ეუკარიოტული უჯრედის ბირთვი არის ცენტრალური ორგანელა, რომელზედაც დამოკიდებულია სასიცოცხლო აქტივობა და სინთეზური პროცესები. ბირთვის შინაარსის მნიშვნელოვანი ნაწილი წარმოდგენილია სხვადასხვა ხარისხის დატკეპნის ძაფიანი დნმ-ის მოლეკულებით ცილებთან ერთად. ეს არის ევქრომატინი (დეკონდენსირებული დნმ) და ჰეტეროქრომატინი (დნმ-ის მჭიდროდ შეფუთული ნაჭრები).
ევქრომატინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედის ცხოვრებაში. მასში ნათქვამია რიბონუკლეინის მჟავის (რნმ) შეკრების „ინსტრუქცია“, რომელიც ხდება პოლიპეპტიდური მოლეკულების სინთეზის საფუძველი.
ყველას აქვს ბირთვი?
ყველა ცოცხალ არსებას, პატარადან გიგანტამდე, მიეწოდება გენეტიკური ინფორმაცია დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის სახით. უჯრედებში მისი წარმოდგენის ორი ფუნდამენტურად განსხვავებული ფორმა არსებობს:
- პროკარიოტულ ორგანიზმებს (წინა ბირთვულ) აქვთ არაკომპარტამენტირებული უჯრედები. მათი ერთადერთი არაპროტეინებით შეკრული წრიული დნმ-ის საცავი მხოლოდ პაჩიაციტოპლაზმას ეწოდება ნუკლეოიდი. ნუკლეინის მჟავის რეპლიკაცია და ცილის სინთეზი ხდება პროკარიოტებში ერთ უჯრედულ სივრცეში. მათ შეუიარაღებელი თვალით ვერ დავინახავთ, რადგან ორგანიზმების ამ ჯგუფის წარმომადგენლები არიან მიკროსკოპული, 3 მიკრონმდე ზომის, ბაქტერიები.
- ევკარიოტული ორგანიზმები ხასიათდებიან უფრო რთული უჯრედული სტრუქტურით, სადაც მემკვიდრეობითი ინფორმაცია დაცულია ბირთვის ორმაგი მემბრანით. ხაზოვანი დნმ-ის მოლეკულები ჰისტონურ ცილებთან ერთად ქმნიან ქრომატინს, რომელიც აქტიურად აწარმოებს რნმ-ს პოლიენზიმური კომპლექსების დახმარებით. ციტოპლაზმაში ციტოპლაზმაში ხდება ცილის სინთეზი რიბოზომებზე.
ეუკარიოტულ უჯრედებში წარმოქმნილი ბირთვი ჩანს ინტერფაზის დროს. კარიოპლაზმა შეიცავს ცილოვან ხერხემალს (მატრიცას), ნუკლეოლებს და ნუკლეოპროტეინების კომპლექსებს, რომლებიც შედგება ჰეტეროქრომატინისა და ევქრომატინის სექციებისგან. ბირთვის ეს მდგომარეობა გრძელდება უჯრედის გაყოფის დაწყებამდე, როდესაც მემბრანა და ბირთვები გაქრება და ქრომოსომა იძენს კომპაქტურ ღეროს მსგავს ფორმას.
მთავარი ბირთვში
ბირთვის შიგთავსის მთავარი კომპონენტი, ქრომატინი, მისი სემანტიკური ნაწილია. მისი ფუნქციები მოიცავს უჯრედის ან ორგანიზმის შესახებ გენეტიკური ინფორმაციის შენახვას, განხორციელებას და გადაცემას. ქრომატინის უშუალოდ რეპლიკაციური ნაწილია ევქრომატინი, რომელიც ატარებს მონაცემებს ცილების სტრუქტურისა და რნმ-ის სხვადასხვა ტიპების შესახებ.
ბირთვის დარჩენილი ნაწილები ასრულებენ დამხმარე ფუნქციებს, უზრუნველყოფენ გენეტიკური ინფორმაციის განხორციელების შესაბამის პირობებს:
- ბირთვული -ბირთვული შემცველობის შეკუმშული უბნები, რომლებიც განსაზღვრავენ რიბონუკლეინის მჟავების სინთეზის ადგილებს რიბოზომებისთვის;
- პროტეინის მატრიცა აწყობს ქრომოსომების და ბირთვის მთლიან შიგთავსს, ინარჩუნებს ფორმას;
- ბირთვის ნახევრად თხევადი შიდა გარემო, კარიოპლაზმა, უზრუნველყოფს მოლეკულების ტრანსპორტირებას და სხვადასხვა ბიოქიმიური პროცესების დინებას;
- ბირთის ორშრიანი გარსი, კარიოლემა, იცავს გენეტიკურ მასალას, უზრუნველყოფს მოლეკულების და მოლეკულური კომპლექსების შერჩევით ორმხრივ გამტარობას რთული ბირთვული ფორების გამო.
რას ნიშნავს ქრომატინი
ქრომატინმა მიიღო სახელი 1880 წელს, უჯრედებზე დაკვირვებაზე ფლემინგის ექსპერიმენტების წყალობით. ფაქტია, რომ ფიქსაციისა და შეღებვის დროს უჯრედის ზოგიერთი ნაწილი განსაკუთრებით კარგად ვლინდება („ქრომატინი“ნიშნავს „შეღებილს“). მოგვიანებით გაირკვა, რომ ეს კომპონენტი წარმოდგენილია დნმ-ით ცილებთან, რომელიც თავისი მჟავე თვისებების გამო აქტიურად აღიქვამს ტუტე საღებავებს.
შეღებილი ქრომოსომა ჩანს ფოტოზე უჯრედის ცენტრალურ ნაწილში, რომლებიც ქმნიან მეტაფაზის ფირფიტას.
დნმ-ის არსებობის ფორმები
ეუკარიოტული ორგანიზმების უჯრედებში ქრომატინის ნუკლეოპროტეინების კომპლექსები შეიძლება იყოს ორ მდგომარეობაში.
- უჯრედების გაყოფის პროცესში დნმ აღწევს მაქსიმალურ გადახვევას და წარმოდგენილია მიტოზური ქრომოსომებით. თითოეული ჯაჭვი ქმნის ცალკეულ ქრომოსომას.
- ინტერფაზის დროს, როდესაც უჯრედის დნმ ყველაზე მეტად დეკონდენსირებულია, ქრომატინი თანაბრად ივსებაბირთვის სივრცე ან აყალიბებს კუბიკებს, რომლებიც ჩანს სინათლის მიკროსკოპში. ასეთი ქრომოცენტრები უფრო ხშირად აღმოჩენილია ბირთვის მემბრანის მახლობლად.
ეს მდგომარეობები ერთმანეთის ალტერნატიულია, სრულად დატკეპნილი ქრომოსომა არ არის დაცული ინტერფაზაში.
ევქრომატინი და ჰეტეროქრომატინი
ინტერფაზის ქრომატინი არის ქრომოსომა, რომელმაც დაკარგა კომპაქტური ფორმა. მათი მარყუჟები იხსნება, ავსებს ბირთვის მოცულობას. არსებობს პირდაპირი კავშირი დეკონდენსაციის ხარისხსა და ქრომატინის ფუნქციურ აქტივობას შორის.
მის ნაწილებს, სრულიად „გაშლილს“, ეწოდება დიფუზური ან აქტიური ქრომატინი. იგი პრაქტიკულად უხილავია სინათლის მიკროსკოპის ქვეშ შეღებვის შემდეგ. ეს იმიტომ ხდება, რომ დნმ-ის სპირალი მხოლოდ 2 ნმ სისქისაა. მისი სხვა სახელია ევქრომატინი.
ეს მდგომარეობა უზრუნველყოფს ფერმენტულ კომპლექსებს სემანტიკური დნმ-ის ფრაგმენტების წვდომას, მათ თავისუფალ მიმაგრებას და ფუნქციონირებას. მაცნე რნმ-ის სტრუქტურა (ტრანსკრიფცია) იკითხება დიფუზური რეგიონებიდან რნმ პოლიმერაზებით, ან ხდება თავად დნმ-ის კოპირება (რეპლიკაცია). რაც უფრო მაღალია უჯრედის სინთეზური აქტივობა ამ მომენტში, მით მეტია ევქრომატინის პროპორცია ბირთვში.
ქრომატინის დიფუზური მონაკვეთები მონაცვლეობს ჰეტეროქრომატინის კომპაქტური, განსხვავებულად გრეხილი ზონებით. უფრო დიდი სიმკვრივის გამო, შეღებილი ჰეტეროქრომატინი აშკარად ჩანს ინტერფაზურ ბირთვებში.
ფიგურა გვიჩვენებს დატკეპნის სხვადასხვა ხარისხის ქრომატინს:
- 1 - ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულა;
- 2 - ჰისტონიცილები;
- 3 - ჰისტონური კომპლექსის გარშემო შემოხვეული დნმ 1,67 ბრუნის განმავლობაში ქმნის ნუკლეოსომას;
- 4 - სოლენოიდი;
- 5 - ინტერფაზური ქრომოსომა.
განმარტების დახვეწილობა
ეუხრომატინი დროის კონკრეტულ მომენტში შეიძლება არ იყოს ჩართული სინთეზურ პროცესებში. ამ შემთხვევაში, ის დროებით უფრო კომპაქტურ მდგომარეობაშია და შეიძლება შეცდომით იყოს ჰეტეროქრომატინი.
რეალური ჰეტეროქრომატინი, მას ასევე უწოდებენ კონსტიტუციურს, არ ატარებს სემანტიკურ დატვირთვას და დეკონდენსირებულია მხოლოდ რეპლიკაციის პროცესში. ამ ადგილებში დნმ შეიცავს მოკლე, განმეორებით თანმიმდევრობებს, რომლებიც არ აკოდებს ამინომჟავებს. მიტოზურ ქრომოსომებში ისინი პირველადი შეკუმშვისა და ტელომერული დაბოლოებების რეგიონში არიან. ისინი ასევე გამოყოფენ ტრანსკრიბირებული დნმ-ის ნაწილებს, ქმნიან ინტერკალარული (ინტერკალარული) ფრაგმენტებს.
როგორ "მუშაობს ევქრომატინი"
ევქრომატინი შეიცავს გენებს, რომლებიც საბოლოოდ განსაზღვრავენ ცილების სტრუქტურას (სტრუქტურული გენები). ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის დეკოდირება ცილად ხდება შუამავლის დახმარებით, რომელსაც შეუძლია, ქრომოსომებისგან განსხვავებით, დატოვოს ბირთვი - მესინჯერი რნმ.
ტრანსკრიფციის დროს რნმ სინთეზირდება დნმ-ის შაბლონზე თავისუფალი ადენილის, ურიდილის, ციტიდილის და გუანილის ნუკლეოტიდებისგან. ტრანსკრიფცია ხორციელდება ფერმენტის კომპლექსის რნმ პოლიმერაზას მიერ.
ზოგიერთი გენი განსაზღვრავს სხვა ტიპის რნმ-ის (სატრანსპორტო და რიბოსომური) თანმიმდევრობას, რომელიც აუცილებელია ციტოპლაზმაში ცილის სინთეზის პროცესების დასასრულებლად.ამინომჟავები.
ერთი ქრომოსომის ჰეტეროქრომატინი ხშირად იკრიბება კარგად მონიშნულ ქრომოცენტრში. მის ირგვლივ დესპირალიზებული ევქრომატინის მარყუჟებია. ბირთვის დნმ-ის ამ კონფიგურაციის წყალობით, ფერმენტული კომპლექსები და თავისუფალი ნუკლეოტიდები, რომლებიც აუცილებელია ევქრომატინის ფუნქციების განსახორციელებლად, ადვილად ერგება სემანტიკურ ნაწილებს.
