הגרעין של תא פרוקריוטי. גרעין התא. פרוקריוטים. אוקריוטים. ביופולימרים. פחמימות. ליפידים

איקריוטים, או גַרעִינִי (La T. איקריוטהמ יווניεύ- - טוב ו- κάρυον - ליבה) - תחום (ממלכת על)בחיים אורגניזמים, תאיםאשר מכילים גרעינים. כל האורגניזמים מלבד בַּקטֶרִיָהו ארכאית, הם גרעיניים ( וירוסיםו וירואידיםהם גם לא אוקריוטים, אבל לא כל הביולוגים רואים בהם אורגניזמים חיים).

בעלי חיים, צמחים, פטריות, כמו גם קבוצות של אורגניזמים תחת השם הכללי פרוטיסטהכולם אורגניזמים אוקריוטיים. הם יכולים להיות חד תאיו רב תאייםאבל לכולם יש תכנית כלליתמבני תאים. מאמינים שלכל האורגניזמים השונים הללו יש מקור משותף, ולכן הקבוצה הגרעינית נחשבת כמונופילטית טקסוןהדרגה הגבוהה ביותר. על פי ההשערות הנפוצות ביותר, אוקריוטים הופיעו לפני 1.5-2 מיליארד שנים. מילא תפקיד חשוב באבולוציה של איקריוטים סימביוגנזה - סִימבִּיוֹזָהבין תא איקריוטי, כנראה שכבר יש לו גרעין ומסוגל פגוציטוזיס, ונספג בתא זה בַּקטֶרִיָה- קודמים מיטוכונדריהו פלסטידים.

המבנה של תא איקריוטי

תאים אוקריוטיים הם בממוצע הרבה יותר גדולים פרוקריוטי, ההבדל בנפח מגיע לאלפי מונים. תאים אוקריוטיים כוללים כתריסר מינים מבנים שוניםידוע כ אברונים(אוֹ אברונים, אשר, עם זאת, מעוות במקצת את המשמעות המקורית של מונח זה), שרבים מהם מופרדים מהציטופלזמה על ידי ממברנה אחת או יותר (ב תאים פרוקריוטייםאברונים פנימיים מוקפים בקרום הם נדירים). הליבה- זהו חלק מהתא המוקף בממברנה כפולה (שתי ממברנות אלמנטריות) באיקריוטים ומכיל חומר גנטי: מולקולות DNA, "ארוז כרומוזומים. הגרעין הוא בדרך כלל אחד, אבל יש גם תאים מרובי גרעינים.

חלוקה לממלכות

ישנן מספר אפשרויות לחלוקת ממלכת העל של האיקריוטים לממלכות. הממלכות היו ראשונות צמחיםו בעלי חיים. ואז הוקצתה הממלכה פטריות, שבשל מאפיינים ביוכימיים, לפי רוב הביולוגים, לא ניתן לשייך לאף אחת מהממלכות הללו. כמו כן, כמה מחברים מבחינים בין ממלכות פרוטוזואה,myxomycetes, כרומיסטים. למערכות מסוימות יש עד 20 ממלכות. לפי מערכת תומאס קאבלייר-סמית'כל האיקריוטים מחולקים לשתי מסות מונופילטיות - יוניקונטה ו ביקונטה . המיקום של איקריוטים כגון התנגשות (התנגשות) ו דיפיליה , לא מוגדר כרגע.

הבדלים בין איקריוטים לפרוקריוטים

התכונה החשובה והבסיסית ביותר של תאים אוקריוטים קשורה למיקום המנגנון הגנטי בתא. המנגנון הגנטי של כל האיקריוטים ממוקם בגרעין והוא מוגן על ידי קרום גרעיני (ביוונית, "אאוקריוט" פירושו בעל גרעין). DNAאוקריוטים הם ליניאריים (בפרוקריוטים, ה-DNA הוא מעגלי וממוקם באזור מיוחד של התא - נוקלואידשאינו מופרד על ידי ממברנה משאר הציטופלזמה). זה קשור לחלבונים היסטוניםוחלבונים כרומוזומליים אחרים שאין לחיידקים.

במחזור החיים של האוקריוטים, ישנם בדרך כלל שני שלבים גרעיניים (הפלופאז ודיפלופאז). השלב הראשון מאופיין בקבוצה הפלואידית (יחידה) של כרומוזומים, ולאחר מכן, מתמזגים, שניים תאים הפלואידים(או שני גרעינים) יוצרים תא דיפלואידי (גרעין) המכיל קבוצה כפולה (דיפלואידית) של כרומוזומים. לפעמים בחלוקה הבאה, ולעתים קרובות יותר לאחר מספר חלוקות, התא שוב הופך להפלואידי. כגון מעגל החייםובכלל, דיפלואידיות אינה אופיינית לפרוקריוטים.

ההבדל השלישי, אולי המעניין ביותר, הוא נוכחותם של אברונים מיוחדים בתאים איקריוטים שיש להם מנגנון גנטי משלהם, מתרבים בחלוקה ומוקפים בקרום. האברונים האלה הם מיטוכונדריהו פלסטידים. במבנה ובפעילות שלהם, הם דומים להפליא ל בַּקטֶרִיָה. נסיבות אלה גרמו למדענים מודרניים לחשוב שאורגניזמים כאלה הם צאצאים של חיידקים שנכנסו לתוך שִׁתוּפָנִימערכת יחסים עם אוקריוטים. פרוקריוטים מאופיינים במספר קטן של אברונים, ואף אחד מהם אינו מוקף בקרום כפול. בתאים פרוקריוטים, אין רשת אנדופלזמית, מנגנון גולגי או ליזוזומים.

אַחֵר הבדל חשובבין פרוקריוטים לאאוקריוטים - הנוכחות באוקריוטים אנדוציטוזיס, כולל קבוצות רבות פגוציטוזיס. פגוציטוזיס (מילולית "אכילה על ידי התא") היא היכולת של תאים אוקריוטיים ללכוד, להיסגר בשלפוחית ​​ממברנה ולעכל מגוון חלקיקים מוצקים. תהליך זה מספק תפקיד הגנה חשוב בגוף. הוא נפתח לראשונה I. I. Mechnikovבכוכבי הים. ההופעה של phagocytosis באאוקריוטים קשורה ככל הנראה לגדלים ממוצעים (עוד על הבדלי גודל בהמשך). גודלם של תאים פרוקריוטים קטן לאין שיעור, ולכן, בתהליך ההתפתחות האבולוציונית של האיקריוטים, הם התמודדו עם הבעיה של אספקת הגוף בכמות גדולה של מזון. כתוצאה מכך, האורגניזמים האמיתיים והניידים הראשונים מופיעים בין האוקריוטים. חיות טרף.

לרוב החיידקים יש דופן תא, שונה מאיקריוט (לא לכל האיקריוטים יש את זה). בפרוקריוטים זהו מבנה חזק המורכב בעיקר מ mureina(בארכיאה מפסאודומוראין). מבנה ה-murein הוא כזה שכל תא מוקף בשקית רשת מיוחדת, שהיא מולקולה אחת ענקית. לאאוקריוטים רבים יש דפנות תאים פרוטיסטה, פטריות וצמחים. בפטריות, הוא מורכב מ כיטיןו גלוקנים, י צמחים נמוכים יותר- מ תָאִיתו גליקופרוטאין, דיאטומים מסנתזים דופן תא מחומצות סיליקיות, ב צמחים גבוהים יותרהוא מורכב מתאית, חצי תאית ו פקטין. ככל הנראה, עבור תאים אוקריוטיים גדולים יותר, זה הפך לבלתי אפשרי ליצור דופן תא ממולקולה אחת בעלת חוזק גבוה. נסיבות אלה עלולות לאלץ את האוקריוטים להשתמש בחומר אחר עבור דופן התא. הסבר נוסף הוא שהאב הקדמון המשותף של האוקריוטים, בקשר למעבר לטריפה, איבד את דופן התא שלו, ואז אבדו גם הגנים האחראים לסינתזה של המוראין. כאשר חלק מהאאוקריוטים חוזר ל אוסמוטרופיתזונה, דופן התא הופיעה שוב, אבל על בסיס ביוכימי שונה.

גם חילוף החומרים של חיידקים מגוון. באופן כללי, ישנם ארבעה סוגי תזונה, וכולם נמצאים בין חיידקים. אלה הם פוטו-אוטוטרופיים, פוטו-הטרוטרופיים, כימואוטוטרופיים, כימו-הטרוטרופיים (פוטוטרופיים משתמשים באנרגיה של אור השמש, שימוש כימוטרופי באנרגיה כימית). אוקריוטים, לעומת זאת, מסנתזים אנרגיה מאור השמש בעצמם, או משתמשים באנרגיה מוכנה ממקור זה. ייתכן שהסיבה לכך היא הופעת טורפים בקרב האוקריוטים, שהצורך לסנתז עבורם אנרגיה נעלם.

הבדל נוסף הוא מבנה הדגל. בחיידקים הם דקים - רק בקוטר של 15–20 ננומטר. אלו הם גדילים חלולים של חלבון. flagellin. המבנה של דגלים איקריוטיים הוא הרבה יותר מסובך. הם פועל יוצא של תאים מוקף בממברנה ומכילים ציטושלד (אקסונמה) של תשעה זוגות של מיקרו-צינוריות היקפיות ושתי מיקרו-צינוריות במרכז. בניגוד לדגלים פרוקריוטיים מסתובבים, דגלים איקריוטיים מתכופפים או מתפתלים.

שתי קבוצות האורגניזמים שאנו שוקלים, כאמור, שונות מאוד בגודלן הממוצע. הקוטר של תא פרוקריוטי הוא בדרך כלל 0.5-10 מיקרומטר, בעוד שאותו אינדיקטור באוקריוטים הוא 10-100 מיקרון. נפחו של תא כזה גדול פי 1000-10000 מזה של תא פרוקריוטי.

ריבוזומיםפרוקריוטים קטנים (סוג 70S). תאים אוקריוטיים מכילים הן ריבוזומים גדולים יותר מסוג 80S הממוקמים בציטופלזמה והן ריבוזומים משנות ה-70 של המאה הקודמת פרוקריוטים הממוקמים במיטוכונדריה ובפלסטידים.

ככל הנראה, גם זמן התרחשותן של קבוצות אלו שונה. הפרוקריוטים הראשונים התעוררו בתהליך האבולוציה לפני כ-3.5 מיליארד שנים, ומקורם של אורגניזמים אוקריוטיים לפני כ-1.2 מיליארד שנים.

כל סוגי האיקריוטים מאופיינים בשני סוגי הרבייה. 1) רבייה א-מינית: -חד תאי: -חלוקה מיטוטית; - סכיזוגוניה (חלוקה מרובה); - ניצנים; - היווצרות נבגים; - רב תאי: - ריבוי וגטטיבי; - היווצרות נבגים. 2) רבייה מינית: חד תאית: - צמידה (תהליך מיני המתרחש כאשר שני תאים וגטטיביים מתמזגים); -הזדווגות (תהליך היתוך של שני תאי נבט או שני פרטים); רב תאיים: - ללא הפריה; - עם הפריה.

אוקריוטים הם הפרוגרסיביים ביותר אורגניזמים מסודרים. במאמר שלנו, נשקול מי מנציגי חיות הבר שייכים לקבוצה זו ואילו תכונות של הארגון אפשרו להם לתפוס עמדה דומיננטית בעולם האורגני.

מי הם אוקריוטים

על פי הגדרת המושג, אוקריוטים הם אורגניזמים שתאיהם מכילים גרעין שנוצר. אלה כוללים את הממלכות הבאות: צמחים, בעלי חיים, פטריות. וזה לא משנה כמה מורכב הגוף שלהם. אמבה מיקרוסקופית, מושבות וולוקס, כולם איקריוטים.

למרות שתאים של רקמות אמיתיות לפעמים יכולים להיות נטולי גרעין. לדוגמה, הוא אינו קיים באריתרוציטים. במקום זאת, תא דם זה מכיל המוגלובין, הנושא חמצן ו פחמן דו חמצני. תאים כאלה מכילים גרעין רק בשלבים הראשונים של התפתחותם. אז אברון זה נהרס, ובמקביל אובדת יכולתו של המבנה כולו להתחלק. לכן, לאחר שביצעו את תפקידיהם, תאים כאלה מתים.

מבנה האיקריוטים

לכל התאים האוקריוטיים יש גרעין. ולפעמים אפילו לא אחד. אברון דו-ממברני זה מכיל במטריצה ​​שלו מידע גנטי המוצפן בצורה של מולקולות DNA. הגרעין מורכב ממנגנון פני השטח המספק הובלה של חומרים, ומטריצה ​​- שלה סביבה פנימית. תפקידו העיקרי של מבנה זה הוא אחסון מידע תורשתי והעברתו לתאי בת הנוצרים כתוצאה מחלוקה.

הסביבה הפנימית של הקרנל מיוצגת על ידי מספר מרכיבים. קודם כל, זה קריופלזמה. הוא מכיל את גדילי הנוקלאולי והכרומטין. האחרונים מורכבים מחלבונים וחומצות גרעין. במהלך הספירליזציה שלהם נוצרים כרומוזומים. הם נשאים ישירות של מידע גנטי. אוקריוטים הם אורגניזמים שבהם, במקרים מסוימים, יכולים להיווצר שני סוגים של גרעינים: וגטטיבי ויצירתי. דוגמה בולטת לכך היא אינפוזוריה. הגרעינים היוצרים שלו מבצעים את השימור וההעברה של הגנוטיפ, והגרעינים הווגטטיביים מווסתים

ההבדלים העיקריים בין פרו-אוקריוטים

לפרוקריוטים אין גרעין בנוי היטב. קבוצה זו של אורגניזמים כוללת רק אחד - חיידקים. אבל תכונה כזו של המבנה אינה אומרת כלל שאין נשאים של מידע גנטי בתאים של אורגניזמים אלה. חיידקים מכילים מולקולות DNA מעגליות - פלסמידים. עם זאת, הם ממוקמים בצורה של אשכולות ב מקום מסוייםציטופלזמה ואין להם קרום משותף. מבנה זה נקרא נוקלואיד. יש עוד הבדל אחד. DNA בתאים פרוקריוטיים אינו קשור לחלבונים גרעיניים. מדענים ביססו את קיומם של פלסמידים בתאים איקריוטיים. הם נמצאים בכמה אברונים חצי אוטונומיים, כגון פלסטידים ומיטוכונדריה.

תכונות בנייה מתקדמת

אוקריוטים כוללים אורגניזמים הנבדלים בתכונות מבניות מורכבות יותר בכל רמות הארגון. קודם כל, זה נוגע לשיטת הרבייה. הנוקלואיד החיידקי מספק את הפשוט מביניהם - בשניים. אוקריוטים הם אורגניזמים המסוגלים לכל סוגי הרבייה מסוגם: מינית וא-מינית, פרתנוגנזה, צימוד. זה מבטיח חילופי מידע גנטי, הופעה וקיבוע בגנוטיפ של מספר תכונות שימושיות, ומכאן הסתגלות טובה יותר של אורגניזמים לתנאים המשתנים כל הזמן סביבה. תכונה זו אפשרה לאאוקריוטים לתפוס עמדה דומיננטית במערכת של העולם האורגני.

אז, אוקריוטים הם אורגניזמים שבתאיהם נוצר גרעין. אלה כוללים צמחים, בעלי חיים ופטריות. נוכחות של גרעין היא תכונה מתקדמת של המבנה, מתן רמה גבוההפיתוח והתאמה.