نواة الخلية هي أهم عضياتها ، مكان تخزين واستنساخ المعلومات الوراثية. هذا هيكل غشائي يشغل 10-40٪ من الخلية ، ووظائفه مهمة جدًا لحياة حقيقيات النوى. ومع ذلك ، حتى بدون وجود نواة ، فإن تحقيق المعلومات الوراثية ممكن. مثال على هذه العملية هو النشاط الحيوي للخلايا البكتيرية. ومع ذلك ، فإن السمات الهيكلية للنواة والغرض منها مهمة جدًا للكائن متعدد الخلايا.
موقع النواة في الخلية وهيكلها
تقع النواة في سمك السيتوبلازم وهي على اتصال مباشر مع الشبكة الإندوبلازمية الخشنة والملساء. إنه محاط بغشاءين ، بينهما الفضاء المحيط بالنواة. يوجد داخل النواة مصفوفة وكروماتين وبعض النوى.
بعض الخلايا البشرية الناضجة لا تحتوي على نواة ، بينما يعمل البعض الآخر في ظل ظروف تثبيط شديد لنشاطها. بشكل عام ، يتم تقديم بنية النواة (المخطط) على أنها تجويف نووي ، مقيد بواسطة karyolemma من الخلية ، يحتوي على كروماتين ونواة مثبتة في nucleoplasmالمصفوفة النووية
هيكل karyolemma
لتسهيل دراسة خلية النواة ، يجب النظر إلى الأخيرة على أنها فقاعات ، مقيدة بقذائف من فقاعات أخرى. النواة عبارة عن فقاعة بها معلومات وراثية تقع في سمك الخلية. إنه محمي من السيتوبلازم بواسطة غشاء دهني ثنائي الطبقة. يشبه هيكل غلاف النواة غشاء الخلية. في الواقع ، يتم تمييزهم فقط بالاسم وعدد الطبقات. بدون كل هذا ، هم متطابقون في الهيكل والوظيفة.
هيكل كريوليما (الغشاء النووي) يتكون من طبقتين: يتكون من طبقتين دهنيتين. تكون الطبقة الخارجية ثنائية الشحوم من كاريوليما على اتصال مباشر مع الشبكة الخشنة لبلازم الخلية. كريات الدم الداخلية - مع محتويات النواة. هناك مساحة حول النواة بين غشاء النواة الخارجي والداخلي. على ما يبدو ، تم تشكيله بسبب ظواهر الكهرباء الساكنة - تنافر مناطق بقايا الجلسرين.
وظيفة الغشاء النووي هي خلق حاجز ميكانيكي يفصل النواة عن السيتوبلازم. يعمل الغشاء الداخلي للنواة كموقع تثبيت للمصفوفة النووية - سلسلة من جزيئات البروتين التي تدعم الهيكل الكتلي. هناك مسام خاصة في غشاءين نوويين: يدخل الحمض النووي الريبي الرسول السيتوبلازم من خلالهما إلى الريبوسومات. يوجد في سُمك النواة العديد من النوى والكروماتين.
التركيب الداخلي للنيوكليوبلازم
تسمح لنا ميزات بنية النواة بمقارنتها بالخلية نفسها. يوجد داخل النواة أيضًا بيئة خاصة (nucleoplasm) ،يمثلها هلام سول ، محلول غرواني من البروتينات. يوجد بداخلها هيكل نووي (مصفوفة) ، ممثلة ببروتينات ليفية. يكمن الاختلاف الرئيسي فقط في حقيقة أن البروتينات الحمضية في الغالب موجودة في النواة. على ما يبدو ، هناك حاجة لمثل هذا التفاعل من البيئة للحفاظ على الخصائص الكيميائية للأحماض النووية وحدوث التفاعلات الكيميائية الحيوية.
النواة
لا يمكن أن تكتمل بنية نواة الخلية بدون النواة. وهو عبارة عن رنا ريبوسومي حلزوني ، وهو في مرحلة النضج. في وقت لاحق ، سيتم الحصول على الريبوسوم منه - وهي عضية ضرورية لتخليق البروتين. في بنية النواة ، يتم تمييز مكونين: ليفي وكروي. وهي تختلف فقط عن طريق المجهر الإلكتروني وليس لها أغشية خاصة بها.
المكون الليفي في وسط النواة. وهو عبارة عن خيط من الحمض النووي الريبي من النوع الريبوزومي يتم من خلاله تجميع الوحدات الفرعية الريبوسومية. إذا أخذنا في الاعتبار النواة (البنية والوظائف) ، فمن الواضح أن مكونًا حبيبيًا سيتشكل لاحقًا منها. هذه هي نفس الوحدات الفرعية الريبوسومية الناضجة التي هي في مراحل لاحقة من تطورها. سرعان ما يشكلون الريبوسومات. يتم إزالتها من النيوكليوبلازم من خلال المسام النووية لغشاء الكلى ودخول غشاء الشبكة الإندوبلازمية الخشنة.
كروماتين وكروموسومات
بنية ووظائف نواة الخلية مرتبطة عضويا: لا يوجد سوى تلك الهياكل اللازمة لتخزين وإعادة إنتاج المعلومات الوراثية. هناك أيضا هيكل karyoskeleton(مصفوفة النواة) ، وتتمثل وظيفتها في الحفاظ على شكل العضية. ومع ذلك ، فإن العنصر الأكثر أهمية في النواة هو الكروماتين. هذه الكروموسومات تلعب دور خزانات الملفات لمجموعات مختلفة من الجينات.
الكروماتين هو بروتين معقد يتكون من عديد ببتيد لهيكل رباعي متصل بحمض نووي (RNA أو DNA). يوجد الكروماتين أيضًا في البلازميدات البكتيرية. يتكون ما يقرب من ربع الوزن الإجمالي للكروماتين من الهيستونات - وهي بروتينات مسؤولة عن "تغليف" المعلومات الوراثية. تدرس الكيمياء الحيوية وعلم الأحياء هذه الميزة في الهيكل. إن بنية النواة معقدة على وجه التحديد بسبب الكروماتين ووجود عمليات تتناوب مع تصاعدها وتفككها.
وجود الهستونات يجعل من الممكن تكثيف واستكمال خيط الحمض النووي في مكان صغير - في نواة الخلية. يحدث هذا على النحو التالي: تشكل الهستونات نيوكليوسومات ، وهي بنية مثل الخرز. H2B و H3 و H2A و H4 هي بروتينات هيستون الرئيسية. يتكون النواة من أربعة أزواج من كل من الهستونات المقدمة. في الوقت نفسه ، يعد هيستون H1 رابطًا: يرتبط بالحمض النووي في موقع الدخول إلى الجسيم النووي. يحدث تغليف الحمض النووي نتيجة "لف" جزيء خطي حول 8 بروتينات بنية هيستون.
يشير هيكل النواة ، الذي تم عرض مخططه أعلاه ، إلى وجود بنية تشبه الملف اللولبي للحمض النووي مكتملة على الهستونات. يبلغ سمك هذا التكتل حوالي 30 نانومتر. في الوقت نفسه ، يمكن ضغط الهيكل بشكل أكبر من أجل شغل مساحة أقل ويكون أقل تعرضًا لهالضرر الميكانيكي الذي يحدث حتما خلال حياة الخلية
كسور الكروماتين
هيكل وبنية ووظائف نواة الخلية مركزة على الحفاظ على العمليات الديناميكية للكروماتين اللولبية والالتفاف. لذلك ، هناك جزءان رئيسيان منه: حلزوني بقوة (كروماتين متغاير) ولولبي قليلاً (كروماتين حقيقي). يتم فصلهم من الناحية الهيكلية والوظيفية. في الكروماتين المغاير ، يكون الحمض النووي محميًا جيدًا من أي تأثيرات ولا يمكن نسخه. إن كروماتين حقيقي أقل حماية ، لكن الجينات يمكن أن تتضاعف لتخليق البروتين. في أغلب الأحيان ، تتناوب أقسام من الكروماتين المغاير والكروماتين الحقيقي على طول الكروموسوم بأكمله.
الكروموسومات
تحتوي نواة الخلية ، التي تم وصف هيكلها ووظائفها في هذا المنشور ، على الكروموسومات. إنه كروماتين معقد ومضغوط يمكن رؤيته تحت المجهر الضوئي. ومع ذلك ، فإن هذا ممكن فقط إذا كانت الخلية موجودة على الشريحة الزجاجية في مرحلة الانقسام الانقسامي أو الانقسام الانتصافي. إحدى المراحل هي تصاعد الكروماتين مع تكوين الكروموسومات. هيكلها بسيط للغاية: للكروموسوم تيلومير وذراعان. كل كائن حي متعدد الخلايا من نفس النوع له نفس بنية النواة. جدول مجموعة الكروموسوم الخاص به مشابه أيضًا.
تنفيذ وظائف النواة
ترتبط السمات الرئيسية لبنية النواة بأداء وظائف معينة وضرورة التحكم فيها. تلعب النواة دور مستودع المعلومات الوراثية ، أي أنها نوع من خزانة الملفات معمتواليات مكتوبة من الأحماض الأمينية لجميع البروتينات التي يمكن تصنيعها في الخلية. هذا يعني أنه من أجل أداء أي وظيفة ، يجب أن تصنع الخلية بروتينًا ، يتم تشفير هيكله في الجين.
لكي "تفهم" النواة أي بروتين معين يحتاج إلى تصنيعه في الوقت المناسب ، يوجد نظام من المستقبلات الخارجية (الغشائية) والداخلية. تصل المعلومات منها إلى النواة من خلال المرسلات الجزيئية. غالبًا ما يتم تحقيق ذلك من خلال آلية إنزيم الأدينيلات. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الهرمونات (الأدرينالين والنورادرينالين) وبعض الأدوية ذات البنية المحبة للماء على الخلية.
الآلية الثانية لنقل المعلومات داخلية. ومن خصائص الجزيئات المحبة للدهون - الكورتيكوستيرويدات. تخترق هذه المادة الغشاء ثنائي الشحوم للخلية وتذهب إلى النواة ، حيث تتفاعل مع مستقبلاتها. نتيجة لتفعيل مجمعات المستقبلات الموجودة على غشاء الخلية (آلية إنزيم الأدينيلات) أو على غشاء الدم ، يتم تشغيل تفاعل التنشيط لجين معين. يتكاثر ، على أساسه مبني RNA الرسول. لاحقًا ، وفقًا لهيكل هذا الأخير ، يتم تصنيع بروتين يؤدي وظيفة معينة.
نواة الكائنات متعددة الخلايا
في كائن متعدد الخلايا ، السمات الهيكلية للنواة هي نفسها كما في أحادية الخلية. على الرغم من وجود بعض الفروق الدقيقة. أولاً ، تشير التعددية الخلوية إلى أن عددًا من الخلايا سيكون لها وظيفتها الخاصة (أو عدة وظائف). هذا يعني أن بعض الجينات ستكون كذلك دائمًاغير متصاعد بينما الآخرون غير نشطين.
على سبيل المثال ، في خلايا الأنسجة الدهنية ، سيكون تخليق البروتين غير نشط ، وبالتالي فإن معظم الكروماتين يكون حلزونيًا. وفي الخلايا ، على سبيل المثال ، الجزء الخارجي من البنكرياس ، فإن عمليات التخليق الحيوي للبروتين مستمرة. لذلك ، يتم فصل كروماتينهم. في تلك المناطق التي يتم تكرار جيناتها في أغلب الأحيان. في الوقت نفسه ، فإن الميزة الرئيسية مهمة: مجموعة الكروموسوم لجميع خلايا كائن حي واحد هي نفسها. فقط بسبب تمايز الوظائف في الأنسجة ، يتم إيقاف بعضها عن العمل ، والبعض الآخر يتم تفكيكه أكثر من غيره.
الخلايا النووية في الجسم
هناك خلايا لا يمكن النظر في السمات الهيكلية لنواتها ، لأنها نتيجة لنشاطها الحيوي إما أنها تمنع وظيفتها أو تتخلص منها تمامًا. أبسط مثال على ذلك هو خلايا الدم الحمراء. هذه هي خلايا الدم ، التي لا توجد نواتها إلا في المراحل المبكرة من التطور ، عندما يتم تصنيع الهيموجلوبين. بمجرد وجود ما يكفي منه لحمل الأكسجين ، تتم إزالة النواة من الخلية لتسهيلها دون التدخل في نقل الأكسجين.
بشكل عام ، الكريات الحمراء عبارة عن كيس حشوي مليء بالهيموغلوبين. هيكل مماثل هو سمة من سمات الخلايا الدهنية. يتم تبسيط بنية نواة الخلية للخلايا الشحمية للغاية ، فهي تتناقص وتتحول إلى الغشاء ، ويتم تثبيط عمليات تخليق البروتين إلى أقصى حد. تشبه هذه الخلايا أيضًا "أكياسًا" مليئة بالدهون ، على الرغم من التنوع بالطبعهناك تفاعلات كيميائية حيوية أكثر بقليل منها في كريات الدم الحمراء. لا تحتوي الصفائح الدموية أيضًا على نواة ، لكن لا ينبغي اعتبارها خلايا كاملة. هذه أجزاء من الخلايا ضرورية لتنفيذ عمليات الإرقاء.
