קווי הדמיון של המיטוכונדריה והגרעין

תאים הם היחידות הבסיסיות של כל היצורים החיים. כל אחד מהמבנים המיקרוסקופיים הללו מציג את כל המאפיינים הקשורים לחיים במובן המדעי, ולמעשה, אורגניזמים רבים מורכבים מתא בודד בלבד. כמעט כל האורגניזמים החד תאיים האלה שייכים למעמד רחב של אורגניזמים המכונים פרוקריוטים - יצורים בתחומים הטקסונומיים חיידקים וארכאים.

לעומת זאת, ב- Eukaryota, התחום הכולל בעלי חיים, צמחים ופטריות, יש תאים מורכבים הרבה יותר וכוללים מספר רב של אברונים, שהם מבנים פנימיים הקשורים לקרום המציגים פונקציות מיוחדות. ה גַרעִין הוא אולי המאפיין הבולט ביותר של תאים אוקריוטים, בשל גודלו ומיקומו המרכזי פחות או יותר בתוך התא; התא מיטוכונדריהלעומת זאת, שניהם מציגים מראה ייחודי ועומדים כפלא אבולוציוני ומטבולי.

לכל התאים יש מספר מרכיבים משותפים. אלה כוללים א קרום תא, המשמש כמחסום חדיר סלקטיבי למולקולות שנכנסות או עוזבות את התא; ציטופלזמה, שהוא חומר דמוי ג'לי המהווה את עיקר מסת התא ומשמש כמדיום בו אברונים יכולים לשבת וכדי להתרחש תגובות; ריבוזומים, שהם מתחמי חומצות גרעין חלבונים שתפקידם היחיד הוא ייצור חלבונים; וחומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) המכילה את המידע הגנטי של התא.

אוקריוטים הם בדרך כלל הרבה יותר גדולים ומורכבים מפרוקריוטים; בהתאם לכך, התאים שלהם מורכבים יותר ומכילים מגוון אברונים. מדובר בתכלילים מיוחדים המאפשרים לתא לצמוח ולשגשג מרגע שהוא נוצר ועד למועד התחלקותו (שעשוי להיות יום או פחות). מבין אלה מבחינה ויזואלית בתמונת מיקרוסקופ של תא נמצאים הגרעין, שהוא "המוח" של התא המחזיק את ה- DNA בתוך צורה של כרומוזומים והמיטוכונדריה, הנחוצים לפירוק מוחלט של גלוקוז באמצעות חמצן (כלומר, אירובי נשימה).

אברונים קריטיים אחרים כוללים את הרטיקולום האנדופלזמי, מעין "מערכת דרכים" קרומית אורז ומעבד חלבונים תוך כדי העברתם בין החלק החיצוני של התא, הציטופלזמה וה- גַרעִין; מנגנון גולגי, שהם שלפוחיות המשמשות מוניות זעירות עבור חומרים אלה ויכולות "לעגן" את הרטיקולום האנדופלזמי; וליזוזומים, המשמשים כמערכת ניהול הפסולת של התא על ידי המסת מולקולות ישנות ושחוקות.

שני מאפיינים ההופכים את המיטוכונדריה לשונה מאברונים אחרים הם מחזור קרבס, המתארח על ידי המטריצה ​​המיטוכונדריה, ושרשרת הובלת האלקטרונים, המתרחשת על המיטוכונדריה הפנימית קְרוּם.

המיטוכונדריה בצורת כדורגל ונראית כמו חיידקים עצמם, שכפי שתראו זה לא מקרי. הם נמצאים בצפיפות גבוהה יותר במקומות בהם דרישות החמצן גבוהות, כגון בשרירי הרגליים של ספורטאי סיבולת כמו רצים למרחקים ורוכבי אופניים. כל הסיבה שהם קיימים היא העובדה שלאוקריוטים יש דרישות אנרגיה הרבה מעבר לדרישות של פרוקריוטים, והמיטוכונדריה היא המכונה שמאפשרת להם לעמוד בדרישות אלה.
קרא עוד על המבנה והתפקוד של המיטוכונדריה.

רוב הביולוגים המולקולריים דבקים ב תורת האנדוסימביונט. במסגרת זו, לפני למעלה משני מיליארד שנה, כמה אקריוטים מוקדמים מסוימים, אשר בלעו אוכל על ידי לקיחתם גדולים מולקולות על פני קרום התא, למעשה "אכלו" חיידקים שכבר התפתחו לביצוע אירובי חילוף חומרים. (פרוקריוטים המסוגלים לכך הם נדירים יחסית אך ממשיכים להתקיים גם היום).

עם הזמן, צורת החיים הנטמעת, שהתרבה ​​לבדה, הסתמכה אך ורק על תאיה הסביבה, שהציעה אספקה ​​מוכנה של גלוקוז בכל עת והגנה על "התא" מפני חיצוני איומים. בתמורה, צורת החיים הבולבלת אפשרה לאורגניזמים המארחים שלהם לצמוח ולשגשג לאורך דורות מעבר לכל מה שנראה באותה נקודה בהיסטוריה הזואולוגית על כדור הארץ.

"סימביונטים" הם אורגניזמים המשתפים סביבה בצורה מועילה הדדית. בזמנים אחרים, הסדרי שיתוף כאלה כוללים טפיליות, שם אורגניזם אחד נפגע כדי לאפשר לשני לשגשג.

בכל נרטיב על תא איקריוטי, הגרעין תופס את מרכז הבמה. הגרעין מוקף בקרום גרעיני, המכונה גם מעטפת הגרעין. במהלך מרבית מחזור התא, ה- DNA מתפזר בצורה מפיצה ברחבי הגרעין. רק בתחילת המיטוזה הכרומוזומים מתעבים לצורות שרוב התלמידים משייכים למבנים אלה: אותם צורות "X" קטנטנות.

ברגע שהכרומוזומים, שהועתקו בשלב אינטרפז במהלך מחזור התא, נפרדים בשלב M, התא כולו מוכן להתחלק (ציטוקינזיס). המיטוכונדריה, לעומת זאת, גדלה במספר באמצעות חלוקה למחצית בשלב מוקדם, יחד עם התכנים הציטופלזמיים האחרים של התא (כלומר, כל דבר שמחוץ לגרעין).
קרא עוד על מבנה הגרעין ותפקודו.

הגרעין נכנס למיטוזה עם שני עותקים זהים של כל כרומוזום, המקושרים יחד במבנה הנקרא מרכזית. לבני אדם 46 כרומוזומים, כך שבתחילת המיטוזה, לכל גרעין יש 92 מולקולות DNA בודדות, המסודרות במערכות זהות-תאומות. כל תאום בסט נקרא a אחות כרומטידה.

כאשר הגרעין מתחלק, הכרומטידים בכל זוג נמשכים לצדדים מנוגדים של התא. זה יוצר גרעיני בת זהים. חשוב לציין כי הגרעין של כל תא מכיל את כל ה- DNA הדרוש להעתקת האורגניזם בכללותו.

המיטוכונדריה מארחת את מחזור קרבס, בו אצטיל CoA משלב עם oxaloacetate ליצור ציטראט, מולקולה בת שש פחמן המופחתת לאוקסאלואצטט בסדרת שלבים המייצרת שתי ATP לכל מולקולת גלוקוז, הזנת התהליך במעלה הזרם יחד עם שלל מולקולות המובילות אלקטרונים להובלת שרשרת האלקטרונים תגובות.

מערכת הובלת שרשרת האלקטרונים מתרחשת גם במיטוכונדריה. סדרה זו של תגובות מדורגות משתמשת באנרגיה ממוצרי אלקטרונים המופשטים מהחומרים NADH ו- FADH₂ להניע את הסינתזה של הרבה מאוד ATP (32 עד 34 מולקולות לגלוקוז במעלה הזרם).

בדומה לגרעין, כלורופלסטים ומיטוכונדריה קשורים לקרום ומצוידים במערכת אסטרטגית של אנזימים. אולם אל תיפול למלכודת המשותפת לחשוב כי כלורופלסטים הם "המיטוכונדריה של הצמחים". לצמחים יש כלורופלסטים מכיוון שהם אינם יכולים לבלוע גלוקוז ועליהם להכין אותו במקום מגז פחמן דו חמצני המובא לצמח דרכו העלים שלה.

גם בתאי הצומח וגם בבעלי החיים יש מיטוכונדריה מכיוון ששניהם משתתפים בנשימה אירובית. חלק ניכר מהגלוקוז שהצמח מייצר נאכל על ידי בעלי חיים בסביבה או פשוט נרקב בסופו של דבר, אך מרבית הצמחים מצליחים לטבול בכבדות גם במאגר שלהם.

ההבדל העיקרי בין דנ"א גרעיני לדנ"א מיטוכונדריאלי הוא פשוט כמותו והמוצרים הספציפיים המיוצרים. כמו כן, למבנים יש עבודות שונות מאוד. עם זאת, שתי הישויות הללו מתרבות על ידי פיצול לשניים ומכווינות חלוקה משלהן.

התאים שאנחנו חושבים עליהם כשאנחנו שוקלים תאים אוקריוטים לא יכלו לשרוד ללא מיטוכונדריה. כדי לפשט מאוד, הגרעין הוא המוח של פעולת התא, ואילו המיטוכונדריה היא השריר.

עכשיו שאתה מומחה לאברונים איקריוטיים, איזה מהבאים הוא ההבדל בין הגרעין למיטוכונדריון?

1. רק הגרעין מכיל DNA.
2. רק הגרעין מוקף בקרום פלזמה כפול.
3. רק הגרעין מתחלק לשניים במהלך מחזור התא.
4. רק הגרעין מארח תגובות כימיות שאינן מתרחשות במקום אחר בתא.

למעשה, אף אחת מההצהרות הללו אינן נכונות. המיטוכונדריה, כפי שראית, מחזיקה ב- DNA משלהן, ויתרה מכך, ה- DNA הזה מכיל גנים ש- DNA גרעיני (רגיל) אינו כולל. למיטוכונדריה ולגרעינים, יחד עם אברונים כמו הרטיקולום האנדופלזמי, יש קרום משלהם. כאמור, כל גוף מארגן ומנהל תהליך חלוקה משלו, וכל מבנה מארח תגובות שלא מתרחשים בכל מקום אחר בתא (למשל, שעתוק RNA בגרעין, תגובות שרשרת הובלת האלקטרונים ב מיטוכונדריה).