3.3: תאים אוקריוטיים
- Page ID
- 208549
בשלב זה, צריך להיות ברור שלתאים אוקריוטים יש מבנה מורכב יותר מאשר לתאים פרוקריוטים. אברונים מאפשרים להתרחש פונקציות שונות בתא בו זמנית. לפני שנדון בתפקודי האברונים בתוך תא אוקריוטי, הבה נבחן תחילה שני מרכיבים חשובים של התא: קרום הפלזמה והציטופלזמה.
חיבור אמנות
אילו מבנים יש לתא צמחי שאין לתא בעל חיים? אילו מבנים יש לתא חיה שאין לתא צמחי?
קרום הפלזמה
בדומה לפרוקריוטים, לתאים אוקריוטיים יש קרום פלזמה (איור\(\PageIndex{2}\)) המורכב משכבה דו-שכבתית פוספוליפידית עם חלבונים מוטבעים המפרידה בין התוכן הפנימי של התא לסביבתו הסובבת. פוספוליפיד הוא מולקולת שומנים המורכבת משתי שרשראות חומצות שומן, עמוד שדרה של גליצרול וקבוצת פוספט. קרום הפלזמה מווסת את מעברם של חומרים מסוימים, כגון מולקולות אורגניות, יונים ומים, ומונע מעבר של חלקם לשמירה על תנאים פנימיים, תוך הכנסת או הסרה פעילה של אחרים. תרכובות אחרות נעות באופן פסיבי על פני הממברנה.
ממברנות הפלזמה של תאים המתמחים בספיגה מקופלות להקרנות דמויות אצבעות הנקראות microvilli (יחיד = מיקרווילוס). קיפול זה מגדיל את שטח הפנים של קרום הפלזמה. תאים כאלה נמצאים בדרך כלל מרפדים את המעי הדק, האיבר הסופג חומרים מזינים ממזון מעוכל. זוהי דוגמה מצוינת לצורה התואמת את הפונקציה של מבנה.
לאנשים הסובלים ממחלת צליאק יש תגובה חיסונית לגלוטן, שהוא חלבון המצוי בחיטה, שעורה ושיפון. התגובה החיסונית פוגעת במיקרוווילי, ולכן אנשים נגועים אינם יכולים לספוג חומרים מזינים. זה מוביל לתת תזונה, התכווצויות ושלשולים. חולים הסובלים ממחלת צליאק חייבים להקפיד על תזונה ללא גלוטן.
הציטופלזמה
הציטופלזמה כוללת את תכולת התא בין קרום הפלזמה למעטפת הגרעינית (מבנה שיידון בקרוב). הוא מורכב מאברונים התלויים בציטוזול דמוי ג'ל, בשלד הציטוס ובכימיקלים שונים (איור). \(\PageIndex{1}\) למרות שהציטופלזמה מורכבת מ -70 עד 80 אחוז מים, יש לה עקביות חצי מוצקה, שמגיעה מהחלבונים שבתוכה. עם זאת, חלבונים אינם המולקולות האורגניות היחידות שנמצאות בציטופלזמה. גלוקוז וסוכרים פשוטים אחרים, פוליסכרידים, חומצות אמינו, חומצות גרעין, חומצות שומן ונגזרות של גליצרול נמצאים גם שם. יונים של נתרן, אשלגן, סידן ואלמנטים רבים אחרים מומסים גם בציטופלזמה. תגובות מטבוליות רבות, כולל סינתזת חלבון, מתרחשות בציטופלזמה.
שלד הציטוס
אם היית מסיר את כל האברונים מתא, האם קרום הפלזמה והציטופלזמה יהיו המרכיבים היחידים שנותרו? לא. בתוך הציטופלזמה, עדיין יהיו יונים ומולקולות אורגניות, בתוספת רשת של סיבי חלבון המסייעת לשמור על צורת התא, מאבטחת אברונים מסוימים במיקומים ספציפיים, מאפשרת לציטופלזמה ולשלפוחיות לנוע בתוך התא ומאפשרת לאורגניזמים חד-תאיים לנוע באופן עצמאי. באופן קולקטיבי, רשת זו של סיבי חלבון ידועה בשם שלד הציטוס. ישנם שלושה סוגים של סיבים בתוך השלד: מיקרופילמנטים, הידועים גם בשם חוטי אקטין, חוטי ביניים ומיקרוטובולים (איור). \(\PageIndex{3}\)
מיקרופילמנטים הם הדקים ביותר מבין הסיבים הציטוסקלטליים ומתפקדים ברכיבים תאיים נעים, למשל, במהלך חלוקת התא. הם גם שומרים על מבנה המיקרווילי, הקיפול הנרחב של קרום הפלזמה המצוי בתאים המוקדשים לספיגה. רכיבים אלה נפוצים גם בתאי שריר ואחראים להתכווצות תאי השריר. חוטי ביניים הם בקוטר ביניים ובעלי פונקציות מבניות, כמו שמירה על צורת התא ועיגון אברונים. קרטין, התרכובת המחזקת שיער וציפורניים, מהווה סוג אחד של נימה ביניים. מיקרו-צינורות הם העבים ביותר מבין סיבי הציטוס -שלד. אלה צינורות חלולים שיכולים להתמוסס ולהתחדש במהירות. מיקרוטובולים מנחים את תנועת האברונים והם המבנים המושכים כרומוזומים לקטבים שלהם במהלך חלוקת התא. הם גם המרכיבים המבניים של flagella ו cilia. ב cilia ו flagella, המיקרוטובולים מאורגנים כמעגל של תשעה מיקרוטובולים כפולים מבחוץ ושני מיקרו-צינורות במרכז.
הצנטרוזום הוא אזור ליד גרעין תאי בעלי החיים המתפקד כמרכז מארגן מיקרו-צינורות. הוא מכיל זוג צנטריולים, שני מבנים הנמצאים בניצב זה לזה. כל צנטריול הוא גליל של תשע שלישיות של מיקרוטובולים.
הצנטרוזום משכפל את עצמו לפני שהתא מתחלק, והצנטריולים ממלאים תפקיד במשיכת הכרומוזומים המשוכפלים לקצוות מנוגדים של התא המפריד. עם זאת, תפקידם המדויק של הצנטריולים בחלוקת התאים אינו ברור, מכיוון שתאים שהוסרו להם הצנטריולים עדיין יכולים להתחלק, ותאי צמחים, חסרי צנטריולים, מסוגלים לחלוקת תאים.
פלאגלה וסיליה
Flagella (יחיד = flagellum) הם מבנים ארוכים דמויי שיער המשתרעים מממברנת הפלזמה ומשמשים להזזת תא שלם, (למשל, זרע, יוגלנה). כאשר הוא קיים, לתא יש רק דגל אחד או כמה דגלים. עם זאת, כאשר cilia (יחיד = cilium) קיימים, הם רבים במספרם ומשתרעים לאורך כל פני קרום הפלזמה. הם מבנים קצרים דמויי שיער המשמשים להזזת תאים שלמים (כגון פרמציום) או הזזת חומרים לאורך פני השטח החיצוניים של התא (למשל, ריסים של תאים המצפים את החצוצרות המניעות את הביצית לכיוון הרחם, או ריסים המצפים את תאי דרכי הנשימה המניעים חומר חלקיקי לכיוון הגרון שהריר לכד).
מערכת האנדוממברנה
מערכת האנדוממברנה (אנדו = בפנים) היא קבוצה של ממברנות ואברונים (איור\(\PageIndex{3}\)) בתאים אוקריוטיים הפועלים יחד כדי לשנות, לארוז ולהעביר שומנים וחלבונים. הוא כולל את המעטפת הגרעינית, הליזוזומים והשלפוחיות, הרטיקולום האנדופלזמי ומנגנון גולגי, אותם נעסוק בקרוב. למרות שלא מבחינה טכנית בתוך התא, קרום הפלזמה נכלל במערכת האנדוממברנה מכיוון שכפי שתראו, הוא מקיים אינטראקציה עם שאר האברונים האנדוממברניים.
הגרעין
בדרך כלל, הגרעין הוא האברון הבולט ביותר בתא (איור\(\PageIndex{1}\)). הגרעין (רבים = גרעינים) מכיל את ה- DNA של התא בצורה של כרומטין ומכוון את הסינתזה של ריבוזומים וחלבונים. תן לנו להסתכל על זה בפירוט רב יותר (איור\(\PageIndex{4}\)).
המעטפת הגרעינית היא מבנה ממברנה כפולה המהווה את החלק החיצוני ביותר של הגרעין (איור\(\PageIndex{4}\)). הממברנות הפנימיות והחיצוניות של המעטפת הגרעינית הן דו-שכבות פוספוליפידים.
המעטפת הגרעינית מנוקדת בנקבוביות השולטות במעבר של יונים, מולקולות ו- RNA בין הנוקלאופלזמה לציטופלזמה.
כדי להבין את הכרומטין, כדאי לשקול תחילה כרומוזומים. כרומוזומים הם מבנים בתוך הגרעין המורכבים מ- DNA, החומר התורשתי וחלבונים. שילוב זה של DNA וחלבונים נקרא כרומטין. באיקריוטים, כרומוזומים הם מבנים ליניאריים. לכל מין יש מספר מסוים של כרומוזומים בגרעין תאי גופו. לדוגמה, בבני אדם, מספר הכרומוזומים הוא 46, ואילו בזבובי פירות, מספר הכרומוזומים הוא שמונה.
הכרומוזומים נראים ומובחנים זה מזה רק כאשר התא מתכונן להתחלק. כאשר התא נמצא בשלבי גדילה ותחזוקה של מחזור חייו, הכרומוזומים דומים לחבורת חוטים לא מפותלת ומבולבלת.
אנו כבר יודעים שהגרעין מכוון את הסינתזה של הריבוזומים, אך כיצד הוא עושה זאת? בחלק מהכרומוזומים יש קטעי DNA המקודדים ל- RNA ריבוזומלי. אזור מכתים כהה בתוך הגרעין, הנקרא הגרעין (רבים = נוקלאולי), צובר את ה- RNA הריבוזומלי עם חלבונים קשורים להרכבת יחידות המשנה הריבוזומליות המועברות לאחר מכן דרך הנקבוביות הגרעיניות לתוך הציטופלזמה.
הרטיקולום האנדופלזמי
הרטיקולום האנדופלזמי (ER) (איור\(\PageIndex{7}\)) הוא סדרה של צינוריות ממברנות המחוברות זו לזו שמשנות חלבונים ביחד ומסנתזות שומנים. עם זאת, שתי פונקציות אלה מבוצעות באזורים נפרדים של הרטיקולום האנדופלזמי: הרטיקולום האנדופלזמי המחוספס והרטיקולום האנדופלזמי החלק, בהתאמה.
החלק החלול של צינורות ה-ER נקרא לומן או חלל בור מים. הממברנה של ה-ER, שהיא דו-שכבה פוספוליפידית המוטמעת בחלבונים, רציפה עם המעטפת הגרעינית.
הרטיקולום האנדופלזמי המחוספס (RER) נקרא כך מכיוון שהריבוזומים המחוברים למשטח הציטופלזמי שלו מעניקים לו מראה משובץ במבט דרך מיקרוסקופ אלקטרונים.
הריבוזומים מסנתזים חלבונים כשהם מחוברים ל-ER, וכתוצאה מכך העברת החלבונים החדשים שלהם לתוך לומן ה-RER שם הם עוברים שינויים כגון קיפול או תוספת של סוכרים. ה- RER מייצר גם פוספוליפידים לממברנות התא.
אם הפוספוליפידים או החלבונים שהשתנו אינם מיועדים להישאר ב- RER, הם ייארזו בתוך שלפוחיות ויועברו מה- RER על ידי ניצנים מהממברנה (איור\(\PageIndex{7}\)). מכיוון שה- RER עוסק בשינוי חלבונים שיופרשו מהתא, הוא נמצא בשפע בתאים המפרישים חלבונים, כמו הכבד.
הרטיקולום האנדופלזמי החלק (SER) רציף עם ה- RER אך יש לו מעט ריבוזומים או ללא ריבוזומים על פני השטח הציטופלזמיים שלו (ראה איור). \(\PageIndex{1}\) תפקידי ה- SER כוללים סינתזה של פחמימות, ליפידים (כולל פוספוליפידים) והורמונים סטרואידים; ניקוי רעלים של תרופות ורעלים; מטבוליזם של אלכוהול; ואחסון יוני סידן.
מנגנון גולגי
כבר הזכרנו כי שלפוחיות יכולות לצוץ מהמיון, אבל לאן הולכות השלפוחיות? לפני שהם מגיעים ליעדם הסופי, יש למיין, לארוז ולתייג את השומנים או החלבונים בתוך שלפוחיות ההובלה כך שיגיעו למקום הנכון. המיון, התיוג, האריזה וההפצה של שומנים וחלבונים מתרחשים במנגנון גולגי (נקרא גם גוף גולגי), סדרה של שקים קרומיים שטוחים (איור). \(\PageIndex{5}\)
למנגנון גולגי יש פנים קולטות ליד הרשת האנדופלזמית ופנים משחררות בצד הרחק מה-ER, לכיוון קרום התא. שלפוחיות ההובלה הנוצרות מה- ER נוסעות אל הפנים הקולטות, מתמזגות איתן ומרוקנות את תכולתן לתוך לומן של מנגנון גולגי. כאשר החלבונים והשומנים עוברים דרך הגולגי, הם עוברים שינויים נוספים. השינוי השכיח ביותר הוא תוספת של שרשראות קצרות של מולקולות סוכר. החלבונים והשומנים החדשים מתויגים לאחר מכן בקבוצות מולקולריות קטנות כדי לאפשר לנתב אותם ליעדים הנכונים שלהם.
לבסוף, החלבונים המתויגים והמתויגים ארוזים לתוך שלפוחיות הניצבות מהפנים הנגדיות של הגולגי. בעוד שחלק מהשלפוחיות הללו, מובילות שלפוחיות, מפקידות את תכולתן לחלקים אחרים של התא שבהם ישמשו אותם, אחרים, שלפוחיות הפרשה, מתמזגים עם קרום הפלזמה ומשחררים את תוכנם מחוץ לתא.
כמות הגולגי בסוגי תאים שונים ממחישה שוב שהצורה עוקבת אחר התפקוד בתוך התאים. לתאים העוסקים בפעילות הפרשה רבה (כגון תאים של בלוטות הרוק המפרישים אנזימי עיכול או תאים של מערכת החיסון המפרישים נוגדנים) יש מספר רב של גולגי.
בתאי צמחים יש לגולגי תפקיד נוסף של סינתזה של פוליסכרידים, שחלקם משולבים בדופן התא וחלקם משמשים בחלקים אחרים של התא.
ליזוזומים
בתאי בעלי חיים, הליזוזומים הם "פינוי האשפה" של התא. אנזימי עיכול בתוך הליזוזומים מסייעים בפירוק חלבונים, פוליסכרידים, שומנים, חומצות גרעין ואפילו אברונים שחוקים. באאוקריוטים חד תאיים, הליזוזומים חשובים לעיכול המזון שהם בולעים ולמיחזור האברונים. אנזימים אלה פעילים ב- pH נמוך בהרבה (חומצי יותר) מאלו הנמצאים בציטופלזמה. תגובות רבות המתרחשות בציטופלזמה לא יכלו להתרחש ב-pH נמוך, ולכן ניכר היתרון של מידור התא האוקריוטי לאברונים.
ליזוזומים משתמשים גם באנזימים ההידרוליטיים שלהם כדי להשמיד אורגניזמים הגורמים למחלות שעלולים להיכנס לתא. דוגמה טובה לכך מתרחשת בקבוצה של תאי דם לבנים הנקראים מקרופאגים, שהם חלק ממערכת החיסון של גופך. בתהליך המכונה פגוציטוזיס, קטע מממברנת הפלזמה של המקרופאג פולש (מתקפל פנימה) ובולע פתוגן. החלק הפולש, עם הפתוגן בפנים, צובט את עצמו מממברנת הפלזמה והופך לשלפוחית. השלפוחית מתמזגת עם ליזוזום. האנזימים ההידרוליטיים של הליזוזום הורסים את הפתוגן (איור). \(\PageIndex{6}\)
שלפוחיות ואקואולים
שלפוחיות ו-vacuoles הם שקים הקשורים לממברנה המתפקדים באחסון והובלה. Vacuoles הם קצת יותר גדולים מאשר שלפוחיות, ואת הממברנה של vacuole אינו מתמזג עם ממברנות של רכיבים תאיים אחרים. שלפוחיות יכולות להתמזג עם ממברנות אחרות בתוך מערכת התא. בנוסף, אנזימים בתוך ואקואולים צמחיים יכולים לפרק מקרומולקולות.
חיבור אמנות
מדוע פני ה-cis של הגולגי אינם פונים לממברנת הפלזמה?
ריבוזומים
ריבוזומים הם המבנים התאיים האחראים לסינתזת החלבון. במבט דרך מיקרוסקופ אלקטרונים, ריבוזומים חופשיים מופיעים כאשכולות או כנקודות זעירות בודדות הצפות בחופשיות בציטופלזמה. ריבוזומים עשויים להיות מחוברים לצד הציטופלזמי של קרום הפלזמה או לצד הציטופלזמי של הרשת האנדופלזמית (איור). \(\PageIndex{7}\) מיקרוסקופ אלקטרונים הראה כי ריבוזומים מורכבים מיחידות משנה גדולות וקטנות. ריבוזומים הם מתחמי אנזים האחראים על סינתזת החלבון.
מכיוון שסינתזת חלבון חיונית לכל התאים, הריבוזומים נמצאים כמעט בכל תא, אם כי הם קטנים יותר בתאים פרוקריוטים. הם נפוצים במיוחד בתאי דם אדומים לא בשלים לסינתזה של המוגלובין, המתפקד בהובלת חמצן בגוף.
מיטוכונדריה
מיטוכונדריה (יחיד = מיטוכונדריון) נקראות לעתים קרובות "תחנות הכוח" או "מפעלי האנרגיה" של תא מכיוון שהם אחראים לייצור אדנוסין טריפוספט (ATP), המולקולה העיקרית נושאת האנרגיה של התא. היווצרות ATP מפירוק הגלוקוז ידועה בשם נשימה תאית. מיטוכונדריה הן אברונים בעלי קרום כפול בצורת אליפסה (איור\(\PageIndex{8}\)) שיש להם ריבוזומים ו-DNA משלהם. כל ממברנה היא דו שכבה פוספוליפידית המוטמעת בחלבונים. בשכבה הפנימית יש קפלים הנקראים cristae, המגדילים את שטח הפנים של הממברנה הפנימית. האזור המוקף בקפלים נקרא המטריצה המיטוכונדריאלית. ל-cristae ולמטריקס יש תפקידים שונים בנשימה התאית.
בהתאם לנושא הצורה שלנו בעקבות התפקוד, חשוב לציין שלתאי שריר יש ריכוז גבוה מאוד של מיטוכונדריה מכיוון שתאי השריר זקוקים לאנרגיה רבה כדי להתכווץ.
פרוקסיזומים
פרוקסיזומים הם אברונים קטנים ועגולים המוקפים בממברנות בודדות. הם מבצעים תגובות חמצון המפרקות חומצות שומן וחומצות אמינו. הם גם מסלקים רעלים רבים שעלולים להיכנס לגוף. אלכוהול מסלק רעלים על ידי פרוקסיזומים בתאי הכבד. תוצר לוואי של תגובות חמצון אלו הוא מי חמצן, H 2 O 2, הכלול בתוך הפרוקסיזומים כדי למנוע מהכימיקל לגרום נזק לרכיבים התאיים מחוץ לאברון. מי חמצן מתפרקים בבטחה על ידי אנזימים פרוקסיזומליים למים וחמצן.
תאי בעלי חיים מול תאי צמחים
למרות הדמיון הבסיסי שלהם, ישנם כמה הבדלים בולטים בין תאי בעלי חיים וצמחים (ראה טבלה\(\PageIndex{1}\)). לתאי בעלי חיים יש צנטריולים, צנטרוזומים (שנדונו תחת השלד) וליזוזומים, ואילו לתאי צמחים אין. לתאי צמחים יש דופן תא, כלורופלסטים, פלסמודסמטה ופלסטידים המשמשים לאחסון, ו-vacuole מרכזי גדול, ואילו לתאי בעלי חיים אין.
קיר התא
באיור \(\PageIndex{1}\) ב ', התרשים של תא צמחי, אתה רואה מבנה חיצוני לקרום הפלזמה הנקרא דופן התא. דופן התא היא כיסוי קשיח המגן על התא, מספק תמיכה מבנית ונותן צורה לתא. לתאים פטרייתיים ופרוטיסטים יש גם דפנות תאים.
בעוד שהמרכיב העיקרי בדפנות התא הפרוקריוטיות הוא פפטידוגליקן, המולקולה האורגנית העיקרית בדופן התא הצמחי היא תאית, פוליסכריד המורכב משרשראות ארוכות וישרות של יחידות גלוקוז. כאשר מידע תזונתי מתייחס לסיבים תזונתיים, הוא מתייחס לתכולת התאית של המזון.
כלורופלסטים
בדומה למיטוכונדריה, גם לכלורופלסטים יש DNA וריבוזומים משלהם. כלורופלסטים מתפקדים בפוטוסינתזה וניתן למצוא אותם בתאים אוקריוטיים כמו צמחים ואצות. בפוטוסינתזה משתמשים בפחמן דו חמצני, מים ואנרגיית אור לייצור גלוקוז וחמצן. זהו ההבדל העיקרי בין צמחים לבעלי חיים: צמחים (אוטוטרופים) מסוגלים לייצר מזון בעצמם, כמו גלוקוז, בעוד שבעלי חיים (הטרוטרופים) חייבים להסתמך על אורגניזמים אחרים עבור התרכובות האורגניות שלהם או מקור המזון שלהם.
בדומה למיטוכונדריה, לכלורופלסטים יש ממברנות חיצוניות ופנימיות, אך בתוך החלל המוקף בקרום הפנימי של כלורופלסט יש קבוצה של שקי קרום מחוברים ומוערמים ומלאי נוזלים הנקראים תילקואידים (איור). \(\PageIndex{9}\) כל ערימה של תילקואידים נקראת גרנום (רבים = גרנה). הנוזל המוקף על ידי הממברנה הפנימית ומקיף את הגרנה נקרא סטרומה.
הכלורופלסטים מכילים פיגמנט ירוק הנקרא כלורופיל, הלוכד את אנרגיית אור השמש לפוטוסינתזה. בדומה לתאי צמחים, גם לפרוטיסטים פוטוסינתטיים יש כלורופלסטים. חלק מהחיידקים מבצעים גם פוטוסינתזה, אך אין להם כלורופלסטים. הפיגמנטים הפוטוסינתטיים שלהם ממוקמים בקרום התילקואיד בתוך התא עצמו.
אבולוציה בפעולה: אנדוסימביוזה
הזכרנו שגם המיטוכונדריה וגם הכלורופלסטים מכילים DNA וריבוזומים. האם תהית מדוע? עדויות חזקות מצביעות על אנדוסימביוזה כהסבר.
סימביוזה היא מערכת יחסים שבה אורגניזמים משני מינים נפרדים חיים בקשר הדוק ובדרך כלל מציגים התאמות ספציפיות זה לזה. אנדוסימביוזה (אנדו- = בתוך) היא מערכת יחסים שבה אורגניזם אחד חי בתוך השני. מערכות יחסים אנדוסימביוטיות שופעות בטבע. חיידקים המייצרים ויטמין K חיים בתוך המעיים האנושיים. מערכת יחסים זו מועילה לנו כי אנחנו לא מסוגלים לסנתז ויטמין K. זה גם מועיל עבור חיידקים כי הם מוגנים מפני אורגניזמים אחרים מסופקים בית גידול יציב מזון בשפע על ידי חיים בתוך המעי הגס.
מדענים הבחינו זה מכבר שחיידקים, מיטוכונדריה וכלורופלסטים דומים בגודלם. אנו גם יודעים שלמיטוכונדריה ולכלורופלסטים יש DNA וריבוזומים, בדיוק כמו לחיידקים. מדענים מאמינים שתאי מארח וחיידקים יצרו מערכת יחסים אנדוסימביוטית מועילה הדדית כאשר התאים המארחים בלעו חיידקים אירוביים וציאנובקטריה אך לא הרסו אותם. באמצעות האבולוציה, החיידקים הנבלעים הללו התמחו יותר בתפקודיהם, כאשר החיידקים האירוביים הפכו למיטוכונדריה והחיידקים הפוטוסינתטיים הפכו לכלורופלסטים.
הוואקום המרכזי
בעבר, הזכרנו vacuoles כמרכיבים חיוניים של תאים צמחיים. אם תסתכל על איור\(\PageIndex{1}\), תראה שלכל אחד מתאי הצמח יש ואקום גדול ומרכזי שתופס את רוב התא. הוואקום המרכזי ממלא תפקיד מפתח בוויסות ריכוז המים של התא בתנאי סביבה משתנים. בתאי צמחים, הנוזל בתוך הוואקום המרכזי מספק לחץ טורגור, שהוא הלחץ החיצוני הנגרם על ידי הנוזל שבתוך התא. האם שמתם לב פעם שאם תשכחו להשקות צמח לכמה ימים, הוא נבול? הסיבה לכך היא שככל שריכוז המים באדמה הופך נמוך מריכוז המים בצמח, המים זזים החוצה מהוואקואולים המרכזיים והציטופלזמה ואל האדמה. כאשר הוואקום המרכזי מתכווץ, הוא משאיר את דופן התא ללא תמיכה. אובדן תמיכה זה לדפנות התא של הצמח מביא למראה הנבול. בנוסף, לנוזל זה יש טעם מר מאוד, מה שמרתיע את הצריכה על ידי חרקים ובעלי חיים. הוואקום המרכזי מתפקד גם לאחסון חלבונים בתאי זרע מתפתחים.
מטריצה חוץ-תאית של תאי בעלי חיים
רוב תאי בעלי החיים משחררים חומרים לחלל החוץ תאי. המרכיבים העיקריים של חומרים אלה הם גליקופרוטאינים וחלבון קולגן. ביחד, חומרים אלה נקראים המטריצה החוץ -תאית (איור\(\PageIndex{10}\)). לא רק שהמטריצה החוץ -תאית מחזיקה את התאים יחד ליצירת רקמה, אלא היא גם מאפשרת לתאים בתוך הרקמה לתקשר זה עם זה.
קרישת דם מספקת דוגמה לתפקיד המטריצה החוץ תאית בתקשורת תאים. כאשר התאים המצפים כלי דם נפגעים, הם מציגים קולטן חלבון הנקרא גורם רקמה. כאשר גורם הרקמה נקשר לגורם נוסף במטריצה החוץ -תאית, הוא גורם לטסיות להיצמד לדופן כלי הדם הפגוע, מגרה את תאי השריר החלקים הסמוכים בכלי הדם להתכווץ (ובכך לכווץ את כלי הדם), ויוזם סדרה של צעדים המגרים את הטסיות לייצר גורמי קרישה.
צמתים בין תאיים
תאים יכולים גם לתקשר זה עם זה על ידי מגע ישיר, המכונה צמתים בין תאיים. ישנם כמה הבדלים בדרכים שבהן תאים צמחיים ובעלי חיים עושים זאת. Plasmodesmata (יחיד = פלסמודסמה) הם צמתים בין תאי צמחים, ואילו מגעים של תאי בעלי חיים כוללים צמתים הדוקים ומרווחים ודסמוזומים.
באופן כללי, קטעים ארוכים של ממברנות הפלזמה של תאי צמחים שכנים אינם יכולים לגעת זה בזה מכיוון שהם מופרדים על ידי דפנות התא המקיפות כל תא. Plasmodesmata הם ערוצים רבים העוברים בין דפנות התא של תאי צמחים סמוכים, המחברים את הציטופלזמה שלהם ומאפשרים העברת מולקולות אותות וחומרים מזינים מתא לתא (איור א). \(\PageIndex{11}\)
צומת הדוק הוא חותם אטום למים בין שני תאי בעלי חיים סמוכים (איור \(\PageIndex{11}\) ב). חלבונים מחזיקים את התאים בחוזקה אחד נגד השני. הדבקה הדוקה זו מונעת דליפת חומרים בין התאים. צמתים הדוקים נמצאים בדרך כלל ברקמת האפיתל המצפה איברים וחללים פנימיים, ומרכיבה את רוב העור. לדוגמה, הצמתים ההדוקים של תאי האפיתל המצפים את שלפוחית השתן מונעים דליפת שתן לחלל החוץ תאי.
כמו כן, נמצאים רק בתאי בעלי חיים דסמוזומים, הפועלים כמו ריתוכים נקודתיים בין תאי אפיתל סמוכים (איור \(\PageIndex{11}\) ג). הם שומרים תאים יחד במבנה דמוי סדין באיברים ורקמות הנמתחים, כמו העור, הלב והשרירים.
צומת פערים בתאי בעלי חיים הם כמו פלסמודסמטה בתאי צמחים בכך שהם תעלות בין תאים סמוכים המאפשרים הובלה של יונים, חומרים מזינים וחומרים אחרים המאפשרים לתאים לתקשר (איור ד). \(\PageIndex{11}\) אולם מבחינה מבנית, צומת פערים ופלסמודסמטה שונים זה מזה.
רכיב תא | פונקציה | קיים בפרוקריוטים? | קיים בתאי בעלי חיים? | קיים בתאי צמחים? |
---|---|---|---|---|
קרום פלזמה | מפריד בין התא לסביבה החיצונית; שולט במעבר של מולקולות אורגניות, יונים, מים, חמצן ופסולת לתא ומחוצה לו | הן | הן | הן |
ציטופלזמה | מספק מבנה לתא; אתר של תגובות מטבוליות רבות; מדיום בו נמצאים אברונים | הן | הן | הן |
נוקלואיד | מיקום ה- DNA | הן | לא | לא |
גרעין | אברון תאים המאכלס DNA ומכוון סינתזה של ריבוזומים וחלבונים | לא | הן | הן |
ריבוזומים | סינתזת חלבון | הן | הן | הן |
מיטוכונדריה | ייצור ATP/נשימה תאית | לא | הן | הן |
פרוקסיזומים | מחמצן ומפרק חומצות שומן וחומצות אמינו, ומנקה רעלים | לא | הן | הן |
שלפוחיות ואקואולים | אחסון והובלה; תפקוד העיכול בתאי הצמח | לא | הן | הן |
צנטרוזום | תפקיד לא מוגדר בחלוקת תאים בתאי בעלי חיים; מרכז ארגון המיקרוטובולים בתאי בעלי חיים | לא | הן | לא |
ליזוזומים | עיכול מקרומולקולות; מיחזור אברונים שחוקים | לא | הן | לא |
דופן התא | הגנה, תמיכה מבנית ותחזוקה של צורת התא | כן, בעיקר פפטידוגליקן בחיידקים אך לא בארכאה | לא | כן, בעיקר תאית |
כלורופלסטים | פוטוסינתזה | לא | לא | הן |
רטיקולום אנדופלזמי | משנה חלבונים ומסנתז שומנים | לא | הן | הן |
מנגנון גולגי | משנה, ממיין, מתייג, אורז ומפיץ שומנים וחלבונים | לא | הן | הן |
שלד | שומר על צורת התא, מאבטח אברונים במיקומים ספציפיים, מאפשר לציטופלזמה ולשלפוחיות לנוע בתוך התא ומאפשר לאורגניזמים חד-תאיים לנוע באופן עצמאי | הן | הן | הן |
פלאגלה | תנועה סלולרית | חלק | חלק | לא, למעט זרע צמחי כלשהו |
סיליה | תנועה סלולרית, תנועת חלקיקים לאורך המשטח החוץ -תאי של קרום הפלזמה וסינון | לא | חלק | לא |
סיכום
כמו תא פרוקריוטי, לתא אוקריוטי יש קרום פלזמה, ציטופלזמה וריבוזומים, אך תא אוקריוטי בדרך כלל גדול יותר מתא פרוקריוטי, יש לו גרעין אמיתי (כלומר ה-DNA שלו מוקף בממברנה), ויש לו קרום אחר- אברונים הקשורים המאפשרים מידור של פונקציות. קרום הפלזמה הוא דו שכבה פוספוליפידית המוטמעת בחלבונים. הגרעין בתוך הגרעין הוא האתר להרכבת ריבוזומים. ריבוזומים נמצאים בציטופלזמה או מחוברים לצד הציטופלזמי של קרום הפלזמה או הרשת האנדופלזמית. הם מבצעים סינתזת חלבון. המיטוכונדריה מבצעות נשימה תאית ומייצרות ATP. פרוקסיזומים מפרקים חומצות שומן, חומצות אמינו וכמה רעלים. שלפוחיות ו-vacuoles הם תאי אחסון והובלה. בתאי צמחים, ואקואולים עוזרים גם בפירוק מקרומולקולות.
לתאי בעלי חיים יש גם צנטרוזום וליזוזומים. לצנטרוזום שני גופים, הצנטריולים, עם תפקיד לא ידוע בחלוקת התא. ליזוזומים הם אברוני העיכול של תאי בעלי חיים.
לתאי הצמח יש דופן תא, כלורופלסטים ו-vacuole מרכזי. דופן התא הצמחי, שמרכיבו העיקרי הוא תאית, מגן על התא, מספק תמיכה מבנית ומעניק צורה לתא. פוטוסינתזה מתרחשת בכלורופלסטים. הוואקום המרכזי מתרחב, מגדיל את התא ללא צורך לייצר יותר ציטופלזמה.
מערכת האנדוממברנה כוללת את המעטפת הגרעינית, הרטיקולום האנדופלזמי, מנגנון גולגי, ליזוזומים, שלפוחיות וכן את קרום הפלזמה. רכיבים סלולריים אלה פועלים יחד כדי לשנות, לארוז, לתייג ולהעביר שומנים וחלבונים ממברנה.
לשלד הציטוס שלושה סוגים שונים של יסודות חלבון. מיקרופילמנטים מספקים קשיחות וצורה לתא, ומקלים על תנועות תאיות. חוטי ביניים נושאים מתח ומעגנים את הגרעין ואברונים אחרים במקום. מיקרוטובולים עוזרים לתא להתנגד לדחיסה, משמשים מסלולים לחלבונים מוטוריים המעבירים שלפוחיות דרך התא, ומושכים כרומוזומים משוכפלים לקצוות מנוגדים של תא מתחלק. הם גם האלמנטים המבניים של צנטריולים, דגלים וסיליה.
תאי בעלי חיים מתקשרים דרך המטריצות החוץ-תאיות שלהם ומחוברים זה לזה על ידי צמתים הדוקים, דסמוזומים וצמתים מרווחים. תאי צמחים מחוברים ומתקשרים זה עם זה על ידי plasmodesmata.
חיבורי אמנות
איור\(\PageIndex{1}\): אילו מבנים יש לתא צמחי שאין לתא בעל חיים? אילו מבנים יש לתא חיה שאין לתא צמחי?
- תשובה
-
לתאי הצמח יש פלסמודסמטה, דופן תא, ואקום מרכזי גדול, כלורופלסטים ופלסטידים. לתאי בעלי חיים יש ליזוזומים וצנטרוזומים.
איור\(\PageIndex{7}\): מדוע פני ה-cis של הגולגי אינם פונים לממברנת הפלזמה?
- תשובה
-
כי הפנים האלה מקבלים כימיקלים מהמיון, שנמצא לכיוון מרכז התא.
רשימת מילים
- דופן התא
- כיסוי תא קשיח העשוי מתאית בצמחים, פפטידוגליקן בחיידקים, תרכובות שאינן פפטידוגליקן בארכאה, וכיטין בפטריות המגן על התא, מספק תמיכה מבנית ונותן צורה לתא
- ואקום מרכזי
- אברון תא צמחי גדול הפועל כתא אחסון, מאגר מים ואתר של פירוק מקרומולקולה
- כלורופלסט
- אברון תא צמחי המבצע פוטוסינתזה
- סיליום
- (רבים: cilia) מבנה קצר דמוי שיער המשתרע מממברנת הפלזמה במספרים גדולים ומשמש להזזת תא שלם או להעברת חומרים לאורך פני השטח החיצוניים של התא
- ציטופלזמה
- כל האזור שבין קרום הפלזמה למעטפת הגרעינית, המורכב מאברונים התלויים בציטוזול דמוי ג'ל, שלד הציטוס וכימיקלים שונים
- שלד
- רשת סיבי החלבון השומרת ביחד על צורת התא, מאבטחת כמה אברונים במיקומים ספציפיים, מאפשרת לציטופלזמה ולשלפוחיות לנוע בתוך התא ומאפשרת לאורגניזמים חד-תאיים לנוע
- ציטוזול
- החומר דמוי הג'ל של הציטופלזמה שבה מושעים מבני התא
- דסמוזום
- קישור בין תאי אפיתל סמוכים שנוצר כאשר קדרינים בקרום הפלזמה מתחברים לחוטים ביניים
- מערכת אנדוממברנה
- קבוצת האברונים והממברנות בתאים אוקריוטיים הפועלים יחד לשינוי, אריזה והובלת שומנים וחלבונים
- רטיקולום אנדופלזמי (ER)
- סדרה של מבנים קרומיים מחוברים זה לזה בתוך תאים אוקריוטיים המשנים יחד חלבונים ומסנתזים שומנים
- מטריצה חוץ תאית
- החומר, בעיקר קולגן, גליקופרוטאינים ופרוטאוגליקנים, המופרש מתאי בעלי חיים המחזיקים תאים יחד כרקמה, מאפשר לתאים לתקשר זה עם זה ומספק הגנה ועיגון מכני לתאים ברקמה
- דגלום
- (רבים: flagella) המבנה הארוך דמוי השיער המשתרע מממברנת הפלזמה ומשמש להזזת התא
- צומת פער
- תעלה בין שני תאי בעלי חיים סמוכים המאפשרת ליונים, חומרים מזינים וחומרים אחרים בעלי משקל מולקולרי נמוך לעבור בין התאים, מה שמאפשר לתאים לתקשר
- מנגנון גולגי
- אברון אוקריוטי המורכב מסדרה של ממברנות מוערמות הממיין, מתייג ואורז שומנים וחלבונים להפצה
- ליזוזום
- אברון בתא בעל חיים המתפקד כמרכיב העיכול של התא; הוא מפרק חלבונים, פוליסכרידים, שומנים, חומצות גרעין ואפילו אברונים שחוקים
- מיטוכונדריה
- (יחיד: מיטוכונדריון) האברונים התאיים האחראים לביצוע הנשימה התאית, וכתוצאה מכך ייצור ATP, המולקולה העיקרית נושאת האנרגיה של התא
- מעטפת גרעינית
- מבנה הממברנה הכפולה המהווה את החלק החיצוני ביותר של הגרעין
- נוקלאולוס
- הגוף המכתים כהה בתוך הגרעין שאחראי על הרכבת יחידות משנה ריבוזומליות
- גרעין
- אברון התא המאכלס את ה- DNA של התא ומכוון את הסינתזה של ריבוזומים וחלבונים
- פרוקסיזום
- אברון קטן ועגול המכיל מי חמצן, מחמצן חומצות שומן וחומצות אמינו ומנקה רעלים רבים
- קרום פלזמה
- דו שכבה פוספוליפידית עם חלבונים משובצים (אינטגרליים) או מחוברים (היקפיים) המפרידה בין התוכן הפנימי של התא לסביבתו הסובבת
- פלסמודסמה
- (רבים: plasmodesmata) תעלה העוברת בין דפנות התא של תאי צמחים סמוכים, מחברת את הציטופלזמה שלהם ומאפשרת העברת חומרים מתא לתא
- ריבוזום
- מבנה תאי שמבצע סינתזת חלבון
- רטיקולום אנדופלזמי מחוספס (RER)
- אזור הרטיקולום האנדופלזמי המשובץ בריבוזומים ועוסק בשינוי חלבון
- רטיקולום אנדופלזמי חלק (SER)
- אזור הרשת האנדופלזמית שיש לו מעט או ללא ריבוזומים על פני השטח הציטופלזמיים שלו ומסנתז פחמימות, שומנים והורמונים סטרואידים; מסלק רעלים מכימיקלים כמו חומרי הדברה, חומרים משמרים, תרופות ומזהמים סביבתיים, ומאחסן יוני סידן
- צומת הדוק
- חותם יציב בין שני תאי בעלי חיים סמוכים שנוצרו על ידי היצמדות חלבון
- ואקום
- שק קשור לממברנה, גדול במקצת משלפוחית, המתפקד באחסון והובלה סלולריים
- שלפוחית
- שק קטן וקשור לממברנה המתפקד באחסון והובלה תאית; הממברנה שלו מסוגלת להתמזג עם קרום הפלזמה והקרומים של הרשת האנדופלזמית ומנגנון גולגי