ביולוגיה מולקולרית היא מדע הבנת הטבע, תופעת החיים, על ידי חקר עצמים ביולוגיים ברמה המולקולרית.

מאפיין ייחודי של MB הוא חקר תופעות החיים על אורגניזמים דוממים או פרימיטיביים, חקר ממברנות תאים, וירוסים, בקטריופאג'ים, המבנה והתפקודים של ביופולימרים (חלבונים, שומנים, חומצות גרעין). ביולוגיה מולקולרית היא כבת 50 שנה, מבוססת על גבול הביוכימיה, הביופיסיקה והפיזיולוגיה. MB נוסדה באפריל 1953 כאשר קריק ו-ווטסון כתבו מאמר ב-Nature המציע מולקולת DNA מרחבית. הבסיס לבניית מודל זה היה העבודה על ניתוח עקיפה של קרני רנטגן, שבה השתתפו וילקינסון ופרנקלין.

גנטיקה רפואית - חוקרת את תפקיד התורשה ואת התרחשותן של מחלות.

מחלות תורשתיות הן מחלות הנגרמות על ידי מוטציות מזיקות במנגנון התורשתי של תאים (בגמטות ובזיגוטה).

היסטוריה של התפתחות הביולוגיה המולקולרית. הישגים עיקריים.

בפעם הראשונה, המונח "MB" הוצג על ידי W. Astbury, שגילה את הקשר בין המבנה המולקולרי ותכונותיהם של חלבונים סיביים. יתרה מכך, מדענים יישמו את זה ב-1945, אבל איך המדע החל להתפתח ב-1953 עם גילוי מודל מולקולת ה-DNA על ידי ווטסון וקריק בתאים של אורגניזמים חיים.

השלבים העיקריים בהתפתחות הביולוגיה המולקולרית

1. תקופה ראשונה 1935-1944

מקס דלבריק וסלבדור לוריא חקרו חיידקים ווירוסים

ב-1940 גיבשו ג'ורג' בידל ואדוארד טייטום את ההשערה - "גן אחד - אנזים אחד". אבל מה זה גן במונחים פיזיקוכימיים לא היה ידוע עדיין. יש צומת של פיזיקה, כימיה וביולוגיה.

2. תקופה שנייה 1944-1953

התפקיד הגנטי של ה-DNA הוכח. ב-1953 הופיע דגם הסליל הכפול של DNA, שעליו זכו יוצריו ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק ומוריס וילקינס בפרס נובל.

3. תקופה דוגמטית 1953-1962

הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית מנוסחת:

העברת המידע הגנטי הולכת לכיוון של DNA → RNA → חלבון.

ב-1962 פוענח הקוד הגנטי.

4. תקופה אקדמיתמשנת 1962 ועד היום, שבה מאז 1974 הם מובחנים תת-תקופת הנדסה גנטית.

תגליות עיקריות

1944 עדות לתפקיד הגנטי של ה-DNA.אוסוולד אייברי, קולין מקלאוד, מקלין מקארתי.

1953 ביסוס מבנה ה-DNA.ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק.

1961 גילוי של ויסות גנטי של סינתזת אנזים.אנדרה לבוב, פרנסואה ג'ייקוב, ז'אק מונוד.

1962 פענוח הקוד הגנטי.מרשל נירנברג, היינריך מאטי, סברו אוצ'ואה.

1967 סינתזה חוץ גופית של DNA פעיל ביולוגית.ארתור קורנברג (מנהיג בלתי פורמלי של ביולוגיה מולקולרית).

1970 סינתזה כימית של גן.גובינד מהקוראן.

1970 גילוי האנזים הפוך טרנסקריפטאז ותופעת השעתוק ההפוך.הווארד טמין, דיוויד בולטימור, רנאטו דולבקו.

1978 פתח שחבור.פיליפ שארפ.

1982 פתיחת שחבור אוטומטי.תומאסצ'ק.

מיקרוסקופ ומבנהו. מיקרוסקופיה

החלקים העיקריים של המיקרוסקופ:

מכאני: חצובה, במה, שפופרת, אקדח וברגי מיקרו ומקרו

אופטי: עינית, עדשות

תאורה: מראה, מעבה (להפצת אור), דיאפרגמה

מיקרוסקופיה - חקר אברוני התא, תנועת הציטופלזמה

טכניקת מיקרוסקופיה:

הגדר את המיקרוסקופ למצב עבודה

כאשר מסתכלים דרך מיקרוסקופ, השג שדה ראייה בהיר עם מראה

שים את ההכנה על הבמה, יישר את המטרה עם החור במרכז הבמה

הורידו את הצינור עם בורג מאקרו במרחק של מספר מילימטרים מההכנה

מבט דרך המיקרוסקופ, הרם עד שתופיע תמונה ברורה של האובייקט.

מרכז את האובייקט, הזיז את המיקרוסקופ להגדלה גבוהה, על ידי החלפת העדשה, השיג תמונה ברורה

שרטט את האובייקט הנבדק

תא - יחידת החיים היסודית

ציטולוגיה-מדעי התא.

תא הוא יחידה של החיים, הודות לאורגניזמים המוטבעים בתא מתרחש בו חילוף חומרים, שימוש במידע ביולוגי, ביטוי תכונות התורשה והשונות.

תורת התא. סוגי ארגון התא

1839 - שוון ניסח את תורת התא, לאחר מכן נוספה על ידי שלידון, וירצ'וב ומדענים מודרניים

עמדה:

החיים בקשר הגנטי המבני והפונקציונלי שלהם מסופק רק על ידי התא. התא הוא מקור החיים

התא נוצר רק כתוצאה מחלוקת תא האם הקודם. תאים אוגרים מידע ביולוגי, מעבירים אותו מדור לדור, מאחסנים ומעבירים

אֵנֶרְגִיָה. המרת אנרגיה לעבודה, לווסת את חילוף החומרים.

יחידה מבנית ותפקודית של הגוף - תא

סוגי ארגון סלולרי:

פרוקריוטים - לא גרעיניים (חיידקים, אצות כחולות ירוקות)

אוקריוטים - בעלי גרעין (פטריות, צמחים ובעלי חיים)

מבנה התא

מבנה מולקולרי ומרכיבים עיקריים של התא

דופן תא - קליפה קשה, המורכב מפוליסכרידים, תאית. תפקוד מגן.

Vacuole- חלל בציטופלזמה, מוקף בשכבה נפרדת של הממברנה ומלא במוהל תאים. מלאי של ויטמינים, מינרלים חומר אורגני

גשרים ציטופלסמיים- plasmodesmata - אזורים ממברנות תאיםנטולי דופן תא, משמשים למגע עם תאים שכנים, ובכך מבטיחים את חילופי החומרים ביניהם

פלסטידים- צביעה, פוטוסינתזה, אספקת חומרי הזנה

ציטופלזמה- מדיום לאברוני התא, תמיסה קולואידית של חלבונים, שומנים וחומצות גרעין. תנועה של אברוני התא

הליבה- יש לזה מעטפת גרעיןונקבוביות שדרכן מתרחש חילוף החומרים. מאחסן מידע תורשתי. תפקיד: חלוקת תאים

מיטוכונדריה- אברונים דו-ממברניים - יש קריסטות על הממברנה הפנימית. תפקיד: נשימה, מרכז אנרגיה.

EPS - חלק- סינתזת חלבון מחוספס (גרגירי)- שומנים ופחמימות,

ליזוזומים - פונקציה - אוטוליזה

מערכת גולג'י- היווצרות ליזוזומים, אורגנואיד התא; מערכת של צינוריות, שלפוחיות ו"בורות מים" התחום על ידי ממברנות.

ממוקם בציטופלזמה של התא. משתתף בתהליכים מטבוליים, מבטיח הובלה של חומרים מ סביבהלתוך הציטופלזמה ובין מבנים תוך תאיים בודדים.

סיליה- יציאות חוטות ודקות דמוי זיפים של תאים המסוגלים לבצע תנועות. מאפיין אינפוזוריה, תולעי ריסי, בבעלי חוליות ובבני אדם - לתאי אפיתל דרכי הנשימה, ביציות, רחם.

פלאגלה- תולדות ציטופלסמיות ניידות חוטיות של התא, אופייניות לחיידקים רבים, כולם דגלים, זואפורים וזרעונים של בעלי חיים וצמחים. הם משמשים לנוע בתווך נוזלי.

מיקרוטובולים- מבנים תוך תאיים של חלבון המרכיבים את שלד הציטו. הם צילינדרים חלולים בקוטר של 25 ננומטר. למיקרוטובולים תפקיד בתאים רכיבים מבנייםומעורבים בתהליכים תאיים רבים, כולל מיטוזה, ציטוקינזיס ותחבורה שלפוחית.

מיקרופילמנטים(MF) - חוטים המורכבים ממולקולות חלבון ונוכחים בציטופלזמה של כל התאים האוקריוטיים. יש להם קוטר של כ 6-8 ננומטר.

כרומוזומים – אלמנטים מבניים גרעיני תאיםהמכיל DNA, המכיל את המידע התורשתי של האורגניזם.

סנאים

- בהרכב: פשוט (רק מחומצות אמינו), מורכב (בנוסף לחומצות אמינו, תרכובות אורגניות אחרות

תכונות של הארגון המרחבי של חלבונים

המבנה הראשוני של חלבון -זוהי שרשרת ליניארית של חומצות אמינו המסודרות ברצף מסוים ומקושרות ביניהן על ידי קשרים פפטידים.

המבנה המשני של חלבוןהרמה הנמוכה ביותר של ארגון מרחבי של חלבון. שברים של המבנה המרחבי של ביופולימר בעל מבנה תקופתי של עמוד השדרה הפולימרי.

α - סליל -עמוד השדרה של שרשרת הפפטידים מעוות לתוך סְלִילִי- כך שרדיקלי חומצות האמינו פונים החוצה מהסליל

β - סליל- עמודי השדרה של שרשראות פפטידים אינם מעוותים, אלא בעלי תצורה מזוגזגת ומקופלת

המבנה נקבע לפי המבנה הראשוני של החלבון. מוחזק בקשרי מימן

מבנה שלישוני של חלבון- יצירת קשר של כדוריות חלבון בין רדיקלים של חומצות אמינו. קיפול מלא בחלל של כל שרשרת הפוליפפטיד, כולל קיפול של רדיקלים צדדיים. קשרים דיסולפידים, יוניים, מימן, הידרופוביים. רכישת פונקציית פעילות על ידי חלבון.

ניידות מבנה- הדרך החשובה ביותר לשנות פעילות ביולוגית.

מבנה רבעוני של החלבון-מורכב ממספר תת-יחידות, הקישור של תת-יחידות יכול להתרחש רק לאחר היווצרות של מבנה שלישוני. לדוגמה, המוגלובין, אימונוגלובולין

גורמים הקובעים את המבנה המרחבי של חלבונים

המידע על המבנה השלישוני טמון במבנה הראשוני שלו, כלומר רצף חומצות האמינו של שרשרת הפפטידים. היווצרות המבנה השלישוני של החלבון מתרחשת באופן עצמאי

מבנה רבעוני נוצר על ידי:

ליגנדים-להשפיע על מבנה החלבון, לייצב, לשנות את המבנה השלישוני, לאחד כדוריות, לספק ניידות של תת-יחידות חלבון

מלוויםלספק את הקיפול הנכון של חלבונים שזה עתה נוצרו, שליטה על קיפול מחדש, השתתפות בהובלה תוך תאית של חלבונים.

ישנם ליגנדים שמשנים את מבנה ה-3.

פונקציות:

בנייה (קרוטן, קולגן), מעורב ישירות בבניית ממברנות ושלד ציטו

הובלה (המוגלובין, ATPase)

מנוע (אקטין ומיוזין),

אֵנֶרְגִיָה,

מגן (אימונוגלובולין, אינטרפרון),

רגולטורי (אינסולין, היסטון, מדכאים),

קולטן (רודופסין, צ'לינו - קולטן),

קטליטי (ריבונוקלאז, DNA, RNA פולימראז)

אנזימטי. כל האנזימים הם חלבונים.

נכסים:

1. שונות מְסִיסוּתבמים. חלבונים מסיסים יוצרים תמיסות קולואידיות. 2. הִידרוֹלִיזָה- תחת פעולת תמיסות של חומצות מינרליות או אנזימים, המבנה הראשוני של החלבון נהרס ונוצר תערובת של חומצות אמינו. 3. דנטורציה-אובדן מולקולת חלבון, ארגון מבני (מ-lat. Denature - לאבד תכונות טבעיות)

דנטורציה מתרחשת בהשפעת: - טמפרטורה גבוהה - תמיסות של חומצות, אלקליות ותמיסות מלח מרוכזות - תמיסות של מלחים של מתכות כבדות - כמה חומרים אורגניים (פורמלדהיד, פנול) - קרינה רדיואקטיבית

התייבשות

שינוי סביבת PH

חידוש טבעי -שיקום מבנה החלבון עד להרס המבנה הראשוני של המולקולה ושחזור תנאי הסביבה התקינים.

שלבי היווצרות:

תַעֲתוּק-שכתוב מידע מ-DNA, על מבנה החלבון, ל-i-RNA.

מִשׁדָר-היווצרות המבנה הראשוני של החלבון, סינתזה של הפוליפפטיד (הציטופלזמה של הריבוזום)

קיפול -קיפול שרשרת הפפטידים למבנה תלת מימדי

שינוי -התקשרות של רכיבי פחמימות, חמצון של שאריות חומצות אמינו מסוימות (עבור חלבונים מורכבים)

מבנה DNA

DNA הוא הבסיס הכימי של גנים, שבו המידע התורשתי של אורגניזם מרוכז.

בלב הכימיה. המבנה של חומצות גרעין מבוסס על העיקרון הכללי:

חומצות גרעין-מצע חומרי של תורשה ושונות, ביו-פולימרים מידע המקודדים קבוצה בודדת של התוכנית הגנטית. מורכבים מנוקלאוטידים (נוקלאוטיד DNA, נוקלאוטיד RNA) - ביופולימרים, מונומרים, שהם נוקלאוטידים (התגלו ב-1868 - מישר)נוקלאוטיד מורכב מ: 1) בסיס חנקני; 2) סוכר; 3) שאריות חומצה זרחתית.

תכונה של הארגון המבני של DNA:

למולקולת ה-DNA יש: א) המבנה הראשונישרשרת פולינוקלאוטידים אחת שיש לה 2 קצוות. התחל 5" וסיים 3". פולינוקלאוטיד נוצר על ידי קשר דיסטר זרחניב) מבנה משני: 2 שרשראות פולינוקלאוטידים משלימות ואנטי מקבילות המחוברות ביניהן בקשרי מימן; IN) מבנה שלישוני של DNA: סליל תלת מימדי של מולקולת ה-DNA, המורכב מ-2 גדילים מפותלים סביב הציר שלה.

קוטר סליל 2 ננומטר אורך גובה 3.4 ננומטר כל סיבוב מכיל 10 זוגות בסיסים

מאפיינים ותפקודים של DNA

מולקולות כוללות 2 שרשראות פולינוקלאוטידים המחוברות זו לזו בצורה מסוימת. אדנין - תימין - קשר מימן כפולגואנין - ציטוזין - קשר מימן משולש

A, G - פורין - טבעת בנזן אחת

T, C - ביניים - שתי טבעות בנזן.חשוב מאוד!

שילוב של 2 שרשראות פולינוקלאוטידים במולקולת DNA: אנטי מקביליותשרשראות פולינוקלאוטידים. קצה 5 אינץ' של שרשרת אחת מחובר לקצה 3 אינץ' של השני

הרכב הנוקלאוטידים ב-DNA מציית לכללי Chargaff - השלמה של שרשראות סליל כפולות

קיים בשתי צורות: סליל בצורת סליל ימני, צורת סליל-Z ביד שמאל, בעיקר בצורת DNA-B טבעי.

סובלנות סובלנות של טרנספורמציות קונפורמציות (מצורת B לצורת Z בתנאים מסוימים)

תכונות DNA:

שכפול (הכפלה עצמית) - עובר בשיטה חצי שמרנית.

תיקון (החלמה)

פוּנקצִיָה:אחסון והעברה של מידע תורשתי

תכונות של מבנה ה-DNA המיטוכונדריאלי

המידע התורשתי בתא איקריוטי ממוקם בעיקר בגרעין 99.5%, זה נקרא מידע גנטי גרעיני. חלק נוסף של DNA 0.5% נמצא בציטופלזמה, במיטוכונדריה.

הודות למיטוכונדריה של ה-DNA, חלבונים מיטוכונדריאלים מסונתזים, הם יכולים להיות מקור למחלות תורשתיות עם מוטציות ב-DNA המיטוכונדריאלי.

DNA מיטוכונדריאליאינו קשור לחלבונים ("עירום"), מחובר לממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ונושא מידע על המבנה של כ-30 חלבונים. הרבה יותר חלבונים נדרשים לבניית מיטוכונדריון, כך שמידע על רוב החלבונים המיטוכונדריים כלול ב-DNA גרעיני, וחלבונים אלה מסונתזים בציטופלזמה של התא. מיטוכונדריה מסוגלות להתרבות באופן אוטונומי על ידי חלוקה לשניים בעזרת DNA. בין הממברנה החיצונית והפנימית ישנו מאגר פרוטונים שבו מצטבר H+.

הדרכים העיקריות להעברת מידע תורשתי.

מידע תורשתי -מאוחסן במולקולות DNA.

מידע תורשתיזהו מדריך להתפתחות ותפקוד תקינים של התא. תפקידו של המגשר העברת מידע תורשתי מתבצעת על ידי RNAהודות ל-RNA מידע תורשתי נגזר מהגרעין לתוך הציטופלזמה ומתממש בצורה של חלבון ספציפי.

שכפול הדנ"א. שלבי שכפול

שכפול -מתקדם בצורה חצי שמרנית. לשכפול של שרשרת ה-DNA האב, השרשראות צריכות להיפרד זו מזו, כל שרשרת מנותקת הופכת למטריצה ​​(מטריקס), עליה יסונתזו שרשראות משלימות של מולקולות DNA בת.

לאחר כל חלוקה של תא האם ושכפול ה-DNA שלו, תאי הבת מכילים מולקולת DNA המורכבת מגדיל האם ומגדיל הבת החדש שסונתז.

על מנת שהשכפול יתבצע, יש מה שנקרא אזורי מוצא על מולקולות ה-DNA, הם כוללים רצף המורכב מ-300 זוגות נוקלאוטידים המוכרים על ידי חלבונים ספציפיים.

הסליל הכפול של ה-DNA באזורים אלו מחולק ל-2 שרשראות, נוצרים 2 מזלגות שכפול הנעים בכיוונים מנוגדים מאזור האורי, נוצר מבנה בין מזלגות השכפול - הנקרא עין השכפול.

בעזרת אנזים הליקסות שוברות קשרי מימןוסליל כפול של DNA מתפרקתבנקודות המוצא של נקודות שכפול אורי.

גדילי ה-DNA הבודדים המתקבלים קשורים במיוחד חלבונים מערערים יציבות, איזה למתוח את הליבותגדילי DNA, מה שהופך אותם לזמינים לקישור לנוקלאוטידים משלימים.

על כל אחת מהשרשרות באזור מזלג השכפול בהשתתפות האנזים DNA פולימראזמבצע סינתזה של שרשראות משלימות.

הַפרָדָה, שרשראות מעוותות ספירלה, DNA אב בעזרת אנזים הליקותגורם ל מראה של סלילי על. אבל בזכות אנזימים טופואיזומראזות של DNA, איזה גזירהאחד מגדילי ה-DNA לשחרר לחצים,מצטבר בגדיל הדנ"א הכפול.

עדיין בסינתזה בתהליך השכפול משמש ליגז DNA V תְפִירָהמקטעים בודדים של DNA לגדיל בודד. יכול להיות על אותה מולקולת DNA באותו זמן מספר נקודותאורי – האצת תהליך הסינתזה.

בכל עין שכפול, הם מתחילים לעבוד 2 מתחמי אנזימים:

המתחם נע בכיוון אחד

בהפך

קומפלקס אנזימטימתפקד בצורה כזו שאחת משתי השרשראות המסונתזות על ידם צומחת עם מעט עופרת - מוֹבִיל

והשני מפגר מאחור - מוּשׁהֶה

אֶנזִים DNA פולימראזמבצע סינתזת פולינוקלאוטידים מ-5 אינץ'לסוף 3 אינץ'. בהדרגה, השרשרת מתארכת, שרשרת כזו נקראת מוֹבִיל.על שרשרת אחרת סינתזה של השרשרת השנייה DNA נישא בחלקים קצרים, הם נקראים פרגמנטים קוזקים.בכיוון מ 5” ל3 אינץ' לפי סוג תפירהבחזרה עם מחט. שברי קאקי מכילים בין 1000 ל-2000 נוקלאוטידים בפרוקריוטים, באאוקריוטים בין 100 ל-200.

הסינתזה של שבר כזה קודמת להיווצרות פריימר RNA, באורך של כ-10 נוקלאוטידים.

בעזרת אנזים ליגזות DNA, נוצר שבר, המחובר למקטע הקודם, לאחר הסרת פריימר ה-RNA.

שלבי שכפול:

הכנה

גדילת גדיל עם DNA ו-RNA פולימראז

קישור צולב של מקטעים בודדים-DNA ligase

מאפיינים כללייםתאים

תרכובת כימיתתאים

מאפיינים כלליים של התא

תאים שונים זה מזה בגודל, צורה, תפקוד, תוחלת חיים. אז גדלי התאים נעים בין 0.2-0.25 מיקרון (חלק מהחיידקים) ל-155 מ"מ (ביצת יען בקליפה). רוב התאים האוקריוטיים הם בקוטר של 10 עד 100 מיקרומטר. בצורתם, התאים הם כדוריים, סגלגלים, מעוקבים, מנסרים, כוכבים, דמויי דיסק, בעלי תהליכים שונים ואחרים. צורת התא תלויה בתפקודו. באורגניזם רב תאי, תאים פועלים פונקציות שונות: חלק מהתאים מסנתזים אנזימי עיכול או הורמונים, אחרים סופגים ומעכלים חיידקים ואחרים גופים זרים, אחרים מבצעים העברת חמצן מהריאות לרקמות וכו'. לפיכך, לתאים של בעלי חוליות יש כ-200 סוגי התמחויות. תאים רבים הם רב-תכליתיים. לדוגמה, תאי כבד מסנתזים חלבוני פלזמה ומרה בדם שונים, צוברים גליקוגן וממירים אותו לגלוקוז ומחמצנים חומרים זרים. בהתאם להתמחות שלהם, לתאים יש משך זמן שונהחַיִים. אז בבני אדם, אורך החיים המינימלי של תאים הוא 1-2 ימים (תאים של אפיתל המעי) , והמקסימום מתאים לתוחלת החיים (נוירונים).

למרות המגוון הגדול, לתאים יש מאפיינים נפוציםמבנים. לתא שלושה חלקים עיקריים: קרום פלזמה, ציטופלזמהו הליבה. ציטופלזמהמהווה את החלק העיקרי של התא ומהווה סביבה פנימית חצי נוזלית של תאים ובעלת מבנה פיזיקו-כימי מורכב. הציטופלזמה מכילה מים, חומצות אמינו, חלבונים, פחמימות, ATP, יונים חומרים אנאורגניים(החלבונים שולטים). הציטופלזמה מחולקת לשלושה חלקים: היאלופלזמה, אברונים ותכלילים. היאלופלזמה- שלב צמיג נוזלי של הציטופלזמה של התא. אברונים(איברים קטנים) - מרכיבים קבועים מיוחדים של הציטופלזמה, בעלי מבנה כזה או אחר ומבצעים פונקציות שונות בחיי התא. כל האברונים של התא קשורים זה בזה. האברונים האוניברסליים של תאים אוקריוטיים נמצאים בגרעין - כרומוזומים, בציטופלזמה מיטוכונדריה, רטיקולום אנדופלזמי, קומפלקס גולגי, ליזוזומים.בתאים רבים, ישנם גם מבני קרום שעוזרים לשמור על צורת התא - microtubules, microfibrilsוכו. תכלילים- רכיבים אופציונליים (פיקדונות של חומרי רזרבה או מוצרים מטבוליים). האברונים הם משני סוגים: ממברנה (ליזוזומים, דיקטיוזומים, רטיקולום אנדופלסמי, מיטוכונדריה, ואקואולות של תאי צמחים, פלסטידים) ואי-ממברנה (ריבוזומים, צנטרולים, מיקרוטובוליות, ריסים ודגלים).

תפקידי הציטופלזמה:

1. הבטחת האינטראקציה של כל האברונים.

2. מתרחשים בו התהליכים המטבוליים העיקריים.

מלבד מאפיינים נפוציםבמבנה, לתאים יש מספר מאפיינים משותפים. אלו כוללים ניידות, עצבנות, חילוף חומריםו שִׁעתוּק.

ניידותמתבטא ב צורות שונות:

1) תנועה תוך תאיתציטופלזמה של התא.

2) תנועת אמבה.צורת תנועה זו מתבטאת ביצירת פסאודופודיה על ידי הציטופלזמה לעבר גירוי כזה או אחר או הרחק ממנו. צורת תנועה זו טבועה באמבה, לויקוציטים בדם, כמו גם בתאי רקמה מסוימים.

3) תנועה מהבהבת.זה מתבטא בצורה של פעימות של יציאות פרוטופלסמיות זעירות - cilia ו flagella. טבועה בריצות, תאי אפיתל של בעלי חיים רב-תאיים, זרעונים וכו'.

4) תנועת כיווץ.הוא מסופק עקב נוכחות בציטופלזמה של אורגנואיד מיוחד של מיופיברילים, שהקיצור או התארכותו תורמים להתכווצות התא ולהרפיה. יכולת ההתכווצות מפותחת ביותר בתאי השריר.

נִרגָנוּתמתבטא ביכולת של תאים להגיב לגירוי על ידי שינוי חילוף החומרים והאנרגיה.

חילוף חומריםכולל את כל התמורות החומר והאנרגיה המתרחשות בתאים.

שִׁעתוּקאחד התפקידים העיקריים האופייניים ליצורים חיים בכלל ולתאים בפרט. רבייה מסופקת על ידי היכולת של התא להתחלק וליצור תאי בת (כמה תאים בעלי התמיינות גבוהה איבדו את היכולת הזו). היכולת לשחזר את עצמם היא שמאפשרת לנו להתייחס לתאים כיחידות החיים הקטנות ביותר. יחידות קטנות יותר של נכסים אלה אינן מוצגות. ר' וירצ'וב כתב: "התא הוא האחרון אלמנט מורפולוגישל כל הגופים החיים, ואין לנו זכות לחפש פעילות חיים אמיתית מחוצה לה. (1858).

תכונות של מבנה התאים אורגניזמים שונים

את כל אורגניזמים ידועיםמתחלקים לשתי קבוצות: פרוקריוטיםו איקריוטים.ל פרוקריוטיםלְסַפֵּר חיידקים (אובקטריה וארכיבקטריה)א ל איקריוטים – פטריות, צמחיםו בעלי חיים,רובם אורגניזמים רב-תאיים ורק מעטים הם חד-תאיים. ההבדלים בין פרוקריוטים לאאוקריוטים כה משמעותיים עד שבמערכת האורגניזמים הם מובחנים לממלכות-על.

איקריוטים(מיוונית eu - טוב, לחלוטין ו- caryon יוונית - ליבה) - אורגניזמים שתאיהם מכילים גרעינים שנוצרו. אוקריוטים כוללים את כל בעלי החיים הגבוהים, הצמחים, כמו גם אצות חד-תאיות ורב-תאיות, פטריות ופרוטוזואה.

פרוקריוטים(מלטינית פרו - לפני, לפני וקריון ביוונית - גרעין) - אורגניזמים שלתאים שלהם אין גרעין מוגבל על ידי קרום. אנלוגי הגרעין הוא נוקלואיד, המורכב ממולקולת DNA מעגלית הקשורה לכמות קטנה של חלבון. לתאים פרוקריוטיים מעטפת הגנה נוקשה (דופן תא), שמתחתיה יש קרום פלזמה. קרום הפלזמה יוצר בדרך כלל בליטות לתוך הציטופלזמה - מזוזומים.אנזימי חיזור ממוקמים על ממברנות המזוזומים, ובפרוקריוטים פוטוסינתטיים, הפיגמנטים המתאימים (בקטריוכלורופיל, כלורופיל, פיקוציאנין). בשל כך, ממברנות כאלה מסוגלות לבצע את הפונקציות של מיטוכונדריה, כלורופלסטים ואברונים אחרים. במקביל, כלורופלסטים, מיטוכונדריה, ליזוזומים, קומפלקס גולגי והרשת האנדופלזמית הטבועה בתאים איקריוטים נעדרים בפרוקריוטים. חיידקים קטנים מאוד ויכולים להתרבות במהירות על ידי ביקוע בינארי פשוט (מיטוזה נעדרת בפרוקריוטים). IN תנאים אופטימלייםתא פרוקריוטי מסוגל להתחלק כל 20 דקות. בשל קצב הרבייה המהיר, אוכלוסיות חיידקים מסתגלות במהירות לשינויים סביבתיים ותופסות את כל הנישות האקולוגיות האפשריות בטבע (אדמה, מים, אוויר, ביצות, מעמקי אוקיינוס, מעיינות חמים וכו').

לפיכך, ההבדלים העיקריים בין איקריוטים לפרוקריוטים הם:

1) נוכחות של גרעין.זה הכי חשוב סימן היכרתאים איקריוטיים.

2) גודל.תאים פרוקריוטים קטנים מאוד (בערך 1 מיקרון). נפח התאים האוקריוטיים המכילים גרעין מלא גדול פי 800-1000 מנפח התאים הפרוקריוטים.

3) תכונות מבניות של DNA. DNA אוקריוטי הן מולקולות ליניאריות ארוכות מאוד (מ-10 7 ליותר מ-10 10 זוגות בסיסים). הם ממוקמים בגרעין, קשורים להיסטונים, וכוללים אזורים שאינם מקודדים ( אינטרונים). להיפך, DNA פרוקריוטי הן מולקולות מעגליות קצרות יותר (עד 5-10 6 זוגות בסיסים) הממוקמות בציטופלזמה וללא אינטרונים.

4) התמחות.המבנים והתפקודים של תאים אאוקריוטיים מורכבים ומתמחים יותר מהמבנים והתפקודים של תאים פרוקריוטיים. תאים איקריוטייםמורכב ממחלקות מיוחדות - אברונים.

האברונים מבצעים פונקציות ספציפיות בחיי התא. תאים פרוקריוטייםיש מערכת ממברנה אחת, הכוללת הן את הפלזמה והן תולדות שונות ממנה, לעתים קרובות מבצעות פונקציות ספציפיות.

5) ניתוק מרחבי של תהליכי סינתזת RNA וחלבונים.באוקריוטים הם זורמים לתוך מחלקות שונותתאים ומנגנוני ויסותם אינם תלויים זה בזה. בפרוקריוטים, להיפך, התהליכים האלה הרבה יותר פשוטים ומקושרים ביניהם.

לפי רעיונות מודרניים, פרוקריוטים, יחד עם אבותיהם של האיקריוטים, הם בין האורגניזמים העתיקים ביותר ויש להם מוצא משותף. הטיעון בעד מקור משותף של תאים פרוקריוטיים ואיקריוטים נעוץ בדמיון הבסיסי של המנגנון הגנטי שלהם.

הבדלים בין תאים צמחיים ובעלי חיים.לתא הצמח יש דופן חיצונית של תאית וחומרים אחרים על גבי הממברנה. קרום התא הוא מסגרת הגנה חיצונית, מספק טורגור של תאי צמחים, מעביר מים, מלחים, מולקולות של חומרים אורגניים רבים. דופן תאצמחים, חיידקים וציאנובקטריה מפריעים לפגוציטוזיס ולכן אין להם כמעט פגוציטוזיס. תאי צמחים מחוברים באמצעות תעלות מיוחדות מלאות בציטופלזמה ומוגבלות על ידי קרום הפלזמה. דרך הערוצים האלה שעוברים דרכם קירות תאים, מתא אחד למשנהו חומרים מזינים, יונים ותרכובות אחרות.

תאים של בעלי חיים שנוצרים בדים שונים(אפיתל, שריר וכו'), מחוברים זה לזה על ידי קרום פלזמה. במפרקים נוצרים קפלים או יציאות המעניקים למפרקים חוזק מיוחד. ברוב התאים (במיוחד בעלי חיים) צד אחרהממברנה מכוסה בשכבה של פוליסכרידים וגליקופרוטאין (glycocalix). Glycocalyx היא שכבה דקה מאוד ואלסטית (לא נראית במיקרוסקופ אור). הגליקוקאליקס, כמו דופן התאית של צמחים, מבצע בעיקר את הפונקציה של חיבור ישיר של תאים עם סביבה חיצונית. עם זאת, בניגוד לקיר הצמח, אין לו פונקציה תומכת. מגרשים נפרדיםממברנות וגליקוקאליקס יכולים להתמיין ולהפוך למיקרוווילי (בדרך כלל על פני התא שנמצא במגע עם הסביבה); קשרים בין-תאיים וקשרים בין תאי רקמה שיש מבנה שונה. חלקם ממלאים תפקיד מכני (קשרים בין-תאיים), בעוד שאחרים מעורבים באינטר-תא תהליכים מטבולייםעל ידי שינוי הפוטנציאל החשמלי של הממברנה.

כל היצורים החיים מורכבים מתאי. תָאהוא יסודי מערכת חיה- בסיס המבנה והחיים של כל בעלי החיים והצמחים. תאים יכולים להתקיים כאורגניזמים עצמאיים (לדוגמה, פרוטוזואה, חיידקים) וכחלק מאורגניזמים רב-תאיים. גודל התאים נע בין 0.1-0.25 מיקרומטר (חיידקים מסוימים) ל-155 מ"מ (ביצת יען בקליפה).

התא מסוגל להאכיל, לגדול ולהתרבות, וכתוצאה מכך הוא יכול להיחשב לאורגניזם חי. זהו סוג של אטום של מערכות חיות. חלקיו המרכיבים נטולי יכולות חיוניות. תאים המבודדים מרקמות שונות של אורגניזמים חיים וממוקמים במצע תזונתי מיוחד יכולים לגדול ולהתרבות. יכולת זו של תאים נמצאת בשימוש נרחב למטרות מחקר ויישומיות.

המונח "תא" הוצע לראשונה בשנת 1665 על ידי חוקר הטבע האנגלי רוברט הוק (1635–1703) כדי לתאר את המבנה התאי של קטע פקק שנצפה תחת מיקרוסקופ. האמירה שכל רקמות החי והצומח מורכבות מתאי היא המהות של תורת התא. בביסוס הניסוי של תורת התא תפקיד חשובניגנו יצירותיהם של הבוטנאים הגרמנים מתיאס שלידן (1804–1881) ותיאודור שוואן (1810–1882).

למרות הגיוון הרב וההבדלים המשמעותיים ב מראה חיצוניופונקציות, כל התאים מורכבים משלושה חלקים עיקריים - קרום פלזמה, שולט בהעברת חומרים מהסביבה לתא ולהיפך, ציטופלזמהעם מבנים מגוונים ו גרעין התא, המכיל נושא של מידע גנטי (ראה איור 7.7). כולם בעלי חיים וחלקם תאי צמחיםלְהַכִיל צנטריולים- נוצרים מבנים גליליים בקוטר של כ 0.15 מיקרון מרכזי תאים. בדרך כלל תאי צמחים מוקפים בממברנה - דופן תא.בנוסף, הם מכילים פלסטידים- אברונים ציטופלזמיים (מבני תאים מיוחדים), המכילים לרוב פיגמנטים הקובעים את צבעם.

מקיף את התא קְרוּםמורכב משתי שכבות של מולקולות של חומרים דמויי שומן, ביניהן מולקולות של חלבונים. תפקיד עיקריתאים - כדי להבטיח תנועה של חומרים מוגדרים היטב בכיוונים קדימה ואחורה אליו. בפרט, הממברנה תומך ריכוז תקיןכמה מלחים בתוך התא וממלא תפקיד חשוב בחייו: אם הממברנה ניזוקה, התא מת מיד, בעוד שללא מרכיבים מבניים אחרים, חיי התא יכולים להימשך זמן מה. הסימן הראשון למוות תאי הוא תחילתם של שינויים בחדירות הממברנה החיצונית שלו.

בתוך קרום הפלזמה של התא נמצא ציטופלזמההמכילים מים מי מלחעם אנזימים מסיסים ומרחפים (כמו ב רקמת שריר) וחומרים אחרים. הציטופלזמה מכילה מגוון אברונים -איברים קטנים מוקפים בקרום שלהם. האברונים כוללים, למשל, מיטוכונדריה -תצורות דמויות שק עם אנזימי נשימה. הם ממירים סוכר ומשחררים אנרגיה. בציטופלזמה יש גם גופים קטנים - ריבוזום,המורכב מחלבון וחומצת גרעין (RNA), בעזרתם מתבצעת סינתזת חלבון. הסביבה התוך תאית צמיגה למדי, אם כי 65-85% ממסת התא היא מים.

כל התאים הקיימא, למעט חיידקים, מכילים הליבה, ובתוכו - כרומוזומים- גופים חוטיים ארוכים, המורכבים מחומצה דאוקסיריבונוקלאית וחלבון המחוברים אליו.

תאים גדלים ומתרבים על ידי חלוקה לשני תאי בת. כאשר תא בת מתחלק, מועברת קבוצה שלמה של כרומוזומים הנושאים מידע גנטי. לכן, לפני החלוקה, מספר הכרומוזומים בתא מכפיל את עצמו, ובזמן החלוקה כל תא בת מקבל סט אחד מהם. תהליך זה של חלוקת תאים, המבטיח חלוקה זהה של החומר הגנטי בין תאי הבת, נקרא מיטוזה.

לא כל התאים של בעל חיים או צמח רב-תאיים זהים. השינוי של התאים מתרחש בהדרגה בתהליך ההתפתחות של האורגניזם. כל אורגניזם מתפתח מתא אחד - ביצה, שמתחילה להתחלק, ובסופו של דבר נוצרים תאים רבים ושונים - שריר, דם וכו'. ההבדלים בתאים נקבעים בעיקר על ידי מכלול החלבונים המסונתז על ידי תא זה. כך, תאי הקיבה מסתנתזים אנזים עיכולעַכְּלָן; בתאים אחרים, כמו תאי מוח, הוא לא נוצר. בכל תאי הצמחים או החיות קיים מידע גנטי מלא לבניית כל החלבונים של סוג מסוים של אורגניזם, אך בתא מכל סוג מסונתזים רק אותם חלבונים שהוא צריך.

בהתאם לסוג התאים, כל האורגניזמים מחולקים לשתי קבוצות - פרוקריוטיםו איקריוטים.פרוקריוטים כוללים חיידקים, ואיקריוטים - כל שאר האורגניזמים: פרוטוזואה, פטריות, צמחים ובעלי חיים. אוקריוטים יכולים להיות חד-תאיים או רב-תאיים. גוף האדם, למשל, מורכב מ-10 15 תאים.

פרוקריוטים כולם חד תאיים. אין להם גרעין מוגדר היטב: מולקולות ה-DNA אינן מוקפות בממברנה גרעינית ואינן מאורגנות לכרומוזומים. החלוקה שלהם מתרחשת ללא מיטוזה. המידות שלהם קטנות יחסית. יחד עם זאת, הורשת התכונות בהם מבוססת על העברת DNA לתאי בת. ההנחה היא שהאורגניזמים הראשונים שהופיעו לפני כ-3.5 מיליארד שנים היו פרוקריוטים.

אם אורגניזם חד תאי, כמו חיידק, לא מת ממנו השפעה חיצונית, אז הוא נשאר בן אלמוות, כלומר אינו מת, אלא מחולק לשני תאים חדשים. אורגניזמים רב תאייםלחיות בלבד זמן מסויים. הם מכילים שני סוגי תאים: סומטי - תאי גוףו תאי מין.תאי מין, כמו חיידקים, הם בני אלמוות. לאחר ההפריה נוצרים תאים סומטיים שהם בני תמותה ותאי מין חדשים.

צמחים מכילים רקמה מיוחדת - meristem, שתאיו יכולים ליצור סוגים אחרים של תאים צמחיים. מבחינה זו, תאי מריסטם דומים לתאי מין ובאופן עקרוני הם גם בני אלמוות. הם מחדשים רקמות צמחיות, כך שחלק מיני צמחים יכולים לחיות אלפי שנים. לבעלי חיים פרימיטיביים (ספוגים, כלניות ים) יש בד דומהוהם יכולים לחיות ללא הגבלת זמן.

התאים הסומטיים של בעלי חיים גבוהים יותר מחולקים לשני סוגים. חלקם כוללים תאים קצרי מועד אך מתחדשים כל הזמן על ידי סוג של רקמת מריסטם. אלה כוללים, למשל, תאי אפידרמיס. סוג אחר מורכב מתאים שאינם מתחלקים באורגניזם בוגר, ולכן אינם מתחדשים. זה בעיקר עצבני ו תאי שריר. הם נתונים להזדקנות ולמוות.

זה מקובל בדרך כלל סיבה מרכזיתהזדקנות הגוף - אובדן מידע גנטי. מולקולות ה-DNA נפגעות בהדרגה על ידי מוטציות, מה שמוביל למוות של תאים ושל האורגניזם כולו. חלקים פגומים של מולקולת ה-DNA מסוגלים להתאושש עקב אנזימים מרפאים. למרות שהיכולות שלהם מוגבלות, הם ממלאים תפקיד חשוב בהארכת חיי הגוף.