უჯრედის სტრუქტურამ და ფუნქციებმა განიცადა მთელი რიგი ცვლილებები ევოლუციის პროცესში. ახალი ორგანელების გამოჩენას წინ უძღოდა გარდაქმნები ახალგაზრდა პლანეტის ატმოსფეროში და ლითოსფეროში. ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი შენაძენი იყო უჯრედის ბირთვი. ევკარიოტულმა ორგანიზმებმა, ცალკეული ორგანელების არსებობის გამო, მიიღეს მნიშვნელოვანი უპირატესობა პროკარიოტებთან შედარებით და სწრაფად დაიწყეს დომინირება.
უჯრედის ბირთვმა, რომლის სტრუქტურა და ფუნქციები გარკვეულწილად განსხვავებულია სხვადასხვა ქსოვილებსა და ორგანოებში, გააუმჯობესა რნმ-ის ბიოსინთეზის ხარისხი და მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემა.
წარმოშობა
დღემდე არსებობს ორი ძირითადი ჰიპოთეზა ევკარიოტული უჯრედის წარმოქმნის შესახებ. სიმბიოზური თეორიის თანახმად, ორგანელები (როგორიცაა დროშები ან მიტოქონდრია) ოდესღაც ცალკეული პროკარიოტული ორგანიზმები იყვნენ. თანამედროვე ევკარიოტების წინაპრებმა შეჭამეს ისინი. შედეგი იყო სიმბიოზური ორგანიზმი.
ბირთი ჩამოყალიბდა შიგნით ამოღების შედეგადციტოპლაზმური მემბრანის მონაკვეთი. ეს იყო აუცილებელი შენაძენი უჯრედის მიერ კვების ახალი მეთოდის, ფაგოციტოზის დაუფლების გზაზე. საკვების მიღებას თან ახლდა ციტოპლაზმური მობილობის ხარისხის მატება. გენოფორები, რომლებიც წარმოადგენდნენ პროკარიოტული უჯრედის გენეტიკურ მასალას და კედლებზე მიმაგრებული, ძლიერი „ნაკადის“ზონაში მოხვდნენ და დაცვას საჭიროებდნენ. შედეგად, ჩამოყალიბდა მემბრანის ღრმა ინვაგინაცია, რომელიც შეიცავს თანდართულ გენოფორებს. ამ ჰიპოთეზას ამყარებს ის ფაქტი, რომ ბირთვის გარსი განუყოფლად არის დაკავშირებული უჯრედის ციტოპლაზმურ მემბრანასთან.
არის მოვლენების განვითარების კიდევ ერთი ვერსია. ბირთვის წარმოშობის ვირუსული ჰიპოთეზის მიხედვით, იგი წარმოიქმნა უძველესი არქეული უჯრედის ინფექციის შედეგად. მასში შეაღწია დნმ ვირუსმა და თანდათანობით მოიპოვა სრული კონტროლი ცხოვრების პროცესებზე. მეცნიერები, რომლებიც ამ თეორიას უფრო სწორად მიიჩნევენ, მის სასარგებლოდ უამრავ არგუმენტს აძლევენ. თუმცა, დღემდე არ არსებობს რაიმე დამაჯერებელი მტკიცებულება არსებული ჰიპოთეზის შესახებ.
ერთი ან მეტი
თანამედროვე ევკარიოტების უჯრედების უმეტესობას აქვს ბირთვი. მათი აბსოლუტური უმრავლესობა შეიცავს მხოლოდ ერთ ასეთ ორგანელას. თუმცა არის უჯრედები, რომლებმაც დაკარგეს ბირთვი გარკვეული ფუნქციური მახასიათებლების გამო. მათ შორისაა, მაგალითად, ერითროციტები. ასევე არის უჯრედები ორი (ცილიატით) და რამდენიმე ბირთვითაც კი.
უჯრედის ბირთვის სტრუქტურა
ორგანიზმის მახასიათებლების მიუხედავად, ბირთვის აგებულებას ახასიათებს ტიპიური ერთობლიობაორგანელები. იგი უჯრედის შიდა სივრციდან გამოყოფილია ორმაგი გარსით. ზოგან მისი შიდა და გარე შრეები ერწყმის ერთმანეთს და წარმოქმნის ფორებს. მათი ფუნქციაა ნივთიერებების გაცვლა ციტოპლაზმასა და ბირთვს შორის.
ორგანელის სივრცე ივსება კარიოპლაზმით, რომელსაც ასევე უწოდებენ ბირთვულ წვენს ან ნუკლეოპლაზმას. ის შეიცავს ქრომატინს და ბირთვს. ზოგჯერ უჯრედის ბირთვის დასახელებული ორგანელებიდან ბოლო არ არის ერთ ეგზემპლარად. ზოგიერთ ორგანიზმში ბირთვები, პირიქით, არ არსებობს.
მემბრანა
ბირთვული მემბრანა იქმნება ლიპიდებისგან და შედგება ორი შრისგან: გარე და შიდა. სინამდვილეში, ეს არის იგივე უჯრედის მემბრანა. ბირთვი აკავშირებს ენდოპლაზმური ბადის არხებს პერინუკლეარული სივრცის მეშვეობით, მემბრანის ორი შრის მიერ წარმოქმნილი ღრუში.
გარე და შიდა გარსებს აქვთ საკუთარი სტრუქტურული მახასიათებლები, მაგრამ ზოგადად საკმაოდ მსგავსია.
ციტოპლაზმასთან ყველაზე ახლოს
გარე შრე გადადის ენდოპლაზმური ბადის მემბრანაში. მისი მთავარი განსხვავება ამ უკანასკნელისგან არის ცილების მნიშვნელოვნად მაღალი კონცენტრაცია სტრუქტურაში. მემბრანა, რომელიც უშუალო კავშირშია უჯრედის ციტოპლაზმასთან, გარედან დაფარულია რიბოზომების ფენით. იგი დაკავშირებულია შიდა მემბრანასთან მრავალი ფორებით, რომლებიც საკმაოდ დიდი ცილოვანი კომპლექსებია.
შიდა შრე
მემბრანა უჯრედის ბირთვისკენ, გარესგან განსხვავებით, გლუვია, არ არის დაფარული რიბოზომებით. ის ზღუდავს კარიოპლაზმას. შიდა მემბრანის დამახასიათებელი მახასიათებელია ბირთვული ფენის ფენა, რომელიც აფარებს მას გვერდიდან,ნუკლეოპლაზმასთან კონტაქტში. ეს სპეციფიკური ცილის სტრუქტურა ინარჩუნებს კონვერტის ფორმას, მონაწილეობს გენის ექსპრესიის რეგულირებაში და ასევე ხელს უწყობს ქრომატინის მიმაგრებას ბირთვულ მემბრანაზე.
მეტაბოლიზმი
ბირთვისა და ციტოპლაზმის ურთიერთქმედება ხორციელდება ბირთვული ფორების მეშვეობით. ისინი საკმაოდ რთული სტრუქტურებია, რომლებიც წარმოიქმნება 30 ცილისგან. ერთ ბირთვზე ფორების რაოდენობა შეიძლება განსხვავებული იყოს. ეს დამოკიდებულია უჯრედის, ორგანოსა და ორგანიზმის ტიპზე. ამრიგად, ადამიანებში უჯრედის ბირთვს შეიძლება ჰქონდეს 3-დან 5 ათასამდე ფორა, ზოგიერთ ბაყაყში კი 50000-ს აღწევს.
ფორების მთავარი ფუნქცია არის ნივთიერებების გაცვლა ბირთვსა და უჯრედის დანარჩენ სივრცეს შორის. ზოგიერთი მოლეკულა ფორებში გადის პასიურად, ენერგიის დამატებითი ხარჯვის გარეშე. ისინი მცირე ზომის არიან. დიდი მოლეკულების და სუპრამოლეკულური კომპლექსების ტრანსპორტირება მოითხოვს გარკვეული რაოდენობის ენერგიის მოხმარებას.
ბირთვში სინთეზირებული
რნმ-ის მოლეკულები უჯრედში ხვდება კარიოპლაზმიდან. ბირთვული პროცესებისთვის აუცილებელი ცილები ტრანსპორტირდება საპირისპირო მიმართულებით.
ნუკლეოპლაზმა
ბირთვული წვენი არის ცილების კოლოიდური ხსნარი. იგი შემოსაზღვრულია ბირთვული გარსით და გარს აკრავს ქრომატინს და ნუკლეოლს. ნუკლეოპლაზმა არის ბლანტი სითხე, რომელშიც იხსნება სხვადასხვა ნივთიერებები. მათ შორისაა ნუკლეოტიდები და ფერმენტები. პირველი აუცილებელია დნმ-ის სინთეზისთვის. ფერმენტები მონაწილეობენ ტრანსკრიფციაში, ასევე დნმ-ის შეკეთებასა და რეპლიკაციაში.
ბირთვული წვენის სტრუქტურა იცვლება უჯრედის მდგომარეობიდან გამომდინარე. ორი მათგანია - სტაციონარული დახდება გაყოფის დროს. პირველი დამახასიათებელია ინტერფაზისთვის (დრო დაყოფებს შორის). ამავდროულად, ბირთვული წვენი გამოირჩევა ნუკლეინის მჟავების და არასტრუქტურირებული დნმ-ის მოლეკულების ერთგვაროვანი განაწილებით. ამ პერიოდში მემკვიდრეობითი მასალა არსებობს ქრომატინის სახით. უჯრედის ბირთვის გაყოფას თან ახლავს ქრომატინის ქრომოსომად გადაქცევა. ამ დროს იცვლება კარიოპლაზმის აგებულება: გენეტიკური მასალა იძენს გარკვეულ სტრუქტურას, ნადგურდება ბირთვის გარსი და კარიოპლაზმა ერევა ციტოპლაზმაში.
ქრომოსომა
გაყოფის დროს გარდაქმნილი ქრომატინის ნუკლეოპროტეინების სტრუქტურების ძირითადი ფუნქციებია უჯრედის ბირთვში არსებული მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა, განხორციელება და გადაცემა. ქრომოსომებს ახასიათებთ გარკვეული ფორმა: ისინი იყოფა ნაწილებად ან მკლავებად პირველადი შეკუმშვით, რომელსაც ასევე უწოდებენ ცელომერს. მდებარეობის მიხედვით განასხვავებენ ქრომოსომების სამ ტიპს:
- წელიანი ან აკროცენტრული: ხასიათდება ცელომერის განლაგებით თითქმის ბოლოში, ერთი მკლავი ძალიან პატარაა;
- დივერსიფიცირებული ან სუბმეტაცენტრული აქვს არათანაბარი სიგრძის მკლავები;
- ტოლგვერდა ან მეტაცენტრული.
უჯრედში ქრომოსომების ერთობლიობას კარიოტიპი ეწოდება. თითოეული ტიპი ფიქსირდება. ამ შემთხვევაში ერთი და იმავე ორგანიზმის სხვადასხვა უჯრედი შეიძლება შეიცავდეს დიპლოიდურ (ორმაგ) ან ჰაპლოიდურ (ერთ) კომპლექტს. პირველი ვარიანტი დამახასიათებელია სომატური უჯრედებისთვის, რომლებიც ძირითადად ქმნიან სხეულს. ჰაპლოიდური ნაკრები ჩანასახოვანი უჯრედების პრივილეგიაა. ადამიანის სომატური უჯრედებიშეიცავს 46 ქრომოსომას, სქესი - 23.
დიპლოიდური ნაკრების ქრომოსომა ქმნის წყვილებს. იდენტური ნუკლეოპროტეინების სტრუქტურებს, რომლებიც შედის წყვილში, ეწოდება ალელური. მათ აქვთ იგივე სტრუქტურა და ასრულებენ ერთსა და იმავე ფუნქციებს.
ქრომოსომების სტრუქტურული ერთეული არის გენი. ეს არის დნმ-ის მოლეკულის ნაწილი, რომელიც კოდირებს კონკრეტულ პროტეინს.
ნუკლეოლუსი
უჯრედის ბირთვს აქვს კიდევ ერთი ორგანელა - ნუკლეოლი. იგი კარიოპლაზმისგან მემბრანით არ არის გამოყოფილი, მაგრამ მიკროსკოპით უჯრედის შესწავლისას ადვილი შესამჩნევია. ზოგიერთ ბირთვს შეიძლება ჰქონდეს მრავალი ბირთვი. არის ისეთებიც, რომლებშიც ასეთი ორგანელები სრულიად არ არის.
ნუკლეოლის ფორმა ჰგავს სფეროს, აქვს საკმაოდ მცირე ზომა. იგი შეიცავს სხვადასხვა ცილებს. ნუკლეოლის მთავარი ფუნქციაა რიბოსომური რნმ-ის და თავად რიბოზომების სინთეზი. ისინი აუცილებელია პოლიპეპტიდური ჯაჭვების შესაქმნელად. ნუკლეოლები წარმოიქმნება გენომის სპეციალური უბნების გარშემო. მათ ბირთვულ ორგანიზატორებს უწოდებენ. ის შეიცავს რიბოსომურ რნმ გენებს. ბირთვი, სხვა საკითხებთან ერთად, არის უჯრედში ცილის ყველაზე მაღალი კონცენტრაციის ადგილი. ცილების ნაწილი აუცილებელია ორგანოიდის ფუნქციების შესასრულებლად.
ნუკლეოლი შედგება ორი კომპონენტისგან: მარცვლოვანი და ფიბრილარული. პირველი არის მომწიფებული რიბოსომის ქვედანაყოფები. ფიბრილარულ ცენტრში ხდება რიბოსომური რნმ-ის სინთეზი. მარცვლოვანი კომპონენტი გარს აკრავს ფიბრილარულ კომპონენტს, რომელიც მდებარეობს ბირთვის ცენტრში.
უჯრედის ბირთვი და მისი ფუნქციები
როლი, რომელიცთამაშობს ბირთვს, განუყოფლად არის დაკავშირებული მის სტრუქტურასთან. ორგანოიდის შიდა სტრუქტურები ერთობლივად ახორციელებენ ყველაზე მნიშვნელოვან პროცესებს უჯრედში. მასში ინახება გენეტიკური ინფორმაცია, რომელიც განსაზღვრავს უჯრედის სტრუქტურასა და ფუნქციას. ბირთვი პასუხისმგებელია მიტოზისა და მეიოზის დროს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვასა და გადაცემაზე. პირველ შემთხვევაში, ქალიშვილი უჯრედი იღებს მშობლის იდენტურ გენებს. მეიოზის შედეგად სასქესო უჯრედები წარმოიქმნება ქრომოსომების ჰაპლოიდური ნაკრებით.
ბირთვის კიდევ ერთი არანაკლებ მნიშვნელოვანი ფუნქციაა უჯრედშიდა პროცესების რეგულირება. იგი ხორციელდება უჯრედული ელემენტების სტრუქტურასა და ფუნქციონირებაზე პასუხისმგებელი ცილების სინთეზის კონტროლის შედეგად.
ზეგავლენას ცილის სინთეზზე სხვა გამოხატულება აქვს. ბირთვი, რომელიც აკონტროლებს უჯრედის შიგნით მიმდინარე პროცესებს, აერთიანებს მის ყველა ორგანელას ერთ სისტემაში, მუშაობის კარგად მოქმედი მექანიზმით. მასში ჩავარდნები, როგორც წესი, იწვევს უჯრედების სიკვდილს.
ბოლოს, ბირთვი არის რიბოსომის ქვედანაყოფების სინთეზის ადგილი, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ამინომჟავებისგან ერთი და იგივე ცილის წარმოქმნაზე. რიბოსომები შეუცვლელია ტრანსკრიფციის პროცესში.
ევკარიოტული უჯრედი უფრო სრულყოფილი სტრუქტურაა, ვიდრე პროკარიოტული. ორგანელების გამოჩენამ საკუთარი მემბრანით შესაძლებელი გახადა უჯრედშიდა პროცესების ეფექტურობის გაზრდა. ამ ევოლუციაში ძალიან მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ორმაგი ლიპიდური მემბრანით გარშემორტყმული ბირთვის ფორმირებამ. მემბრანის მიერ მემკვიდრეობითი ინფორმაციის დაცვამ შესაძლებელი გახადა უძველესი ერთუჯრედიანი ორგანიზმების დაუფლებაორგანიზმები ცხოვრების ახალ გზებში. მათ შორის იყო ფაგოციტოზი, რომელმაც, ერთ-ერთი ვერსიით, გამოიწვია სიმბიოზური ორგანიზმის გაჩენა, რომელიც მოგვიანებით გახდა თანამედროვე ევკარიოტული უჯრედის წინამორბედი ყველა დამახასიათებელი ორგანელებით. უჯრედის ბირთვმა, ზოგიერთი ახალი სტრუქტურის სტრუქტურამ და ფუნქციებმა შესაძლებელი გახადა ჟანგბადის გამოყენება მეტაბოლიზმში. ამის შედეგი იყო კარდინალური ცვლილება დედამიწის ბიოსფეროში, საფუძველი ჩაეყარა მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმების ჩამოყალიბებასა და განვითარებას. დღეს პლანეტაზე დომინირებენ ევკარიოტული ორგანიზმები, მათ შორის ადამიანებიც და ამ მხრივ ცვლილებებს არაფერი უწინასწარმეტყველებს.
