III. גרעין התא.

הגרעין התגלה ותואר ב-1831 על ידי הבוטנאי האנגלי ר' בראון.

הוא אופייני לכל התאים האוקריוטיים, למעט אריתרוציטים בוגרים של יונקים וצינורות מסננת צמחים. תאים יכולים להיות חד-גרעיניים (בדרך כלל); מרובי גרעינים (תאי כבד ושריר בבני אדם ויונקים, פטריות וכו'). הצורה והגודל של גרעין התא משתנים מאוד ותלויים בסוג האורגניזם, כמו גם בסוג, גיל ו מצב תפקודיתאים. בתאים עגולים או מצולעים, הוא בדרך כלל כדורי, בתאים מוארכים הוא בצורת מוט או סגלגל, בלוקוציטים הוא בצורת כפה או אפילו רב אונות (בתאי בלוטות העכביש של כמה חרקים ועכבישים). קוטר הגרעין מ-3 עד 10 מיקרון, (5 - 20 מיקרון)

על ידי תרכובת כימיתהגרעין נבדל משאר התא תוכן גבוה DNA (15 - 30%) ו-RNA (12%). 99% מה-DNA של התא מרוכז בגרעין, שם הוא, יחד עם חלבונים (היסטונים ולא היסטונים), יוצר קומפלקסים - דאוקסיריבונוקלאופרוטאין (DNP).

פונקציות ליבה:

1) אחסון ושכפול מידע גנטי;

2) ויסות תהליכים מטבוליים המתרחשים בתא.

מחזור החיים של תא (מחזור התא) כולל שתי תקופות:

1) חלוקה, כתוצאה ממנה נוצרים שני תאי בת;

2) התקופה בין שתי חלוקות, הנקראת - interphase.

במהלך השלב הבין-פאזי, התא מתכונן לחלוקה: התא גדל, שכפול DNA מתרחש, ו חומרים שוניםהכרחי לביקוע, אנרגיה מאוחסנת. בתהליך של חלוקה מבני תאיםהליבות עוברות שינויים משמעותיים.

בגרעין הבין-פאזי, ישנם: קרום גרעיני; מיץ גרעיני; נוקלאולי, וכרומטין.

מעטפת גרעין(cardiolemma) מיוצג על ידי שני ממברנות יסוד, שביניהם ממוקם חלל פרי גרעיני . קרום חיצוני מעטפת גרעין, הגובלת בהיאלופלזמה, בעלי מבנה מקופל מורכב, במקומות מסוימים מחוברים לערוצי ה-EPS. החלל הפרי-גרעיני וצורת ER מערכת בודדתערוצי תקשורת. ריבוזומים ממוקמים על הממברנה הגרעינית החיצונית, הממברנה הפנימית חלקה. הממברנה הגרעינית מחלחלת בנקבוביות רבות, הקוטר הוא כ-30 - 100 ננומטר. מספרם משתנה בהתאם לפעילות התפקודית של הגרעין. תמיד יש יותר נקבוביות בתאים צעירים מאשר בתאים ישנים.

פונקציית פגז גרעיני:

1. ויסות חילוף החומרים בין הגרעין לציטופלזמה;

2. תפקוד מגן.

חילופי החומרים בין הגרעין לציטופלזמה מתבצעים במספר דרכים:

1. דרך נקבוביות מתן חדירות סלקטיבית;

דוגמה: שחרור של mRNA ותת-חלקיקים ריבוזמליים לציטופלזמה, או כניסה לגרעין של חלבונים, נוקלאוטידים ומולקולות ריבוזומליות המווסתות את פעילות ה-DNA.

2. על ידי שרוך החוצה את הצמחים והבליטות של הממברנה הגרעינית.

3. על ידי דיפוזיה דרך המעטפת הגרעינית.

למרות חילופי החומרים הפעילים בין הגרעין לציטופלזמה, הממברנה הגרעינית תוחמת את התוכן הגרעיני מהציטופלזמה, ומאפשרת את קיומה של סביבה תוך גרעינית מיוחדת השונה מהציטופלזמה שמסביב.

מיץ גרעיני(נוקלאופלזמה; קריופלזמה) היא מסה הומוגנית הממלאת את החלל בין מבני הגרעין (כרומטין ונוקלאולי). היא מורכבת מחלבונים (אנזימים), נוקלאוטידים, חומצות אמינו ו סוגים שונים RNA (mRNA, tRNA, rRNA) ו-DNA, כמו גם תוצרי ביניים מטבוליים. מיץ גרעיני מבצע את מערכת היחסים של מבנים גרעיניים וחילופין עם הציטופלזמה של התא.

כרומטיןמייצג deoxyribonucleoprotein(DNP), זוהה תחת מיקרוסקופ אור בצורה של גדילים דקים (סיביים) של גרגירים קטנים או גושים. הבסיס של הכרומטין הוא נוקלאופרוטאין - מולקולות DNA חוטיות ארוכות (כ-40%), המחוברות לספציפיות חלבונים - היסטונים(40%) מכיל מספר גדול שלליזין וארגינין.

בתהליך של ביקוע גרעיני, נוקלאופרוטאין מסתחררים, מתקצרים, ובכך נדחסים (פי 100-500) לכרומוזומים דחוסים בצורת מוט.

כרומוזומים(כרום יווני - צבע וסומה - גוף) נקראו כך בקשר ליכולת הכתמה אינטנסיבית. כרומוזומים מכילים גם RNA, חלבונים חומציים, שומנים ו מינרלים(יוני Ca ו-Mg), כמו גם האנזים DNA פולימראז, הדרוש לשכפול DNA. במהלך interphase, כרומוזומים נראים רק מתחת מיקרוסקופ אלקטרוניוהוא DNP הנקרא כרומטין (מצב דה-ספירלי של כרומוזומים).

כרומוזום מטאפאזהמורכב משני גדילים אורכיים של DNP - כרומטידים, המחוברים זה לזה באזור ההיצרות הראשונית - צנטרומרים . בחלק המרכזי של הצנטרומר נמצאים kinetochoresאליהם מתחברים מיקרוטובולים של חוטי ציר הביקוע במהלך מיטוזה. לחלק מהכרומוזומים יש היצרות משנית, לא קשור לחיבור של חוט הציר. אזור זה של כרומוזומים שולט בסינתזה של הגרעין (מארגן גרעיני) והוא נקרא לוויין. הצנטרומר מחלק את הכרומוזום לשתי זרועות.

מיקומו של הצנטרומר קובע את 3 סוגי הכרומוזומים העיקריים:

שווה-כתף (מטאצנטרית) - עם כתפיים באורך שווה;

תת-מטצנטריאו כתפיים לא אחידות - כתפיים באורך לא שווה;

בצורת מוט- עם כתף אחת ארוכה והשנייה קצרה מאוד (אקרוצנטרית).

מבנה הכרומוזומים נראה בבירור בשלב המטאפאזה של המיטוזה. חקר הכרומוזומים איפשר לקבוע את העובדות הבאות:

ü בכל התאים הסומטיים של כל אורגניזם צמחי או בעל חיים, מספר הכרומוזומים זהה;

ü תאי מין מכילים תמיד חצי כרומוזומים מאשר בתאים סומטיים של סוג נתון של אורגניזם;

ü לכל האורגניזמים השייכים לאותו מין יש אותו מספר של כרומוזומים בתאים.

דוגמה: תולעת סוס עגולה - 2; זבוב תסיסנית - 8; שימפנזים - 48; אפר - 46; גבר - 46; יונה - 80; קרפיון - 104; רדיולריה (פרוטיסטית) - 1000 - 1600.

מספר הכרומוזומים אינו תלוי בגובה הארגון ולא תמיד מעיד על קשר פילוגנטי: אותו מספר ניתן למצוא במינים המרוחקים מאוד זה מזה באופן שיטתי ונבדלים מאוד באורגניזמים קרובים במקורם. לכן מספר הכרומוזומים אינו תכונה ספציפית למין. עם זאת, המאפיין של מערך הכרומוזומים בכללותו הוא ספציפי למין, כלומר. מאפיין רק סוג אחד של צמח או בעל חיים.

קריוטיפ- קבוצה של תכונות כמותיות (מספר וגודל) ואיכותיות (צורה) של קבוצת הכרומוזומים של תא סומטי. מספר הכרומוזומים בקריוטיפ הוא תמיד זוגי. זאת בשל העובדה שבתאים סומטיים יש 2 כרומוזומים באותו צורה וגודל. האחד מגיע מהאורגניזם האבהי, השני מהאימהי.

כרומוזומים באותו גודל וצורה ונושאים את אותם גנים נקראים הומולוגי.

מספר הכרומוזומים בתאי נבט בוגרים נקרא הפלואיד (יחיד) ומסומן אות לטינית נ.תאים סומטיים מכילים מספר כפול של כרומוזומים - סט דיפלואידי - מסומן 2n.תאים עם יותר משתי קבוצות של כרומוזומים נקראים פוליפלואיד (4n, 8n, 16n וכו')

נוקלאולי -אלה מעוגלים, דחוסים מאוד, אינם מוגבלים על ידי אזורי הממברנה של גרעין התא בקוטר של 1-2 מיקרומטר או יותר. הצורה, הגודל והמספר של הגרעין תלויים במצב התפקודי של הגרעין: ככל שהגרעין גדול יותר, כך פעילותו גבוהה יותר. הגרעין עשוי להכיל בין 1 ל-10 נוקלאולים, ולפעמים, למשל, בגרעיני שמרים, הם נעדרים לחלוטין. הגרעין מכיל כ-80% חלבון, 10-15% RNA, חלק מה-DNA ורכיבים כימיים אחרים.

יש גרעינים רק בגרעינים שאינם מתחלקים, במהלך החלוקה הם נעלמים, ולאחר השלמת החלוקה הם נוצרים שוב סביב חלקים מסוימים של כרומוזומים - גנים הנקראים מארגנים גרעיניים.

בגרעין, RNA מתחבר עם חלבונים, וכתוצאה מכך נוצרים ריבונוקלאופרוטאין - מבשרי הריבוזומים. האחרונים עוברים דרך הנקבוביות של הממברנה הגרעינית לתוך הציטופלזמה, שם מסתיימת היווצרותם. לפיכך, הגרעין הוא הצטברות של rRNA וריבוזומים על שלבים שוניםתצורות.

הגרעין התגלה ותואר ב-1833 על ידי האנגלי ר' בראון. הגרעין קיים בכל תאים איקריוטיים, למעט אריתרוציטים בוגרים וצינורות מסננת של צמחים. לתאים יש בדרך כלל גרעין בודד, אך לפעמים מוצאים תאים מרובי גרעינים.

הגרעין הוא כדורי או צורה אליפסה. לחלק מהתאים יש גרעינים מפולחים. גודל הגרעינים הוא בקוטר של 3 עד 10 מיקרון.

הגרעין חיוני לחיי התא. זה מווסת את פעילות התא. הגרעין אוגר מידע תורשתי הכלול ב-DNA. מידע זה, הודות לגרעין, מועבר לתאי בת במהלך חלוקת התא. הגרעין קובע את הספציפיות של חלבונים המסונתזים בתא. הגרעין מכיל חלבונים רבים הנחוצים לתפקודיו. RNA מסונתז בגרעין.

לגרעין יש קרום גרעיני המפריד בינו לבין הציטופלזמה, קריופלזמה (מיץ גרעיני), נוקלאולי אחד או יותר, כרומטין

המעטפת הגרעינית מורכבת משני ממברנות. יש לו נקבוביות שמשחקות תפקיד חשובבהובלת חומרים לתוך הציטופלזמה וממנה. נקבוביות אינן תצורות קבועות. מספרם משתנה בהתאם לפעילות התפקודית של הגרעין. מספר הנקבוביות גדל במהלך תקופת הפעילות הגרעינית הגדולה ביותר. המעטפת הגרעינית מחוברת ישירות לרשת האנדופלזמית.

עַל קרום חיצונימעטפת גרעינית, עם בחוץישנם ריבוזומים המסנתזים חלבונים ספציפיים שנוצרים רק על הריבוזומים של המעטפת הגרעינית.

מיץ גרעיני (קריופלזמה) - התוכן הפנימי של הגרעין, הוא תמיסה של חלבונים, נוקלאוטידים, יונים, צמיגיים יותר מהיאלופלזמה. בו

קיימים גם חלבונים פיברילרים. הקריופלזמה מכילה נוקלאולי וכרומטין. מיץ גרעיני מספק תפקוד רגילחומר גנטי.

נוקלאולי הם מרכיב חובה בגרעין, הם נמצאים בגרעיני אינטרפאזי והם גופים קטנים, כדוריים בצורתם. הגרעינים צפופים יותר מהגרעין. בנוקלאולים מתרחשת סינתזה של rRNA, סוגים אחרים של RNA ויצירת תת-יחידות ריבוזום.

הופעת נוקלאולי קשורה לאזורים מסוימים של כרומוזומים הנקראים מארגנים גרעיניים. מספר הנוקלאולים נקבע על פי מספר המארגנים הגרעיניים. הם מכילים גנים של rRNA.

כרומטין (חומר מוכתם) הוא חומר צפוף של הגרעין, מוכתם היטב בצבעים בסיסיים. כרומטין מורכב ממולקולות DNA בקומפלקס עם חלבונים (היסטונים ולא היסטונים), RNA.

בגרעינים שאינם מתחלקים (בין-פאזיים), הכרומטין יכול למלא באופן שווה את נפח הגרעין, בהיותו במצב מעובה. כרומטין מפוזר זה (אאוכרומטין) פעיל גנטית. מולקולות DNA המכילות מידע תורשתי מסוגלות להכפיל את עצמו במהלך השכפול, ואפשרות העברה (שעתוק) של מידע גנטי מ-DNA ל-mRNA.

לפעמים נראים גושים של כרומטין בגרעין הבין-פאזי, שהם אזורים של כרומטין מעובה (הטרוכרומטין). אלו אזורים לא פעילים. למשל, בתאים גוף נשי, כאשר קיימים שני כרומוזומי X, האחד במצב מפוזר פעיל, והשני במצב לא פעיל, מעובה.

במהלך חלוקה גרעינית, הכרומטין צובע בצורה אינטנסיבית יותר, הוא מתעבה - היווצרות חוטים ספירליים (מעוותים) יותר, הנקראים כרומוזומים.

כרומוזומים אינם פעילים מבחינה סינתטית. מבנה הכרומוזומים נחקר בצורה הטובה ביותר ברגע ההתעבות הגדול ביותר שלהם, כלומר במטאפאזה ובתחילת האנפאזה של המיטוזה.

כל כרומוזום במטאפאזה של מיטוזה מורכב משתי כרומטידות הנוצרות כתוצאה משכפול ומחוברים באמצעות צנטרומר (התכווצות ראשונית). בחלק המרכזי של הצנטרומר יש קינטוכורים, אליהם מחוברות מיקרו-צינוריות של חוטי ציר במהלך המיטוזה (איור 47). באנפאזה, הכרומטידות מופרדות זו מזו. נוצרים מהם כרומוזומי בת המכילים מידע גנטי זהה. הצנטרומר מחלק את הכרומוזום לשתי זרועות. כרומוזומים בעלי זרועות שוות נקראים זרועות שוות או מטאצנטריות, עם זרועות בעלות אורך לא שווה - זרועות לא שוות - תת-מטאצנטריות, כאשר אחת קצרה והשנייה כמעט בלתי מורגשת - בצורת מוט או אקרוצנטרי.

לחלק מהכרומוזומים יש התכווצות משנית המפרידה בין הלוויין. התכווצויות משניות נקראות מארגנים גרעיניים. בהם, ב-interphase, מתרחשת היווצרות הגרעין. המארגנים הגרעיניים מכילים DNA

אחראי לסינתזה של rRNA. זרועות הכרומוזומים מסתיימות באזורים הנקראים טלומרים שאינם יכולים להתחבר לכרומוזומים אחרים.

Kinetochores ממוקמים באזור centromere של כרומוזומים. / - kinetochore, 2 - צרור של kinetochore microtubules; 3 - כרומטיד.

מספר, גודל וצורה של כרומוזומים בקבוצה סוגים שוניםעשוי להשתנות. קבוצת התכונות של קבוצת כרומוזומים נקראת קריוטיפ.

מערך הכרומוזומים הוא ספציפי וקבוע עבור פרטים מכל מין. לבני אדם יש 46 כרומוזומים, לעכברים יש 40 כרומוזומים וכן הלאה.

בתאים סומטיים שיש להם קבוצה דיפלואידית של כרומוזומים, הכרומוזומים מזווגים. הם נקראים הומולוגיים. כרומוזום אחד בזוג מגיע ממנו אורגניזם אימהי, השני - מהאב.

שינויים במבנה הכרומוזומים או במספרם נובעים ממוטציות.

כל זוג כרומוזומים בקבוצה הוא אינדיבידואלי. כרומוזומים מזוגות שונים נקראים לא הומולוגיים.

בקריוטיפ מבחינים בכרומוזומי המין (בבני אדם זהו כרומוזום X וכרומוזום Y) ואוטוזומים (כל השאר).

לתאי מין יש סט הפלואידיכרומוזומים.

הבסיס של הכרומוזום הוא מולקולת DNA הקשורה לחלבונים (היסטונים וכו') לתוך נוקלאופרוטאין.

העמדה העיקרית של הביולוגיה המולקולרית, שנוסחה על ידי פ. קריק, קובעת כי העברת המידע הגנטי מתבצעת:

1) מ-DNA ל-DNA על ידי שכפול;

2) מ-DNA דרך mRNA (mRNA) לחלבון.

תהליך הרבייה העצמית של מקרומולקולות של חומצות גרעין (רפליקציה) מבטיח העתקה מדויקת של מידע גנטי והעברתו מדור לדור.

עקרון ההשלמה העומד בבסיס המבנה של מולקולת ה-DNA מאפשר להבין כיצד נוצרות מולקולות חדשות בתקופה הסינתטית של האינטרפאזה מעגל החייםתאים לפני חלוקה.