פונקציות של גרעין התא

מבוא

גרעין התא הוא האברון הגדול ביותר של תאים אוקריוטיים ונמצא בציטופלסמה, מופרד על ידי קרום כפול (מעטפה גרעינית). כמוביל מידע גנטי, גרעין התא מכיל את המידע הגנטי בצורה של הכרומוזומים (גדיל DNA) ובכך ממלא תפקיד מהותי בתורשה. ברוב תאי היונקים יש גרעין אחד בלבד; זה מעוגל ויש לו קוטר של 5 עד 16 מיקרומטר. סוגי תאים מסוימים, כגון סיבי שריר או תאים מיוחדים בעצם, עשויים להכיל יותר מגרעין אחד.

פונקציות של גרעין התא

גרעין התא הוא האברון החשוב ביותר בתא ומהווה 10-15% מנפח התא. גרעין התא מכיל את מרבית המידע הגנטי של תא. בבני אדם, בנוסף לגרעין התא, גם ה המיטוכונדריה מכילים גם DNA ("DNA מיטוכונדריאלי").

עם זאת, הגנום המיטוכונדריאלי מקודד רק כמה חלבונים, הנדרשים בעיקר בשרשרת הנשימה לייצור אנרגיה. כחנות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA), גרעין התא נחשב למרכז הבקרה של התא ומסדיר תהליכים חשובים רבים של חילוף החומרים בתאים. גרעין התא חיוני לתפקודו של תא.

תאים ללא גרעין תא בדרך כלל אינם יכולים לשרוד. יוצא מן הכלל לכך הוא האדום חסר הגרעין דם תאים (אריתרוציטים). בנוסף לפונקציות הרגולטוריות, משימות גרעין התא כוללות אחסון, שכפול והעברת DNA.

ה- DNA ממוקם בגרעין התא בצורה של סליל כפול ארוך דמוי קווצה והוא ארוז קומפקטי בגרעין חלבונים, ההיסטונים, להיווצר הכרומוזומים. כרומוזומים מורכב מ כרומטין, שמתעבה רק לכרומוזומי גלוי מיקרוסקופיים במהלך חלוקת התאים. כל תא אנושי מכיל 23 כרומוזומים שכל אחד מהם משוכפל ומורש משני ההורים.

מחצית האחת מהגנים בתא מגיעה אפוא מהאם, השנייה מהאב. גרעין התא שולט בתהליכים מטבוליים בתוך התא באמצעות מולקולות שליח של RNA. המידע הגנטי מקודד עבור חלבונים שאחראים על תפקוד ומבנה התא.

במידת הצורך, מועתקים חלקים מסוימים של DNA, המכונים גנים, לחומר שליח (RNA שליח או mRNA). ה- mRNA שנוצר עוזב את גרעין התא ומשמש תבנית לסינתזה של החלבונים המתאימים. אפשר לדמיין שה- DNA הוא סוג של שפה מקודדת המורכבת מארבע אותיות.

אלה ארבעת הבסיסים: אדנין, תימין, גואנין וציטוזין. אותיות אלה יוצרות מילים, שכל אחת מהן מורכבת משלושה בסיסים, הנקראים קודונים. כל קודון מקודד עבור חומצת אמינו ספציפית ובכך מהווה בסיס לביוסינתזה של חלבונים, מכיוון שרצף בסיסי הגנים מתורגם לחלבון על ידי קישור חומצות האמינו המתאימות.

כל המידע המקודד הזה נקרא הקוד הגנטי. רצף הבסיסים הספציפי הופך את ה- DNA שלנו לייחודי וקובע את הגנים שלנו. אך לא רק בסיסים מעורבים בבניית ה- DNA.

ה- DNA מורכב מנוקליאוטידים הנמתחים זה לזה, אשר בתורם מורכבים מסוכר, פוספט ובסיס. הנוקלאוטידים יוצרים את עמוד השדרה של ה- DNA, שהוא בצורה של סליל כפול סלילי. בנוסף, גדיל זה מרוכז עוד יותר כך שיתאים לגרעין התאים הקטנים.

זה מכונה גם כרומוזומים כצורת האריזה של ה- DNA. עם כל חלוקת תאים, ה- DNA השלם מועתק כך שכל תא בת מכיל את המידע הגנטי הזהה המלא. כרומוזום הוא צורת אריזה ספציפית של החומר הגנטי שלנו (DNA) שנראה רק במהלך חלוקת התאים.

DNA הוא מבנה ליניארי שארוך מדי מכדי להשתלב בגרעין התא שלנו במצבו הטבעי. בעיה זו נפתרת על ידי ספירלות שונות החוסכות בחלל של ה- DNA ושילוב חלבונים קטנים שסביבם ה- DNA יכול לעטוף את עצמו עוד יותר. הצורה הקומפקטית ביותר של ה- DNA הם הכרומוזומים.

תחת המיקרוסקופ, אלה נראים כגופים בצורת מוט עם כיווץ מרכזי. ניתן לראות צורה זו של DNA רק במהלך חלוקת התאים, כלומר במהלך המיטוזה. ניתן לחלק את חלוקת התאים למספר שלבים, לפיהם הכרומוזומים מיוצגים בצורה הטובה ביותר במטאפאזה.

לתאים סומטיים רגילים יש סט כפול של כרומוזומים, המורכב מ 46 כרומוזומים. RNA מתאר חומצה ריבונוקלאית, בעלת מבנה דומה ל- DNA. עם זאת, זהו מבנה חד-גדילי השונה מ- DNA באבני בניין בודדות.

בנוסף, ה- RNA הוא גם הרבה יותר קצר מ- DNA ויש לו כמה משימות שונות בהשוואה ל- DNA. ניתן לחלק את ה- RNA לתתי קבוצות RNA שונות המבצעות משימות שונות. בין היתר, ל- mRNA תפקיד חשוב במהלך חלוקת גרעין התא.

כמו tRNA, משתמשים בו גם בייצור חלבונים ו אנזימים. תת-קבוצה נוספת של RNA היא rRNA, שהיא מרכיב של ריבוזומים ולכן מעורב גם בייצור חלבונים. השלב הראשון בביוסינתזה של חלבונים הוא תעתיק ה- DNA ל- mRNA (תעתיק) ומתרחש בגרעין התא.

במהלך תהליך זה, קווצת DNA אחת משמשת תבנית לרצף RNA משלים. עם זאת, מכיוון שלא ניתן לייצר חלבונים בתוך גרעין התא, יש לשחרר את ה- mRNA שנוצר לציטופלזמה ולהעבירו אל ריבוזומים, שם בסופו של דבר מתרחשת הסינתזה של החלבונים. בתוך ה ריבוזומים, ה- mRNA הופך לרצף של חומצות אמינו המשמשות לבניית חלבונים.

תהליך זה נקרא תרגום. עם זאת, לפני שניתן להעביר את ה- RNA השליח מהגרעין, הוא מעובד תחילה בשלבים רבים, כלומר רצפים מסוימים מחוברים או נחתכים ומורכבים מחדש. באופן זה ניתן לייצר גרסאות חלבון שונות מתמליל אחד.

תהליך זה מאפשר לבני אדם לייצר מספר גדול של חלבונים שונים עם מעט גנים יחסית. פונקציה חשובה נוספת של התא, המתרחשת בגרעין התא, היא שכפול ה- DNA (שכפול). בתא, יש מחזור מתמיד של בנייה ופירוק: חלבונים ישנים, מזהמים ומוצרים מטבוליים מתפרקים, יש לסנתז חלבונים חדשים ולייצר אנרגיה.

בנוסף, התא גדל ומתחלק לשני תאי בת זהים. עם זאת, לפני שתא יכול להתחלק, ראשית יש לשכפל את המידע הגנטי כולו. זה חשוב מכיוון שהחומר הגנטי של כל התאים בתוך האורגניזם זהה לחלוטין.

השכפול מתרחש בזמן מוגדר במדויק של חלוקת התא בגרעין התא; שני התהליכים קשורים זה לזה והם מוסדרים על ידי חלבונים מסוימים (אנזימים). ראשית מופרד הדנ"א הדו-גדילי וכל גדיל יחיד משמש כתבנית לשכפול שלאחר מכן. לצורך זה, שונים אנזימים לעגן ל- DNA והשלים את החוט היחיד ליצירת סליל כפול חדש.

בסופו של תהליך זה, הופק עותק מדויק של ה- DNA, אותו ניתן להעביר לתא הבת במהלך החלוקה. עם זאת, אם מתרחשות שגיאות באחד משלבי מחזור התא, יכולות להתפתח מוטציות שונות. ישנם מספר סוגים של מוטציות שיכולות להתרחש באופן ספונטני בשלבי מחזור תאים שונים.

לדוגמא, אם גן פגום, זה נקרא מוטציה גנטית. עם זאת, אם הפגם משפיע על כרומוזומים מסוימים או על חלקי כרומוזומים, אז זה נקרא מוטציה כרומוזומלית. אם מספר הכרומוזומים מושפע, זה מוביל למוטציה גנטית.

הנושא עשוי גם לעניין אתכם: סטייה כרומוזומלית - מה הכוונה בזה? בקרום הכפול של המעטפה הגרעינית נקבוביות המשרתות את ההובלה הסלקטיבית של חלבונים, חומצות גרעין וחומרי איתות אל מחוץ לגרעין. דרך הנקבוביות הללו גורמים מטבוליים מסוימים וחומרי איתות נכנסים לגרעין שם הם משפיעים על תעתיק חלבונים מסוימים.

המרה של מידע גנטי לחלבונים מנוטרת בקפדנות ומווסתת על ידי גורמים מטבוליים רבים וחומרי איתות, זה נקרא ביטוי גנים. מסלולי איתות רבים המתרחשים בתא מסתיימים בגרעין שבו הם משפיעים על ביטוי הגן של חלבונים מסוימים. בתוך גרעין התאים האאוקריוטים נמצא הגרעין, גוף הגרעין.

תא יכול להכיל גרעין אחד או יותר, ואילו תאים פעילים מאוד ומתחלקים לעיתים קרובות יכולים להכיל עד 10 גרעינים. הגרעין הוא מבנה כדורית וצפוף הנראה בבירור מתחת למיקרוסקופ האור ומתואר בבירור בתוך גרעין התא. הוא יוצר אזור עצמאי מבחינה תפקודית של הגרעין, אך אינו מוקף בקרום משלו.

הגרעין מורכב מ- DNA, RNA וחלבונים, השוכבים יחד בקונגלומרט צפוף. ההתבגרות של יחידות המשנה הריבוזומליות מתרחשת בגרעין. ככל שמסונתזים יותר חלבונים בתא, יש צורך בריבוזומים רבים יותר ולכן יש לתאים פעילים מטבולית מספר גרעינים.

הגרעין בא תא עצב בעל מגוון פונקציות. הגרעין של א תא עצב נמצא בגוף התא (סומה) יחד עם רכיבי תאים אחרים (אברונים), כגון הרטיקולום האנדופלזמי (ER) והמנגנון של גולגי. כמו בכל תאי הגוף, גרעין התא מכיל את המידע הגנטי בצורת DNA.

בשל הימצאות DNA, תאי גוף אחרים מסוגלים לשכפל את עצמם באמצעות מיטוזה. תאי עצב, לעומת זאת, הם תאים מאוד ספציפיים ומובחנים מאוד המהווים חלק מה- מערכת העצבים. כתוצאה מכך, הם כבר לא מסוגלים לשכפל את עצמם.

עם זאת, גרעין התא מבצע משימה חשובה נוספת. בין היתר, תאי העצב אחראים על עירור השרירים שלנו, מה שמוביל בסופו של דבר לתנועת שרירים. התקשורת בין תאי העצב בינם לבין עצמם ובין תאי העצב והשרירים מתבצעת באמצעות חומרי שליח (משדרים).

חומרים כימיים אלה וגם חומרים חשובים אחרים המקיימים חיים מיוצרים בעזרת גרעין התא. לא רק גרעין התא אלא גם שאר המרכיבים של הסומה ממלאים תפקיד חשוב בתהליך זה. יתר על כן, גרעין התא שולט בכל מסלולי חילוף החומרים בכל התאים, כולל תאי עצב. לשם כך, גרעין התא מכיל את כל הגנים שלנו, אותם ניתן לקרוא ולתרגם לחלבונים ולאנזימים הנדרשים בהתאם לשימוש בהם. מידע נוסף אודות התכונה המיוחדת של תא העצב נמצא בתא העצב