הקשר בין מבנה תאים לתפקוד

"פונקציית התאמת צורה" היא פזמון מקובל בעולם של צורות הנדסה טבעיות ואנושיות כאחד. כאשר מדובר בבנייה מכוונת של כלי יומיומי, זה לעיתים קרובות ברור מאליו: ילד צעיר שניתן לו חפירה, כוס שתייה, זוג גרביים או פטיש יכול כנראה לקבוע בקלות יחסית לשם מיועדים מכשירים אלה, ואילו במקרה של שרשרת אופניים או קולר כלב בבידוד, קשה יותר מאוד לחבר את הפאזל לִפְתוֹר.

מבנים טבעיים, שנוצרו במהלך מיליוני שנות אבולוציה, נשארים במקומם בגלל שהם נבחרו בגלל יתרונות ההישרדות שהם נותנים לאורגניזמים את זה להחזיק אותם. זה המקרה עם תאים, שהם המבנים הטבעיים הפשוטים ביותר שיש להם את כל התכונות של היישות הדינמית המכונה חַיִים: רבייה, חילוף חומרים, שמירה על איזון כימי ומוצקות פיזית.

כמו בעולם ה"מקרו ", האופן שבו חלקי התא מדברים על תפקידיהם - גם אלה העומדים לבד ואלה שמשולבים עם שאר התא - הוא נושא מרתק לביולוגיה בפני עצמה ימין.

הרכב ותפקוד התאים משתנים במידה ניכרת בין האורגניזמים והן במקרה של אורגניזמים רב-תאיים מורכבים בין רקמות ואיברים שונים באותו אורגניזם. אך לכל התאים יש מספר אלמנטים משותפים. אלו כוללים:

• קרום תא:
  מבנה זה מהווה את הציפוי החיצוני של התא ואחראי הן על שלמותו הפיזית של התא והן על כך שאפשר לחומרים מסוימים לעבור פנימה והחוצה תוך מניעת מעבר של אחרים. זה בעצם מורכב מ- קרום פלזמה כפול.
• ציטופלזמה: זה יוצר את החומר הפנימי של התאים ומורכב ממטריקס מימי התומך בתכני תא פנימיים אחרים, כמו פיגום. החלק הנוזלי, שאינו אברון, נקרא ציטוזול, ורוב התגובות הכימיות בתא מתרחשות כאן בעזרת חלבונים הנקראים אנזימים.
• חומר גנטי: החומר הגנטי, שכמעט כל תא באורגניזם מכיל עותק שלם, נושא את המידע הדרוש לסינתזת חלבון בצורה של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA). ה- DNA הוא מה שמועבר לדורות הבאים במהלך תהליך הרבייה.
• ריבוזומים: חלבונים אלה אחראים על ייצור כל החלבונים שהאורגניזם זקוק להם. הם לוקחים כיוון מחומצה ריבונוקלאית (mRNA). על ריבוזומים, חומצות אמינו בודדות מקושרות יחד ליצירת שרשראות ויוצרות חלבונים. ה- mRNA מיוצר על ידי DNA בתהליך שנקרא תַעֲתוּק; המרת הוראות ה- mRNA לחלבונים על הריבוזומים, המורכבים משתי יחידות משנה, מכונה תִרגוּם.

ניתן לחלק יצורים חיים לשני סוגים: פרוקריוטים, הכוללים את התחומים חיידקים וארכאים, ו אקריוטים, המורכב מתחום Eukaryota. רוב הפרוקריוטים הם אורגניזמים חד תאיים, ואילו כמעט כל האיקריוטים - צמחים, בעלי חיים ופטריות - הם רב תאיים.

תאים פרוקריוטיים כוללים את ארבעת המבנים שכבר תוארו, אך לא הרבה אחר, אם כי יש לחיידקים קירות התא. לרבים מהם יש גם תא כּמוּסָה; התפקיד העיקרי של אלה הוא הגנה. לחלק מהפרוקריוטים יש גם מבנים דמויי שוט flagella. כפי שאתה יכול לנחש על פי המראה שלהם, אלה משמשים בעיקר לתנועה.

לעומת זאת, תאים אוקריוטיים עשירים אברונים, שהם ישויות הקשורות לקרום המשרתות את התא בדרכים מסוימות. חשוב לציין שאיקריוטים מאכלסים את ה- DNA שלהם בתוך גַרעִיןבעוד שבפרוקריוטים, חסרי מבנים פנימיים הקשורים לקרום כלשהו, ​​צף ה- DNA באשכול רופף בציטופלסמה הנקרא אזור גרעין.

הקשר בין חלקי התא לתפקידיהם מודגם באלגנטיות ובבהירות באברונים של האאוקריוטים. בתורו, כל האברונים כוללים קרום פלזמה. כל קרום פלזמה בתאים - כולל קרום התא החיצוני ושמו, כמו גם הממברנות הסוגרות אברונים - מורכב מ- פוספוליפידדו שכבתי.

שכבה דו-שכבתית זו מורכבת משני "סדינים" בודדים זה מול זה בצורה של מראה. החלק הפנימי כולל את הידרופובי, או דוחה מים, חלקים מכל שכבה, המורכבים משומנים בצורת חומצות שומן. החלקים החיצוניים, לעומתם, הם הידרופילי, או מחפשים מים, ומורכבים מחלקי הפוספט של מולקולות הפוספוליפידים.

כך ש"קיר "אחד של ראשי פוספט הידרופיליים פונה אל פנים האברון (או במקרה של קרום התא כשלעצמו, ואילו השני פונה כלפי הצד החיצוני, או הציטופלזמי, (או במקרה של קרום התא, כלפי חוץ סביבה).

מבנה הקרום הוא כזה שמולקולות קטנות כמו גלוקוז ומים יכולות להיסחף בחופשיות בין מולקולות פוספוליפידים, ואילו גדולות יותר אינן חייבות ונאלצות לשאוב באופן פעיל פנימה או החוצה (או מניעת מעבר פרק זמן). שוב, מבנה מתאים לתפקוד.

אמנם בדרך כלל אינו מכונה אברון בגלל חשיבותו העליונה, אך הגרעין הוא למעשה התגלמות של אחד. קרום הפלזמה שלה נקרא מעטפת גרעין. הגרעין מכיל DNA ארוז בתוכו כרומטין, שהוא חומר עשיר בחלבונים המפוצל לכרומוזומים.

כאשר הכרומוזומים מתחלקים, והגרעין איתם נקרא התהליך מיטוזה. כדי שזה יקרה, ציר מיטוטי חייבים להיווצר בתוך הגרעין, שהוא למעשה מוחו של התא וצורך חלק ניכר מהנפח הכולל של מרבית התאים.

אלה אברונים בצורת אליפסה בערך הם תחנות הכוח של האיקריוטים, מכיוון שהם מקום הנשימה האירובית ("עם חמצן"), מקור הנשימה מרבית האנרגיה שהאוקריוטים נובעים מהדלק שהם אוכלים (במקרה של בעלי חיים) או מסונתזים בעזרת אור שמש (במקרה של צמחים).

ההערכה היא כי המיטוכונדריה מקורן לפני למעלה משני מיליארד שנה כאשר חיידקים אירוביים התפתחו בתוך תאים קיימים שאינם אירוביים והחלו לשתף איתם פעולה מטבולית. הקיפולים הרבים בקרום שלהם, שם מתרחשת למעשה נשימה אירובית, הם דוגמה נוספת למפגש של מבנה ותפקוד בתאים.

מבנה קרומי זה דומה ל"כביש מהיר "בכך שהוא מגיע מהגרעין (והוא למעשה מחובר לקרום שלו), דרך התא, עד למרחוק של הציטופלזמה. הוא נושא ומשנה מוצרי חלבון המיוצרים על ידי הריבוזומים.

נקראת איזו רשתית אנדופלזמית רשתית אנדופלזמית גסה מכיוון שהוא משובץ ריבוזומים, כפי שניתן לראות במיקרוסקופ; הצורות חסרות הריבוזומים נקראות בהתאמה רשתית אנדופלזמית חלקה.

ה מערכת גולג'י דומה לרטיקולום האנדופלזמי בכך שהוא אריזת ומעבד חלבונים ותאים אחרים שנוצרו חומרים, אבל זה מסודר בדיסקים מוערמים עגולים, כמו גליל מטבעות או ערימה של לביבות קטנטנות.

ליזוזומים הם מרכזי פינוי הפסולת של התא, ובהתאם לגופים גלובוליים קטנים אלה אנזימים הממיסים ומתפזרים ממוצרי פירוק תאים הנובעים מחילוף חומרים יומיומי. ליזוזומים הם למעשה סוג של vacuole, שם ליחידה חלולה וקשורה בקרום בתאים שמטרתם לשמש מיכל לכימיקלים כלשהם.

ה שלד ציטו עשוי מ צינורות מיקרו, חלבונים המסודרים כמו יורה במבוק זעיר ומשמשים קורות תומכות וקורות קורות. אלה משתרעים על פני הציטופלזמה כולה מהגרעין לקרום התא.