תוֹכֶן
באופן כללי, תאים הם יחידות דומות לזהות המרכיבות שלם. אבני כלא וכוורות, למשל, מורכבות בעיקר מתאים. כפי שהוחל על מערכות ביולוגיות, ככל הנראה טבע אותו המונח על ידי המדען המאה ה -17 רוברט הוק, ממציא המיקרוסקופ המורכב וחלוץ במספר יוצא דופן של מאמצים מדעיים. תא, כמתואר כיום, הוא היחידה הקטנה ביותר של דבר חי השומרת על מאפייני החיים עצמם. במילים אחרות, תאים בודדים לא רק מכילים מידע גנטי, אלא הם גם משתמשים בהופך אנרגיה, מארחים תגובות כימיות, שומרים על שיווי משקל וכן הלאה. באופן קולוני יותר, התאים נקראים בדרך כלל "אבני הבניין של החיים".
המאפיינים החיוניים של תא כוללים קרום תא להפרדה ולהגנה של תאי התא משאר העולם; ציטופלזמה, או חומר דמוי נוזל בפנים התא בו מתרחשים תהליכים מטבוליים; וחומר גנטי (חומצה deoxyribonucleic, או DNA). זה מתאר בעיקרו תא פרוקריוטי, או חיידקי, בשלמותו. אורגניזמים מורכבים יותר, לעומת זאת, המכונים אוקריוטים - כולל בעלי חיים, צמחים ופטריות - כוללים גם מגוון מבני תאים אחרים, כולם התפתחו בהתאם לצרכים של יצורים חיים מיוחדים מאוד. מבנים אלה נקראים אורגנלים. האברונים הם לתאים אאוקריוטים מה האיברים שלך (קיבה, כבד, ריאות וכן הלאה) לגופך בכללותו.
מבנה תאים בסיסי
תאים, באופן מבני, הם יחידות ארגון. הם מסווגים רשמית על בסיס המקום בו הם משיגים את האנרגיה שלהם. הפרוקריוטות כוללות שתיים משש הממלכות הטקסונומיות, ארכבה-בקטריה ומונרה; כל המינים הללו הם חד תאיים ורובם חיידקים והם מתוארכים כ -3.5 מיליארד שנים מדהימות (בערך 80 אחוז מהגיל המשוער של כדור הארץ עצמו). האוקריוטות הן בנות "מיליארד שנה" בלבד וכוללות חיות, פלנטה, פונגה ופרוטיסטה. מרבית האוקריוטים הם רב תאיים, אם כי חלקם (למשל, שמרים) אינם.
תאים פרוקריוטים, במינימום מוחלט, מציגים אגרומציה של חומר גנטי בצורת DNA בתוך מתחם שתוחם קרום תא, המכונה גם קרום פלזמה. בתוך המתחם הזה נמצא גם ציטופלזמה, שבפרוקריוטים יש עקביות של אספלט רטוב; באוקריוטות, זה הרבה יותר נוזלי. בנוסף, לפרוקריוטים רבים יש גם קיר תא מחוץ לקרום התא, שישמש כשכבת הגנה (כפי שתראו, קרום התא משמש למגוון פונקציות). ראוי לציון, תאי צמחים, שהם אוקיארוטים, כוללים גם קירות תאים. אולם תאים פרוקריוטיים אינם כוללים אברונים, וזו ההבחנה המבנית העיקרית. אפילו אם בוחרים לראות בהבחנה מטבולית, זה עדיין קשור לתכונות המבניות המתאימות.
יש כמה פרוקריוטות סמל, שהם פוליפפטידים דמויי שוט המשמשים להנעה. לחלקם יש גם פילי, שהם תחזיות דמויי שיער המשמשות למטרות דבק. חיידקים מגיעים גם הם במספר רב של צורות: קוקסי הם עגולים (כמו המנינגוקוקים שיכולים לגרום לדלקת קרום המוח אצל בני אדם), חיידקים (מוטות, כמו המין הגורם לאנתרקס), וספירילה או ספירוצ'ט (חיידקים סליליים, כמו אלה האחראים לגורמת עגבת). .
מה עם וירוסים? אלה בסך הכל פיסות זעירות של חומר גנטי, שיכולים להיות DNA או RNA (חומצה ריבונוקלאית), מוקפים במעיל חלבון. וירוסים אינם מסוגלים להתרבות בעצמם, ולכן עליהם להדביק תאים "לחטוף" את מכשיר הרבייה שלהם כדי להפיץ עותקים של עצמם. כתוצאה מכך, אנטי-ביוטיקה מכוונת לכל מיני חיידקים אך אינם יעילים כנגד נגיפים. קיימים תרופות אנטי-ויראליות, כאשר כל העת מוצגים תרופות חדשות ויעילות יותר, אך מנגנוני הפעולה שלהם שונים לחלוטין מאלו של אנטיביוטיקה, אשר בדרך כלל מכוונים לאחד מקירות התא או לאנזימים מטבוליים במיוחד לתאים פרוקריוטיים.
קרום התא
קרום התא הוא פלא רב-פנים של הביולוגיה. תפקידו הברור ביותר הוא לשמש כמכל לתכולת התא ולספק חסם לעלבונות הסביבה החוץ-סלולרית. אולם, זה רק מתאר חלק קטן מתפקודו. קרום התא אינו מחיצה פסיבית אלא מכלול דינאמי מאוד של שערים ותעלות המסייעים להבטיח שמירה על סביבה פנימית של התאים (כלומר שיווי המשקל או ההומאוסטזיס שלה) על ידי מתן סלקטיבי לאפשר מולקולות לתא ומחוצה לו כנדרש.
הממברנה היא למעשה קרום כפול, כאשר שתי שכבות פונות זו אל זו באופן דימוי-מראה. זה נקרא "דו שכבתי פוספוליפיד", וכל שכבה מורכבת מ"גיליון "של מולקולות פוספוליפיד, או נכון יותר, מולקולות גליצרופוספוליפיד. מדובר במולקולות מוארכות המורכבות מ"ראשים "קוטביים של פוספטים הפונים הרחק ממרכז הדו-שכבתי (כלומר לכיוון הציטופלסמה והחלק החיצוני של התא) ו"זנבות" לא קוטביים המורכבים מזוג חומצות שומן; שתי חומצות אלה והפוספט מחוברים לצדדים מנוגדים של מולקולת גליצרול תלת-פחמנית. בגלל התפלגות המטען הא-סימטרי על קבוצות פוספטים והיעדר הא-סימטריה המטען של חומצות שומן, הפוספוליפידים שהוצבו בתמיסה אוספים את עצמם באופן ספונטני לסוג דו שכבתי כזה, כך שהוא יעיל אנרגטית.
חומרים יכולים לעבור את הממברנה במגוון דרכים. האחת היא דיפוזיה פשוטה, הרואה מולקולות קטנות כמו חמצן ופחמן דו חמצני עוברות דרך הממברנה מאזורים בעלי ריכוז גבוה יותר לאזורים עם ריכוז נמוך יותר. הפצת קלות, אוסמוזה והובלה פעילה מסייעות גם לשמור על אספקה קבועה של חומרים מזינים הנכנסים לתא ומוצרי פסולת מטבולית היוצאים ממנו.
הגרעין
הגרעין הוא אתר האחסון ב- DNA בתאים אוקריוטיים. (נזכיר כי לפרוקריוטים חסרים גרעינים מכיוון שהם חסרים אברונים הקשורים לקרום מכל סוג שהוא.) כמו קרום הפלזמה, גם הממברנה הגרעינית, המכונה גם מעטפה גרעינית, היא מחסום זרחן דו-שכבתי.
בתוך הגרעין, החומר הגנטי של התא מסודר לגופים נבדלים הנקראים כרומוזומים. מספר הכרומוזומים שיש לאורגניזם משתנה ממין למין; לבני אדם יש 23 זוגות, כולל 22 זוגות של כרומוזומים "רגילים", המכונים אוטוזומים, וזוג אחד של כרומוזומי מין. ה- DNA של כרומוזומים בודדים מסודר ברצפים הנקראים גנים; כל גן נושא את הקוד הגנטי של מוצר חלבון מסוים, יהיה זה אנזים, תורם לצבע העיניים או מרכיב בשריר השלד.
כאשר תא עובר חלוקה, הגרעין שלו מתחלק בצורה מובחנת, בגלל שכפול הכרומוזומים שבתוכו. תהליך רבייה זה נקרא מיטוזה, והמחשוף של הגרעין מכונה ציטוקינזיס.
ריבוזומים
ריבוזומים הם אתר סינתזת החלבון בתאים. אברונים אלה עשויים כמעט לחלוטין מסוג של RNA המכונה כראוי ריבוזומלי RNA, או rRNA. ריבוזומים אלה, הנמצאים בכל ציטופלזמה התאית, כוללים תת-יחידה אחת גדולה ויחידה תת-קטנה אחת.
אולי הדרך הקלה ביותר לדמיין את ריבוזומים היא כמו פסי הרכבה זעירים. כאשר הגיע הזמן לייצר מוצר חלבון נתון, RNA messenger (mRNA) המועתק בגרעין מ- DNA עושה את דרכו לחלק הריבוזומים בו מתורגם קוד ה- mRNA לחומצות אמינו, אבני הבניין של כל החלבונים. באופן ספציפי, ניתן לארגן את ארבעת הבסיסים החנקניים השונים של mRNA ב 64 דרכים שונות לקבוצות של שלוש (4 שהועלו לכוח השלישי הם 64), וכל אחד משלישי "שלישיות" אלה מקודד חומצה אמינית. מכיוון שיש רק 20 חומצות אמינו בגוף האדם, חומצות אמינו מסוימות נגזרות ביותר מקוד שלישייה.
כאשר מתרגמים את ה- mRNA, סוג אחר של RNA, העברת ה- RNA (tRNA) נושאת את כל חומצת האמינו שהוזמנה על ידי הקוד לאתר הסיבולת הריבוזומלית, שם חומצת האמינו מחוברת לקצה חלבון- התקדמות. לאחר השלמת החלבון, שיכול להיות בין עשרות למאות רבות של חומצות אמינו, הוא משוחרר מהריבוזום ומועבר לכל מקום שנדרש.
מיטוכונדריה וכלורופלסטים
מיטוכונדריה הם "תחנות הכוח" של תאים מן החי, וכלורופלסטים הם אנלוגים שלהם בתאי צמחים. המיטוכונדריה, שנחשבה שמקורה בחיידקים עומדים חופש לפני ששולבה במבנים שהפכו לתאים אוקיארוטים, הם אתר המטבוליזם האירובי, הדורש חמצן כדי להפיק אנרגיה בצורה של אדנוזין טריפוספט (ATP) מגלוקוז. המיטוכונדריה מקבלת מולקולות פירובט שמקורן בפירוק גלוקוז עצמאי בלתי תלוי בציטופלזמה; במטריקס (פנים) של המיטוכונדריה, הפירובאט נתון למחזור קרבס, הנקרא גם מחזור חומצת לימון או מחזור חומצה טריקארבוקסילית (TCA). מחזור קרבס מייצר הצטברות של נשאי פרוטון בעלי אנרגיה גבוהה ומשמש כמיצב לתגובות האירוביות הנקראות שרשרת הובלת האלקטרונים, המתרחשת בסמוך על הממברנה המיטוכונדרית, שהיא עוד דו-שכבתי שומנים. תגובות אלה מייצרות אנרגיה הרבה יותר בצורה של ATP ממה שהגליקוליזה יכולה; ללא מיטוכונדריה, חיים של בעלי חיים לא היו יכולים להתפתח על כדור הארץ בגלל דרישות האנרגיה המופלאות של אורגניזמים "גבוהים יותר".
כלורופלסטים הם המעניקים לצמחים את צבעם הירוק, מכיוון שהם מכילים פיגמנט הנקרא כלורופיל. בעוד שמיטוכונדריה מפרקת מוצרי גלוקוז, כלורופלסטים משתמשים למעשה באנרגיה מאור השמש בכדי לבנות גלוקוז מפחמן דו חמצני ומים. לאחר מכן משתמש הצמח בחלק מדלק זה לצרכיו, אך רובו, יחד עם החמצן המשוחרר בסינתזת הגלוקוז, מגיע למערכת האקולוגית ומשמש את בעלי החיים, שאינם יכולים להכין מזון משלהם. ללא חיי צמח בשפע בכדור הארץ, בעלי חיים לא היו מסוגלים לשרוד; השיחה נכונה, מכיוון שמטבוליזם של בעלי חיים מייצר מספיק פחמן דו חמצני לצמחים לשימוש.
ציטוס שלד
שלד הציטוס, כשמו כן הוא, מעניק תמיכה מבנית לתא באותו אופן שבו השלד הגרמי משלך מספק פיגומים יציבים לאיברים ולרקמות שלך. שלד הציטוס מורכב משלושה מרכיבים: מיקרופילמנטים, סיבי ביניים ומיקרו-צינורות, לפי הסדר הקטן ביותר לגדול. ניתן להרכיב ולפרק מיקרו-פילמנטים ומיקרו-צינורות בהתאם לצרכי התא בזמן נתון, ואילו חוטי ביניים נוטים להיות קבועים יותר.
בנוסף לתיקון אברונים במקום ממש כמו חוטי ההנחיה המחוברים למגדלי תקשורת גבוהים שומרים על אלה קבועים לקרקע, הציטוס שלד מסייע בהעברת דברים בתוך תא. זה יכול להיות בצורה המשמשת כנקודות עיגון עבור דגלים, כפי שעושים כמה מיקרו-צינורות; לחלופין, כמה מיקרו-צינורות מספקים את הצינור (מסלול) בפועל לדברים לנוע. כך שלד הציטוס יכול להיות גם מנוע וגם כביש מהיר, תלוי בסוג הספציפי.
אורגנלים אחרים
אברונים חשובים אחרים כוללים גופות גולגי, שנראים כמו ערימות של לביבות בבדיקה מיקרוסקופית ומשמשות כאתרי אחסון והפרשת חלבון, תכנית אנדופלסמה, שמעביר מוצרי חלבון מחלק אחד מהתא לחלק אחר. תכנית הרשת האנדופלסמית מגיעה בצורות חלקות ומחוספסות; האחרונים נקראים כך מכיוון שהם משובצים בריבוזומים. גופי גולגי מולידים שלפוחית השוררת את שולי ה"לביבות "ומכילים חלבונים; אם ניתן לראות אלה כמיכלי משלוח, הרי שהתכנית האנדופלסמית המקבלת גופות אלה היא כמו כביש מהיר או מערכת רכבת.
הליזוזומים חשובים גם לשמירה על התאים. אלה גם שלפוחיות, אך הם מכילים אנזימי עיכול ספציפיים שיכולים להמיס (להמיס) את תוצרי הפסולת המטבולית של תאים או כימיקלים שאינם אמורים להיות שם כלל אך הפרו איכשהו את קרום התא.