უჯრედის ბირთვი მისი ყველაზე მნიშვნელოვანი ორგანელაა, მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვისა და რეპროდუქციის ადგილი. ეს არის მემბრანული სტრუქტურა, რომელიც იკავებს უჯრედის 10-40%-ს, რომლის ფუნქციები ძალიან მნიშვნელოვანია ევკარიოტების სიცოცხლისთვის. თუმცა, ბირთვის არსებობის გარეშეც შესაძლებელია მემკვიდრეობითი ინფორმაციის რეალიზება. ამ პროცესის მაგალითია ბაქტერიული უჯრედების სასიცოცხლო აქტივობა. მიუხედავად ამისა, ბირთვის სტრუქტურული მახასიათებლები და მისი დანიშნულება ძალზე მნიშვნელოვანია მრავალუჯრედიანი ორგანიზმისთვის.
ბირთის მდებარეობა უჯრედში და მისი სტრუქტურა
ბირთვი მდებარეობს ციტოპლაზმის სისქეში და პირდაპირ კავშირშია უხეშ და გლუვ ენდოპლაზმურ ბადესთან. მას აკრავს ორი გარსი, რომელთა შორის არის პერინუკლეარული სივრცე. ბირთვის შიგნით არის მატრიცა, ქრომატინი და რამდენიმე ბირთვი.
ადამიანის ზოგიერთ მომწიფებულ უჯრედს არ აქვს ბირთვი, ზოგი კი ფუნქციონირებს მისი აქტივობის მძიმე დათრგუნვის პირობებში. ზოგადად, ბირთვის სტრუქტურა (სქემა) წარმოდგენილია ბირთვის ღრუს სახით, რომელიც შემოიფარგლება უჯრედის კარიოლემით, რომელიც შეიცავს ქრომატინს და ნუკლეოპლაზმაში ფიქსირებულ ნუკლეოლებს.ბირთვული მატრიცა.
კარიოლემის სტრუქტურა
ბირთვული უჯრედის შესწავლის მოხერხებულობისთვის, ეს უკანასკნელი უნდა იქნას აღქმული, როგორც ბუშტები, შეზღუდული სხვა ბუშტების ჭურვებით. ბირთვი არის ბუშტი, რომელსაც აქვს მემკვიდრეობითი ინფორმაცია, რომელიც მდებარეობს უჯრედის სისქეში. იგი დაცულია მისი ციტოპლაზმისგან ორფენიანი ლიპიდური მემბრანით. ბირთვის გარსის სტრუქტურა უჯრედის მემბრანის მსგავსია. ფაქტობრივად, ისინი გამოირჩევიან მხოლოდ სახელითა და ფენების რაოდენობით. ამ ყველაფრის გარეშე ისინი სტრუქტურით და ფუნქციით იდენტურია.
კარიოლემის (ბირთვული მემბრანის) სტრუქტურა ორფენიანია: იგი შედგება ორი ლიპიდური შრისგან. კარიოლემის გარე ბილიპიდური შრე პირდაპირ კავშირშია უჯრედის ენდოპლაზმის უხეშ რეტიკულუმთან. შინაგანი კარიოლემა - ბირთვის შემცველობით. გარე და შიდა კარიომემბრანს შორის არის პერინუკლეარული სივრცე. როგორც ჩანს, ის წარმოიქმნა ელექტროსტატიკური ფენომენების - გლიცეროლის ნარჩენების უბნების მოგერიების გამო.
ბირთვული მემბრანის ფუნქციაა შექმნას მექანიკური ბარიერი, რომელიც გამოყოფს ბირთვს ციტოპლაზმისგან. ბირთვის შიდა მემბრანა ემსახურება ბირთვული მატრიცის ფიქსაციის ადგილს - ცილის მოლეკულების ჯაჭვს, რომელიც მხარს უჭერს ნაყარი სტრუქტურას. ორ ბირთვულ მემბრანაში არის სპეციალური ფორები: მესინჯერი რნმ ციტოპლაზმაში შედის მათი მეშვეობით რიბოსომებამდე. ბირთვის სისქეში არის რამდენიმე ბირთვი და ქრომატინი.
ნუკლეოპლაზმის შიდა სტრუქტურა
ბირთვის სტრუქტურის თავისებურებები საშუალებას გვაძლევს შევადაროთ ის თავად უჯრედს. ბირთვის შიგნით ასევე არის სპეციალური გარემო (ნუკლეოპლაზმა),წარმოდგენილია გელ-სოლით, ცილების კოლოიდური ხსნარით. მის შიგნით არის ბირთვული ჩონჩხი (მატრიცა), რომელიც წარმოდგენილია ფიბრილარული ცილებით. მთავარი განსხვავება მხოლოდ იმაში მდგომარეობს, რომ ბირთვში უპირატესად მჟავე ცილებია წარმოდგენილი. როგორც ჩანს, გარემოს ასეთი რეაქცია საჭიროა ნუკლეინის მჟავების ქიმიური თვისებების შესანარჩუნებლად და ბიოქიმიური რეაქციების წარმოქმნისთვის.
ნუკლეოლუსი
უჯრედის ბირთვის სტრუქტურა ვერ სრულდება ბირთვის გარეშე. ეს არის სპირალიზებული რიბოსომური რნმ, რომელიც მომწიფების ეტაპზეა. მოგვიანებით მისგან მიიღება რიბოსომა - ცილის სინთეზისთვის აუცილებელი ორგანელა. ნუკლეოლის სტრუქტურაში განასხვავებენ ორ კომპონენტს: ფიბრილარულ და გლობულურს. ისინი განსხვავდებიან მხოლოდ ელექტრონული მიკროსკოპით და არ აქვთ საკუთარი მემბრანა.
ფიბრილარული კომპონენტი არის ბირთვის ცენტრში. ეს არის რიბოსომური ტიპის რნმ-ის ჯაჭვი, საიდანაც რიბოსომური ქვედანაყოფები შეიკრიბება. თუ განვიხილავთ ბირთვს (სტრუქტურას და ფუნქციებს), მაშინ აშკარაა, რომ შემდგომში მათგან ჩამოყალიბდება მარცვლოვანი კომპონენტი. ეს არის იგივე მომწიფებული რიბოსომური ქვედანაყოფები, რომლებიც განვითარების გვიან ეტაპებზე არიან. ისინი მალე ქმნიან რიბოზომებს. ისინი ამოღებულია ნუკლეოპლაზმიდან კარიოლემის ბირთვული ფორების მეშვეობით და შედიან უხეში ენდოპლაზმური ბადის მემბრანაში.
ქრომატინი და ქრომოსომა
უჯრედის ბირთვის სტრუქტურა და ფუნქციები ორგანულად არის დაკავშირებული: არსებობს მხოლოდ ის სტრუქტურები, რომლებიც საჭიროა მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შესანახად და რეპროდუცირებისთვის. ასევე არის კარიოსჩონჩხი(ბირთვის მატრიცა), რომლის ფუნქციაა ორგანელის ფორმის შენარჩუნება. თუმცა, ბირთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია ქრომატინი. ეს არის ქრომოსომები, რომლებიც ასრულებენ გენების სხვადასხვა ჯგუფის ფაილების კარადების როლს.
ქრომატინი არის რთული ცილა, რომელიც შედგება მეოთხეული სტრუქტურის პოლიპეპტიდისგან, რომელიც დაკავშირებულია ნუკლეინის მჟავასთან (რნმ ან დნმ). ქრომატინი ასევე გვხვდება ბაქტერიულ პლაზმიდებში. ქრომატინის მთლიანი წონის თითქმის მეოთხედი შედგება ჰისტონებისგან - პროტეინებისგან, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან მემკვიდრეობითი ინფორმაციის "შეფუთვაზე". სტრუქტურის ამ თვისებას სწავლობს ბიოქიმია და ბიოლოგია. ბირთვის სტრუქტურა რთულია სწორედ ქრომატინისა და მისი სპირალიზაციისა და დესპირალიზაციის პროცესების არსებობის გამო.
ჰისტონის არსებობა შესაძლებელს ხდის დნმ-ის ჯაჭვის კონდენსაციას და დასრულებას პატარა ადგილას - უჯრედის ბირთვში. ეს ხდება შემდეგნაირად: ჰისტონები ქმნიან ნუკლეოსომებს, რომლებიც მძივების მსგავსი სტრუქტურაა. H2B, H3, H2A და H4 არის ძირითადი ჰისტონური ცილები. ნუკლეოსომა წარმოიქმნება თითოეული წარმოდგენილი ჰისტონის ოთხი წყვილით. ამავდროულად, ჰისტონი H1 არის დამაკავშირებელი: ის დაკავშირებულია დნმ-თან ნუკლეოსომაში შესვლის ადგილზე. დნმ-ის შეფუთვა წარმოიქმნება ხაზოვანი მოლეკულის „დახვევის“შედეგად 8 ჰისტონური სტრუქტურის ცილის გარშემო.
ბირთის სტრუქტურა, რომლის სქემაც ზემოთ არის წარმოდგენილი, ვარაუდობს ჰისტონებზე დასრულებული დნმ-ის სოლენოიდის მსგავსი სტრუქტურის არსებობას. ამ კონგლომერატის სისქე დაახლოებით 30 ნმ. ამავდროულად, სტრუქტურის შემდგომი შეკუმშვა შესაძლებელია, რათა დაიკავოს ნაკლები სივრცე და იყოს ნაკლებად დაუცველიმექანიკური დაზიანება, რომელიც აუცილებლად ხდება უჯრედის სიცოცხლის განმავლობაში.
ქრომატინის ფრაქციები
უჯრედის ბირთვის სტრუქტურა, სტრუქტურა და ფუნქციები ფიქსირდება ქრომატინის სპირალიზაციისა და დესპირალიზაციის დინამიური პროცესების შენარჩუნებაზე. აქედან გამომდინარე, არსებობს მისი ორი ძირითადი ფრაქცია: ძლიერ სპირალიზებული (ჰეტეროქრომატინი) და ოდნავ სპირალიზებული (ევქრომატინი). ისინი გამოყოფილია როგორც სტრუქტურულად, ასევე ფუნქციურად. ჰეტეროქრომატინში დნმ კარგად არის დაცული ყოველგვარი გავლენისგან და მისი ტრანსკრიფცია შეუძლებელია. ევქრომატინი ნაკლებად დაცულია, მაგრამ გენების დუბლირება შესაძლებელია ცილის სინთეზისთვის. ყველაზე ხშირად, ჰეტეროქრომატინისა და ევქრომატინის სექციები მონაცვლეობენ მთელი ქრომოსომის მთელ სიგრძეზე.
ქრომოსომა
უჯრედის ბირთვი, რომლის სტრუქტურა და ფუნქციები აღწერილია ამ პუბლიკაციაში, შეიცავს ქრომოსომებს. ეს არის რთული და კომპაქტურად შეფუთული ქრომატინი, რომელიც ჩანს მსუბუქი მიკროსკოპის ქვეშ. თუმცა, ეს შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ უჯრედი მდებარეობს შუშის სლაიდზე მიტოზური ან მეიოზური გაყოფის ეტაპზე. ერთ-ერთი ეტაპია ქრომატინის სპირალიზაცია ქრომოსომების წარმოქმნით. მათი სტრუქტურა ძალიან მარტივია: ქრომოსომას აქვს ტელომერი და ორი მკლავი. ერთი და იგივე სახეობის თითოეულ მრავალუჯრედულ ორგანიზმს აქვს ბირთვის იგივე სტრუქტურა. მისი ქრომოსომის ნაკრები ასევე მსგავსია.
ბირთვის ფუნქციების განხორციელება
ბირთის სტრუქტურის ძირითადი მახასიათებლები დაკავშირებულია გარკვეული ფუნქციების შესრულებასთან და მათი კონტროლის საჭიროებასთან. ბირთვი ასრულებს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის საცავის როლს, ანუ ის არის ერთგვარი ფაილური კაბინეტი.ყველა ცილის ამინომჟავების დაწერილი თანმიმდევრობები, რომლებიც შეიძლება სინთეზირდეს უჯრედში. ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერი ფუნქციის შესასრულებლად უჯრედმა უნდა მოახდინოს პროტეინის სინთეზი, რომლის სტრუქტურა გენშია კოდირებული.
იმისათვის, რომ ბირთვმა „გაიგოს“, რომელი კონკრეტული ცილის სინთეზირებაა საჭირო საჭირო დროს, არსებობს გარე (მემბრანის) და შინაგანი რეცეპტორების სისტემა. მათგან ინფორმაცია ბირთვში მოლეკულური გადამცემების საშუალებით მოდის. ყველაზე ხშირად ეს რეალიზდება ადენილატციკლაზას მექანიზმით. ასე მოქმედებს უჯრედზე ჰორმონები (ადრენალინი, ნორეპინეფრინი) და ზოგიერთი ჰიდროფილური სტრუქტურის მქონე პრეპარატი.
ინფორმაციის გადაცემის მეორე მექანიზმი შიდაა. დამახასიათებელია ლიპოფილური მოლეკულებისთვის - კორტიკოსტეროიდები. ეს ნივთიერება აღწევს უჯრედის ბილიპიდურ მემბრანაში და მიდის ბირთვში, სადაც ურთიერთქმედებს მის რეცეპტორთან. უჯრედის მემბრანაზე (ადენილატციკლაზას მექანიზმი) ან კარიოლემაზე განლაგებული რეცეპტორული კომპლექსების გააქტიურების შედეგად ხდება გარკვეული გენის აქტივაციის რეაქცია. ის მეორდება, მის საფუძველზე იქმნება მესინჯერი რნმ. მოგვიანებით, ამ უკანასკნელის სტრუქტურის მიხედვით, სინთეზირდება ცილა, რომელიც ასრულებს გარკვეულ ფუნქციას.
მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმების ბირთვი
მრავალუჯრედიან ორგანიზმში, ბირთვის სტრუქტურული მახასიათებლები იგივეა, რაც ერთუჯრედულში. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს რამდენიმე ნიუანსი. პირველი, მრავალუჯრედულობა გულისხმობს, რომ უჯრედების რაოდენობას ექნება საკუთარი სპეციფიკური ფუნქცია (ან რამდენიმე). ეს ნიშნავს, რომ ზოგიერთი გენი ყოველთვის იქნებაიმედგაცრუებული, ხოლო სხვები არააქტიურები არიან.
მაგალითად, ცხიმოვანი ქსოვილის უჯრედებში ცილის სინთეზი არააქტიური იქნება და, შესაბამისად, ქრომატინის უმეტესი ნაწილი სპირალიზებულია. ხოლო უჯრედებში, მაგალითად, პანკრეასის ეგზოკრინულ ნაწილში, მიმდინარეობს ცილის ბიოსინთეზის პროცესები. ამიტომ მათი ქრომატინი დესპირალიზებულია. იმ ადგილებში, რომელთა გენები ყველაზე ხშირად მრავლდება. ამავდროულად, მნიშვნელოვანია ძირითადი მახასიათებელი: ერთი ორგანიზმის ყველა უჯრედის ქრომოსომული ნაკრები ერთნაირია. მხოლოდ ქსოვილებში ფუნქციების დიფერენცირების გამო, ზოგიერთი მათგანი გამორთულია სამუშაოდან, ზოგი კი დესპირალიზებულია სხვებზე ხშირად.
სხეულის ბირთვული უჯრედები
არსებობს უჯრედები, რომელთა ბირთვის სტრუქტურული თავისებურებები არ შეიძლება ჩაითვალოს, რადგან მათი სასიცოცხლო აქტივობის შედეგად ისინი ან თრგუნავენ მის ფუნქციას, ან მთლიანად ათავისუფლებენ მას. უმარტივესი მაგალითია სისხლის წითელი უჯრედები. ეს არის სისხლის უჯრედები, რომელთა ბირთვი არსებობს მხოლოდ განვითარების ადრეულ ეტაპებზე, როდესაც ხდება ჰემოგლობინის სინთეზი. როგორც კი ის საკმარისი იქნება ჟანგბადის გადასატანად, ბირთვი ამოღებულია უჯრედიდან, რათა ხელი შეუწყოს მას ჟანგბადის ტრანსპორტირებაში ჩარევის გარეშე.
ზოგადად, ერითროციტი არის ციტოპლაზმური ტომარა, რომელიც სავსეა ჰემოგლობინით. მსგავსი სტრუქტურა დამახასიათებელია ცხიმის უჯრედებისთვის. ადიპოციტების უჯრედის ბირთვის სტრუქტურა უკიდურესად გამარტივებულია, ის მცირდება და მემბრანაში გადადის, ცილების სინთეზის პროცესები კი მაქსიმალურად ინჰიბირებულია. ეს უჯრედები ასევე წააგავს ცხიმით სავსე „ჩანთებს“, თუმცა, რა თქმა უნდა, მრავალფეროვნებასმათში ოდნავ მეტი ბიოქიმიური რეაქციაა, ვიდრე ერითროციტებში. თრომბოციტებს ასევე არ აქვთ ბირთვი, მაგრამ ისინი არ უნდა მივიჩნიოთ სრულფასოვან უჯრედებად. ეს არის უჯრედების ფრაგმენტები, რომლებიც აუცილებელია ჰემოსტაზის პროცესების განსახორციელებლად.
