هسته سلول — به زبان ساده

هسته سلول مرکز ذخیره اطلاعات ژنتیکی آن به شکل رشته‌های DNA و RNA است. در یاخته‌های یوکاریوتی مانند سلول‌های گیاهی و جانوری، هسته وجود دارد. هسته یکی از اندامک‌های غشادار سلول‌های یوکاریوت به شمار می‌آید.

هسته سلول چیست؟

«هسته یاخته‌ای» (Cell Nucleus​) یکی از اندامک‌های بزرگ در ارگانیسم‌های یوکاریوتی است که از تمام ساختارهای ژنتیکی (رشته‌های DNA) سلول محافظت می‌کند. هسته هر سلول پیش‌سازهای لازم برای ساخت پروتئین‌ها را تولید می‌کند.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم در فرادرس

کلیک کنید

رشته‌های DNA درون هسته جای می‌گیرند و تمام اطلاعات ضروری برای سنتز پروتئین‌های اساسی سلول را در بر دارند و این پروتئین‌ها در نهایت موجب عملکرد کلی سلول می‌شوند. در برخی از اندامک‌‌های سلولی مانند میتوکندری‌ها یا کلروپلاست‌ها نیز رشته‌هایی از ‌DNA و ژن‌ها وجود دارند که برخی از پروتئین‌های مورد نیاز این اندامک‌ها را سنتز می‌کنند اما در حالت کلی بیشترین میزان ژنوم در هسته هر سلول قرار می‌گیرد.

رشته‌های DNA که در هسته جای می‌گیرند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند؛ به همین دلیل در هسته‌های سلولی ساختارهایی مشاهده می‌شوند که در پردازش و محافظت از DNA نقش دارند.

ساختمان هسته سلول

همان طور که در بالا اشاره شد، هسته سلولی، یک اندامک غشادار سلولی است که مواد وراثتی سلول را در بر می‌گیرد و در رشد و تولید مثلی سلولی نقش دارد. این اندامک فقط در سلول‌های یوکاریوتی وجود دارد و یکی از مهم‌ترین اندامک‌ها از نظر اندازه و عملکرد به شمار می‌آید.

عملکرد هسته سلولی

یکی از عملکردهای کلیدی هسته سلولی، کنترل رشد و تقسیم سلولی است. در حالت کلی فعالیت‌های هسته شامل مواردی نظیر، تنظیم بیان ژن، آغاز تولید مثل سلولی و ذخیره و نگهداری اطلاعات وراثتی برای انجام وظایف حیاتی سلول هستند. برای این که هسته بتواند نقش‌های تولید مثلی و سایر فعالیت‌های سلولی را به خوبی انجام دهد، نیاز به پروتئین‌ها و ریبوزوم‌ها دارد.

سنتز پروتئین‌ها و ریبوزوم‌ها

هسته سلول مسئول تولید دو محصول اصلی برای حفاظت از فعالیت‌های حیاتی هر سلول است. اولین محصول RNA پیام‌رسان یا mRNA است، این محصول کدهای ژنتیکی اختصاصی برای ساخت پروتئین‌ها را در بر دارد. کدهای موجود در رشته‌های RNA پیام‌رسان از ساختمان DNA به شکل RNA رونویسی شده است.

رشته‌های کوتاه mRNA می‌توانند از هسته خارج شده و وارد سیتوپلاسم شوند و در آنجا با اندامک‌های اختصاصی سلولی، پروتئین‌ها را سنتز کنند. زمانی که ریبوزوم‌ها به mRNAها متصل می‌شوند، کدهای موجود در رشته‌های mRNA را به زبان اسیدهای آمینه (واحدهای سازنده پروتئین‌ها) ترجمه می‌کنند. در این حالت رشته‌های بلندی از اسیدهای آمینه ساخته می‌شوند. محصول دیگر هسته سلولی RNAهای انتقالی هستند، این مولکول‌های RNA‌ که به tRNA معروف هستند در ترجمه mRNA و تولید پروتئین‌ها با ریبوزوم‌ها همکاری می‌کنند. رشته‌های اسیدهای آمینه ساخته شده، می‌توانند در ساختار خود پیچ خوردگی ایجاد کنند و به پروتئین‌های عملکردی تبدیل شوند. هر پروتئین عملکردی وظایف مختلفی را در سلول بر عهده دارد.

ویژگی‌های فیزیکی هسته

شکل هسته در سلول‌های مختلف، متفاوت است اما به طور کلی هسته‌ها به شکل کروی در سلول‌ها قابل مشاهده هستند.

پوشش و منافذ هسته

هسته سلولی توسط یک غشای دو لایه به نام «پاکت هسته‌ای» (Nuclear Envelope) از سایر بخش‌های سلولی جدا شده است. غشای هسته‌ای (Nuclear Membrane)، به عنوان پوششی برای DNA عمل کرده و از آن در برابر آسیب‌های فیزیکی و شیمیایی محافظت می‌کند. غشای هسته در واقع، محیط جداگانه‌ای را برای فعالیت‌ها و پردازش‌های DNA، در اختیار آن قرار می‌دهد.

لایه خارجی غشای هسته با سیتوپلاسم و همچنین در برخی از نقاط با شبکه آندوپلاسمی در ارتباط است. غشای درونی هسته، با لامینای هسته‌ای ارتباط دارد. لامینای هسته‌ای بخشی از فضای داخلی هسته است که به حفظ شکل و ساختار هسته کمک می‌کند.

شواهدی از حضور پروتئین‌های «داربستی» (Scaffolding) در غشای درونی هسته وجود دارد که به تشکیل ماتریکس هسته و انتقال و توزیع محصولات، به داخل و خارج از غشای هسته‌ای کمک می‌کنند. منافذی در غشای هسته وجود دارند که مسیرهایی را در طول غشا برای انتقال مواد به وجود آورده‌اند. منافذ هسته‌ای مکانی برای عبور محصولات هسته‌ای و ورود آن‌ها به سیتوپلاسم و شبکه آندوپلاسمی را فراهم کرده‌اند.

منافذ هسته‌‌ای همچنین باعث ورود برخی از ماکرومولکول‌های ویژه و ترکیبات شیمیایی از سیتوپلاسم به درون هسته سلول می‌شوند. این ماکرومولکول‌ها برای سنتز DNA و RNA درون هسته ضروری هستند، همچنین این ماکرومولکول‌ها در ساخت پروتئین‌ها و ماکرومولکول‌های درون هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کروماتین

هسته‌ سلول‌ها محل قرارگیری کروموزوم‌ها هستند. کروموزوم‌ها از فشرده شدن رشته‌های ‌DNA تشکیل می‌شوند. DNA‌ها اطلاعات وراثتی و دستورالعمل رشد سلولی، تکامل و تولید مثلی را در بر دارند. زمانی که یک سلول در حالت استراحت است و تقسیم نمی‌شود، رشته‌های DNA آن ساختارهای «کروماتین» (Chromatin) نام دارند. با شروع تقسیم میتوز و در مرحله اینترفاز، رشته‌های کروماتینی فشرده شده و کروموزوم تشکیل می‌شود.

نوکلئوپلاسم

«نوکلئوپلاسم» (Nucleoplasm) ماده ژلاتینی است که دورن پوشش هسته‌ای را پر می‌کند. به این ماده «کاریوپلاس» (Karyoplasm) هم می‌گویند. ساختار نوکلئوپلاسم شبیه به سیتوپلاسم است و از آب، نمک‌های نامحلول و آنزیم‌ها تشکیل شده است. مانند پوشش هسته‌ای، نوکلئوپلاسم به حفظ شکل بخش‌های درونی هسته کمک می‌کند.

هستک

در هسته‌های سلولی رنگ آمیزی شده، یک نقطه تیره، متراکم و بدون غشا دیده می‌شود، این نقطه تیره از بخشی از هسته سلول به نام «هستک» (Nucleolus) تشکیل شده است. درون هستک، کروموزوم‌هایی که بخش‌های مختلف ریبوزوم‌ها را می‌سازند و RNAهای تولید شده توسط هسته سلول، وجود دارند. این ترکیبات از طریق منافذ هسته سلول به خارج از هسته ارسال می‌شوند.

فیلم آموزش زیست شناسی سلولی Cell Biology در فرادرس

کلیک کنید

هسته سلول‌ در گیاهان و حیوانات از جنبه‌هایی با یکدیگر تفاوت دارند اما هدف اصلی و فعالیت‌های اساسی هسته‌های این دو نوع سلول یکسان هستند. در ادامه به بررسی تفاوت‌های هسته سلول‌های گیاهی و جانوری می‌پردازیم.

هسته سلول‌های جانوری

در سلول‌های جانوری ترکیبات و اندامک‌هایی وجود دارند که تقریبا در تمام سلول‌های جانوری مشترک هستند. در این سلول‌ها، هسته‌ سلولی در سمت چپ سلول قرار دارد. در رنگ‌آمیزی‌ سلول‌ جانوری، هسته به شکل کره بزرگ و بنفش رنگی قابل مشاهده است. در سلول‌های جانوری بزرگ که هسته فضای کافی در اختیار دارد، به شکل کاملا کروی دیده می‌شود. در این سلول‌ها، هسته سلولی به وسیله شبکه آندوپلاسمی زبر که دارای ریبوزوم‌هایی در سطح خود است، احاطه می‌شود.

زمانی که سلول‌ها چرخه تقسیم سلولی را طی می‌کنند، هسته سلولی نیز شکسته شده و پوشش آن از وسط به دو نیم تقسیم می‌شود. پوشش هسته بعد از تقسیم کروموزوم‌های داخل هسته، در اطراف هر هسته جدید تشکیل می‌شود.

هسته سلول‌های گیاهی

در شکل زیر یک سلول گیاهی را با ویژگی‌های کلی آن مشاهده می‌کنید. سلول‌های گیاهی به دلیل وجود دیواره سلولی در اطراف خود دارای ساختاری مستحکم هستند. در سلول‌های گیاهی یک واکوئل مرکزی بخش عمده‌ای از فضای سلول را به خود اختصاص می‌دهد و سایر اندامک‌های سلولی را به اطراف سلول هدایت می‌کند. در شکل سلول گیاهی، هسته به رنگ نارنجی قابل مشاهده است.

هسته سلول‌های گیاهی نیز شبیه به سلول‌های جانوری، اگر فضای کافی داشته باشند به شکل کروی دیده می‌شوند. در اغلب مواقع در سلول‌های گیاهی، واکوئل مرکزی با دریافت آب حجیم شده و به دیواره سلول گیاهی فشار وارد می‌کند. این فشار باعث می‌شود هسته بیشتر به حالت مسطح قرار بگیرد.

مانند سلول‌های جانوری، در سلول‌های گیاهی نیز هسته‌ها در طول تقسیم سلولی شکسته می‌شوند. در سلول‌های گیاهی بر خلاف سلول‌های جانوری، در زمان تقسیم سلولی باید دیواره سلولی جدید ساخته شود و بین دو سلول جدید تقسیم شود. دو هسته جدید ساخته شده در مراحل تقسیم سلولی در زمان تشکیل دیواره سلولی جدید باید از صفحه متافازی در میانه سلول اولیه، به سمت قطب‌های سلول حرکت کنند در غیر این صورت هسته‌ها در طول تشکیل دیواره سلولی دچار آسیب می‌شوند.

هسته‌های سلولی در سایر سلول‌ها

علاوه بر دو نوع سلول معرفی شده در بالا، اشکال مختلفی از سلول‌های مشتق شده از دو گونه فوق در طبیعت وجود دارند. به عنوان مثال برخی از سلول‌ها با هم  ادغام می‌شوند و سلول‌های بزرگی با چندین هسته را تشکیل می‌دهند. گروهی از ارگانیسم‌ها هستند که دارای بیش از یک هسته در برخی از سلول‌های خود هستند، از جمله این ارگانیسم‌ها می‌توان به گروهی از سلول‌ها در انسان‌ها و قارچ‌ها اشاره کرد. به عنوان مثال، سلول‌های ماهیچه‌ای انسان چندین هسته دارند.

در ارگانیسم‌های قارچی تقریبا تمام سلول‌ها دارای چندین هسته هستند. در برخی از ارگانیسم‌ها در طول فرایند چرخه سلولی و تقسیم سلولی، غشای هسته‌ای و هسته سلولی شکسته نمی‌شوند. در عوض، میکروتبول‌ها در طول هسته سلول گسترش می‌یابند و به طور مستقیم کروموزوم‌ها را هدایت کرده و هسته سلول را تقسیم می‌کنند.

براساس یافته‌های در زمینه تکامل جانداران، اعتقاد بر این است که ارگانیسم‌های اولیه که دارای هسته سلولی بودند، نسبت به ارگانیسم‌های فاقد هسته، مزایا و ویژگی‌های تکاملی بیشتری داشتند. علیرغم این که سلول‌های دارای هسته، برتری تکاملی نسبت به سایرین دارند اما باید به این نکته نیز توجه داشت که سلول‌های پروکاریوتی که فاقد هسته هستند، گروه بزرگی از ارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها و سایر ارگانیسم‌های تک سلولی را تشکیل می‌دهند که در سراسر جهان گسترش یافته‌اند.

اگر این مطلب برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:

• مجموعه آموزش‌های زیست‌شناسی
• آموزش زیست شناسی سلولی
• مجموعه آموزش‌های علوم پزشکی
• هورمون رشد چیست؟ — به زبان ساده
• آلل چیست؟ -- به زبان ساده
• ویروس چیست؟ -- به زبان ساده

^^