קרום גרעיני: מאפיינים, פונקציות והרכב - ביולוגיה - 2025

קרום הגרעין, גרעין המעטפה או karyotheque, הוא קרום ביולוגי, נוצר על ידי bilayer שומנים שמקיף את החומר הגנטי של תאים איקריוטיים.

זהו מבנה מורכב למדי ומצויד במערכת ויסות מדויקת, המורכבת משני דו-שכביים: קרום פנימי וחיצוני. המרחב בין שני הממברנות נקרא החלל perinuclear, והוא רוחב בערך 20 עד 40 ננומטר.

תמונה דרך: unamenlinea.unam.mx

הממברנה החיצונית יוצרת רצף עם הרשתיקול האנדופלמזי. מסיבה זו יש לו ריבוזומים המעוגנים במבנהו.

הממברנה מאופיינת בנוכחות נקבוביות גרעיניות המתווכות את תנועת החומרים מהחלק הפנימי של הגרעין לציטופלסמה של התא, ולהיפך.

מעבר מולקולות בין שני תאים אלה די עמוס. יש להעביר כל העת RNA ותת יחידות ריבוזומליות מהגרעין לציטופלסמה, בעוד שיש לייבא את ההיסטונים, ה- DNA, ה- RNA פולימראז וחומרים אחרים הנחוצים לפעילות הגרעין מהציטופלסמה לגרעין.

הממברנה הגרעינית מכילה מספר משמעותי של חלבונים המעורבים בארגון הכרומטין וגם בוויסות הגנים.

מאפיינים כלליים

המקור Coutinho HD, Falcão-Silva VS, Fernandes Gonçalves G, Batista da Nóbrega R, דרך Wikimedia Commons

הממברנה הגרעינית היא אחד מתכונות ההבחנה הבולטות ביותר של תאים אוקריוטיים. זהו ממברנה ביולוגית כפולה מסודרת, הסוגרת את החומר הגנטי הגרעיני של התא - הגרעין.

בפנים אנו מוצאים כרומטין, חומר המורכב מ- DNA הקשור לחלבונים שונים, בעיקר היסטונים המאפשרים אריזה יעילה שלו. זה מחולק לאאודרומטין והטרוכרומטין.

תמונות שהתקבלו במיקרוסקופיה אלקטרונית מגלות כי הממברנה החיצונית מהווה רצף עם הרטיפלום האנדופלמזי, וכך יש לה ריבוזומים המעוגנים לקרום. באופן דומה, המרחב perinuclear יוצר רצף עם לומן של הרטיקול האנדופלמזי.

בעיגון בצד הגרעין בקרום הפנימי אנו מוצאים מבנה דמוי סדין הנוצר על ידי חוטי חלבון הנקרא "יריעה גרעינית".

קרום הגרעין מחורר על ידי סדרה של נקבוביות המאפשרות תנועה מוסדרת של חומרים בין התנהגויות גרעיניות וציטופלזמה. אצל יונקים, למשל, מעריכים כי ישנם בממוצע 3,000 עד 4,000 נקבוביות.

יש מסות כרומטין קומפקטיות מאוד שנדבקות לקרום הפנימי של המעטפה, למעט אזורים בהם יש נקבוביות.

פוּנקצִיָה

התפקיד האינטואיטיבי ביותר של הממברנה הגרעינית הוא לשמור על הפרדה בין הגרעין - תכולת הגרעין - לבין הציטופלסמה של התא.

באופן זה, ה- DNA נשמר בטוח ומבודד מתגובות כימיות המתרחשות בציטופלזמה ויכולים להשפיע על חומר גנטי באופן שלילי.

מחסום זה מספק הפרדה פיזית לתהליכים גרעיניים, כגון שעתוק, ותהליכים ציטופלסמיים, כמו תרגום.

הובלה סלקטיבית של מקרומולקולות בין פנים הגרעין לבין הציטופלזמה מתרחשת בזכות נוכחות נקבוביות גרעיניות, והן מאפשרות ויסות ביטוי גנים. לדוגמה, מבחינת שחבור ה- RNA שלפני המסרים והשפלת מסרים בשלים.

אחד מרכיבי המפתח הוא הלמינה הגרעינית. זה עוזר לתמוך בגרעין, כמו גם במתן אתר עיגון לסיבי הכרומטין.

לסיכום, קרום הליבה אינו מחסום פסיבי או סטטי. זה תורם לארגון הכרומטין, לביטוי גנים, לעיגון הגרעין לציטוס-שלד, לתהליכי חלוקת התא, ואולי יש לו פונקציות אחרות.

הַדְרָכָה

במהלך תהליכי חלוקת הגרעין, יש צורך להיווצר מעטפת גרעינית חדשה שכן בסופו של דבר הקרום נעלם.

זה נוצר ממרכיבים שלפוחיים מהתכנית האנדופלמטית הגסה. מיקרו-צינורות ומנועים תאיים של שלד הציטוס משתתפים באופן פעיל בתהליך זה.

הרכב

המעטפה הגרעינית מורכבת משני שכבות דו-ממדיות בשומנים המורכבות מפוספוליפידים טיפוסיים, עם מספר חלבונים אינטגרליים. המרחב בין שני הממברנות נקרא החלל intramembrane או perinuclear, אשר ממשיך עם לומן של הרטיפלום האנדופלמזי.

על הפנים הפנימיות של הממברנה הגרעינית הפנימית יש שכבה ייחודית המורכבת מחוטי ביניים, הנקראים למינאיה הגרעינית, המחוברת לחלבוני הממברנה הפנימית באמצעות הטרוכרומרין H.

במעטפה הגרעינית יש נקבוביות גרעין רבות המכילות את מתחמי הנקבוביות הגרעיניות. מדובר במבנים בצורת צילינדר המורכבים מ -30 נוקלאופורינים (אלה יתוארו לעומק בהמשך). בקוטר מרכזי של כ- 125 ננומטר.

חלבוני קרום גרעיני

למרות ההמשכיות עם הרטיקולום, הקרומים החיצוניים והפנימיים כאחד מציגים קבוצה של חלבונים ספציפיים שלא נמצאים בתכנית האנדופלסמה. הבולטים הם הבאים:

Nucleoporins

בין חלבונים ספציפיים אלה של הממברנה הגרעינית יש לנו את נוקלאופורינים (הידועים גם בספרות בשם Nups). אלה יוצרים מבנה הנקרא קומפלקס הנקבוביות הגרעיניות, המורכב מסדרת תעלות מימיות המאפשרות החלפה דו כיוונית של חלבונים, RNA ומולקולות אחרות.

במילים אחרות, נוקליאופורינים מתפקדים כסוג של "שער" מולקולרי המתווך באופן סלקטיבי את מעבר מולקולות שונות.

החלק הפנימי ההידרופובי של התעלה אינו כולל מקרומולקולות מסוימות, תלוי בגודל זהה וברמת הקוטביות שלו. מולקולות קטנות, פחות מ- 40 kDa, או הידרופוביות, יכולות להתפשט באופן פסיבי במתחם הנקבוביות.

לעומת זאת, מולקולות בעלות אופי קוטבי שהן גדולות יותר זקוקות למעביר גרעיני כדי להיכנס לגרעין.

הובלה דרך מתחם הנקבוביות הגרעיניות

התחבורה דרך המתחמים הללו יעילה למדי. כמאה מולקולות היסטון יכולות לעבור דרך נקבובית אחת לדקה.

החלבון שצריך להעביר לגרעין חייב להיקשר ליבוא אלפא. יבוא ביתא קושר את המתחם הזה לטבעת חיצונית. לפיכך, היבואן הקשור לחלבון מצליח לחצות את מתחם הנקבוביות. לבסוף, יבואן בטא מתנתק מהמערכת בציטופלסמה ויבוא אלפא מתנתק כבר בתוך הגרעין.

חלבוני ממברנה פנימית

סדרה נוספת של חלבונים ספציפית לקרום הפנימי. עם זאת, מרבית קבוצה זו של כמעט 60 חלבוני קרום אינטגרליים לא אופיינה, אם כי נקבע כי הם מקיימים אינטראקציה עם הלמינה ועם כרומטין.

ישנן עדויות גוברות התומכות בתפקודים מגוונים וחיוניים לממברנה הגרעינית הפנימית. נראה שהוא ממלא תפקיד בארגון הכרומטין, בביטוי גנים ובמטבוליזם של חומר גנטי.

למעשה, התגלה כי מיקום שגוי ותפקודם של החלבונים המרכיבים את הממברנה הפנימית קשורים למספר רב של מחלות בבני אדם.

חלבוני קרום חיצוניים

המחלקה השלישית של חלבוני קרום גרעיני ספציפיים שוכנת בחלק החיצוני של המבנה האמור. זוהי קבוצה הטרוגנית מאוד של חלבונים ממברניים אינטגרליים החולקים תחום משותף הנקרא KASH.

החלבונים הנמצאים באזור החיצוני יוצרים מעין "גשר" עם חלבוני הממברנה הפנימית.

נראה כי קשרים פיזיים אלה בין ציטוס-שלד וכרומטין רלוונטיים לאירועי מנגנוני התמלול, שכפול ותיקון ה- DNA.

חלבוני נייר כסף

הקבוצה הסופית של חלבוני הממברנה הגרעינית מורכבת מחלבוני הלמינה, רשת של חוטי ביניים המורכבים מלמיננטים מסוג A ו- B. הלמינה בעובי 30 עד 100 ננומטר.

הלמינה היא מבנה מכריע המספק יציבות לליבה, במיוחד ברקמות שנמצאות בחשיפה מתמדת לכוחות מכניים, כמו רקמות שרירים.

בדומה לחלבונים הפנימיים של הממברנה הגרעינית, מוטציות בלמינה קשורות קשר הדוק למספר גדול של מחלות אנושיות מגוונות מאוד.

בנוסף, נמצאות יותר ויותר עדויות שקושרות את הלמינה הגרעינית עם הזדקנות. כל זה מדגיש את חשיבותם של חלבוני הממברנה הגרעינית בתפקוד הכללי של התא.

קרום גרעיני בצמחים

בממלכת הצמח מעטפת הגרעין היא מערכת ממברנה חשובה מאוד, אם כי היא נחקרה מעט מאוד. למרות העובדה כי אין ידע מדויק לגבי החלבונים המרכיבים את הממברנה הגרעינית בצמחים גבוהים יותר, נקבעו הבדלים מסוימים עם שאר הממלכות.

לצמחים אין רצפים הומולוגיים למאמינים ובמקום הצנטרוזומים היא הממברנה הגרעינית שמשמשת כמרכז הארגון של צינורות מיקרו.

מסיבה זו, המחקר על יחסי הגומלין של המעטפה הגרעינית בצמחים עם יסודות הציטוס שלד הנו נושא רלוונטי למחקר.

הפניות

1. Alberts, B., & Bray, D. (2006). מבוא לביולוגיה של התא. פנמריקנית רפואית אד.
2. איינארד, א.ר., ולנטיץ ', מ.א., ורובסיו, רא (2008). היסטולוגיה ועוברית של האדם: בסיסים תאיים ומולקולריים. פנמריקנית רפואית אד.
3. Hetzer MW (2010). המעטפה הגרעינית. נקודות מבט של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, 2 (3), a000539.
4. מאייר, אני (2008). ארגון פונקציונלי של גרעין הצמח. שפרינגר.
5. רוס, MH ופאולינה, וו. (2006). היסטולוגיה. ליפינקוט וויליאמס ווילקינס.
6. Welsch, U., and Sobotta, J. (2008). היסטולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
7. יאנג, ב., וודפורד, פ., ואודווד, ג '(אדס). (2014). הקצרן. היסטולוגיה פונקציונאלית: טקסט ו אטלס בצבע. מדעי הבריאות Elsevier.