ძირითადი მასალა

კურსი: ბიოლოგია > თემა 7

გაკვეთილი 2: პროკარიოტული და ეუკარიოტული უჯრედები

ბირთვი და რიბოსომები

უჯრედის ბირთვისა და რიბოსომების სტრუქტურა და ფუნქცია. როგორ მუშაობენ ისინი ერთად ცილების სინთეზში.

შესავალი

დავუშვათ, რომ თქვენ გაქვთ ძალიან მნიშვნელოვანი ინფორმაცია. თანაც წარმოვიდგინოთ, რომ ეს ინფორმაცია გეგმაა, ოღონდ უბრალოდ სახლის, მანქანის ან საიდუმლო გამანადგურებლის გეგმა კიარა, მთლიანი ორგანიზმის, შენი გეგმა. მასში მითითებულია არა მხოლოდ ის, თუ როგორ უნდა იყო აგებული, არამედ მოცემულია ინფორმაციაც, რომლის მიხედვითაც შენი ორგანიზმის თითოეული უჯრედი ყოველ წამს ფუნქციონირებს.

მნიშვნელოვნად ჟღერს, არა? ალბათ, ასეთი ინფორმაციის ძალიან საიმედო ადგილას შენახვა მოგინდებოდა, სავარაუდოდ დაცულ საცავში, სადაც მასზე თვალი გეჭირებოდა. ეუკარიოტული უჯრედებიც, ფაქტობრივად, ზუსტად ასე ექცევიან თავის გენეტიკურ მასალას. ისინი მას ინახავენ მემბრანით შემოსაზღვრულ საცავში, რომელსაც ბირთვი ეწოდება.

ეუკარიოტული დნმ არასდროს ტოვებს ბირთვს; ამის ნაცვლად ხდება მისი ტრანსკიფცია (კოპირება) რნმ-ის მოლეკულებზე, რომელთაც შემდგომ ბირთვიდან გასვლის უფლება აქვთ. ციტოზოლში რნმ უკავშირდება სპეციალურ სტრუქტურას, რიბოსომას, რომელზეც რნმ-ის ინსტრუქციების მიხედვით ცილის სინთეზი მიმდინარეობს. (რნმ-ის სხვა მოლეკულები უჯრედში რიბოსომის სტრუქტურულ კომპონენტებს წარმოადგენენ ან გენების რეგულაციაში მონაწილეობენ.) აქ ჩვენ უფრო დაწვრილებით განვიხილავთ ბირთვის სტრუქტურასა და რიბოსომებს.

უჯრედების უმრავლესობას ერთი ბირთვი აქვს, მაგრამ არსებობს გამონაკლისებიც. მაგალითად, ის უჯრედები, რომლებიც ორთავა და ოთხთავა კუნთებს ქმნიან, მრავალბირთვიანია (მულტინუკლეარული).

საიდან აქვთ მათ ამდენი ბირთვი? განვითარების პროცესში მრავალი წინამორბედი უჯრედი ერთმანეთს ერწყმის და ერთი კუნთოვანი უჯრედი წარმოიქმნება. თითოეულ საწყის უჯრედს თავისი ბირთვი აქვს, ამიტომ საბოლოოდ ერთი მრავალბირთვიანი ყალიბდება.

ბირთვი

ბირთვი (მრავლობითში ბირთვები) ინახავს უჯრედის გენეტიკურ მასალას, ანუ, დნმ-ს, და, ასევე, არის რიბოსომების სინთეზის ადგილი, უჯრედული მანქანები, რომლებიც აწყობენ ცილებს. ბირთვის შიგნით ქრომატინი (დნმ შემოხვეული ცილას, განხილულია შემდგომ) ინახება გელისებრ ნივთიერებაში ნუკლეოპლაზმა.

ნუკლეოპლაზმას გარედან ბირთვის გარსი შემოსაზღვრავს, რომელიც ორშრიანი, შიდა და გარეთა, მემბრანებისგან შედგება. თითოეულ ამ მემბრანას ქმნის ორი შრე ფოსფოლიპიდებისა, რომელთა კუდებიც გარეთაა მიქცეული (ასე იქმნება ორმაგი ფოსფოლიპიდური შრე). ბირთვის გარსის ორ მემბრანას შორის ვიწრო სივრცეა, რომელიც პირდაპირ უკავშირდება სხვა მემბრანულ ორგანელას, ენდოპლაზმური ბადის შიდა ღრუს.

ბირთვის ფორები პატარა არხებია, რომლებიც მთელ გარსზეა დატანილი. მათი მეშვეობით ნივთიერები შედიან და გამოდიან ბირთვიდან. თითოეული ფორა შიგნიდან ცილებით, ბირთვის ფორის კომპლექსითაა ამოფენილი. სწორედ ეს ცილები აკონტროლებენ, რომელმა მოლეკულებმა უნდა იმოძრაოს ფორებში.

თუ ბირთვის მიკროსკოპულ გამოსახულებას დააკვირდებით, შეამჩნევთ - იმის მიხედვით, თუ რომელი საღებავითაა უჯრედი დამუშავებული - რომ მასში მუქი წერტილია. ბირთვის ამ ნაწილს ბირთვაკი ეწოდება და მასზე ახალი რიბოსომები იწყობა.

როგორ იწყობა რიბოსომა? ზოგი ქრომოსომის დნმ რიბოსომულ რნმ-ს აკოდირებს, სტრუქტურული რნმ-ის ერთ-ერთ სახეს, რომელიც შემდეგ ცილებს უკავშირდება და რიბოსომას წარმოქმნის. ბირთვაკში ახალი რიბოსომული რნმ-ის მოლეკულები ცილებს უკავშირდება და რიბოსომის სუბერთეულები ყალიბდება. ეს ახალი სუბერთეულები შემდეგ ბირთვის ფორების გავლით ციტოპლაზმაში გადაიტანება, სადაც ისინი შემდგომ თავის ფუნქციას ასრულებენ.

უჯრედის ზოგ ტიპს ერთზე მეტი ბირთვაკი აქვს ბირთვში. მაგალითად, თაგვის ზოგ უჯრედში

6

-მდე ბირთვაკიც შეიძლება იყოს

^{1}

. პროკარიოტებს არც ბირთვი აქვთ და არც ბირთვაკი. მათი რიბოსომები ციტოპლაზმაში იწყობა.

ავთვისებიანი უჯრედები ზედმეტად, უკონტროლოდ იყოფა, რაც სიმსივნეს წარმოქმნის. ბევრ ავთვისებიან სიმსივნეშია აღმოჩენილი ბირთვაკის გაზრდილი ზომა და აქტივობა და რაც უფრო დიდია ბირთვაკი სიმსივნის უჯრედებში, მით უფრო ცუდია პროგნოზიც (სიმსივნე უფრო აგრესიული და ძნელად სამკურნალოა). დიდი ბირთვაკი, სავარაუდოდ, უჯრედებს გაყოფის მაღალი სიჩქარის გამო სჭირდებათ

^{2, 3}

ქრომოსომები და დნმ

ახლა, როცა თქვენთვის მეტ-ნაკლებად ნაცნობია ბირთვის აგებულება, მოდით, უფრო კარგად შევისწავლოთ მასში შენახული გენეტიკური ინფორმაცია: დნმ. ცოცხალი ორგანიზმის დნმ-ის უდიდესი ნაწილი ერთი ან მეტი ქრომოსომის სახით არსებობს უჯრედში. თითოეული ქრომოსომა დნმ-ის ძალიან გრძელი ჯაჭვი ან მარყუჟია. ერთ ქრომოსომაზე მრავალი სხვადასხვა გენი შეიძლება იყოს.

პროკარიოტებში დნმ, როგორც წესი, ერთ წრიულ ქრომოსომაშია მოთავსებული (მარყუჟში). ეუკარიოტებში, მეორე მხრივ, ქრომოსომები ხაზოვანია (ჩხირის ფორმის). ყველა ეუკარიოტულ სახეობას ქრომოსომების თავისი განსაკუთრებული რიცხვი აქვს ორგანიზმის უჯრედების ბირთვებში. მაგალითად, ადამიანის ტიპურ უჯრედს

46

ქრომოსომა აქვს, ხილის ბუზის უჯრედს კი -

8

ქრომოსომები გამოკვეთილ სტრუქტურებად მხოლოდ მაშინ ჩანს, როცა უჯრედი გასაყოფად მზადაა. სხვა პერიოდში, როცა იგი იზრდება და ფუნქციონირებს თავის სიცოცხლის ციკლში, ქრომოსომები აბურდულ ძაფებს ჰგვანან. ამ ფორმით არსებულ დნმ-ს ფერმენტები ადვილად უკავშირდება და მის ტრანსკრიფციას უზრუნველყოფს რნმ-ზე, რითაც გენეტიკური ინფორმაცია გამოყენებადი ხდება (ექსპრესირდება).

გაშლილ ფორმაშიც და კომპაქტურ ფორმაშიც ქრომოსომების დნმ-ს ჯაჭვები სტრუქტურულ ცილებთანაა დაკავშირებული, რომელთა შორისაცაა ცილების ოჯახი ჰისტონები (იხილეთ სურათი ქვემოთ). ეს დნმ-თან დაკავშირებული ცილები დნმ-ს აორგანიზებს და ეხმარება, რომ ბირთვში ჩაეტიოს. ისინი ასევე დიდ როლს თამაშობენ იმის განსაზღვრაში, თუ რომელი გენია აქტიური და რომელი - არა. დნმ-სა და მისი მხარდამჭერი ცილების მიერ შექმნილ კომპლექსს ქრომატინი ჰქვია. დნმ-ზე, ქრომატინსა და ქრომოსომებზე მეტი შეგიძლიათ გაიგოთ სტატიაში დნმ-ი და ქრომოსომები.

სურათის წყარო: OpenStax ბიოლოგია. მარჯვენა სურათი NIH-ის ფოტოს მოდიფიკაციაა. მასშტაბის ავტორი მატ რასელი.

უფრო კარგად რომ მიხვდეთ, რამდენად მნიშვნელოვანია დნმ-ის დახვევა, გაიაზრეთ, რომ ადამიანის ტიპურ უჯრედში არსებული დნმ გაშლილ, სწორხაზოვან მდგომარეობაში

2

მეტრის სიგრძისა იქნებოდა. მთელი ეს

2

-მეტრიანი დნმ-ის ჯაჭვი კი პაწაწინა,

0,006

მმ-ის დიამეტრის ბირთვშია მოთავსებული. ეს „გეომეტრიულად იგივე იქნებოდა,

40

კმ-ის (

24

მილის) სიგრძის ძალიან წვრილი ძაფი რომ ჩოგბურთის ბურთში ჩაგვეტია"

^{4}

რიბოსომები

როგორც ზემოთ ვახსენეთ, რიბოსომები მოლეკულური დაზგებია, რომლებზეც ცილები იწყობა. რიბოსომა რნმ-ისა და ცილებისგან შედგება, კერძოდ, რნმ-ცილის ორი კომპლექსის, დიდი და პატარა სუბერთეულებისგან. დიდი სუბერთეული პატარას თავზეა მოთავსებული, რნმ-ის მატრიცა ჯაჭვი კი - მათ შორის, სენდვიჩივით (რიბოსომა ჰამბურგერს ჰგავს, რომლის ზედა ფუნთუშაც ფუმფულაა, შიგთავსი კი რნმ-ია).

ეუკარიოტებში რიბოსომები ცილის სინთეზის შესახებ ინსტრუქციებს ბირთვიდან იღებენ, სადაც დნმ-ის მონაკვეთები (გენები) ტრანსკრიბირდება და ინფორმაციულ რნმ-ზე გადაიწერება (ი-რნმ). შემდეგ ი-რნმ მიიტანება რიბოსომასთან, რომელიც ამ ჯაჭვში ჩაწერილ ინფორმაციას სპეციფიკური ამინოჟავური თანმიმდევრობის მქონე ცილის ასაწყობად იყენებს. ამ პროცესს ტრანსლაცია ეწოდება. პროკარიოტებს ბირთვი არ აქვთ, ამიტომ მათი ი-რნმ ციტოპლაზმაში ტრანსკრიბირდება და ტრანსლაციაც მაშინვე იწყება რიბოსომებზე.

სურათის წყარო: OpenStax Biology.

ეუკარიოტების რიბოსომები ან თავისუფალია, ანუ ციტოპლაზმაშია შეტივტივებული, ან ბმული, ანუ, ენდოპლაზმურ ბადეზე ან ბირთვის გარსის გარეთა მემბრანაზე მიმაგრებული (ამ სტატიის პირველ დიაგრამაზე წითელი წერტილები რიბოსომებია; რიბოსომებიან ენდოპლაზმურ ბადეს მარცვლოვანი ენდოპლაზმური ბადე ეწოდება).

ცილების სინთეზი უჯრედთა უმნიშვნელოვანესი ფუნქციაა, ამიტომ რიბოსომები მრავალუჯრედიანი ორგანიზმების, ფაქტობრივად, ყველა უჯრედში გვხვდება, ისევე, როგორც პროკარიოტებში, მაგ., ბაქტერიებში. თუმცა, იმ ეუკარიოტულ უჯრედებს, რომელთაც დიდი რაოდენობით ცილების წარმოქმნა ევალებათ, განსაკუთრებით ბევრი რიბოსომა აქვთ. მაგალითად, კუჭქვეშა ჯირკვლის, ანუ პანკრეასის, ფუნქცია მომნელებელი ფერმენტების დიდი რაოდენობით წარმოქმნა და გამოყოფაა, ამიტომ მის ფერმენტწარმომქმნელ უჯრედებში უჩვეულოდ მრავალი რიბოსომაა.

დაბოლოს, საინტერესო ფაქტი: იმის ხაზგასასმელად, თუ რამდენად მნიშვნელოვანია რიბოსომა, გეტყვით, რომ 2009 წელს ნობელის პრემია ქიმიაში გადაეცა სამ მკვლევარს, რომლებმაც რიბოსომების სტრუქტურა და მოძრაობა ინდივიდუალური ატომების დონეზე გაშიფრეს სპეციალური ტექნოლოგიის, რენტგენოკრისტალოგრაფიის, მეშვეობით

^{5}

ატრიბუცია:

მოდიფიცირებული სტატიის თავდაპირველი ვერსიაა „ეუკარიოტული უჯრედები“, ავტორი ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0). ჩამოტვირთეთ თავდაპირველი სტატია უფასოდ აქ: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:18/Biology.

სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4,0 ლიცენზიით.

ციტირებული შრომები:

Shea, J. R. and Leblond, C. P. (2005). Number of nucleoli in various cell types of the mouse. Journal of Morphology, 119(4), 425-433. http://dx.doi.org/10,1002/jmor.1051190404.
Derenzini, M., Montanaro, L., and Treré, D. (2008). What the nucleolus says to a tumour pathologist. Histopathology, 54(6), 753-762. http://dx.doi.org/10,1111/j.1365-2559,2008.03168.x.
Montanaro, L., Treré, D., and Derenzini, M. (2008). Nucleolus, ribosomes, and cancer. Am. J. Pathol., 173(2), 301-310. http://dx.doi.org/10,2353/ajpath.2008,070752.
Alberts, B. Johnson, A., Lewis, J., Raff, M. Roberts, K., and Walter, P. (2002). Chromosomal DNA and its packaging in the chromatin fiber. In Molecular biology of the cell (4th ed.). New York, NY: Garland Science. წყარო: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26834/.
2009 წლის ნობელის პრემია ქიმიაში - პრეს-რელიზი (2014). Nobelprize.org. წყარო: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2009/press.html.

დამატებითი ბიბლიოგრაფია:

ქრომოსომა. (29 ივლისი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 10 აგვისტო, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Chromosome.

Cooper, G. M. and Husman, R. E. (2004). Protein sorting and transport. In The cell: a molecular approach (3rd ed., pgs. 355-97). Washington, D.C.: ASM Press.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.