תרכובות אורגניות מהוות בממוצע 20-30% ממסת התא של אורגניזם חי. אלה כוללים פולימרים ביולוגיים - חלבונים, חומצות גרעין ופחמימות, כמו גם שומנים ומספר מולקולות קטנות - הורמונים, פיגמנטים, ATP ועוד רבים אחרים.

IN סוגים שוניםתאים כוללים מספרים שונים תרכובות אורגניות. תאי צמחים נשלטים על ידי פחמימות מורכבות- פוליסכרידים, בבעלי חיים - יותר חלבונים ושומנים. עם זאת, כל אחת מקבוצות החומרים האורגניים בכל סוג של תא מבצעת פונקציות דומות.

ליפידים - מה שנקרא שומנים וחומרים דמויי שומן (ליפואידים). החומרים הכלולים כאן מאופיינים במסיסות בממיסים אורגניים ובחוסר מסיסות (יחסית) במים.

הבחנה בין שומנים צמחיים, בעלי עקביות נוזלית בטמפרטורת החדר, ובעלי חיים - מוצקים.

תפקודי ליפידים:

מבני - פוספוליפידים הם חלק ממברנות התא;

אחסון - שומנים מצטברים בתאי החולייתנים;

אנרגיה – שליש מהאנרגיה שצורכים תאי בעלי חוליות במנוחה נוצרת כתוצאה מחמצון שומנים, המשמשים גם כמקור מים;

מגן - שומן תת עורישכבת נובה מגנה על הגוף מפני נזק מכני;

בידוד תרמי - שומן תת עורי עוזר להתחמם;

בידוד חשמלי – המיאלין, המופרש על ידי תאי שוואן, מבודד כמה נוירונים, מה שמאיץ פעמים רבות את העברת הדחפים העצביים;

מזין - חומצות מרהוויטמין D נוצרים מסטרואידים;

סיכה - שעווה מכסה את העור, הצמר, הנוצות של בעלי החיים ומגינה עליהם מפני מים; עלים של צמחים רבים מכוסים בציפוי שעווה; שעווה משמשת את הדבורים בבניית חלות דבש;

הורמונלי - הורמון יותרת הכליה - קורטיזון והורמוני מין הם שומנים בטבעם, המולקולות שלהם אינן מכילות חומצות שומן.

בעת פיצול 1 גרם שומן, משתחררים 38.9 קילו ג'יי אנרגיה.

פחמימות

פחמימות מורכבות מפחמן, מימן וחמצן. יש את הפחמימות הבאות. בעת פיצול 1 גרם של חומר, משתחררים 17.6 קילו ג'יי של אנרגיה.

חד סוכרים, או פחמימות פשוטות, אשר, בהתאם לתכולת אטומי הפחמן, נקראות טריוז, פנטוז, הקסוז וכו'. פנטוזים - ריבוז ודאוקסיריבוז - הם חלק מה-DNA וה-RNA. הקסוז - גלוקוז - משמש כמקור האנרגיה העיקרי בתא.

פוליסכרידים- פולימרים, שהמונומרים שלהם הם חד סוכרים הקסוזים. המוכרים ביותר מבין הדו-סוכרים (שני מונומרים) הם סוכרוז ולקטוז. הפוליסכרידים החשובים ביותר הם עמילן וגליקוגן, המשמשים כחומרי רזרבה לתאי צמחים ובעלי חיים, וכן תאית, המרכיב המבני החשוב ביותר של תאי הצמח.

לצמחים יש מגוון גדול יותר של פחמימות מאשר לבעלי חיים, מכיוון שהם מסוגלים לסנתז אותם באור במהלך הפוטוסינתזה. הפונקציות החשובות ביותר של פחמימות בתא: אנרגיה, מבניים ואחסון.

תפקיד האנרגיה הוא שפחמימות משמשות מקור אנרגיה בתאי צמחים ובעלי חיים; מבני - דופן התא בצמחים מורכבת כמעט כולה מפוליסכריד תאית; אחסון - עמילן משמש כתוצר רזרבה של צמחים. הוא מצטבר בתהליך הפוטוסינתזה בעונת הגידול ובמספר צמחים מופקד בפקעות, פקעות וכו'. בתאי בעלי חיים תפקיד זה ממלא הגליקוגן המופקד בעיקר בכבד.

סנאים

בין חומר אורגניחלבוני התא תופסים את המקום הראשון, הן בכמות והן בערכם. אצל בעלי חיים הם מהווים כ-50% מהמסה היבשה של התא. בגוף האדם ישנם כ-5 מיליון סוגים של מולקולות חלבון הנבדלות לא רק זו מזו, אלא גם מחלבונים של אורגניזמים אחרים. למרות מגוון ומורכבות כזו של מבנה, חלבונים בנויים מ-20 חומצות אמינו שונות בלבד. חלק מהחלבונים המרכיבים את תאי האיברים והרקמות, כמו גם חומצות אמינו שנכנסות לגוף, אך אינן משמשות לסינתזת חלבונים, עוברים ריקבון עם שחרור של 17.6 קילו-ג'יי אנרגיה ל-1 גרם של חומר.

חלבונים מבצעים פונקציות רבות ושונות בגוף: בנייה (הם חלק מתצורות מבניות שונות); מגן (חלבונים מיוחדים - נוגדנים - מסוגלים לקשור ולנטרל מיקרואורגניזמים ו חלבונים זרים), וכו' בנוסף, חלבונים מעורבים בקרישת הדם, מונעים דימומים חמורים, מבצעים פונקציות רגולטוריות, איתות, מוטוריות, אנרגיה, הובלה (העברה של חומרים מסוימים בגוף).

לתפקוד הקטליטי של חלבונים חשיבות יוצאת דופן. המונח "זרז" פירושו "שחרור", "שחרור". חומרים המסווגים כזרזים מאיצים טרנספורמציות כימיות, והרכב הזרזים עצמם לאחר התגובה נשאר זהה כפי שהיה לפני התגובה.

אנזימים

כל האנזימים הפועלים כזרזים הם חומרים בעלי אופי חלבוני; הם מאיצים את התגובות הכימיות המתרחשות בתא בעשרות ומאות אלפי פעמים. הפעילות הקטליטית של אנזים נקבעת לא על ידי כל המולקולה שלו, אלא רק על ידי חלק קטן ממנה - המרכז הפעיל, שפעולתו מאוד ספציפית. יכולים להיות מספר מרכזים פעילים במולקולת אנזים אחת.

חלק ממולקולות האנזים יכולות להיות מורכבות רק מחלבון (לדוגמה, פפסין) - חד-רכיבי, או פשוט; אחרים מכילים שני מרכיבים: חלבון (אפואנזים) ומולקולה אורגנית קטנה - קואנזים. הוכח שוויטמינים מתפקדים כקו-אנזימים בתא. אם ניקח בחשבון שלא ניתן לבצע אף תגובה אחת בתא ללא השתתפות אנזימים, ברור כי חִיוּנִי, שיש בהם ויטמינים לתפקוד תקין של התא ושל האורגניזם כולו. המחסור בויטמינים מפחית את פעילותם של אותם אנזימים שבהם הם כלולים.

פעילותם של אנזימים תלויה ישירות בפעולה של מספר גורמים: טמפרטורה, חומציות (pH של הסביבה), כמו גם ריכוז מולקולות המצע (החומר שעליו הם פועלים), האנזימים עצמם וקו-אנזימים (ויטמינים ו. חומרים אחרים המרכיבים קו-אנזימים).

כדי לעורר או לעכב תהליך אנזימטי זה או אחר יכול להיות פעולה של שונים מבחינה ביולוגית חומרים פעילים, כגון: הורמונים, תרופות, ממריצים לצמיחת צמחים, חומרים רעילים וכו'.

ויטמינים

ויטמינים - חומרים אורגניים פעילים ביולוגית במשקל מולקולרי נמוך - מעורבים בחילוף חומרים והמרת אנרגיה ברוב המקרים כמרכיבים של אנזימים.

הצורך היומי של האדם בויטמינים הוא מיליגרם, ואפילו מיקרוגרם. ידועים יותר מ-20 ויטמינים שונים.

מקור הויטמינים לבני אדם הוא מזון, בעיקר ממקור צמחי, בחלק מהמקרים - ובעלי חיים (ויטמין D, A). ויטמינים מסוימים מסונתזים בגוף האדם.

מחסור בויטמינים גורם למחלה - היפווויטמינוזיס, היעדרם המוחלט - בריברי ועודף - היפרוויטמינוזיס.

הורמונים

הורמונים - חומרים המיוצרים על ידי הבלוטות האנדוקריניות וכמה תאי עצב - נוירו-הורמונים. הורמונים מסוגלים להיכלל בתגובות ביוכימיות, ויסות תהליכים מטבוליים (מטבוליזם ואנרגיה).

המאפיינים האופייניים להורמונים הם: 1) פעילות ביולוגית גבוהה; 2) סגוליות גבוהה (אותות הורמונליים ב"תאי המטרה"); 3) ריחוק פעולה (העברת הורמונים בדם למרחק לתאי מטרה); 4) א. זמן קיום קצר יחסית בגוף (מספר דקות או שעות).

חומצות גרעין

ישנם 2 סוגים של חומצות גרעין: DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית) ו-RNA (חומצה ריבונוקלאית).

ATP - חומצה אדנוזין טריפוספורית, נוקלאוטיד המורכב מהבסיס החנקני של אדנין, פחמימת ריבוז ושלוש מולקולות של חומצה זרחתית.

המבנה אינו יציב, בהשפעת אנזימים הוא עובר ל-ADP - חומצה אדנוזין דיפוספורית (מולקולה אחת של חומצה זרחתית מתפצלת) עם שחרור של 40 קילו-ג'יי אנרגיה. ATP הוא מקור האנרגיה היחיד לכל התגובות התאיות.

תכונות המבנה הכימי של חומצות הגרעין מספקות את האפשרות לאחסן, להעביר ולהורשה לתאי הבת מידע על המבנה של מולקולות חלבון המסונתזות בכל רקמה בשלב מסוים של התפתחות הפרט.

חומצות גרעין מבטיחות שימור יציב של מידע תורשתי ושולטות ביצירת חלבוני האנזים התואמים להן, וחלבוני האנזים קובעים את המאפיינים העיקריים של חילוף החומרים בתאים.

תרכובות אורגניות בתא מכילות חלבונים, פחמימות, שומנים, חומצות גרעין, חומרים דמויי שומן (ליפואידים וכו'. כך כבר באים לידי ביטוי ההבדלים בין חיים ללא-חיים במונחים כימיים ברמה המולקולרית.

סנאים. מבין כל החומרים האורגניים בתא, התפקיד המוביל שייך לחלבונים. חלבונים הם פולימרים, היחידות המרכיבות שלהם (מונומרים) הן חומצות אמינו. חלקם של החלבונים בתא מהווה 50-80% מהמסה היבשה. כל חומצת אמינו מורכבת מקרבוקסיל (COOH), קבוצת אמינו (NH2) ורדיקל (R).

תפקיד ביולוגיחלבונים בתא ובכל תהליכי החיים גבוה מאוד. במקום הראשון זה שלהם פונקציה קטליטית.כל הביולוגים (הם נקראים אנזימיםאוֹ אנזימים) -חומרים בעלי אופי חלבוני. כל תגובה כימית מונעת על ידי הביו-קטליזטור שלה.

פונקציית בנייהחלבונים מצטמצמים להשתתפותם ביצירת כל האברונים והממברנות התאיות. התפקיד הבא של חלבון הוא אוֹת.

תפקוד התכווצותחלבון מורכב מהעובדה שכל סוגי התגובות המוטוריות של התא מתבצעות על ידי חלבונים מתכווצים מיוחדים

פונקציית תחבורהחלבונים מתבטאים ביכולתם של חלבוני דם ספציפיים להתחבר באופן הפיך עם חומרים אורגניים ואי-אורגניים ולהעביר אותם ל איברים שונים, ובדים.

חלבונים לבצע ו תפקוד מגן.בתגובה לחדירת חומרים זרים לתוכו, נוצרים בגוף נוגדנים - חלבונים מיוחדים המנטרלים ומנטרלים חלבונים זרים.
חלבונים יכולים לשרת מקור אנרגיה.התפצלות בתא לחומצות אמינו ובהמשך לתוצרי הריקבון הסופיים - פחמן דו חמצני, מים וחומרים המכילים חנקן, הם משחררים את האנרגיה הדרושה לתהליכי חיים רבים בתא.

פחמימותנמצאים גם בתאי בעלי חיים וגם בתאי צמחים, ובאחרונים יש הרבה יותר מהם - עד 80% מהמסה היבשה. פחמימות מעורבות בבניית מספר מבנים תאיים - דופן התא של צמחים, ובשילוב מורכב עם חלבונים מהוות חלק מעצמות, סחוס, רצועות, גידים. בנוסף, הפחמימות משמשות כמקור אנרגיה המושקע על תנועת תאים, הפרשה, סינתזת חלבון וכל צורה אחרת של פעילות התא.

שומניםהם תרכובת של גליצרול האלכוהול התלת-הידרי עם חומצות שומן. התוכן שלהם בתאים הוא 5-15% ממשקל יבש, ובחלק מהתאים עד 90%.

חומצות גרעיןהן תרכובות אורגניות במשקל מולקולרי גבוה עם ראשוני משמעות ביולוגית. חומצות גרעין אוגרות ומעבירות מידע תורשתי.

כרטיס 6

פרוקריוטים ואיקריוטים

כל האורגניזמים שיש להם מבנה תאי, מחולקים לשתי קבוצות: פרה-גרעיני (פרוקריוטים) וגרעיניים (אוקריוטים).

לתאים פרוקריוטיים, הכוללים חיידקים, בניגוד לאאוקריוטים, מבנה פשוט יחסית. לתא פרוקריוטי אין גרעין מאורגן, הוא מכיל רק כרומוזום אחד, שאינו מופרד משאר התא על ידי ממברנה, אלא נמצא ישירות בציטופלזמה. עם זאת, הוא מכיל גם את כל המידע התורשתי של תא חיידקי.

הציטופלזמה של פרוקריוטים בהשוואה לציטופלזמה של תאים אוקריוטים היא הרבה יותר גרועה מבחינת הרכב המבנים. ישנם מספר רב של ריבוזומים קטנים יותר מאשר בתאים איקריוטים. התפקיד הפונקציונלי של מיטוכונדריה וכלורופלסטים בתאים פרוקריוטים מבוצע על ידי קפלי ממברנה מיוחדים, מאורגנים למדי.

תאים פרוקריוטים, כמו גם תאים איקריוטיים, מכוסה בקרום פלזמה, שעליו קרום תא או קפסולה רירית. למרות הפשטות היחסית שלהם, פרוקריוטים הם תאים עצמאיים טיפוסיים.

תא הצמח מאופיין בנוכחות פלסטידים שונים, גדולים ואקואול מרכזי, שלפעמים דוחף את הליבה לפריפריה, כמו גם ממוקם בחוץ קרום פלזמהדופן התא עשוי תאית. בכלובים צמחים גבוהים יותרלמרכז התא חסר צנטריול שנמצא רק באצות. הפחמימה התזונתית הרזרבה בתאי הצמח היא עמילן.

בתאים של נציגי ממלכת הפטריות, דופן התא מורכבת בדרך כלל מכיטין - החומר שממנו שלד חיצוניחיות פרוקי רגליים. יש וואקוול מרכזי, ללא פלסטידים. רק לחלק מהפטריות יש צנטרול במרכז התא. הפחמימה האגירה בתאי הפטרייה היא גליקוגן.

בתאי בעלי חיים אין דופן תא צפופה, אין פלסטידים. אין ב כלוב חיותואקואול מרכזי. הצנטריול מאפיין מרכז תאיםתאים של בעלי חיים. גליקוגן הוא גם פחמימה רזרבה בתאי בעלי חיים.

תורת התא המודרנית כוללת את ההוראות העיקריות הבאות:

1. תא - יחידת המבנה וההתפתחות הבסיסית של כל היצורים החיים, יחידת החיים הקטנה ביותר.

2. באורגניזמים רב-תאיים מורכבים, התאים מתמיינים לפי תפקידם ויוצרים רקמות; הרקמות מורכבות מאיברים המחוברים ביניהם הדוק וכפופים למערכות עצבים והומורליות של ויסות.

3. תאים של כל חד תאיים ו אורגניזמים רב תאייםהומולוגיים במבנה שלהם, בהרכבם הכימי, בביטויים בסיסיים של פעילות חיונית ומטבוליזם.

4. רבייה של תאים מתרחשת באמצעות חלוקתם. ההוראות בדבר המשכיות גנטית חלות לא רק על התא בכללותו, אלא גם על חלק ממרכיביו הקטנים - על גנים וכרומוזומים, וכן על מנגנון גנטימה שמבטיח את העברת חומר התורשה לדור הבא.

5. אורגניזם רב תאי הוא מערכת חדשה, אנסמבל מורכב של תאים רבים, מאוחדים ומשולבים במערכת של רקמות ואיברים, המחוברים זה לזה בעזרת גורמים כימיים, הומוראליים ועצביים (ויסות מולקולרי).

6. תאים של טוטיפוטנטים רב-תאיים, כלומר, יש להם את העוצמה הגנטית של כל התאים אורגניזם נתון, מקבילים במידע הגנטי, אך נבדלים זה מזה על ידי ביטוי (עבודה) שונה של גנים שונים, מה שמוביל לגיוון המורפולוגי והתפקודי שלהם - להתמיינות.

החוקרים מהמאה ה-17 שהראו את שכיחות ה"מבנה התאי" של הצמחים לא הבינו את המשמעות של גילוי התא. הם דמיינו תאים כחללים במסה מתמשכת של רקמת צמחים. גרוו ראה בקירות התא סיבים, אז הוא הציג את המונח "רקמה", באנלוגיה של בד טקסטיל. מחקר מבנה מיקרוסקופיאיברי בעלי חיים היו אקראיים בטבעם ולא סיפקו כל ידע על המבנה התאי שלהם.

במאה ה-18 נעשו הניסיונות הראשונים להשוות בין מבנה המיקרו של תאי צמחים ובעלי חיים. KF Wolf בתיאוריית הדור שלו (1759) מנסה להשוות את התפתחות המבנה המיקרוסקופי של צמחים ובעלי חיים. לדברי וולף, העובר גם בצמחים וגם בבעלי חיים מתפתח מחומר חסר מבנה שבו נוצרת תנועה על ידי תעלות (כלים) וחללים (תאים). העובדות שציטט וולף פורשו על ידו בטעות ולא הוסיפו ידע חדש למה שהיה ידוע למיקרוסקופים של המאה השבע-עשרה. עם זאת, רעיונות תיאורטיים חזו במידה רבה את הרעיונות של תורת התא העתידי.

ברבע הראשון של המאה ה-19 חלה העמקה משמעותית ברעיונות לגבי המבנה התאי של הצמחים, הקשורה לשיפורים משמעותיים בתכנון המיקרוסקופ (בפרט, יצירת עדשות אכרומטיות).

לינק ומולדנהאואר קובעים שלתאים צמחיים יש קירות עצמאיים. מסתבר שהתא הוא מעין מבנה מבודד מורפולוגית. בשנת 1831, מול מוכיח שאפילו מבני צמחים שאינם תאיים לכאורה, כמו אקוויפרים, מתפתחים מתאי.

מיין ב"פיטוטומיה" (1830) מתאר תאי צמחים, אשר "או בודדים, כך שכל תא הוא אינדיבידואל נפרד, כפי שנמצא באצות ופטריות, או שיוצרים צמחים מאורגנים יותר, הם מתחברים למסה משמעותית יותר או פחות". מיין מדגישה את עצמאות המטבוליזם של כל תא.

בשנת 1831, רוברט בראון מתאר את הגרעין ומציע שהוא חלק בלתי נפרד מתא הצמח.

התיאוריה הסלולרית המודרנית יוצאת מהעובדה שהמבנה התא הוא צורת הקיום העיקרית של החיים, הטבועה בצמחים ובבעלי חיים כאחד. שיפור המבנה התאי היה הכיוון העיקרי להתפתחות האבולוציונית בצמחים ובבעלי חיים כאחד, והמבנה התא הוחזק בחוזקה ברוב האורגניזמים המודרניים.

יחד עם זאת, דוגמטי ומתודולוגי עמדות שגויותתורת התא:

• מבנה התאהיא צורת הקיום העיקרית, אך לא היחידה, של החיים. הייתה תקופה בהתפתחות העולם האורגני שבה לא הייתה הפרדה של קריופלזמה בצורת גרעין המובע בצורה מורפולוגית; צורות שונותמבנה קדם-תאי נמצא בכמה אורגניזמים (בקטריופאג'ים, וירוסים, ספירוצ'טים, קבוצות שונותחיידקים וכחול-ירוק).
• התיאוריה התאית ראתה באורגניזם סכום של תאים, והמיסה את הביטויים החיוניים של האורגניזם בסכום הביטויים החיוניים של התאים המרכיבים אותו. זה התעלם משלמות האורגניזם, דפוסי השלם הוחלפו בסכום החלקים.
• התחשבות בתא כאוניברסלי אלמנט מבני, התיאוריה התאית ראתה בתאי רקמה וגמטות, פרוטיסטים ובלסטומרים כמבנים הומולוגיים לחלוטין. היישום של המושג תא על פרוטיסטים הוא נושא שנוי במחלוקת במדעי התא. IN תאי רקמה, תאי מין, פרוטיסטים, נפוץ ארגון סלולר, המתבטא בבידוד מורפולוגי של קריופלזמה בצורה של גרעין, עם זאת, מבנים אלה אינם יכולים להיחשב שווי ערך מבחינה איכותית, תוך שהם לוקחים את כל התכונות הספציפיות שלהם מעבר למושג "תא".

מבוא.

התא הוא יחידת החיים הבסיסית על פני כדור הארץ. יש לו את כל המאפיינים של אורגניזם חי: הוא גדל, מתרבה, מחליף חומרים ואנרגיה עם הסביבה, ומגיב לגירויים חיצוניים.

הַתחָלָה אבולוציה ביולוגיתקשור להופעה על פני כדור הארץ צורות תאיםחַיִים.

אורגניזמים חד תאייםהם תאים שקיימים בנפרד זה מזה. הגוף של כל הרב-תאיים - בעלי חיים וצמחים - בנוי מתאי פחות או יותר, שהם מעין בלוקים המרכיבים אורגניזם מורכב. ללא קשר אם התא שלם מערכת חיה – אורגניזם בודדאו שהוא רק חלק ממנו, הוא ניחן בסט של תכונות ומאפיינים המשותפים לכל התאים.

מטרה: לחקור את היחידה היסודית של מבנה היצורים החיים - התא.

מטרות עיקריות:

ü להכיר את החומרים האנאורגניים והאורגניים של התא.

ü קחו בחשבון את חילוף החומרים והמרת האנרגיה בתא.

ü חקור תורת התאמבנים של אורגניזמים.

1. תרכובת כימיתתאים.

כ-60 יסודות נמצאים בתאים מערכת תקופתיתמנדלייב, שנמצאים גם בטבע הדומם. זוהי אחת ההוכחות למשותף של חיים ו טבע דומם. מימן, חמצן, פחמן וחנקן הם הנפוצים ביותר ביצורים חיים, המהווים כ-98% ממסת התאים. זה נובע מהמאפיינים תכונות כימיותמימן, חמצן, פחמן וחנקן, כתוצאה מכך הם התבררו כמתאימים ביותר ליצירת מולקולות שמבצעות פונקציות ביולוגיות. ארבעת היסודות הללו מסוגלים ליצור קשרים קוולנטיים חזקים מאוד באמצעות זיווג אלקטרונים השייכים לשני אטומים. אטומי פחמן הקשורים בקוולנטיות יכולים ליצור את עמוד השדרה של אינספור מולקולות אורגניות שונות. מכיוון שאטומי פחמן יוצרים בקלות קשרים קוולנטיים עם חמצן, מימן, חנקן וגם עם גופרית, מולקולות אורגניות משיגות מורכבות יוצאת דופן ומגוון מבנה.

בנוסף לארבעת היסודות העיקריים, מכיל התא ברזל, אשלגן, נתרן, סידן, מגנזיום, כלור, זרחן וגופרית בכמות ניכרת (חלקי 10 ו-100 אחוז). כל שאר היסודות (אבץ, נחושת, יוד, פלואור, קובלט, מנגן ועוד) נמצאים בתא בכמויות קטנות מאוד ולכן נקראים מיקרו-אלמנטים.

יסודות כימיים הם חלק מתרכובות אנאורגניות ואורגניות. תרכובות אנאורגניות כוללות מים, מלח מינרלי, פחמן דו חמצני, חומצות ובסיסים. תרכובות אורגניות הן חלבונים, חומצות גרעין, פחמימות, שומנים (ליפידים) וליפואידים. בנוסף לחמצן, מימן, פחמן וחנקן, ניתן לכלול אלמנטים אחרים בהרכבם. חלק מהחלבונים מכילים גופרית. זרחן הוא מרכיב של חומצות גרעין. מולקולת ההמוגלובין כוללת ברזל, מגנזיום מעורב בבניית מולקולת הכלורופיל. יסודות קורט, למרות קיצוניות תוכן נמוךבאורגניזמים חיים תפקיד חשובבתהליכי חיים. יוד הוא חלק מההורמון בלוטת התריס- תירוקסין, קובלט - בהרכב של ויטמין B 12. ההורמון של החלק המבודד של הלבלב - אינסולין - מכיל אבץ. אצל חלק מהדגים, מקומו של הברזל במולקולות של פיגמנטים נושאי חמצן תופסת על ידי נחושת.

1.1. חומרים אנאורגניים.

1.1.1. מים.

H 2 O היא התרכובת הנפוצה ביותר באורגניזמים חיים. התוכן שלו ב תאים שוניםמשתנה על פני טווח רחב למדי: מ-10% באמייל השן ועד 98% בגוף של מדוזה, אבל בממוצע הוא מהווה כ-80% ממשקל הגוף. תפקידם החשוב ביותר של המים בהבטחת תהליכי החיים נובע מכך תכונות פיזיקליות וכימיות. הקוטביות של המולקולות והיכולת ליצור קשרי מימן הופכים את המים לממס טוב עבורם כמות עצומהחומרים. רוֹב תגובה כימיתהמתרחש בתא יכול להתרחש רק בתמיסה מימית. מים מעורבים גם בטרנספורמציות כימיות רבות.

מספר כוללקשרי מימן בין מולקולות מים משתנים עם t°. ב-t° של הפשרת קרח, כ-15% מקשרי המימן נהרסים, ב-t° של 40°C, חצי. עם המעבר למצב הגז, כל קשרי המימן נהרסים. זה מסביר את הגבוה חום ספציפימים. בעת שינוי t° סביבה חיצוניתמים סופגים או משחררים חום עקב שבירה או היווצרות חדשה של קשרי מימן. בדרך זו, התנודות ב-t ° בתוך התא קטנות יותר מאשר ב סביבה. חום האידוי הגבוה עומד בבסיסו מנגנון יעילהעברת חום בצמחים ובעלי חיים.

מים כממס לוקחים חלק בתופעות האוסמוזה, הממלאת תפקיד חשוב בפעילות החיונית של תאי הגוף. אוסמוזה מתייחסת לחדירה של מולקולות ממס דרך קרום חדיר למחצה לתוך תמיסה של חומר. ממברנות חצי חדירות הן ממברנות המאפשרות למולקולות של הממס לעבור דרכן, אך אינן מעבירות מולקולות (או יונים) של המומס. לכן, אוסמוזה היא דיפוזיה חד-כיוונית של מולקולות מים לכיוון התמיסה.

תרכובות בתא מכילות חלבונים, פחמימות, שומנים, חומצות גרעין, חומרים דמויי שומן (ליפואידים וכו'. כך, ההבדלים בין חיים ללא-חיים במונחים כימיים באים לידי ביטוי כבר ברמה המולקולרית. סנאים. מבין כל החומרים האורגניים בתא, התפקיד המוביל שייך לחלבונים. חלבונים הם פולימרים, היחידות המרכיבות שלהם (מונומרים) הן חומצות אמינו. לגבי שיעור החלבונים ב...

עדות לאפשרות התיאורטית של לידה מחדש - נורמליזציה תאי גידול. צוין כי עם החדרת חומרים מסוימים (חומצה בוטירית, דימתיל סולפוקסיד, ויטמין A וכו') לתרבית תאי הגידול, התאים, על פי כמה מאפיינים ביוכימיים, הפכו דומים לתאים רגילים, אולם כאשר חומרים אלו היו דומים לתאים רגילים. הוסר, התאים רכשו שוב תכונות גידול. ביאטריס...

בשכפול והפצה של מידע תורשתי בין תאי בת, וכתוצאה מכך, בוויסות חלוקת התא והתפתחות הגוף. חילוף חומרים והמרת אנרגיה בתא. כל היצורים החיים על פני כדור הארץ הם מערכות פתוחותמסוגל לארגן באופן פעיל את זרימת האנרגיה והחומר מבחוץ. דרושה אנרגיה ל...

תָא

מנקודת המבט של מושג מערכות החיים לפי א' להנינגר.

תא חי הוא מערכת איזותרמית של מולקולות אורגניות המסוגלות לוויסות עצמיים ורבייה עצמית, להפיק אנרגיה ומשאבים מהסביבה.

זורם בתא מספר גדול שלתגובות עוקבות, שקצבן מווסת על ידי התא עצמו.

התא שומר על עצמו במצב דינמי נייח הרחק משיווי משקל עם הסביבה.

תאים פועלים על פי העיקרון של צריכה מינימלית של רכיבים ותהליכים.

זֶה. תא הוא מערכת חיה אלמנטרית פתוחה המסוגלת לקיום עצמאי, רבייה והתפתחות. זוהי יחידה מבנית ותפקודית יסודית של כל האורגניזמים החיים.

ההרכב הכימי של התאים.

מתוך 110 היסודות של המערכת המחזורית של מנדלייב, 86 נמצאו נוכחים באופן קבוע בגוף האדם. 25 מהם נחוצים לחיים נורמליים, ו-18 מהם נחוצים לחלוטין, ו-7 שימושיים. בהתאם לאחוז בתא, היסודות הכימיים מחולקים לשלוש קבוצות:

מקרונוטריינטים היסודות העיקריים (אורגנוגנים) הם מימן, פחמן, חמצן, חנקן. הריכוז שלהם: 98 - 99.9%. הם מרכיבים אוניברסליים של התרכובות האורגניות של התא.

יסודות קורט - נתרן, מגנזיום, זרחן, גופרית, כלור, אשלגן, סידן, ברזל. הריכוז שלהם הוא 0.1%.

Ultramicroelements - בורון, סיליקון, ונדיום, מנגן, קובלט, נחושת, אבץ, מוליבדן, סלניום, יוד, ברום, פלואור. הם משפיעים על חילוף החומרים. היעדרם הוא הגורם למחלות (אבץ - סוכרת, יוד - זפק אנדמי, ברזל - אנמיה מזיקהוכו.).

הרפואה המודרנית יודעת את העובדות של האינטראקציה השלילית של ויטמינים ומינרלים:

אבץ מפחית את ספיגת הנחושת ומתחרה על הספיגה עם ברזל וסידן; (ומחסור באבץ גורם להיחלשות מערכת החיסון, מספר מצבים פתולוגיים מהבלוטות האנדוקריניות).

סידן וברזל מפחיתים את ספיגת המנגן;

ויטמין E אינו משתלב היטב עם ברזל, וויטמין C אינו משתלב היטב עם ויטמיני B.

אינטראקציה חיובית:

ויטמין E וסלניום, כמו גם סידן וויטמין K, פועלים באופן סינרגטי;

ויטמין D חיוני לספיגת סידן;

נחושת מקדמת ספיגה ומגבירה את יעילות השימוש בברזל בגוף.

רכיבים אנאורגניים של התא.

מים- החשוב ביותר רְכִיבתאים, מדיום הפיזור האוניברסלי של חומר חי. תאים פעילים של אורגניזמים יבשתיים מורכבים מ-60 - 95% מים. בתאים וברקמות מנוחה (זרעים, נבגים) מים הם 10-20%. המים בתא הם בשתי צורות - חופשיות וקשורות לקולואידים תאיים. מים חופשיים הם מדיום הממס והפיזור של המערכת הקולואידית של הפרוטופלזמה. ה-95% שלה. מים קשורים (4-5%) מכל מי התאים יוצרים קשרי מימן והידרוקסיל שבירים עם חלבונים.

תכונות המים:

מים הם ממס טבעי ליונים מינרליים וחומרים אחרים.

מים הם השלב המפוזר של המערכת הקולואידית של הפרוטופלזמה.

מים הם המדיום לתגובות של חילוף החומרים בתאים, כי. תהליכים פיזיולוגייםלהתרחש בסביבה מימית בלבד. מספק תגובות של הידרוליזה, הידרציה, נפיחות.

משתתף בתגובות אנזימטיות רבות של התא ונוצר בתהליך חילוף החומרים.

מים הם המקור ליוני מימן במהלך הפוטוסינתזה בצמחים.

ערך ביולוגי של מים:

רוב התגובות הביוכימיות מתרחשות רק בתמיסה מימית; חומרים רבים נכנסים ויוצאים מהתאים בצורה מומסת. זה מאפיין את פונקציית ההובלה של מים.

מים מספקים תגובות הידרוליזה - פירוק חלבונים, שומנים, פחמימות תחת פעולת המים.

בגלל חום האידוי הגבוה, הגוף מתקרר. למשל הזעה בבני אדם או תאי דם בצמחים.

יכולת החום הגבוהה והמוליכות התרמית של המים תורמים לפיזור אחיד של החום בתא.

בשל כוחות ההיצמדות (מים - אדמה) והלכידות (מים - מים), למים יש תכונה של קפילריות.

חוסר הדחיסה של המים קובע את מצב הלחץ קירות תאים(טורגור), שלד הידרוסטטי בתולעים עגולות.

גוף האדם מורכב מרבים יסודות כימיים: נוכחותם של 86 אלמנטים מהשולחן של D. I. Mendeleev זוהתה. עם זאת, 98% מהמסה של הגוף שלנו נוצר רק על ידי ארבעה יסודות: חמצן (כ-70%), פחמן (15-18%), מימן (כ-10%) וחנקן (כ-2%). כל שאר האלמנטים מחולקים ל מאקרו-נוטריינטים(בערך 2% מהמסה) ו יסודות קורט(כ-0.1% מהמסה). מאקרו-אלמנטים כוללים זרחן, אשלגן, נתרן, ברזל, מגנזיום, סידן, כלור וגופרית, ומיקרו-אלמנטים - אבץ, נחושת, יוד, פלואור, מנגן ואלמנטים נוספים. למרות כמויות קטנות מאוד, מיקרו-אלמנטים נחוצים הן עבור כל תא והן עבור האורגניזם כולו בכללותו.

בתאים, אטומים וקבוצות של אטומים של יסודות שונים מסוגלים לאבד או לצבור אלקטרונים. מאז האלקטרון יש מטען שלילי, אז אובדן של אלקטרון מוביל לכך שהאטום או קבוצת האטומים הופכים למטען חיובי, ורכישת אלקטרון הופכת את האטום או קבוצת האטומים למטען שלילי. אטומים טעונים חשמליים כאלה וקבוצות אטומים נקראים יונים.יונים בעלי מטען הפוך מושכים זה את זה. מערכת היחסים עקב משיכה זו נקראת יונית.תרכובות יוניות מורכבות משלילי ו יונים חיוביים, שהמטענים ההפוכים שלו שווים בגודלם, ולכן, ככלל, המולקולה היא ניטרלית מבחינה חשמלית. דוגמה לתרכובת יונית היא מלח, או נתרן כלוריד NaCl. חומר זה נוצר על ידי יוני נתרן Na + במטען של +1 ויוני כלוריד Cl - במטען של -1.

הרכב התא כולל חומרים אנאורגניים ואורגניים. דומיננטי בין האי-אורגני מים,שתכולתו נעה בין 90% בגוף העובר ל-65% בגופו של קשיש. מים הם ממס אוניברסלי, וכמעט כל התגובות בגופנו מתרחשות בתמיסות מימיות. החלל הפנימי של תאים ואברוני התא הוא פתרון מיםחומרים שונים. חומרים מסיסים במים (מלחים, חומצות, חלבונים, פחמימות, אלכוהול וכו') נקראים הידרופיליובלתי מסיסים (לדוגמה, שומנים) - הידרופובי.

החומרים האורגניים החשובים ביותר המרכיבים את התאים הם חלבונים.תכולת החלבונים ב תאים שוניםנע בין 10 ל-20%. מולקולות חלבון גדולות מאוד והן שרשראות ארוכות (פולימרים) המורכבות מיחידות חוזרות (מונומרים). מונומרים חלבונים הם חומצות אמינו.אורכה, ומכאן המסה, של מולקולת חלבון יכולים להשתנות מאוד: משתי חומצות אמינו ועד אלפים רבים. מולקולות חלבון קצרות נקראות פפטידים.חלבונים מכילים כ-20 סוגים של חומצות אמינו, המחוברות ביניהן קשרי פפטיד.רצף חומצות האמינו בכל מולקולת חלבון מוגדר בקפדנות ונקרא מבנה ראשוניסנאי. שרשרת זו של חומצות אמינו מתפתלת לסליל הנקרא מבנה משניסנאי. עבור כל חלבון, הסליל הזה ממוקם בחלל בדרכו שלו, מתפתל למורכב פחות או יותר מבנה שלישוני,או כדור הקובע את הפעילות הביולוגית של מולקולת חלבון. מולקולות של חלבונים מסוימים נוצרות על ידי מספר כדוריות המוחזקים יחד. נהוג לומר שלחלבונים כאלה יש, בנוסף, מבנה רבעוני.

חלבונים מבצעים שורה שלמההפונקציות החשובות ביותר, שבלעדיהן קיומו של תא בודד או אורגניזם שלם בלתי אפשרי. פונקציית בנייה מבניתמבוססת על העובדה שחלבונים הם המרכיבים החשובים ביותר בכל הממברנות: לרוב התאים נוצר שלד ציטו. סוגים מסוימיםחלבונים. ניתן לציין קולגן ואלסטין, המעניקים גמישות וחוזק לעור ומהווים בסיס לרצועות המחברים שרירים למפרקים ומפרקים זה לזה, כדוגמאות לחלבונים המבצעים פונקציה מבנית ובונה.

פונקציה קטליטיתחלבונים זה סוגים מיוחדיםחלבונים - אנזימים- מסוגל להאיץ את מהלך התגובות הכימיות, ולפעמים מיליונים רבים של פעמים. כל תנועות התא מתבצעות בעזרת חלבונים מיוחדים (אקטין, מיוזין וכו'). לפיכך, חלבונים עושים זאת תפקוד מוטורי.פונקציה נוספת של חלבונים תַחְבּוּרָה,מתבטא בעובדה שהם מסוגלים לשאת חמצן (המוגלובין) ועוד מספר חומרים: ברזל, נחושת, ויטמינים. בסיס החסינות הם גם חלבונים מיוחדים - נוגדנים,מסוגל לקשור חיידקים וחומרים זרים אחרים, מה שהופך אותם בטוחים לגוף. פונקציה זו של חלבונים נקראת מָגֵן.הורמונים רבים וחומרים אחרים המווסתים את תפקוד התאים והאורגניזם כולו הם חלבונים או פפטידים קצרים. לפיכך, חלבונים עושים זאת פונקציות רגולטוריות.(למידע נוסף על חלבונים רגולטוריים ופפטידים, עיין בסעיף בנושא מערכת האנדוקרינית.) כאשר חלבונים מתחמצנים, משתחררת אנרגיה שהגוף יכול להשתמש בה. עם זאת, חלבונים חשובים מדי עבור הגוף, וכן ערך אנרגטיחלבונים נמוכים מאלה של שומנים, ולכן בדרך כלל משתמשים בחלבונים לצרכי אנרגיה רק ​​ב מוצא אחרון, עם דלדול של פחמימות ושומנים.

עוד שיעור חומרים כימייםהכרחי לחיים, פחמימות,אוֹ סהרה.פחמימות מחולקות ל חד סוכריםו פוליסכרידים,בנוי מחד סוכרים. החד-סוכרים החשובים ביותר הם גלוקוז, פרוקטוז וריבוז. מבין הפוליסכרידים בתאי בעלי חיים, נמצא לרוב גליקוגן, ובתאים צמחיים - עמילן ותאית.

פחמימות ממלאות שתי תפקידים חשובים: אנרגיה ובנייה מבנית. לכן, עבור תאי המוח שלנו, גלוקוז הוא למעשה מקור האנרגיה היחיד, וירידה בתכולתו בדם מסכנת חיים. הכבד האנושי אוגר אספקה ​​קטנה של הפולימר גלוקוז - גליקוגן, מספיק כדי לכסות את הצורך בגלוקוז למשך כיומיים.

מהות התפקוד המבני והבניין של פחמימות הוא כדלקמן: פחמימות מורכבות בשילוב עם חלבונים (גליקופרוטאינים) או שומנים (גליקוליפידים) הם חלק ממברנות התא, מה שמבטיח את האינטראקציה של התאים זה עם זה.

תאים כוללים גם שומנים,אוֹ ליפידים.המולקולות שלהם בנויות מגליצרול וחומצות שומן. חומרים דמויי שומן כוללים כולסטרול, סטרואידים, פוספוליפידים וכו'. שומנים הם חלק מכל ממברנות התא, בהיותם הבסיס שלהם. ליפידים הינם הידרופוביים ולכן אטומים למים. לפיכך, שכבות השומנים של הממברנה מגנות על תוכן התא מפני התמוססות. זוהי הפונקציה המבנה המבני שלהם. עם זאת, ליפידים מקור חשובאנרגיה: כאשר שומנים מתחמצנים, הוא משתחרר תוך שתי שניות שוב פעםיותר אנרגיה מאשר בעת חמצון של אותה כמות של חלבונים או פחמימות.

חומצות גרעיןהם פולימרים המורכבים ממונומרים נוקלאוטידים.כל נוקלאוטיד מורכב מבסיס חנקני, סוכר ושארית חומצה זרחתית. ישנם שני סוגים של חומצות גרעין: דאוקסיריבונוקלאית (DNA) וריבונוקלאית (RNA), הנבדלים בהרכב הבסיסים החנקניים והסוכרים.

ישנם ארבעה בסיסים חנקן: אדנין, גואנין, ציטוזיןו תימין.הם קובעים את שמות הנוקלאוטידים המתאימים: אדניל (A), גואניל (G), ציטידיל (C) ותימידיל (T) (איור 1.1).

כל גדיל DNA הוא פולינוקלאוטיד המורכב מכמה עשרות אלפי נוקלאוטידים.

למולקולת ה-DNA יש מבנה מורכב. הוא מורכב משתי שרשראות מסולסלות, המחוברות זו לזו לכל אורכן בקשרי מימן. מבנה זה, הייחודי למולקולות DNA, נקרא הליקס כפול.

כאשר נוצר סליל כפול של DNA, הבסיסים החנקניים של גדיל אחד מסודרים באופן מוחלט סדר מסויםנגד בסיסים חנקן. יחד עם זאת מתגלה חוקיות חשובה: כנגד האדנין של שרשרת אחת, תמיד נמצא התימין של השרשרת השנייה, כנגד הגואנין – ציטוזין, ולהיפך. זה נובע מהעובדה שצמדי הנוקלאוטידים אדנין ותימין, כמו גם גואנין וציטוזין, תואמים זה לזה בהחלט והם נוספים, או מַשׁלִים(מ-lat. משליםתוספת) זה לזה. יש תמיד שני קשרי מימן בין אדנין לתימין, ושלושה קשרי מימן בין גואנין וציטוזין (איור 1.2). לכן, בכל אורגניזם, מספר נוקלאוטידים אדניל שווה למספר התימידיל, ומספר נוקלאוטידים גואניל שווה למספר הציטידיל. הכרת רצף הנוקלאוטידים בגדיל DNA אחד, ניתן להשתמש בעקרון ההשלמה כדי לקבוע את סדר הנוקלאוטידים בגדיל אחר.

בעזרת ארבעה סוגי נוקלאוטידים ב-DNA, השלם מידע חשובעל הגוף, שעובר בירושה לדורות הבאים, במילים אחרות, ה-DNA פועל כנשא של מידע תורשתי.

מולקולות DNA נמצאות בעיקר בגרעיני התאים, אך כמות קטנה נמצאת במיטוכונדריה ובפלסטידים.

מולקולת ה-RNA, בניגוד למולקולת ה-DNA, היא פולימר המורכב משרשרת אחת של גדלים קטנים יותר. מונומרים של RNA הם נוקלאוטידים המורכבים מריבוז, שארית חומצה זרחתית ואחד מארבעה בסיסים חנקניים. שלושת הבסיסים החנקניים - אדנין, גואנין וציטוזין - זהים לאלו של ה-DNA, והרביעי הוא אורציל. היווצרות פולימר ה-RNA מתרחשת באמצעות קשרים קוולנטיים בין הריבוז לשאריות החומצה הזרחתית של נוקלאוטידים שכנים.

ישנם שלושה סוגים של RNA, שונים במבנה, בגודל של מולקולות, במיקום בתא ובפונקציות שבוצעו.

ריבוזומלי RNA (rRNA) הוא חלק מהריבוזום ומעורב ביצירת המרכז הפעיל של הריבוזום, שבו מתרחש תהליך הביוסינתזה של חלבון.

תַחְבּוּרָה RNA (t-RNA) - הקטן ביותר בגודלו - מעביר חומצות אמינו לאתר של סינתזת חלבון.

מידע,אוֹ מַטרִיצָה, RNA (i-RNA) מסונתז בקטע של אחת מהשרשרות של מולקולת ה-DNA ומעביר מידע על מבנה החלבון מגרעין התא לריבוזומים, שם מידע זה מתממש.

לפיכך, סוגים שונים של RNA יוצרים יחיד מערכת פונקציונליתמכוון למימוש מידע תורשתי באמצעות סינתזת חלבון.

מולקולות RNA נמצאות בגרעין, בציטופלזמה, בריבוזומים, במיטוכונדריה ובפלסטידים של התא.

חָשׁוּב מרכיב כימיכל תא הוא אדנוזין טרי פוספט(ATP). זהו נוקלאוטיד, שבמהלכו משתחררת האנרגיה הדרושה לחיי התא, המורכבת מבסיס חנקני, פחמימת ריבוז ושלוש שאריות חומצה זרחתית (איור 1.3); נמצא בציטופלזמה, במיטוכונדריה, בפלסטידים ובגרעינים.

המבנה של ATP אינו יציב. כאשר מופרדת שארית אחת של חומצה זרחתית, ATP הופך ל אדנוזין דיפוספט(ADP), אם מופרדת שארית חומצה זרחתית נוספת (וזה נדיר ביותר), אז ADP נכנסת אדנוזין מונופוספט(AMP). הפרדה של כל שאריות חומצה זרחתית משחררת 40 קילו ג'יי של אנרגיה.

הקשר בין שאריות חומצה זרחתית נקרא מאקרו-אירגי (הוא מסומן בסמל ~), שכן כאשר הוא נשבר, משתחררת כמעט פי ארבעה יותר אנרגיה מאשר כאשר אחרים מתפצלים. קשרים כימים(איור 1.4).

על מנת לסנתז ATP מ-ADP, יש צורך להוציא כמה אנרגיה שמשתחררת במהלך ריקבון החומר הזה. בתאים, ATP מסונתז במהלך פירוק מולקולות אורגניות: פחמימות, שומנים, לעתים רחוקות יותר חלבונים.

ויטמינים(מ-lat. קוֹרוֹת חַיִים- חיים) - תרכובות ביו-אורגניות מורכבות הנחוצות בכמויות קטנות לתפקוד תקין של אורגניזמים. בניגוד לחומרים אורגניים אחרים, ויטמינים אינם משמשים כמקור אנרגיה או חומר בניין. ויטמינים מסוימים יכולים לסנתז את עצמם (לדוגמה, חיידקים מסוגלים לסנתז כמעט את כל הויטמינים), ויטמינים אחרים נכנסים לגוף עם מזון.

ויטמינים מסומנים בדרך כלל באותיות של האלפבית הלטיני. הבסיס סיווג מודרניויטמינים מבוססים על יכולתם להתמוסס במים ובשומנים. לְהַבחִין מסיס בשומן(א, ד, ה ו-ק) ו מסיס במים(B, C, PP וכו') ויטמינים.

ויטמינים ממלאים תפקיד חשוב בחילוף החומרים ובתהליכים חיוניים אחרים של הגוף. גם מחסור וגם עודף של ויטמינים עלולים לגרום הפרות חמורותרב פונקציות פיזיולוגיותבאורגניזם.

בנוסף לתרכובות האנאורגניות (מים, מלחים מינרלים) והאורגניות המפורטות (פחמימות, שומנים, חלבונים, חומצות גרעין, ויטמינים), יש תמיד חומרים אורגניים רבים אחרים בכל תא. הם תוצרי ביניים או סופיים של ביוסינתזה וריקבון.

מבנה התא

כל תא, למרות גודלו הקטן, מורכב מאוד. תאים מכילים מבנים לצריכת חומרים מזינים ואנרגיה, הפרשת מוצרים מטבוליים ורבייה. כל ההיבטים הללו של פעילות התא קשורים זה לזה באופן הדוק.

התוכן הפנימי חצי נוזלי של התא נקרא ציטופלזמה.הציטופלזמה של רוב התאים מכילה הליבה,תיאום הפעילות החיונית של התא, ורבות אברונים,ביצוע פונקציות שונות.

בכלוב כמו מערכת מאוחדתיש להחזיק את כל החלקים - ציטופלזמה, גרעין, אברונים - יחד. בשביל זה, בתהליך האבולוציה, קרום תא,אשר, המקיף כל תא, מפריד בינו לבין הסביבה החיצונית. הממברנה החיצונית מגינה על התוכן הפנימי של התא - הציטופלזמה והגרעין - מפני נזק, תומך צורה קבועהתאים, מספק תקשורת בין תאים, עובר באופן סלקטיבי בתוך התא חומרים נחוציםומסיר מוצרים מטבוליים מהתא.

מבנה הממברנה בכל התאים זהה. עוביו הוא כ-8 ננומטר (1 ננומטר = 10-9 מ'), כך שאי אפשר לראות את הממברנה במיקרוסקופ אור. נתונים המתקבלים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני, אפשרו לנו להסיק שהבסיס של הממברנה הוא שכבה כפולה של מולקולות שומנים (איור 1.5), שבה נמצאות מולקולות חלבון רבות. חלק מהחלבונים ממוקמים על פני שכבת השומנים, בעוד שאחרים חודרים דרך שתי שכבות השומנים. חלבונים מיוחדים יוצרים את התעלות הדקות ביותר שדרכן יכולים לעבור אשלגן, נתרן, יוני סידן ועוד כמה יונים בקוטר קטן לתוך התא או לצאת ממנו. עם זאת, חלקיקים גדולים יותר אינם יכולים לעבור דרך תעלות הממברנה. מולקולות של חומרים מזינים - חלבונים, פחמימות, שומנים - נכנסות לתא בעזרת פגוציטוזיס או פינוציטוזה.

במקום בו חלקיק המזון נוגע בקרום החיצוני של התא, נוצרת פלישה, והחלקיק נכנס לתא, מוקף בקרום. תהליך זה נקרא פגוציטוזיס(איור 1.6, א).חודרים לתוך הבועה שנוצרה אנזימי עיכול, ויש ואקוול עיכול.פרוטוזואה ניזונה מפגוציטוזיס. באורגניזמים רב-תאיים, כמה לויקוציטים בדם (תאי אמוב גדולים למדי), הנעים בדם ובלימפה, מסוגלים גם ללכוד ולעכל באופן פעיל חיידקים זרים. הם נקראים פגוציטים.

פינוציטוזהשונה מפאגוציטוזיס רק באותה פלישה קרום חיצונילוכד לא חלקיקים מוצקים, אלא טיפות נוזליות עם חומרים מומסים בתוכה (איור 1.6, ב).זהו אחד המנגנונים העיקריים לחדירת חומרים לתא.

המשטח החיצוני של הממברנה החיצונית של התא מכוסה בשכבה של מולקולות שונות הקשורות לחלבוני הממברנה. השילוב של מולקולות אלו נקרא גליקוקליקס.הרכב הגליקוקליקס כולל מולקולות של גליקוליפידים, גליקופרוטאין, שרשראות של פוליסכרידים. מולקולות גליקוקליקס רבות הן חלק מקולטנים מולקולריים ספציפיים, בעזרתם התא מסוגל להגיב לאותות חיצוניים שונים. לקצה החופשי של הקולטן הפונה למדיום הבין-תאי יש צורה מוגדרת בהחלט. לכן, רק אותן מולקולות שמתאימות לו, כמו מפתח למנעול, יכולות לקיים אינטראקציה עם הקולטן. בגלל קיומם של קולטנים ספציפיים ניתן לקבע מולקולות של מה שנקרא אינפורמונים על פני התא: מתווכים, מאפננים, הורמונים, אנזימים. ל משטח פנימיקרום התא צמוד לחלבונים ציטופלזמיים. הם מעבירים מידע בתוך התא ומעוררים אשדים מורכבים של תגובות ביוכימיות שמשנות את תפקוד התא כולו.

כאשר תאים באים במגע אחד עם השני ממברנות תאיםאינטראקציה ליצירת צמתים בין-תאיים סוגים שונים. הודות לחיבורים כאלה, תאים שכנים מאותו סוג יכולים להחליף במהירות אותות חשמליים וכימיים.

גרעין התא הוא החלק החשוב ביותר בתא. הוא נמצא כמעט בכל התאים של אורגניזמים רב-תאיים. היוצא מן הכלל הוא תאי דם אדומים אנושיים - אריתרוציטים. ליצורים החד-תאיים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ, חיידקים, אין גרעין, וזו הסיבה שהם נקראים פרוקריוטים(מ-lat. מִקצוֹעָן- לפני, לפני וגר. קריון- הליבה). התאים של כל שאר האורגניזמים - פטריות, צמחים, בעלי חיים - מכילים גרעין מעוצב היטב, וזו הסיבה שהם נקראים איקריוטים(מגר. אירופה- ובכן, לגמרי).

מדוע הגרעין כל כך חשוב לחיי התא? גרעין התא מכיל DNA - חומר התורשה, בו מוצפנים כל תכונות התא. לכן, הגרעין נחוץ ליישום שתי פונקציות חשובות ביותר: חלוקה, בה נוצרים תאים חדשים, בדומה לאם בכל דבר, וויסות כל תהליכי סינתזת החלבון, חילוף החומרים והאנרגיה המתרחשים בתא.

הגרעין הוא בדרך כלל כדורי או צורה אליפסה. לתאים יש בדרך כלל גרעין אחד, אם כי יש יוצאים מן הכלל. למשל, שני גרעינים בריסיות-נעליים, גרעינים רבים - בסיבים של שרירים מפוספסים.

הגרעין מופרד מהציטופלזמה על ידי ממברנה המורכבת משתי ממברנות (איור 1.7). הממברנה הפנימית חלקה, בעוד שהקרום החיצוני כולל ציפיות רבות. עובי כולל דופן תא- בערך 30 ננומטר. ישנן נקבוביות רבות בקליפה של הגרעין על מנת לעשות זאת חומרים שוניםיכול לעבור מהציטופלזמה לגרעין, ולהיפך.

התוכן הפנימי של הקרנל נקרא קריופלזמות,אוֹ מיץ גרעיני.המוהל הגרעיני מכיל כרומטין ונוקלאולי.

כרומטיןהוא גדיל של DNA. אם התא מתחיל להתחלק, אז חוטי הכרומטין מתפתלים בחוזקה לספירלה. תצורות צפופות כאלה נקראות כרומוזומים.הם נראים בבירור מתחת למיקרוסקופ. אם מסתכלים במיקרוסקופ על תא בין חלוקות, מתברר שהכרומוזומים אינם מתפתלים עד החוטים הדקים ביותר DNA. העובדה היא שגנים - קטעי DNA שבהם מוצפן המבנה של חלבון - יכולים לתפקד רק בצורה מדוזה. לפיכך, בהתאם למצב התא, הכרומטין ייראה כמו כרומוזומים או כמו החוטים הדקים ביותר.

קבוצת הכרומוזומים הכלולה בתאים של סוג מסוים של אורגניזם נקראת קריוטיפ.לפני חלוקת התא, הכרומוזומים מתפתלים ונראים בבירור תחת מיקרוסקופ אור. כשמסתכלים על כרומוזומים, מתברר ש סוגים שוניםלאורגניזמים חיים יש מספר שונה של כרומוזומים. אם מספר הכרומוזומים בתאים של שני מינים של בעלי חיים או צמחים זהה, אז הגדלים שלהם יהיו שונים, כלומר, הקריוטיפ הוא תמיד ייחודי.

התאים המרכיבים את האיברים והרקמות של כל אורגניזם רב תאי נקראים סומטי.גרעינים של תאים סומטיים מכילים בדרך כלל לְהַכפִּיל,אוֹ דיפלואיד, קבוצה של כרומוזומים- שני כרומוזומים מכל מין (איור 1.8). בתחילה, מחצית מהכרומוזומים הלכו לכל תא מהביצית של האם, ובדיוק אותם כרומוזומים מהזרע של האב. כרומוזומים מזווגים, כלומר זהים לחלוטין, (אחד מהאם, השני מהאב) נקראים כרומוזומים הומולוגיים.היוצא מן הכלל הוא כרומוזומי המין: X - עובר בירושה מהאם ואחד מהשניים - X או Y - עובר בירושה מהאב. מספר הכרומוזומים בגרעין התאים של כל אורגניזם אינו קובע את רמת המורכבות שלו. לפיכך, הסט הדיפלואידי בתאי תולעת עגול הוא 2 כרומוזומים; זבובי פירות - 8; קרפדה ירוקה - 26; הידרה של מים מתוקים - 32; אדם - 46; כלב בית - 78; סַרטַן הַנַהֲרוֹת- 118, ומפריז - 174.

קבוצה של כרומוזומים בגדלים ובצורות שונות של תאים ממין נתון, כאשר כל כרומוזום מיוצג ב יָחִיד, נקרא הפלואידבניגוד לסט הדיפלואידי, כאשר לכל כרומוזום יש שניים. סט הפלואידינמצא בגרעינים של תאי נבט (גמטות).אם לאדם יש קבוצה דיפלואידית של 46 כרומוזומים, אז קבוצה הפלואידית, בהתאמה, היא 23.

בשלב הביניים של חלוקת התא, כל כרומוזום מכפיל את עצמו ומורכב משתי כרומטידות. במקביל, לאדם בתאים סומטיים יהיו 92 כרומטידים המחוברים בזוגות ל-46 כרומוזומים.

גרעיןהוא גוף מעוגל צפוף התלוי במיץ גרעיני. הנוקלאולי קשורים לאזורים ספציפיים של ה-DNA הגרעיני. תפקידם של הנוקלאולי הוא סינתזה של RNA וחלבונים, מהם נוצרים אברונים מיוחדים - ריבוזומים. בדרך כלל, ישנם בין אחד לשבעה נוקלאולים בגרעין התא. הם נראים בבירור בין חלוקות תאים, ובמהלך החלוקה הם נהרסים.

הציטופלזמה כולה מחלחלת בתעלות רבות, שדפנותן נוצרות על ידי קרום דומה לזה המרכיב את המעטפת החיצונית של התא (איור 1.9). ערוצים אלה יכולים להסתעף, להתחבר זה לזה, וכתוצאה מכך, נוצרת מערכת הובלה של תאים בודדים, הנקראת רטיקולום אנדופלזמי(EPS). יש כל כך הרבה ערוצי ER שהם יכולים לתפוס עד 50% מהנפח הפנימי של התא. הלומן של ערוצי EPS משתנה, אבל הערך הממוצע שלו הוא 50 ננומטר. בהגדלה גבוהה במיקרוסקופ, ניתן לראות שחלק מהקרומים של הרשת מכוסים בריבוזומים. חלק זה של ה-EPS נקרא עצבני(גַרגִירִי). תפקידו העיקרי של ER גס הוא סינתזה של חלבונים בריבוזומים. סוג זה של תעלות מפותח במיוחד בתאי הבלוטות, שם מתרחשת סינתזה של חלבונים הורמונליים. החלק השני של ER אינו מכוסה בריבוזומים ונקרא חלק. ER חלק, ככל הנראה, מבצע בעיקר פונקציית תחבורה. סוג זה של תעלה נמצא לעתים קרובות בתאי הטחול ו בלוטות לימפהאדם. כך, EPS, מצד אחד, היא מערכת ההובלה של התא, ומצד שני, היא מסנתזת מספר חומרים הנחוצים לעתים רק לתא עצמו, ובמקרים אחרים לתאים רבים של אורגניזם רב-תאי. .

ריבוזומים- אלו הם אברונים כדוריים קטנים, בקוטר של 10-30 ננומטר. הם נוצרים על ידי חומצות ריבונוקלאיות וחלבונים. כל ריבוזום מורכב מכמה חלקים. ריבוזומים נוצרים בנוקלאולי של הגרעין, ואז הם נכנסים לציטופלזמה, שם הם מתחילים לבצע את תפקידם - סינתזת חלבון. בציטופלזמה, הריבוזומים ממוקמים לרוב על ER מחוספס. פחות נפוץ, הם תלויים בחופשיות בציטופלזמה של התא.

החלבונים, השומנים והפחמימות הנוצרים בתא לא תמיד נמצאים בשימוש מיידי, לכן, חלק ניכר מהחומרים המסונתזים על ידי התא דרך תעלות ה-ER נכנס לחללים מיוחדים, התוחמים מהציטופלזמה על ידי ממברנה. חללים אלה, מוערמים בערימות מוזרות, "טנקים", נקראים מתחם גולגי(איור 1.10). כאן, חומרים הנחוצים לתא עצמו, למשל, אנזימי עיכול, נארזים לתוך שלפוחיות ממברנות, ניצנים ונושאים דרך הציטופלזמה. במתחם הגולגי צוברים גם חומרים שהתא מסנתז לצרכי האורגניזם כולו ואשר מוסרים מהתא החוצה. לרוב, הטנקים של מתחם גולגי ממוקמים ליד גרעין התא.

כאשר שונים חומרים מזיניםהם צריכים להתעכל. במקרה זה יש לפרק חלבונים לחומצות אמינו בודדות, לפוליסכרידים - למולקולות גלוקוז או פרוקטוז, ליפידים - לגליצרול וחומצות שומן. כדי שעיכול תוך תאי יתאפשר, השלפוחית ​​הפגוציטית או הפינוציטית חייבת להתמזג עם הליזוזום (איור 1.11). ליזוזום- בועה קטנה, בקוטר של 0.5-1.0 מיקרון בלבד, המכילה קבוצה גדולה של אנזימים שיכולים להרוס חומרים מזינים. ליזוזום אחד יכול להכיל 30-50 אנזימים שונים. הליזוזומים מוקפים בממברנה שיכולה לעמוד בהשפעות של אנזימים אלה. ליזוזומים נוצרים במתחם גולגי. במבנה הזה מצטברים אנזימי עיכול מסונתזים, ואז ליזוזומים יוצאים מהמיכלים של קומפלקס גולגי ונכנסים לציטופלזמה, שלעתים הורסים את התא עצמו שבו נוצרו.

ממוקם גם בציטופלזמה מיטוכונדריה- אברוני אנרגיה של תאים (איור 1.12). צורת המיטוכונדריה שונה: הם יכולים להיות סגלגלים, עגולים, בצורת מוט. הקוטר שלהם הוא כ-1 מיקרון, ואורכם עד 7-10 מיקרון. המיטוכונדריה מכוסה בשני ממברנות: הקרום החיצוני חלק, ולפנימי יש קפלים ובליטות רבות - cristae.אנזימים מובנים בממברנת ה-cristae, ומסנתזים, על חשבון האנרגיה של חומרי המזון הנספגים בתא, מולקולות ATP - מקור אנרגיה אוניברסלי לכל התהליכים המתרחשים בתא.

מספר המיטוכונדריות בתאים של יצורים חיים ורקמות שונות אינו זהה. לדוגמה, לזרע יכול להיות רק מיטוכונדריה אחת. אבל בתאי רקמה, שבהם עלויות האנרגיה גבוהות, יש עד כמה אלפי מיטוכונדריות. מספר המיטוכונדריות בתא תלוי גם בגילו: יש הרבה יותר מיטוכונדריות בתאים צעירים מאשר במזדקנים. המיטוכונדריה מכילות DNA משלהן ויכולות להתרבות בעצמן. למשל, לפני חלוקת התא, מספר המיטוכונדריות בו גדל באופן שהן מספיקות לשני תאים.

מרכז סלולרממוקם בציטופלזמה של כל התאים ליד הגרעין. זה הכרחי להיווצרות שלד פנימיתאים - ציטושלד.רַבִּים מיקרוטובולים,תומך בצורת התאים וממלא תפקיד של מעין מסילות לתנועת האברונים דרך הציטופלזמה. בבעלי חיים ו צמחים נמוכים יותרמרכז התא מורכב משניים צנטריולים- גלילים באורך של כ-0.3 מיקרון ובקוטר של 0.1 מיקרון, המורכבים מהמיקרוטובולים הדקים ביותר. מיקרו-צינוריות מסודרות סביב היקף הצנטריולים בשלשות (שלשות), ושתי מיקרו-צינוריות נוספות שוכנות לאורך הציר של כל אחד משני ה-צנטריולים. צנטרולים ממוקמים בציטופלזמה בזווית ישרה זה לזה. תפקידו של מרכז התא בחלוקת התא גדול מאוד, כאשר הצנטרולים מתפצלים לקטבים של התא המתחלק ויוצרים ציר חלוקה.בצמחים גבוהים יותר, מרכז התא מסודר אחרת ואין לו צנטריולים.

תאים רבים מסוגלים לתנועה, למשל: ריצות, אגלנה ירוקה, אמבה. חלק מהאורגניזמים הללו נעים בעזרת אברוני תנועה מיוחדים - ciliaו flagella.

הפלאגלה ארוכות יחסית, למשל, בזרע של יונקים, היא מגיעה ל-100 מיקרון. ריסים קצרים בהרבה: בערך 10-15 מיקרון. למרות זאת מבנה פנימי cilia ו flagella זהים: הם נוצרים על ידי אותם microtubules כמו centrioles של מרכז התא. תנועת הדגלים והסיליה נגרמת על ידי החלקה של מיקרוטובולים זה ביחס לזה, הגורמת לאברונים אלה להתכופף. בבסיס כל cilium או flagellum שוכב גוף בסיסי,מה שמחזק אותם בציטופלזמה של התא. העבודה של flagella ו cilia צורכת את האנרגיה של ATP.

אברוני תנועה נמצאים לעתים קרובות בתאים של אורגניזמים רב-תאיים. לדוגמה, אפיתל הסימפונות האנושי מכוסה בריסים רבים (כ-10 9 לכל 1 ס"מ 2). כל הריסים של כל תא אפיתל נעים בקפדנות בהתאמה, ויוצרים גלים מוזרים הנראים בבירור תחת מיקרוסקופ. תנועות "מנצנצות" כאלה של הריסים עוזרות לנקות את הסמפונות מחלקיקים זרים ואבק. פלאג'לה נמצאים גם בתאים מיוחדים כמו זרעונים.

בנוסף לאברונים המחייבים את התא, יש בו תצורות המופיעות או נעלמות, בהתאם למצבו. תצורות אלה נקראות תכלילים סלולריים.לעתים קרובות יותר תכלילים סלולרייםנמצאים בציטופלזמה והם חומרים מזינים או גרגירים של חומרים המסונתזים על ידי תא זה. אלו יכולות להיות טיפות קטנות של שומן, עמילן או גרגירי גליקוגן, לעתים רחוקות יותר - גרגירי חלבון, גבישי מלח.