של אזורים אלו הוא בממוצע כ-300 ננומטר. קיימת הגדרה של כרומטין פתוח בגרעינים מבודדים, בהם נעשה שימוש באנזים DNAse. הוא מבקע מהר מאוד לוקוסים כרומוזומליים חסרי חלבוני היסטון. הכרומטין באזורים אלה נקרא רגישות יתר.

תפקידו של חומר התורשה

קומפלקסים הכוללים DNA, RNA וחלבון, הנקראים כרומטין, מעורבים באונטוגנזה של התא ומשנים את הרכבם בהתאם לסוג הרקמה, כמו גם לשלב ההתפתחות של האורגניזם בכללותו. לדוגמה, בתאי אפיתל העור, גנים כמו משפר ומקדם נחסמים על ידי חלבונים מדכאים, בעוד אותם גנים מווסתים בתאי הפרשה של אפיתל המעי פעילים וממוקמים באזור הכרומטין הפתוח. מדענים גנטיים מצאו ש-DNA שאינו מקודד לחלבונים מהווה יותר מ-95% מהגנום האנושי כולו. המשמעות היא שיש הרבה יותר גנים בקרה מאלה שאחראים לסינתזה של פפטידים. הכנסת שיטות כמו שבבי DNA ורצף אפשרה לגלות מהו כרומטין וכתוצאה מכך למפות את הגנום האנושי.

מחקר הכרומטין חשוב מאוד בענפי מדע כמו גנטיקה אנושית וגנטיקה רפואית. הסיבה לכך היא העלייה חדה בשכיחותן של מחלות תורשתיות - גנטיות וכרומוזומליות כאחד. גילוי מוקדם של תסמונות אלו מעלה את אחוז הפרוגנוזות החיוביות בטיפול בהן.