גרעין התא: מאפיינים, פונקציות, מבנה - ביולוגיה - 2025

גרעין התא הוא תא היסוד של תאים איקריוטיים. זהו המבנה הבולט ביותר מסוג זה בתא ויש לו את החומר הגנטי. הוא מכוון את כל התהליכים הסלולריים: הוא מכיל את כל ההוראות המקודדות ב- DNA לביצוע התגובות הדרושות. זה מעורב בתהליכי חלוקת התא.

לכל התאים האוקריוטים יש גרעין, למעט כמה דוגמאות ספציפיות כמו תאי דם אדומים בוגרים (אריתרוציטים) אצל יונקים ותאי פלואם בצמחים. באופן דומה, ישנם תאים עם יותר מגרעין אחד, כמו תאי שריר מסוימים, הפטוציטים ונוירונים.

הגרעין התגלה בשנת 1802 על ידי פרנץ באואר; עם זאת, בשנת 1830 גם המדען רוברט בראון צפה במבנה זה והפך לפופולרי כמגלה העיקרי שלו. בשל גודלו הגדול ניתן לראות אותו בבירור תחת מיקרוסקופ. בנוסף, מדובר במבנה מכתים קל.

הגרעין אינו ישות כדורית הומוגנית וסטטית עם DNA מפוזר. זהו מבנה מורכב ומסובך עם רכיבים וחלקים שונים בפנים. בנוסף, הוא דינאמי ומשתנה כל העת לאורך מחזור התא.

מאפיינים

הגרעין הוא המבנה העיקרי המאפשר הבחנה בין תאים אוקיארוטיים לפרוקריוטים. זהו תא התא הגדול ביותר. באופן כללי, הגרעין קרוב למרכז התא, אך ישנם יוצאים מן הכלל, כמו תאי פלזמה ותאי אפיתל.

זהו אברון בצורת כדור בקוטר של כ 5 מיקרומטר בממוצע, אך יכול להגיע ל 12 מיקרומטר, תלוי בסוג התא. אני יכול לתפוס בערך 10% מנפח התא הכולל.

יש לו מעטפה גרעינית הנוצרת על ידי שני ממברנות המפרידה בינה לבין הציטופלזמה. החומר הגנטי מאורגן יחד עם חלבונים בתוכו.

אף כי אין גרעינים תת ממברניים אחרים בתוך הגרעין, ניתן להבחין בסדרה של רכיבים או אזורים בתוך המבנה שיש להם פונקציות ספציפיות.

מאפיינים

לגרעין מיוחס מספר פונקציות יוצא דופן, מכיוון שהוא מכיל איסוף של כל המידע הגנטי של התא (למעט DNA מיטוכונדריאלי ו- DNA כלורופלסט) ומכוון את תהליכי חלוקת התא. לסיכום, הפונקציות העיקריות של הגרעין הן כדלקמן:

ויסות גנים

קיומו של מחסום ליפידים בין החומר הגנטי לשאר המרכיבים הציטופלסמיים עוזר להפחית את התערבותם של רכיבים אחרים בתפקוד ה- DNA. זה מייצג חידוש אבולוציוני בעל חשיבות רבה עבור קבוצות של איוקריוטות.

חיתוך ושחבור

תהליך השחבור של RNA שליח מתרחש בגרעין, לפני שהמולקולה עוברת לציטופלזמה.

מטרת התהליך היא חיסול האינטרונים ("חתיכות" של חומר גנטי שאינם מקודדים ומפריעים את האקסונים, האזורים המקודדים) מה- RNA. מאוחר יותר RNA עוזב את הגרעין, שם הוא מתורגם לחלבונים.

ישנן פונקציות ספציפיות נוספות יותר של כל מבנה גרעינים שיידונו בהמשך.

מבנה והרכב

הגרעין מורכב משלושה חלקים מוגדרים: מעטפת הגרעין, הכרומטין והגרעין. להלן נתאר כל מבנה בפירוט:

מעטפת גרעין

המעטפה הגרעינית מורכבת מממברנות בעלות אופי שומנים ומפרידה בין הגרעין לשאר המרכיבים התאיים. ממברנה זו כפולה ובין אלה יש חלל קטן שנקרא החלל perinuclear.

מערכת הממברנה הפנימית והחיצונית יוצרת מבנה רציף בעזרת תכנית הרשת האנדופלסמית

מערכת קרום זו מופרעת על ידי סדרה של נקבוביות. תעלות גרעיניות אלה מאפשרות החלפת חומר עם הציטופלזמה מכיוון שהגרעין אינו מבודד לחלוטין משאר המרכיבים.

מורכבות נקבוביות גרעיניות

דרך נקבוביות אלה חילופי החומרים מתרחשים בשני אופנים: פסיבי, ללא צורך בהוצאת אנרגיה; או פעיל, עם הוצאות אנרגיה. באופן פסיבי, מולקולות קטנות כמו מים או מלחים, קטנים יותר מ- 9 ננומטר או 30-40 קילו-כדא, יכולות להיכנס ולצאת.

זה מתרחש בניגוד למולקולות בעלות משקל מולקולרי גבוה, המחייבות ATP (אנרגיה אדנוזין טריפוספט) לעבור בתאים אלה. מולקולות גדולות כוללות חתיכות של RNA (חומצה ריבונוקלאית) או ביומולקולות אחרות בעלות אופי חלבון.

הנקבוביות אינן סתם חורים שמולקולות עוברות. מדובר במבני חלבון גדולים, שיכולים להכיל 100 או 200 חלבונים ונקראים "מורכבות נקבוביות גרעיניות". מבחינה מבנית זה נראה כמו חישוק כדורסל. חלבונים אלה נקראים נוקלאופורינים.

מתחם זה נמצא במספר גדול של אורגניזמים: משמרים לבני אדם. בנוסף לתפקוד ההובלה הסלולרית, הוא מעורב גם בוויסות ביטוי הגנים. הם מבנה חיוני לאוקריוטות.

מבחינת גודל ומספר המתחם יכול להגיע לגודל של 125 MDa בחוליות, וגרעין בקבוצת בעלי חיים זו יכול להכיל כ 2000 נקבוביות. מאפיינים אלה משתנים בהתאם לטקסון שנחקר.

כרומטין

הכרומטין נמצא בגרעין, אך איננו יכולים להתייחס אליו כאל תא שלו. זה נקרא על ידי יכולתו המצוינת של הצבע וניתן לצפות בו תחת המיקרוסקופ.

ה- DNA הוא מולקולה ליניארית ארוכה במיוחד באיקריוטות. הדחיסה שלו היא תהליך מפתח. החומר הגנטי קשור לסדרת חלבונים הנקראים היסטונים, בעלי זיקה גבוהה ל- DNA. ישנם גם סוגים אחרים של חלבונים שיכולים לקיים אינטראקציה עם DNA והם אינם היסטונים.

בהיסטונים DNA מתגלגל ויוצר כרומוזומים. אלה מבנים דינמיים ולא נמצאים כל הזמן בצורתם האופיינית (ה- Xs ו- Ys שאנחנו רגילים לראות באיורים בספרים). סידור זה מופיע רק בתהליכי חלוקת התא.

בשאר השלבים (כאשר התא אינו נמצא בתהליך החלוקה), לא ניתן להבחין בין הכרומוזומים האישיים. עובדה זו אינה מצביעה על כך שהכרומוזומים מתפזרים בצורה הומוגנית או לא מסודרת בכל הגרעין.

בממשק הכרומוזומים מסודרים לתחומים ספציפיים. בתאי יונקים כל כרומוזום תופס "טריטוריה" ספציפית.

סוגי הכרומטין

ניתן להבחין בשני סוגים של כרומטין: הטרוכרומטין ואאודרומטין. הראשון מעובה מאוד ונמצא בשולי הגרעין, כך שלמכונות התמלול אין גישה לגנים אלה. אוקראומטין מאורגן באופן רופף יותר.

ההתרוכרומטין מחולק לשני סוגים: הטרוכרומטין מכונן, אשר לעולם אינו בא לידי ביטוי; והטרוכרומטין פקולטטיבי, אשר לא מתועתק בתאים מסוימים ונמצא באחרים.

הדוגמה המפורסמת ביותר להטרוכרומטין כמווסת את ביטוי הגנים היא העיבוי וההפעלה של כרומוזום X. אצל יונקים יש נקבות כרומוזומי מין XX, ואילו גברים הם XY.

מסיבות של מינון גנים, נקבות לא יכולות להכיל גנים רבים פי שניים ב- X מזכרים. כדי למנוע קונפליקט זה, כרומוזום X מופעל באופן אקראי (הופך להתרוכרומטין) בכל תא.

Nucleolus

הגרעין הוא מבנה פנימי מאוד רלוונטי של הגרעין. זה לא תא שתוחם על ידי מבנים ממברניים, זה אזור כהה יותר של הגרעין עם פונקציות ספציפיות.

באזור זה, הגנים המקודדים ל- RNA ריבוזומלי מקובצים ומועתקים על ידי פולימראז RNA. ב- DNA אנושי, גנים אלה נמצאים בלוויינים של הכרומוזומים הבאים: 13, 14, 15, 21 ו 22. אלה הם מארגנים גרעיניים.

בתורו, הגרעין מופרד לשלושה אזורים נפרדים: מרכזי סיבי עמוד, רכיבי סיב, ורכיבים גרגירים.

מחקרים אחרונים צברו יותר ויותר עדויות לתפקודים נוספים אפשריים של הגרעין, לא רק שהוגבלו לסינתזה והרכבה של RNA ריבוזומלי.

כיום מאמינים כי הגרעין עשוי להיות מעורב בהרכבה וסינתזה של חלבונים שונים. הוכחו שינויים שלאחר התמלול באזור גרעיני זה.

הגרעין מעורב גם בפונקציות רגולטוריות. מחקר אחד הראה כיצד זה קשור לחלבוני מדכאי גידולים.

גופותיו של קייג'ל

גופות הקיג'ל (נקראות גם גופות מפותלות) נושאות שם זה לכבוד מגלהו, סנטיאגו רמון י קאג'ל. חוקר זה צפה בגופות אלה בנוירונים בשנת 1903.

הם מבנים קטנים בצורת כדוריים וקיימים בין 1 עד 5 עותקים לגרעין. גופים אלה מורכבים מאוד עם מספר גבוה למדי של רכיבים, כולל גורמי שעתוק ומכונות הקשורות לשחבור.

מבנים כדוריים אלה נמצאו בחלקים שונים של הגרעין, מכיוון שהם מבנים ניידים. בדרך כלל הם נמצאים בגרעין, למרות שבתאים סרטניים הם נמצאו בגרעין.

ישנם שני סוגים של גופי תיבה בליבה, המסווגים לפי גודלם: גדולים וקטנים.

גופי PML

גופי PML (לוקמיה פרומילוציטית) הם אזורים תת-גרעיניים כדוריים קטנים בעלי חשיבות קלינית, מכיוון שהם קשורים לזיהומים נגיפיים ואונקוגנזה.

הם ידועים במגוון שמות בספרות, כמו תחום גרעיני 10, גופי קרמר ותחומים אונקוגניים PML.

לגרעין יש 10 עד 30 מתחומים אלה וקוטרו 0.2 עד 1.0 מיקרומטר. בין תפקידיו, בולטת ויסות הגנים וסינתזת RNA.

הפניות

1. Adam, SA (2001). מתחם הנקבוביות הגרעיניות. ביולוגיה של גנום, 2 (9), ביקורות0007.1-ביקורות0007.6.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). ביולוגיה: חיים על כדור הארץ. חינוך פירסון.
3. Boisvert, FM, Hendzel, MJ, & Bazett-Jones, DP (2000). גופים גרעיניים פרומיאלוציטיים (PML) הם מבני חלבון שאינם צוברים RNA. כתב העת לביולוגיה של התא, 148 (2), 283-292.
4. בוש, ח. (2012). גרעין התא. אלזביאר.
5. קופר, GM ו- Hausman, RE (2000). התא: גישה מולקולרית. סנדרלנד, מ.א.: מקורבים לסינאואר.
6. קרטיס, ח., ושנק, א '(2008). קרטיס. ביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
7. דונדר, מ 'ומיסטלי, ט' (2001). ארכיטקטורה פונקציונאלית בגרעין התא. כתב העת הביוכימי, 356 (2), 297-310.
8. איינארד, א.ר., ולנטיץ ', מ.א., ורובסיו, רא (2008). היסטולוגיה ועוברית של האדם: בסיסים תאיים ומולקולריים. פנמריקנית רפואית אד.
9. Hetzer, MW (2010). המעטפה הגרעינית. נקודות מבט של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, 2 (3), a000539.
10. Kabachinski, G., & Schwartz, TU (2015). קומפלקס הנקבוביות הגרעיניות - מבנה ותפקוד במבט חטוף. Journal of Cell Science, 128 (3), 423-429.
11. מונטנאר, AT (2002). גוף האביזר של קייג'ל. Rev esp patol, 35, (4), 529-532.
12. ניופורט, ג'יי.וי ופורבס, די.ג'יי (1987). הגרעין: מבנה, פונקציה ודינמיקה. סקירה שנתית של ביוכימיה, 56 (1), 535-565.