גרעין התא

הגרעין (s. karyon) קיים בכל התאים האנושיים למעט אריתרוציטים וטרומבוציטים. תפקידי הגרעין הם לאחסן ולהעביר מידע תורשתי לתאי בת חדשים. תפקידים אלה קשורים לנוכחות DNA בגרעין. סינתזה של חלבונים - RNA של חומצה ריבונוקלאית וחומרים ריבוזומליים - מתרחשת גם בגרעין.

לרוב התאים יש גרעין כדורי או אליפסי, אך ישנן גם צורות אחרות של הגרעין (צורת טבעת, צורת מוט, צורת כישור, צורת חרוז, צורת שעועית, מפולח, צורת אגס, פולימורפי). גודל הגרעין משתנה מאוד - בין 3 ל-25 מיקרומטר. הגרעין הגדול ביותר נמצא בתא הביצית. רוב התאים האנושיים הם חד-גרעיניים, אך ישנם דו-גרעיניים (חלק מהנוירונים, הפטוציטים, קרדיומיוציטים). חלק מהמבנים הם רב-גרעיניים (סיבי שריר). לגרעין יש קרום גרעיני, כרומטין, נוקלאולוס ונוקלאופלזמה.

קרום הגרעין, או קריוטקה, המפריד בין תוכן הגרעין לציטופלזמה, מורכב מקרום גרעין פנימי וחיצוני, כל אחד בעובי 8 ננומטר. הממברנות מופרדות על ידי חלל פרי-גרעיני (caryotheca cistern), ברוחב 20-50 ננומטר, המכיל חומר דק-גרגירי בעל צפיפות אלקטרונים בינונית. קרום הגרעין החיצוני עובר לתוך הרשתית האנדופלסמית הגרנולרית. לכן, החלל הפרינקלירי יוצר חלל יחיד עם הרשתית האנדופלסמית. קרום הגרעין הפנימי מחובר מבפנים לרשת מסועפת של סיבי חלבון המורכבים מתת-יחידות בודדות.

קרום הגרעין מכיל נקבוביות גרעיניות עגולות רבות, כל אחת בקוטר 50-70 ננומטר. נקבוביות הגרעין תופסות עד 25% משטח הגרעין בסך הכל. מספר הנקבוביות בגרעין אחד מגיע ל-3000-4000. בשולי הנקבוביות, הממברנות החיצוניות והפנימיות מחוברות זו לזו ויוצרות את מה שנקרא טבעת הנקבוביות. כל נקבובית סגורה על ידי דיאפרגמה, המכונה גם קומפלקס נקבוביות. לסרעפות הנקבוביות מבנה מורכב; הן נוצרות על ידי גרגירי חלבון המחוברים זה לזה. הובלה סלקטיבית של חלקיקים גדולים וחילופי חומרים בין הגרעין לציטוזודם של התא מתבצעים דרך נקבוביות הגרעין.

מתחת לקרום הגרעין נמצאים הנוקלאופלזמה (קריופלזמה) (nucleoplasm, s. karyoplasma), בעלת מבנה הומוגני, והנוקלאולוס. בנוקלאופלזמה של גרעין שאינו מתחלק, במטריצת החלבון הגרעיני שלו, ממוקמים גרגירים אוסמיופיליים (גושים) של מה שנקרא הטרוכרומטין. אזורים של כרומטין רופף יותר, הממוקמים בין הגרגירים, נקראים אאוכרומטין. כרומטין רופף נקרא גם כרומטין מפורק, שבו מתרחשים תהליכים סינתטיים בצורה האינטנסיבית ביותר. במהלך חלוקת התא, הכרומטין נדחס, מתעבה ויוצר כרומוזומים.

כרומטין (כרומטינום) של גרעין שאינו מתחלק וכרומוזומים של גרעין מתחלק נוצרים על ידי מולקולות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) הקשורות לחומצה ריבונוקלאית (RNA) וחלבונים - היסטונים ולא היסטונים. יש להדגיש כי כרומטין וכרומוזומים זהים מבחינה כימית.

כל מולקולת DNA מורכבת משתי שרשראות פולינוקלאוטיד ארוכות, ימניות (סלילים כפולים), וכל נוקלאוטיד מורכב מבסיס חנקני, גלוקוז ושארית חומצה זרחתית. הבסיס ממוקם בתוך הסליל הכפול, ועמוד השדרה הסוכר-פוספט נמצא מבחוץ.

מידע תורשתי במולקולות DNA נרשם ברצף ליניארי של הנוקלאוטידים שלהן. החלקיק האלמנטרי של התורשה הוא הגן. גן הוא מקטע של DNA שיש לו רצף ספציפי של נוקלאוטידים האחראי לסינתזה של חלבון ספציפי אחד.

מולקולת ה-DNA בגרעין ה-DNA דחוסה בצורה קומפקטית. לפיכך, מולקולת DNA אחת המכילה מיליון נוקלאוטידים, עם סידורם הליניארי, תתפוס מקטע שאורכו 0.34 מ"מ בלבד. אורכו של כרומוזום אנושי אחד בצורה מורחבת הוא כ-5 ס"מ, אך במצב דחוס, לכרומוזום יש נפח של כ ^-10-15 סמ"ק.

מולקולות DNA הקשורות לחלבוני היסטון יוצרות נוקלאוזומים, שהם היחידות המבניות של הכרומטין. נוקלאוזום נראה כמו חרוז בקוטר 10 ננומטר. כל נוקלאוזום מורכב מהיסטונים שסביבם מפותל קטע DNA, הכולל 146 זוגות של נוקלאוטידים. בין הנוקלאוזומים נמצאים קטעי DNA ליניאריים המורכבים מ-60 זוגות של נוקלאוטידים.

הכרומטין מיוצג על ידי סיבים היוצרים לולאות באורך של כ-0.4 מיקרומטר, המכילות בין 20,000 ל-30,000 זוגות נוקלאוטידים.

כתוצאה מדחיסה (עיבוי) ופיתול (סופר-התמחות) של דאוקסיריבונוקלאופרוטאינים (DNP) בגרעין המתחלק, כרומוזומים הופכים גלויים. מבנים אלה - כרומוזומים (כרומזומה, מיוונית כרומה - צבע, סומה - גוף) - הם תצורות מוארכות בצורת מוט עם שתי זרועות המופרדות על ידי מה שנקרא היצרות - הצנטרומר. בהתאם למיקום הצנטרומר ולמיקום היחסי ואורך הזרועות (רגליים), נבדלים שלושה סוגי כרומוזומים: מטא-צנטריים, עם זרועות זהות בערך; תת-מטא-צנטריים, שבהם אורך הזרועות משתנה; אקרוצנטריים, שבהם זרוע אחת ארוכה והשנייה קצרה מאוד, בקושי מורגשת. לכרומוזום יש אזורים אאו- והטרוכרומטיים. האחרונים נשארים קומפקטיים בגרעין שאינו מתחלק ובפרופאזה המוקדמת של מיטוזה. החלפה של אזורים אאו- והטרוכרומטיים משמשת לזיהוי כרומוזומים.

פני השטח של הכרומוזומים מכוסים במולקולות שונות, בעיקר ריבונוקלאופרוטאינים (RNP). לתאים סומטיים יש 2 עותקים של כל כרומוזום, הם נקראים הומולוגיים. הם זהים באורך, בצורה ובמבנה, נושאים את אותם גנים, הממוקמים באותו אופן. המאפיינים המבניים, מספרם וגודלם של הכרומוזומים נקראים קריוטיפ. קריוטיפ אנושי תקין כולל 22 זוגות של אוטוזומים וזוג אחד של כרומוזומי מין (XX או XY). לתאים סומטיים אנושיים (דיפלואידיים) יש מספר כפול של כרומוזומים - 46. תאי מין מכילים קבוצה הפלואידית (יחידה) - 23 כרומוזומים. לכן, תאי מין מכילים פי 2 פחות DNA מתאים סומטיים דיפלואידיים.

הגרעין, אחד או יותר, נמצא בכל התאים שאינם מתחלקים. הוא נראה כמו גוף עגול צבוע בעוצמה גבוהה, שגודלו פרופורציונלי לעוצמת סינתזת החלבון. הגרעין מורכב מנוקלאולונמה צפופה באלקטרונים (מהמילה היוונית פטה - חוט), שבה מובחן חלק פילמטי (סיבי), המורכב מחוטי RNA רבים שלובים זה בזה בעובי של כ-5 ננומטר, וחלק גרגירי. החלק הגרגירי (הגרנולרי) נוצר מגרגירים בקוטר של כ-15 ננומטר, שהם חלקיקי RNP - קודמנים של תת-יחידות ריבוזומליות. כרומטין פרינוקלאולי משובץ בשקעים של הנוקלאולונמה. ריבוזומים נוצרים בגרעין.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]