כיצד לזהות מבני תאים

תאים חיים נעים מאלו של אצות ותאים חד-תאיים, דרך אורגניזמים רב-תאיים כמו טחב ותולעים, ועד צמחים ובעלי חיים מורכבים כולל בני אדם. מבנים מסוימים נמצאים בכל התאים החיים, אך גם אורגניזמים תאיים בודדים ותאים של צמחים ובעלי חיים גבוהים שונים מבחינות רבות. מיקרוסקופים קלים יכולים להגדיל תאים כך שניתן יהיה לראות את המבנים הגדולים והמוגדרים יותר, אך מיקרוסקופי אלקטרונים (TEM) נדרשים כדי לראות את מבני התאים הזעירים ביותר.

לעתים קרובות קשה לזהות תאים ומבנים שלהם מכיוון שהקירות דקים למדי, ותאים שונים עשויים להיות בעלי מראה שונה לחלוטין. לתאים ולאברונים שלהם יש מאפיינים שניתן להשתמש בהם כדי לזהות אותם, וזה עוזר להשתמש בהגדלה מספיק גבוהה המציגה את הפרטים הללו.

לדוגמא, מיקרוסקופ אור בהגדלה של 300X יציג תאים וכמה פרטים אך לא את האברונים הקטנים שבתא. לשם כך יש צורך ב- TEM. TEMs משתמשים באלקטרונים כדי ליצור תמונות מפורטות של מבנים זעירים על ידי ירי אלקטרונים דרך דגימת הרקמה וניתוח הדפוסים כאשר האלקטרונים יוצאים מהצד השני. תמונות מ- TEM מסומנות בדרך כלל עם סוג התא וההגדלה - תמונה המסומנת "tem של אנושי תאי אפיתל המסומנים 7900X "מוגדלים 7,900 פעמים ויכולים להציג פרטי תאים, הגרעין ועוד מבנים. שימוש במיקרוסקופי אור לתאים שלמים ו- TEM לתכונות קטנות יותר מאפשר זיהוי אמין ומדויק אפילו של מבני התאים החמקמקים ביותר.

מיקרוגרפים הם התמונות המוגדלות המתקבלות ממיקרוסקופי אור ו- TEM. לעתים קרובות לוקחים צילומי תאים מדגימות רקמות ולהראות מסה רציפה של תאים ומבנים פנימיים שקשה לזהות בנפרד. בדרך כלל מיקרוגרפיות כאלה מציגות הרבה קווים, נקודות, טלאים ואשכולות המרכיבים את התא ואת האברונים שלו. יש צורך בגישה שיטתית לזיהוי החלקים השונים.

זה עוזר לדעת מה מבדיל בין מבני התאים השונים. התאים עצמם הם הגוף הסגור הגדול ביותר במיקרוגרף, אך בתוך התאים מבנים רבים ושונים, שלכל אחד מהם מערכת משלה של מאפיינים מזהים. גישה ברמה גבוהה שבה מזהים גבולות סגורים ונמצאים צורות סגורות עוזרת לבודד את הרכיבים בתמונה. לאחר מכן ניתן לזהות כל חלק נפרד על ידי חיפוש מאפיינים ייחודיים.

בין מבני התאים הקשים ביותר לזיהוי נכון הם האברונים הזעירים הקשורים לקרום בתוך כל תא. מבנים אלה חשובים לתפקודי התאים, ורובם שקיות קטנות של חומר תאים כגון חלבונים, אנזימים, פחמימות ושומנים. לכולם תפקידים משלהם בתא ומייצגים חלק חשוב במחקר התא ובזיהוי מבנה התא.

לא בכל התאים יש כל סוגי האברונים, ומספרם משתנה מאוד. מרבית האברונים כה קטנים עד שניתן לזהותם רק בתמונות TEM של אברונים. בעוד שצורה וגודל עוזרים להבחין בכמה אברונים, בדרך כלל יש צורך לראות את המבנה הפנימי כדי לוודא איזה סוג אברון מוצג. כמו במבני התא האחרים ובתא בכללותו, התכונות המיוחדות של כל אברון מקלות על הזיהוי.

בהשוואה לנבדקים האחרים שנמצאו במיקרוגרפיות של תאים, התאים הם ללא ספק הגדולים ביותר, אך לעיתים קרובות קשה למצוא את גבולותיהם באופן מפתיע. תאי חיידקים אינם תלויים ובעלי דופן תא עבה יחסית, כך שלרוב ניתן לראותם בקלות. לכל שאר התאים, במיוחד אלה שנמצאים ברקמות של בעלי חיים גבוהים יותר, יש רק קרום תא דק וללא דופן תאים. בתמונות של רקמות יש לעתים קרובות רק קווים קלושים המראים את קרומי התא ואת גבולותיו של כל תא.

לתאים שני מאפיינים המקלים על הזיהוי. לכל התאים יש קרום תא רצוף המקיף אותם, וקרום התא סוגר מספר מבנים זעירים אחרים. ברגע שנמצא קרום רציף כזה והוא סוגר גופים רבים אחרים שלכל אחד מהם מבנה פנימי משלהם, ניתן לזהות את האזור הסגור כתא. לאחר שזהות התא ברורה, זיהוי המבנים הפנימיים יכול להמשיך.

לא לכל התאים יש גרעין, אך לרוב אלה שנמצאים ברקמות של בעלי חיים וצמחים. לאורגניזמים חד תאיים כמו חיידקים אין גרעין, ולחלק מתאי החי כמו כדוריות דם אדומות בוגרות אנושיים אין גם אחד כזה. לתאים נפוצים אחרים כמו תאי כבד, תאי שריר ותאי עור יש גרעין מוגדר בבירור בתוך קרום התא.

הגרעין הוא הגוף הגדול ביותר בתוך התא, והוא בדרך כלל צורה עגולה פחות או יותר. בניגוד לתא, אין בו הרבה מבנים. האובייקט הגדול ביותר בגרעין הוא הגרעין העגול שאחראי על יצירת הריבוזומים. אם ההגדלה גבוהה מספיק, ניתן לראות את המבנים התולעתיים של הכרומוזומים שבתוך הגרעין, במיוחד כאשר התא מתכונן להתחלק.

ריבוזומים הם גושים זעירים של חלבון ו- RNA ריבוזומלי, הקוד לפיו מיוצרים החלבונים. ניתן לזהות אותם על ידי חוסר הממברנה ועל פי גודלם הקטן. במיקרוגרפיות של אברוני תאים, הם נראים כמו גרגרים קטנים של חומר מוצק, ויש רבים מהדגנים הללו המפוזרים ברחבי התא.

כמה ריבוזומים מחוברים לרטיקולום האנדופלזמי, סדרת קפלים וצינוריות ליד הגרעין. ריבוזומים אלו מסייעים לתא לייצר חלבונים מיוחדים. בהגדלה גבוהה מאוד ניתן אולי לראות שהריבוזומים מורכבים משני חלקים, החלק הגדול יותר מורכב מ- RNA ואשכול קטן יותר מורכב מחלבונים המיוצרים.

נמצא רק בתאים שיש להם גרעין, הרטיקולום האנדופלזמי הוא מבנה המורכב משקיות וצינורות מקופלות הממוקמות בין הגרעין לקרום התא. זה עוזר לתא לנהל את חילופי החלבונים בין התא לגרעין, ויש לו ריבוזומים המחוברים לחלק הנקרא הרטיקולום האנדופלזמי המחוספס.

הרטיקולום האנדופלזמי המחוספס והריבוזומים שלו מייצרים אנזימים ספציפיים לתאים כמו אינסולין בתאי הלבלב ונוגדנים לתאי דם לבנים. לרטיקולום האנדופלזמי החלק אין ריבוזומים מחוברים ומייצר פחמימות ושומנים המסייעים לשמור על קרום התאים שלם. ניתן לזהות את שני חלקי הרטיקולום האנדופלזמי על ידי חיבורם לגרעין התא.

המיטוכונדריה היא מעצמות התא, ועכלות גלוקוז כדי לייצר את מולקולת האחסון ATP בה משתמשים התאים לצורך אנרגיה. האברון מורכב מקרום חיצוני חלק ומקרום פנימי מקופל. ייצור אנרגיה מתרחש באמצעות העברת מולקולות על פני הממברנה הפנימית. מספר המיטוכונדריה בתא תלוי בתפקוד התא. לתאי שריר, למשל, יש מיטוכונדריה רבות מכיוון שהם משתמשים באנרגיה רבה.

ניתן לזהות את המיטוכונדריה כגופים חלקים ומאורכים שהם האברון השני בגודלו אחרי הגרעין. המאפיין המובהק שלהם הוא הקרום הפנימי המקופל המעניק לחלק הפנימי של המיטוכונדריה את מבנהו. במיקרוגרף של תאים, קפלי הקרום הפנימי נראים כמו אצבעות המשתרכות אל פנים המיטוכונדריה.

ליזוזומים קטנים יותר ממיטוכונדריה, כך שניתן לראות אותם רק בתמונות TEM מוגדלות מאוד. הם נבדלים מריבוזומים על ידי הממברנה המכילה את אנזימי העיכול שלהם. לעתים קרובות ניתן לראות בהם צורות מעוגלות או כדוריות, אך יתכן שיש להם גם צורות לא סדירות כאשר הם מקיפים פיסת פסולת תאים.

תפקידם של הליזוזומים הוא לעכל חומר תא שכבר אינו נדרש. שברי תאים מפורקים וגורשים מהתא. הליזוזומים תוקפים גם חומרים זרים הנכנסים לתא וככאלה מהווים הגנה מפני חיידקים ווירוסים.

גופי גולגי או מבני גולגי הם ערימות של שקים וצינורות שטוחים שנראים כאילו צבטו אותם באמצע. כל שק מוקף בקרום שניתן לראות אותו בהגדלה מספקת. לעיתים הם נראים כמו גרסה קטנה יותר של הרטיקולום האנדופלזמי, אך הם גופים נפרדים קבועים יותר ואינם מחוברים לגרעין. גופי גולגי עוזרים לייצר ליזוזומים ולהמיר חלבונים לאנזימים והורמונים.

מרכזים מגיעים בזוגות ונמצאים בדרך כלל ליד הגרעין. הם צרורות גליליים זעירים של חלבון ומהווים מפתח לחלוקת תאים. בעת צפייה בתאים רבים, חלקם עשויים להיות בתהליך חלוקה, ואז המרכזיות הופכות לבולטות מאוד.

במהלך החלוקה גרעין התא מתמוסס וה- DNA שנמצא בכרומוזומים משוכפל. לאחר מכן המרכזיות יוצרות ציר סיבים שלאורכו נודדים הכרומוזומים לקצוות מנוגדים של התא. לאחר מכן התא יכול להתחלק כשכל תא בת יקבל השלמה מלאה של כרומוזומים. במהלך תהליך זה, המרכזיות נמצאות בשני קצות ציר הסיבים.

כל התאים צריכים לשמור על צורה מסוימת, אך חלקם צריכים להישאר נוקשים בעוד שאחרים יכולים להיות גמישים יותר. התא שומר על צורתו באמצעות שלד ציטוטי המורכב מאלמנטים מבניים שונים בהתאם לתפקוד התא. אם התא הוא חלק ממבנה גדול יותר כמו איבר שצריך לשמור על צורתו, השלד הציטו מורכב מצינורות נוקשים. אם מותר לתא להניב בלחץ ואינו צריך לשמור על צורתו לחלוטין, השלד הציטו קל יותר, גמיש יותר ומורכב מחוטי חלבון.

בעת צפייה בתא במיקרוגרף, השלד הציטוטי מופיע כקווים כפולים עבים במקרה של צינורות וקווים בודדים דקים לחוטים. לחלק מהתאים כמעט ולא יהיו קווים כאלה, אך בחלקים אחרים, שטחים פתוחים עשויים להיות מלאים בשלד הציטו. בעת זיהוי מבני תאים, חשוב לשמור על קרום האברון בנפרד על ידי מעקב אחר המעגל הסגור שלהם, כאשר קווי השלד הציטו פתוחים וחוצים את התא.

לצורך זיהוי מלא של כל מבני התאים, יש צורך במיקרוגרפיות שונות. לאלה שמציגים את כל התא, או כמה תאים, לא יהיה מספיק פירוט עבור המבנים הקטנים ביותר כמו כרומוזומים. כמה מיקרוגרפיות של אברונים עם הגדלה גבוהה יותר בהדרגה יציגו את המבנים הגדולים יותר כמו המיטוכונדריה ואז את הגופים הקטנים ביותר כמו המרכזים.

כשבוחנים לראשונה דגימת רקמה מוגדלת, יתכן שיהיה קשה לראות מיד את מבני התאים השונים, אך מעקב אחר קרומי התא הוא התחלה טובה. זיהוי הגרעין ואברונים גדולים יותר כמו המיטוכונדריה הוא לעתים קרובות השלב הבא. במיקרוגרפיות בעלות הגדלה גבוהה יותר, לעתים קרובות ניתן לזהות את האברונים האחרים על ידי תהליך של חיסול, ומחפשים מאפייני הבחנה מרכזיים. המספרים של כל אברון ומבנה נותנים אז רמז לגבי תפקוד התא ורקמותיו.