המבנה והתפקוד של תא

תאים מייצגים את האובייקטים הקטנים ביותר, או לפחות את הבלתי ניתנים להפחתה, הכוללים את כל האיכויות הקשורות לסיכוי הקסום המכונה "חיים", כגון חילוף חומרים (הפקת אנרגיה ממקורות חיצוניים להנעת תהליכים פנימיים) ו שִׁעתוּק. מהבחינה הזו הם תופסים את אותה נישה בביולוגיה כמו של אטומים בכימיה: הם בהחלט יכולים להתפרק לחתיכות קטנות יותר, אך בבידוד, החלקים האלה לא באמת יכולים לעשות הרבה. בכל מקרה, גוף האדם בהחלט מכיל הרבה מהם - הרבה מעל 30 טריליון (זה 30 מִילִיוֹן מִילִיוֹן).

פזמון מקובל הן במדעי הטבע והן בעולם ההנדסה הוא "צורה המתאימה לתפקוד". זֶה בעצם אומר שאם למשהו יש תפקיד מסוים לעשות, זה כנראה ייראה שהוא מסוגל לעשות העבודה ההיא; לעומת זאת, אם נראה שנעשה משהו לביצוע משימה או משימות נתונות, יש סיכוי טוב שזה בדיוק מה שהדבר הזה עושה.

ארגון התאים והתהליכים שהם מבצעים קשורים קשר הדוק, אפילו בלתי נפרד, ושולטים בתוכו יסודות המבנה והתפקוד של התא הם גם מתגמלים כשלעצמם וגם הכרחיים להבנה מלאה של אופי החיים דברים.

מושג החומר - חי ולא חי - כמורכב ממספר עצום של יחידות נפרדות, דומות, התקיים מאז התקופה. של דמוקריטוס, חוקר יווני שחייו משתרעים על פני המאות ה -5 וה -4 לפני הספירה. אך מכיוון שהתאים קטנים מדי מכדי שניתן יהיה לראותם עם רק במאה ה -17, לאחר המצאת המיקרוסקופים הראשונים, מישהו הצליח לדמיין אוֹתָם.

לרוברט הוק זוכה בדרך כלל שטבע את המונח "תא" בהקשר ביולוגי בשנת 1665, אם כי עבודתו בתחום זה התמקדה בפקק; כ -20 שנה לאחר מכן גילה אנטון ואן ליוונהוק חיידקים. אולם יעבור עוד כמה מאות שנים עד שניתן יהיה להתברר ולתאר את החלקים הספציפיים של התא ותפקידיהם. בשנת 1855 תיאר, באופן מדויק, המדען העלום יחסית רודולף וירצ'ו כי תאים חיים יכולים לבוא רק תאים חיים אחרים, למרות שהתצפיות הראשונות על שכפול הכרומוזום היו עדיין במרחק של כמה עשורים.

פרוקריוטים, המשתרעים על התחומים הטקסונומיים חיידקים וארכאים, קיימים כשלושה וחצי מיליארד שנים, שהם בערך שלושת רבעים מגיל כדור הארץ עצמו. (טקסונומיה האם המדע עוסק בסיווג של יצורים חיים; תְחוּם היא הקטגוריה ברמה הגבוהה ביותר בהיררכיה.) אורגניזמים פרוקריוטים מורכבים בדרך כלל מתא בודד בלבד.

האוקריוטים, התחום השלישי, כוללים בעלי חיים, צמחים ופטריות - בקיצור, כל דבר חי שאתה באמת יכול לראות ללא מכשירי מעבדה. מאמינים כי התאים של אורגניזמים אלה נוצרו מפרוקריוטים כתוצאה מ- אנדוזימביוזה (מהיוונית מ"חיים יחד בפנים "). לפני קרוב לשלושה מיליארד שנה, תא בלע חיידק אירובי (המשתמש בחמצן), ששימש למטרות שתי צורות החיים מכיוון שהחיידק "נבלע" סיפק אמצעי לייצור אנרגיה לתא המארח תוך שהוא מספק סביבה תומכת בשביל ה endosymbiont.
קרא עוד על הדמיון והשוני בין תאים פרוקריוטים ואיקריוטים.

תאים משתנים במידה רבה בגודל, בצורתם ובפיזור תוכנם, במיוחד בתחום האיקריוטים. אורגניזמים אלה גדולים בהרבה, כמו גם מגוונים בהרבה מפרוקריוטים, וברוח הצורה פונקציות מתאימות "שהוזכרו בעבר, הבדלים אלה ניכרים אפילו ברמה של תאים בודדים.

עיין בכל תרשים תאים, ולא משנה לאיזה אורגניזם התא שייך, אתה בטוח שתראה תכונות מסוימות. אלה כוללים א קרום פלזמה, הסוגר את התוכן הסלולרי; ה ציטופלזמה, שהוא מדיום דמוי ג'לי המהווה את רוב פנים התא; חומצה deoxyribonucleic (DNA), החומר הגנטי שעוברים התאים לתאי הבת שנוצרים כאשר תא מתחלק לשניים במהלך ההתרבות; וריבוזומים, שהם מבנים שהם אתרי סינתזת החלבון.

לפרוקריוטים יש גם קיר תא חיצוני לקרום התא, כמו גם צמחים. באיקריוטים, ה- DNA מוקף בגרעין, שיש לו קרום פלזמה משלו הדומה מאוד לזה שמקיף את התא עצמו.

קרום הפלזמה של התאים מורכב מ- דו שכבתי פוספוליפישארגונם נובע מהתכונות האלקטרוכימיות של חלקיו המרכיבים. מולקולות הפוספוליפידים בכל אחת משתי השכבות כוללות הידרופילי "ראשים", הנמשכים למים בגלל מטענם, ו הידרופובי "זנבות", שאינם טעונים ולכן נוטים להצביע מהמים. החלקים ההידרופוביים של כל שכבה פונים זה לזה על פני הקרום הכפול. הצד ההידרופילי של השכבה החיצונית פונה אל החלק החיצוני של התא, ואילו הצד ההידרופילי של השכבה הפנימית פונה אל הציטופלסמה.

באופן מכריע, קרום הפלזמה הוא למחצהכלומר, כמו סדרן במועדון לילה, הוא מעניק כניסה למולקולות מסוימות תוך שלילת כניסה לאחרים. מולקולות קטנות כמו גלוקוז (הסוכר המשמש כמקור הדלק האולטימטיבי לכל התאים) ופחמן דו חמצני יכול לנוע בחופשיות לתא ומחוצה לו, להתחמק ממולקולות הפוספוליפידים המיושרות בניצב לקרום כ כֹּל. חומרים אחרים מועברים באופן פעיל על פני הממברנה באמצעות "משאבות" המופעלות על ידי אדנוזין טריפוספט (ATP), נוקלאוטיד המשמש כ"מטבע "האנרגיה של כל התאים.
קרא עוד על המבנה והתפקוד של קרום הפלזמה.

הגרעין מתפקד כמוח של תאים אוקריוטים. קרום הפלזמה סביב הגרעין נקרא מעטפת הגרעין. בתוך הגרעין נמצאים כרומוזומים, שהם "נתחי DNA"; מספר הכרומוזומים משתנה ממין למין (לבני אדם 23 סוגים שונים, אך 46 בסך הכל - אחד מכל סוג מהאם ואחד מהאב).

כאשר תא איקריוטי מתחלק, ה- DNA בתוך הגרעין עושה זאת תחילה, לאחר שכל הכרומוזומים משוכפלים. תהליך זה, שנקרא מיטוזה, מפורט בהמשך.

ריבוזומים נמצאים בציטופלזמה של תאים אוקריוטיים ופרוקריוטים כאחד. באיקריוטים הם מקובצים לאורך מסוימים אברונים (מבנים הקשורים לקרום שיש להם פונקציות ספציפיות, כמו איברים כמו הכבד והכליות עושים בגוף בקנה מידה גדול יותר). הריבוזומים מייצרים חלבונים באמצעות הוראות המובאות ב"קוד "ה- DNA ומועברות לריבוזומים על ידי חומצה ריבונוקלאית (mRNA).

לאחר סינתזת ה- mRNA בגרעין באמצעות דנ"א כתבנית, הוא עוזב את הגרעין ומתחבר לריבוזומים, המרכיבים חלבונים מבין 20 שונים חומצות אמינו. תהליך ייצור ה- mRNA נקרא תַעֲתוּקבעוד שסינתזת החלבון עצמה ידועה בשם תִרגוּם.

שום דיון בהרכב תאים אוקריוטיים ובתפקודם לא יכול להיות שלם או אפילו רלוונטי ללא טיפול יסודי במיטוכונדריה. אברונים אלה מדהימים בשתי דרכים לפחות: הם סייעו למדענים ללמוד רבות על המקורות האבולוציוניים של תאים באופן כללי, והם אחראים כמעט אך ורק למגוון החיים האיקריוטים בכך שהם מאפשרים התפתחות תאים נשימה.

כל התאים משתמשים בגלוקוז הסוכר בעל שש הפחמן לדלק. בשני הפרוקריוטים והאקריוטים, הגלוקוז עובר סדרת תגובות כימיות המכונות יחד גליקוליזה, שמייצר כמות קטנה של ATP לצרכי התא. כמעט בכל הפרוקריוטים זה סוף הקו המטבולי. אך באיקריוטים, המסוגלים להשתמש בחמצן, תוצרי הגליקוליזה עוברים למיטוכונדריה ועוברים תגובות נוספות.

הראשון שבהם הוא מחזור קרבס, שיוצר כמות קטנה של ATP אך בעיקר מתפקד לאגור מולקולות ביניים לגמר הגדול של הנשימה התאית, שרשרת העברת אלקטרונים. מחזור קרבס מתרחש ב מַטרִיצָה של המיטוכונדריה (גרסת האברון לציטופלזמה פרטית), ואילו שרשרת הובלת האלקטרונים, המייצר את הרוב המכריע של ה- ATP באיקריוטים, מתרחש על המיטוכונדריה הפנימית קְרוּם.

תאים אוקריוטים מתהדרים במספר אלמנטים מיוחדים המדגישים את הצרכים המטבוליים הנרחבים, הקשורים זה בזה, של תאים מורכבים אלה. אלו כוללים:

• רשתית אנדופלזמית: אברון זה הוא רשת של צינורות המורכבת מקרום פלזמה הרציף עם מעטפת הגרעין. תפקידו לשנות חלבונים שזה עתה יוצרו כדי להכין אותם לתפקודים הסלולריים שלהם במורד הזרם כאנזימים, אלמנטים מבניים וכן הלאה, ולהתאים אותם לצרכים הספציפיים של התא. הוא גם מייצר פחמימות, שומנים (שומנים) והורמונים. הרטיקולום האנדופלזמי מופיע כחלק או מחוספס במיקרוסקופ, צורות המקוצרות SER ו- RER בהתאמה. ה- RER מיועד כך משום שהוא "משובץ" בריבוזומים; כאן מתרחש שינוי החלבון. ה- SER, לעומת זאת, הוא המקום בו מרכיבים את החומרים הנ"ל.
• גופי גולגי: נקרא גם מנגנון גולגי. זה נראה כמו ערימה שטוחה של שקיות קשורות לקרום, והיא אורזת אליה שומנים וחלבונים שלפוחית שאז מתנתקים מהרטיקולום האנדופלזמי. השלפוחית ​​מעבירה את השומנים והחלבונים לחלקים אחרים של התא.
  
• ליזוזומים: כל התהליכים המטבוליים מייצרים פסולת, והתא חייב להחזיק באמצעים להיפטר ממנו. פונקציה זו מטופלת על ידי הליזוזומים, המכילים אנזימי עיכול המפרקים חלבונים, שומנים וחומרים אחרים, כולל אברונים שחוקים עצמם.
• שואבי אבק ושלפוחית: אברונים אלה הם שקיות המעבירות סביב רכיבים תאיים שונים, ולוקחות אותם ממיקום תוך תאי אחד למשנהו. ההבדל העיקרי הוא כי שלפוחית ​​יכולה להתמזג עם רכיבים קרומיים אחרים של התא, ואילו vacuoles לא יכולים. בתאים צמחיים, ישנם ואקואולים המכילים אנזימי עיכול העלולים לפרק מולקולות גדולות, שלא כמו הליזוזומים.
• שלד הרחם: חומר זה מורכב ממיקרו-צינורות, מתחמי חלבון המציעים תמיכה מבנית על ידי הרחבת הגרעין דרך הציטופלסמה עד לקרום הפלזמה. מבחינה זו הם כמו קורות וקורות של בניין, הפועלים כדי למנוע מהתא הדינמי כולו להתמוטט על עצמו.

כאשר תאי חיידקים מתחלקים, התהליך פשוט: התא מעתיק את כל יסודותיו, כולל זה DNA, בעוד שהוא כפול בגודלו, ואז מתחלק לשניים בתהליך המכונה ביקוע בינארי.

חלוקת תאים אוקריוטיים מעורבת יותר. ראשית, ה- DNA בגרעין משוכפל בזמן שמעטפת הגרעין מתמוססת, ואז הכרומוזומים המשוכפלים נפרדים לגרעיני בת. זה מכונה מיטוזה, והוא מורכב מארבעה שלבים נפרדים: פרופאז, מטאפאזה, אנאפאזה וטלופאז; מקורות רבים מכניסים שלב חמישי, הנקרא פרמטאפאזה, מיד לאחר פרופסא. לאחר מכן, הגרעין מתחלק ומעטפות גרעיניות חדשות נוצרות סביב שתי קבוצות הכרומוזומים הזהות.

לבסוף, התא בכללותו מתחלק בתהליך המכונה ציטוקינזיס. כאשר קיימים פגמים מסוימים ב- DNA בזכות מומים תורשתיים (מוטציות) או נוכחות של כימיקלים מזיקים, חלוקת התאים עשויה להמשיך ללא בקרה; זהו הבסיס לסרטן, קבוצה של מחלות שלא נותרה להן תרופה, אם כי הטיפולים ממשיכים להשתפר כדי לאפשר שיפור ניכר באיכות החיים.