פונקציות של גרעין התא

מבוא

גרעין התא (גַרעִין) מהווה את האורגנל הגדול ביותר של תאים אוקראוטיים ונמצא בציטופלזמה, מופרד על ידי קרום כפול (מעטפה גרעינית). כנושא המידע הגנטי, גרעין התא מכיל את המידע הגנטי בצורת כרומוזומים (גדיל DNA) ובכך ממלא תפקיד חיוני בירושה. לרוב תאי היונקים יש רק גרעין אחד; זה עגול וקוטרו 5 עד 16 מיקרומטר. עם סוגי תאים מסוימים, למשל סיבי שריר, או תאים מיוחדים בעצם, יכולים להיות בעלי יותר מגרעין אחד.

קבל מידע נוסף על גרעין התא

פונקציות של גרעין התא

גרעין התא הוא האורגנל החשוב ביותר בתא ומהווה 10-15% מנפח התא. הגרעין מכיל את מרבית המידע הגנטי של התא. אצל בני אדם, בנוסף לגרעין התא, המיטוכונדריה מכילות גם DNA ("DNA מיטוכונדריאלי"). עם זאת, הגנום המיטוכונדריאלי מקודד רק לכמה חלבונים, הנחוצים בעיקר בשרשרת הנשימה לייצור אנרגיה.

קרא עוד על כך בכתובת:

• מיטוכונדריה
• נשימה תאית בבני אדם (שרשרת נשימה)

איור של גרעין תאים

1. גרעין התא -
   גַרעִין
2. קרום גרעיני חיצוני
   (מעטפת גרעין)
   Nucleolemma
3. קרום גרעיני פנימי
4. גופות גרעיניות
   Nucleolus
5. פלזמה גרעינית
   גרעין
6. חוט DNA
7. נקבובית גרעינית
8. כרומוזומים
9. תָא
   סלולה
   A - גרעין
   B - תא

תוכל למצוא סקירה כללית של כל התמונות של ד"ר-גומפרט תחת: תמונות רפואיות

אחסון מידע גנטי

כחנות של חומצה deoxyribonucleic (DNA), גרעין התא הוא מרכז הבקרה של התא ומווסת תהליכים חשובים רבים של חילוף חומרים של התא. גרעין התא חיוני בכדי שתא יכול לתפקד. תאים ללא גרעין בדרך כלל אינם יכולים לשרוד. יוצא מן הכלל לכך הם תאי הדם האדומים הגרעיניים (אריתרוציטים). בנוסף לתפקודים הרגולטוריים, המשימות של גרעין התא כוללות אחסון, שכפול והעברת DNA.

ה- DNA טמון בצורת סליל כפול ארוך, גדיל, בגרעין התא, שם הוא נארז בצורה קומפקטית לכרומוזומים עם חלבוני ליבה, ההיסטונים. הכרומוזומים מורכבים מכרומטין, אשר מתעבה רק ליצירת כרומוזומים גלויים במיקרוסקופ במהלך חלוקת תאים. כל תא אנושי מכיל 23 כרומוזומים, כל אחד משוכפל, אשר יורשים משני ההורים. מחצית מהגנים בתא מגיעים מהאם, החצי השני מהאב.

גרעין התא שולט בתהליכים מטבוליים בתוך התא באמצעות מולקולות שליחיות העשויות מ- RNA. המידע הגנטי קודי לחלבונים האחראים לתפקוד התא ולמבנהו. במידת הצורך, חלקים מסוימים של ה- DNA, הנקראים גנים, מועתקים לחומר מסנג'ר (RNA messenger או mRNA) .- mRNA שנוצר עוזב את גרעין התא ומשמש תבנית לסינתזה של החלבונים המתאימים.

חשוב על ה- DNA כמעין שפה מוצפנת המורכבת מארבע אותיות. אלה ארבעת הבסיסים: אדנין, תימין, גואנין וציטוזין. אותיות אלה יוצרות מילים, כל אחת מורכבת משלושה בסיסים, המכונים קודונים.

כל קודון מקודד לחומצה אמינית מסוימת ובכך מהווה את הבסיס לביוסינתזה של חלבון, מכיוון שרצף בסיסי הגנים מתורגם לחלבון על ידי חיבור חומצות האמינו המתאימות. מכלול המידע המוצפן הזה נקרא הקוד הגנטי. הרצף הספציפי של הבסיסים הופך את ה- DNA שלנו לייחודי וקובע את הגנים שלנו.

אך לא רק בסיסים מעורבים במבנה ה- DNA. ה- DNA מורכב מנוקלאוטידים בשורה, שבתורם מורכבים מסוכר, פוספט ובסיס. הנוקלאוטידים מייצגים את עמוד השדרה של ה- DNA, שהוא בצורה של סליל כפול סלילי. בנוסף, גדיל זה מעובה יותר כך שהוא נכנס לגרעין הקטן של התא. ואז אנו מדברים גם על כרומוזומים כצורת אריזה ל- DNA. עם כל חלוקת תאים מועתק ה- DNA השלם כך שכל תא בת כוללת גם את המידע הגנטי הזהה לחלוטין.

כרומוזומים נהגו לארוז DNA

כרומוזום הוא סוג מסוים של אריזה של החומר הגנטי שלנו (DNA) הנראה רק במהלך חלוקת תאים. ה- DNA הוא מבנה לינארי ארוך מדי בכדי להשתלב בגרעין התא שלנו במצבו הטבעי. בעיה זו נפתרת על ידי ספירלות שונות החוסכות מקום ב- DNA ושילוב של חלבונים קטנים שסביבם ה- DNA יכול להמשיך לעטוף. הצורה הקומפקטית ביותר של ה- DNA הם הכרומוזומים. מתחת למיקרוסקופ אלה מופיעים כגופים קטנים בצורת מוט עם היצרות מרכזית, ניתן להבחין בצורת DNA זו רק במהלך חלוקת תאים, כלומר בזמן המיטוזה. חלוקת תאים, בתורם, יכולה להיות מחולקת למספר שלבים, לפיהם הכרומוזומים מיוצגים בצורה הטובה ביותר במטאפזה. בתאי הגוף הרגילים יש קבוצה כפולה של כרומוזומים, המורכבת מ- 46 כרומוזומים.

מידע נוסף על חלוקת גרעין התא זמין ב: מיטוזיס

RNA כחלק מגרעין התא

ה- RNA מתאר את החומצה הריבונוקלאית, שיש לה מבנה דומה לזה של ה- DNA. עם זאת, מדובר במבנה חד-גדילי, השונה מ- DNA ברכיבים בודדים. בנוסף, ה- RNA גם הוא קצר בהרבה מה- DNA ויש לו כמה משימות שונות בהשוואה אליו. באופן זה ניתן לחלק את ה- RNA לתתי קבוצות RNA שונות המבצעות משימות שונות. בין היתר, ל- mRNA תפקיד חשוב במהלך חלוקת גרעין התא. כמו tRNA, הוא משמש גם בייצור חלבונים ואנזימים. תת-קבוצה נוספת של RNA היא rRNA המהווה חלק מהריבוזומים ולכן מעורבת גם בייצור חלבונים.

סינתזת חלבונים

השלב הראשון בסינתזה של חלבון הוא שעתוק ה- DNA ל- mRNA (תַעֲתוּק) ומתרחש בגרעין התא. גדיל של DNA משמש כתבנית לרצף RNA משלים. עם זאת, מכיוון שלא ניתן לייצר חלבונים בתוך גרעין התא, יש לשחרר את ה- mRNA שנוצר בציטופלזמה ולהביא אותו לריבוזומים, שם מתרחשת הסינתזה האמיתית של החלבונים. בתוך הריבוזומים, ה- mRNA הופך לרצף של חומצות אמינו המשמשות לבניית חלבונים. תהליך זה מכונה תרגום.

לפני שניתן יהיה להעביר את ה- RNA של המסנג'ר מהגרעין, עם זאת, הוא מעובד תחילה בשלבים רבים, כלומר רצפים מסוימים מצורפים או נחתכים ומכניסים אותם שוב יחד. המשמעות היא שגרסאות חלבון שונות יכולות לנבוע מתמלול אחד. תהליך זה מאפשר לבני אדם לייצר מספר גדול של חלבונים שונים עם מעט גנים יחסית.

שכפול

פונקציה חשובה נוספת של התא, המתרחשת בגרעין התא, היא כפילות ה- DNA (שכפול). בתא יש מעגל קבוע של הצטברות והתמוטטות: חלבונים ישנים, מזהמים ומוצרים מטבוליים מתפרקים, יש לסנתז חלבונים חדשים ולייצר אנרגיה. בנוסף, התא גדל ומתחלק לשני תאי בת זהים. לפני שתא יכול להתחלק, עם זאת, תחילה יש לשכפל את כל המידע הגנטי. זה חשוב מכיוון שהגנום של כל התאים בתוך אורגניזם זהה לחלוטין.

שכפול מתרחש בנקודת זמן מוגדרת מדויקת במהלך חלוקת התא בגרעין התא; שני התהליכים קשורים קשר הדוק ונשלטים על ידי חלבונים מסוימים (אנזימים) מוסדר. ראשית, הפרדה בין ה- DNA הכפול גדילי וכל גדיל בודד משמש כתבנית לשכפול שלאחר מכן. לשם כך, אנזימים שונים עגונים על ה- DNA ומשלימים את הגדיל הבודד ויוצרים סליל כפול חדש. בסופו של תהליך זה נוצר עותק מדויק של ה- DNA, אותו ניתן להעביר לתא הבת כאשר הוא מתחלק.

עם זאת, אם מתרחשות שגיאות באחד משלבי מחזור התא, עלולות להתפתח מוטציות שונות. ישנם סוגים שונים של מוטציות שיכולים להתרחש באופן ספונטני בשלבים שונים של מחזור התא. לדוגמה, אם גן פגום, הוא נקרא מוטציה של גן. עם זאת, אם השגיאה משפיעה על כרומוזומים מסוימים או על חלקים מכרומוזומים, הרי שמדובר במוטציה בכרומוזום. אם מספר הכרומוזום מושפע הוא מוביל למוטציה של הגנום.

הנושא יכול גם לעניין אותך: סטייה בכרומוזום - מה המשמעות של זה?

נקבוביות גרעין ומסלולי איתות

לקרום הכפול של המעטפה הגרעינית יש נקבוביות המשמשות את הובלתן הסלקטיבית של חלבונים, חומצות גרעין וחומרי איתות אל תוך הגרעין ולתוכו.

גורמים מטבוליים מסוימים וחומרים אותות נכנסים לגרעין דרך נקבוביות אלה ומשפיעים על שעתוק חלבונים מסוימים שם. המרה של מידע גנטי לחלבונים מנוטרת בקפדנות ומווסתת על ידי גורמים מטבוליים רבים וחומרים אותיים, האחד מדבר על ביטוי גנים. מסלולי איתות רבים המתרחשים בסוף התא בגרעין, שם הם משפיעים על ביטוי הגנים של חלבונים מסוימים.

גוף גרעיני (גרעין)

בתוך גרעין התאים האוקריוטים נמצא הגרעין, הגוף הגרעיני. תא יכול להכיל גרעין אחד או יותר, ותאים פעילים מאוד ומתחלקים לעיתים קרובות יכולים להכיל עד 10 גרעינים.

הגרעין הוא מבנה כדורי וצפוף שניתן לראות בבירור מתחת למיקרוסקופ האור ומוגדר בבירור בתוך גרעין התא. הוא מהווה אזור עצמאי תפקודי של הליבה, אך אינו מוקף בקרום משלו. הגרעין מורכב מ- DNA, RNA וחלבונים השוכנים יחד בתוך קונגלומרט צפוף. התבגרות של יחידות המשנה הריבוזומליות מתרחשת בגרעין. ככל שיש יותר חלבונים המסונתזים בתא, כך נדרשים יותר ריבוזומים ולכן לתאים פעילים מטבולית יש מספר גופים גרעיניים.

תפקוד הגרעין בתא העצב

לגרעין בתא עצב מגוון פונקציות. גרעין תא העצב ממוקם בגוף התא (סומה) יחד עם רכיבי תאים אחרים (אברונים), דוגמת המעבדה האנדופלסמית (ER) ומנגנון גולגי. כמו בכל תאי הגוף, גרעין התא מכיל את המידע הגנטי בצורה של DNA. בגלל נוכחות של DNA, תאי גוף אחרים מסוגלים לשכפל את עצמם באמצעות מיטוזה. עם זאת, תאי עצב הם תאים מאוד ספציפיים ומובחנים מאוד המהווים חלק ממערכת העצבים. כתוצאה מכך הם כבר לא מסוגלים להכפיל את עצמם. עם זאת, גרעין התא לוקח על עצמו משימה חשובה נוספת. תאי העצב אחראים, בין היתר, לעירור השרירים שלנו, מה שמוביל בסופו של דבר לתנועת השרירים. תקשורת בין תאי עצב ובין תאי עצב ושרירים מתרחשת באמצעות חומרים מסנג'ר (מַשׁדֵר). חומרים כימיים אלה וחומרים חשובים אחרים המחזקים חיים מיוצרים בעזרת גרעין התא. לא רק גרעין התא אלא גם שאר המרכיבים של הסומה ממלאים תפקיד חשוב. בנוסף, גרעין התא שולט בכל המסלולים המטבוליים בכל התאים, כולל תאי עצב. לשם כך גרעין התא מכיל את כל הגנים שלנו, אשר בהתאם לשימוש ניתן לקרוא ולתרגם לחלבונים ולאנזימים הנדרשים.

מידע נוסף על התכונות המיוחדות של תא העצב זמין מ: תא עצב