מה עושים כל חלקי התא?

תאים הם אבני הבסיס הבסיסיות של החיים. פחות פואטית, הן היחידות הקטנות ביותר של יצורים חיים ששומרות על כל התכונות הבסיסיות הקשורות לחיים עצמם (למשל, סינתזת חלבונים, צריכת דלק וחומר גנטי). כתוצאה מכך, למרות גודלם הזעיר, התאים צריכים לבצע מגוון רחב של פונקציות, מתואמות ועצמאיות. פירוש הדבר בתורם שעליהם להכיל מגוון רחב של חלקים פיזיים מובחנים.

רוב האורגניזמים הפרוקריוטים מורכבים מתא בודד בלבד, ואילו גופם של אוקריוטים כמוך מכיל טריליונים. תאים אוקריוטיים מכילים מבנים מיוחדים הנקראים אברונים, הכוללים קרום הדומה לזה שמקיף את כל התא. אברונים אלה הם חיילי הקרקע של התא, ומוודאים ללא הרף שכל צרכי התא לרגע מתמלאים.

כל התאים מכילים, לכל הפחות, קרום תא, חומר גנטי וציטופלזמה, הנקראים גם ציטוזול. חומר גנטי זה הוא חומצה דאוקסיריבונוקלאית, או DNA. בפרוקריוטים ה- DNA מקובץ בחלק אחד של הציטופלזמה, אך הוא אינו מוקף בקרום מכיוון שרק אוקריוטים כוללים גרעין. לכל התאים קרום תא המורכב משכבה דו-פוספוליפידית; לתאים פרוקריוטיים יש דופן תא ישירות מחוץ לקרום התא להוספת יציבות והגנה. לתאי הצמחים, אשר יחד עם פטריות ובעלי חיים הם אוקריוטים, יש גם קירות תאים.

לכל התאים יש גם ריבוזומים. בפרוקריוטים אלה צפים בחופשיות בציטופלזמה; באיקריוטים הם קשורים בדרך כלל לרטיקולום האנדופלזמי. ריבוזומים מסווגים לעיתים קרובות כסוג של אברון, אך בחלק מהתוכניות הם אינם כשירים ככאלה מכיוון שאין להם קרום. אי תיוג אברוני הריבוזומים הופך את התוכנית "רק לאקריוטים שיש להם אברונים" עקבית. אברונים איקריוטיים אלה כוללים, בנוסף לרטיקולום האנדופלזמי, גם המיטוכונדריה (או בצמחים, כלורופלסטים), גופי גולגי, ליזוזומים, ואקואלים ושלד הציטו

קרום התא, הנקרא גם קרום הפלזמה, הוא גבול פיזי בין הסביבה הפנימית של התא לעולם החיצון. אולם, אל תטעו בהערכה בסיסית זו לגבי ההצעה כי תפקיד קרום התא הוא מגן בלבד, או שהקרום הוא סוג כלשהו של קו רכוש שרירותי בלבד. תכונה זו של כל התאים, פרוקריוטים כמו גם אוקריוטים, היא תוצר של כמה מיליארדי שנים של אבולוציה ונמצאת למעשה פלא רב-פונקציונלי, דינמי, שניתן לטעון שמתפקד יותר כמו ישות עם אינטליגנציה אמיתית מאשר פשוט מַחסוֹם.

קרום התא מורכב מפורסם משכבה דו-פוספוליפידית, כלומר היא מורכבת משתי שכבות זהות המורכבות ממולקולות פוספוליפידים (או יותר נכון, פוספוגליצרוליפידים). כל שכבה אחת היא א-סימטרית, המורכבת ממולקולות בודדות הנושאות משהו ביחס לדיונונים, או לבלונים הנושאים כמה ציציות. ה"ראשים "הם חלקי הפוספט, בעלי חוסר איזון מטען אלקטרוכימי נטו ולכן נחשבים קוטביים. מכיוון שמים הם גם קוטביים, ומכיוון שמולקולות בעלות תכונות אלקטרוכימיות דומות נוטות להצטבר יחד, חלק זה של הפוספוליפיד נחשב הידרופילי. ה"זנבות "הם ליפידים, ספציפית זוג חומצות שומן. בניגוד לפוספטים, אלה אינם נטענים ולכן הידרופובי. הפוספט מחובר לצד אחד של שאריות גליצרול שלוש פחמן באמצע המולקולה, ושתי חומצות השומן מחוברות לצד השני.

מכיוון שזנבות השומנים ההידרופוביים מתקשרים באופן ספונטני זה לזה בתמיסה, הדו שכבה מוגדרת כך שהשניים שכבות פוספט פונות כלפי חוץ וכיוון פנים התא, ואילו שתי שכבות השומנים המתערבבות בחלק הפנימי של שטח דו שכבתי. המשמעות היא שהקרומים הכפולים מיושרים כתמונות מראה, כמו שני צידי גופך.

הקרום לא רק מונע מחומרים מזיקים להגיע לפנים. זה חדיר באופן סלקטיבי, ומאפשר לחומרים חיוניים להיכנס אך לא לחסום אחרים, כמו סדרן במועדון לילה אופנתי. זה גם מאפשר באופן סלקטיבי פליטה של ​​פסולת. חלק מהחלבונים המוטבעים בקרום משמשים כמשאבות יונים לשמירה על שיווי משקל (איזון כימי) בתוך התא.

ציטופלזמה של התא, הנקראת לחלופין ציטוזול, מייצגת את התבשיל בו "שוחים" המרכיבים השונים של התא. כל התאים, פרוקריוטי ואוקריוטי, יש ציטופלזמה שבלעדיה התא לא יכול להיות בעל שלמות מבנית יותר מכפי שבלון ריק יכול.

אם ראיתם פעם קינוח ג'לטין עם חתיכות פרי מוטבע בפנים, אולי תחשבו על הג'לטין עצמו כציטופלזמה, הפרי כאברונים והתבשיל המחזיק את הג'לטין כקרום תא או תא קִיר. העקביות של הציטופלזמה היא מימית, והיא מכונה גם מטריצה. ללא קשר לסוג התא המדובר, הציטופלזמה מכילה צפיפות גבוהה בהרבה של חלבונים ו"מכונות "מולקולריות יותר מאשר מי האוקיאנוס או כל שאינו חי הסביבה, שהיא עדות לתפקיד שממלא קרום התא בשמירה על הומאוסטזיס (מילה נוספת ל"שיווי משקל "כפי שהיא מיושמת על יצורים חיים) בתוך תאים.

בפרוקריוטים, החומר הגנטי של התא, ה- DNA שהוא משתמש בו כדי להתרבות וכן מכוון את שאר התא לייצר מוצרי חלבון לאורגניזם החי, נמצא בציטופלסמה. באיקריוטים הוא סגור במבנה הנקרא הגרעין.

הגרעין מתחם מהציטופלזמה על ידי מעטפה גרעינית, הדומה פיזית לקרום הפלזמה של התא. המעטפה הגרעינית מכילה נקבוביות גרעיניות המאפשרות זרם ויציאה של מולקולות מסוימות. אברון זה הוא הגדול ביותר בכל תא, המהווה עד 10 אחוזים מנפחו של התא, ונראה בקלות באמצעות כל מיקרוסקופ חזק מספיק כדי לחשוף את התאים עצמם. מדענים ידעו על קיומו של הגרעין מאז שנות ה -30 של המאה העשרים.

בתוך הגרעין נמצא כרומטין, השם לצורת ה- DNA נובע כאשר התא אינו מתכונן לחלוקה: מפותל, אך אינו מופרד לכרומוזומים שנראים מובחנים במיקרוסקופ. הגרעין הוא החלק של הגרעין המכיל DNA רקומביננטי (rDNA), ה- DNA המוקדש לסינתזה של RNA ריבוזומלי (rRNA). לבסוף, הנוקלאופלזמה היא חומר מימי בתוך המעטפה הגרעינית המקביל לציטופלזמה בתא עצמו.

בנוסף לאחסון החומר הגנטי, הגרעין קובע מתי התא יחולק ויתרבה.

המיטוכונדריה מצויה באיקריוטים של בעלי חיים ומייצגת את "תחנות הכוח" של התאים, שכן אברונים מלבניים אלה הם המקום בו מתרחשת נשימה אירובית. הנשימה האירובית מייצרת 36 עד 38 מולקולות של ATP, או אדנוזין טריפוספט (מקור האנרגיה העיקרי של התאים) עבור כל מולקולה של גלוקוז (מטבע הדלק האולטימטיבי של הגוף) שהיא צורכת; לעומת זאת, גליקוליזה, שאינו דורש חמצן כדי להמשיך, מייצר רק עשירית אנרגיה מרובה זו (4 ATP לכל מולקולת גלוקוז). חיידקים יכולים להסתדר רק בגליקוליזה, אך איקריוטים אינם יכולים.

הנשימה האירובית מתרחשת בשני שלבים, בשני מיקומים שונים בתוך המיטוכונדריה. השלב הראשון הוא מחזור קרבס, סדרת תגובות המתרחשות על מטריקס המיטוכונדריה, הדומה לנוקלאופלזמה או לציטופלזמה במקומות אחרים. במחזור קרבס - נקרא גם מחזור חומצת לימון או מחזור חומצה טריקרבוקסילית - שתי מולקולות של פירובט, מולקולה בעלת שלוש פחמן המיוצרת בגליקוליזה, נכנסת למטריצה ​​לכל מולקולה אחת של גלוקוז בעל שש פחמן מְאוּכָּל. שם, פירובט עובר מחזור של תגובות המייצרות חומר למחזורי קרבס נוספים ועוד חשוב מכך, נשאי אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה לשלב הבא בחילוף החומרים האירובי, הובלת האלקטרונים שַׁרשֶׁרֶת. תגובות אלו מתרחשות על קרום המיטוכונדריה והן האמצעי לפיו מולקולות ה- ATP משוחררות במהלך הנשימה האירובית.

בעלי חיים, צמחים ופטריות הם האוקריוטים של הערה המאוכלסים כיום בכדור הארץ. בעוד שבעלי חיים משתמשים בגלוקוז ובחמצן כדי לייצר דלק, מים ופחמן דו חמצני, צמחים משתמשים במים, בפחמן דו חמצני ובאנרגיה של השמש בכדי לייצר חמצן וגלוקוז. אם סידור זה לא נראה כמו צירוף מקרים, זה לא; צמחי התהליך המפעילים את צרכיהם המטבוליים נקראים פוטוסינתזה, ובעצם מדובר בנשימה אירובית המופעלת בדיוק בכיוון ההפוך.

מכיוון שתאי הצמח אינם מפרקים תוצרי לוואי של גלוקוז באמצעות חמצן, אין להם או זקוקים למיטוכונדריה. במקום זאת, צמחים מחזיקים בכלורופלסטים, אשר למעשה ממירים אנרגיית אור לאנרגיה כימית. לכל תא צמחים יש בין 15 ל -20 או כ- 100 כלורופלסטים, שכמו המיטוכונדריה בתאי בעלי חיים, הם האמינו שהיו קיימים בעבר כעומד חופשי. חיידקים בימים שקדמו להתפתחות האאוקריוטים לאחר שנבלעו ככל הנראה אורגניזמים קטנים יותר אלה ושילבו את המכונות המטבוליות של החיידקים הללו שלהם שֶׁלוֹ.

אם המיטוכונדריה היא תחנות הכוח של התאים, הריבוזומים הם המפעלים. הריבוזומים אינם קשורים לממברנות ולכן אינם מבחינה טכנית אברונים, אך לעיתים קרובות הם מקובצים באברונים אמיתיים מטעמי נוחות.

ריבוזומים נמצאים בציטופלזמה של פרוקריוטים ואיקריוטים, אך באחרונים הם מחוברים לעיתים קרובות לרטיקולום האנדופלזמי. הם מורכבים מכ- 60 אחוז חלבון וכ- 40 אחוז rRNA. rRNA היא חומצת גרעין, כמו DNA, RNA שליח (mRNA) ו- RNA העברה (tRNA).

ריבוזומים קיימים מסיבה אחת פשוטה: ייצור חלבונים. הם עושים זאת באמצעות תהליך התרגום, שהוא המרה של הוראות גנטיות המקודדות ב- rRNA באמצעות DNA למוצרי חלבון. הריבוזומים מרכיבים חלבונים מ -20 סוגי חומצות האמינו בגוף, שכל אחד מהם מועבר לריבוזום על ידי סוג מסוים של tRNA. סדר הוספת חומצות האמינו הללו מוגדר על ידי ה- mRNA, שכל אחד מהם מחזיק את המידע שמקורו בסינגל גן DNA - כלומר אורך של DNA המשמש כתכנית למוצר חלבון יחיד, בין אם זה אנזים, הורמון או עין פִּיגמֶנט.

תרגום נחשב לחלק השלישי והאחרון של הדוגמה המרכזית כביכול של הביולוגיה בקנה מידה קטן: DNA מייצר mRNA, ו- mRNA מייצר, או לפחות נושא הוראות לחלבונים. בתכנית הגדולה, הריבוזום הוא החלק היחיד של התא הנשען בו זמנית על כל שלושת הסוגים הסטנדרטיים של RNA (mRNA, rRNA ו- tRNA) על מנת לתפקד.

רוב האברונים הנותרים הם שלפוחית, או "שקיות" ביולוגיות, מסוג כלשהו. גופי הגולגי, בעלי סידור "ערימת פנקייק" אופייני בבדיקה מיקרוסקופית, מכילים חלבונים מסונתזים לאחרונה; גופי גולגי משחררים אותם בשלפוחיות קטנות על ידי צביטה של ​​אותם, ובשלב זה לגופים הקטנים הללו יש קרום סגור משלהם. רוב השלפוחיות הקטנות הללו מסתדרות בתוך הרטיקולום האנדופלזמי, שהוא כמו מערכת כביש מהירה או רכבת לכל התא. לסוגים מסוימים של אנדופלזמה ריבוזומים רבים מחוברים אליהם, ומעניקים להם מראה "מחוספס" תחת מיקרוסקופ; לפיכך, אברונים אלה נקראים בשם רטיקולום אנדופלזמי מחוספס או RER. לעומת זאת, רשתית אנדופלזמית ללא ריבוזום נקראת רשתית אנדופלזמית חלקה, או SER.

תאים מכילים גם ליזוזומים, שלפוחיות המכילות אנזימים חזקים המפרקים פסולת או מבקרים לא רצויים. אלה כמו התשובה הסלולרית לצוות ניקיון.