יחידת המבנה והתפקוד של אורגניזם רב תאי. יחידות מבניות של אורגניזמים רב-תאיים. צורות חיים של אורגניזמים

2. תא - היחידה היסודית של אורגניזם חי

כל היצורים החיים מורכבים מתאי כיחידות נפרדות ומתרבים מתאי, ולכן התא נחשב ליחידה הקטנה ביותר מכל היצורים החיים. לתא יש את כל הסימנים של יצור חי, הוא מאופיין בעצבנות, חילוף חומרים, ארגון עצמי וויסות עצמי, העברת תכונות תורשתיות. תא הוא יצירה מורכבת, מתארגנת בעצמה, של אברונים, המהווה מיקרו-נשא של חיים, שכן כל תא מכיל מידע גנטי מספיק כדי להתרבות את האורגניזם כולו. כל האורגניזמים מורכבים מתא אחד או יותר. גודל התאים נע בין 0.1 מיקרומטר ל-155 מ"מ (ביצת יען בקליפה).

חייו של כל תא כפופים לפעילותו של האורגניזם כולו בכללותו. תאים אורגניזמים רב תאייםלא מסוגל להתקיים בסביבה פתוחה, למעט אורגניזמים חד תאיים- חיידקים, אצות פרוטוזואה, פטריות. החלקים המרכיבים את התא חסרי 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.

למרות הגיוון הרב וההבדלים המשמעותיים ב מראה חיצוניופונקציות, כל התאים מורכבים משלושה חלקים עיקריים - קרום הפלזמה, השולט במעבר של חומרים מ סביבהלתוך התא ובחזרה, ציטופלזמות בעלות מבנה מגוון ו גרעין התא, המכיל את נושא המידע הגנטי - DNA (ראה איור 7.7). כל תאי החי וחלק מהצומח מכילים צנטריולים - מבנים גליליים בקוטר של כ-0.15 מיקרון, היוצרים 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.

הממברנה המקיפה את התא מורכבת משתי שכבות של מולקולות של חומרים דמויי שומן, ביניהן יש מולקולות חלבון. תפקיד עיקריתאים - כדי להבטיח תנועה של חומרים מוגדרים היטב בכיוונים קדימה ואחורה אליו. בפרט, הממברנה תומך ריכוז תקיןכמה מלחים בתוך התא ומשחק תפקיד חשובבחייה: כאשר הממברנה ניזוקה, התא מת מיד, ובו בזמן ללא תא אחר רכיבים מבנייםחיי התא יכולים להימשך זמן מה. הסימן הראשון למוות תאי הוא תחילתם של שינויים בחדירות הממברנה החיצונית שלו.

בתוך ממברנת הפלזמה של התא נמצאת הציטופלזמה, המכילה מים מי מלחעם אנזימים מסיסים ומרחפים (כמו ב רקמות שריר) וחומרים אחרים. בציטופלזמה יש מגוון אברונים - איברים קטנים המוקפים בקרום שלהם. אברונים, בפרט, כוללים מיטוכונדריה - תצורות דמויות שקיות עם אנזימי נשימה. הם ממירים סוכר ומשחררים אנרגיה. בציטופלזמה יש גם גופים קטנים - ריבוזומים, המורכבים מחלבון וחומצת גרעין (RNA), בעזרתם מתבצעת סינתזת חלבון. הסביבה התוך תאית צמיגה למדי, אם כי 65-85% ממסת התא היא מים.

כל התאים ברי קיימא, למעט חיידקים, מכילים גרעין, והוא מכיל כרומוזומים - גופים חוטיים ארוכים המורכבים מחומצה דאוקסיריבונוקלאית וחלבון המחובר אליו.

באורגניזם רב תאי, כל הביטויים המורכבים של החיים מתעוררים כתוצאה מהפעילות המתואמת של התאים המרכיבים אותו.

התפקידים החיוניים של התא הם תנועתיות, עצבנות, חילוף חומרים ורבייה. הניידות של התא מתבטאת במחזור התוך תאי של תכולת התא, הצפה, פעימות של יציאות פרוטופלסמיות זעירות והתכווצות. עצבנות נקבעת על פי יכולתו של התא לתפוס גירוי ולהגיב אליו בדחף או בגל של עירור. זה אופייני ביותר לתאי עצב של אורגניזמים. מטבוליזם כולל את כל התמורות של חומר ואנרגיה המתרחשות בתאים.

התפקיד החשוב ביותר של התא הוא רבייתו על ידי חלוקה ויצירת תאי בת. ככל שהתא גדל, התזונה של מרכיביו האישיים מתדרדרת, היכולת לשלוט בתהליכים הפנימיים של התא פוחתת, והתא נכנס למצב לא יציב. לאחר מכן התא מתחלק לשני תאי בת, כדרך לצאת מהמצב הלא יציב, התאים החדשים שנוצרו רוכשים יציבות עד לחלוקה הבאה. 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. בכל אורגניזם, לאורך חייו, יש תהליך של החלפת תאים ישנים בחדשים שנוצרים. אורך החיים הממוצע של תאים אנושיים הוא יום עד יומיים, ומספר התאים הכולל הוא כ-10 15 . היכולת להתרבות את עצמם, ולא רק היכולת לגדול ולהאכיל, היא שמאפשרת לנו להתייחס לתאים כיחידות החיים הקטנות ביותר.

ההבדלים המבניים העיקריים בין תאי בעלי חיים וצמחים הם מעטים. ראשית, תאי בעלי חיים, בניגוד לתאי צמחים (למעט צמחים נמוכים יותר), מכילים גופים קטנים - צנטריולים הממוקמים בציטופלזמה. שנית, כפי שכבר הוזכר, לתאי הצמח יש תצורות חלבון בציטופלזמה שלהם - פלסטידים, שאין לבעלי חיים. ושלישית, לתאי צמחים יש את דופן התא שהוזכרה קודם לכן, שבזכותה הם שומרים על צורתם. לתאי בעלי חיים יש רק דק קרום פלזמהולכן מסוגל לנוע ולשנות צורה.

בהתאם לסוג התאים, כל האורגניזמים מחולקים לשתי קבוצות - פרוקריוטים ואיקריוטים. פרוקריוטים כוללים חיידקים, ואיקריוטים - כל שאר האורגניזמים: פרוטוזואה, פטריות, צמחים ובעלי חיים. אוקריוטים יכולים להיות חד-תאיים או רב-תאיים. ההנחה היא שהאורגניזמים הראשונים שהופיעו לפני כ-4-3.5 מיליארד שנים היו פרוקריוטים.

שינוי תכונות כימיותיסודות והתרכובות שלהם. צורת התצוגה של החוק התקופתי היא טבלה - מערכת תקופתיתיסודות כימיים. 2. מודלים קוסמולוגיים של היקום קוסמולוגיה היא ענף באסטרונומיה החוקר את היקום בכללותו וכולל את תורת המבנה וההתפתחות של כל חלק היקום המכוסה בתצפיות אסטרונומיות. יותר מאחד וחצי...

וביולוגיה עכשיו אין דבר דחוף יותר מפענוח מוחלט של הרכב הנוקלאוטידים של ה-DNA, שזה יכול לפתור ישירות את התעלומות והבעיות העיקריות של גנטיקה וביולוגיה פרק 1. נושא הגנטיקה 1.1. נופים מודרנייםעל הגן בדיוק כמו שבפיזיקה היחידות היסודיות של החומר הן אטומים, בגנטיקה היחידות היסודיות היסודיות של תורשה ו...

IN תאי עצביםנוצר אות חשמלי חלש - דחף עצבי שיכול להתפשט לאורך ממברנות תאים. תפקידן של תרכובות אורגניות ביישום פונקציות התא. התפקיד הראשיביישום הפונקציות של התא שייך תרכובות אורגניות. ביניהם הערך הגבוה ביותריש חלבונים, שומנים, פחמימות וחומצות גרעין. סנאים. חלבונים הם...

0.05 - 0.10 סידן מגנזיום נתרן ברזל אבץ נחושת יוד פלואור 0.04 - 2.00 0.02 - 0.03 0.02 - 0.03 0.01 - 0.015 0.0003 0.0002 0.0001 0.0001 לתא. תרכובות כימיותתרכובות (ב%) מים אורגניים אורגניים חומרים אנאורגניים 70 - 80 1.0 - 1.5 חלבונים פחמימות שומנים חומצות גרעין 10 - 20 0.2 ...

תאים (איור 1) הם צורת הקיום העיקרית של חומר חי. הגודל שלהם קטן מאוד - מ-2 עד 200 מיקרון (1 מיקרון = 0.001 מ"מ), כך שהם בלתי נראים בעין פשוטה. צורת התאים מגוונת מאוד (כדורית, מנסרת, מעוקבת, כוכבית וכו') והיא נקבעת על פי תפקודם ויחסיהם עם תאים אחרים.

לאחר המצאת המיקרוסקופ ושיפורו, תאי צמחים התגלו לראשונה על ידי המדען האנגלי הוק. מאוחר יותר - תאים ממקור בעלי חיים. תגליות אלו אפשרו ליצור תיאוריה תאית של מבנה והתפתחות של אורגניזמים. לראשונה, הרעיון של המבנה התאי של כל אורגניזמים צמחיים ובעלי חיים הובע על ידי המדען הרוסי P.f. גוריאנינוב ב-1834. יש לו גם הצהרה על מקור התא עצמו.ב-1837 פרסם המדען הצ'כי ג'יי פורקין עובדות חדשות המאשרות מבנה תאיאורגניזמים. לבסוף, המדענים הגרמנים מ' שלידן (ב-1838), ובעיקר ט' שוואן (ב-1839), גיבשו לבסוף. תורת התאמבנים של אורגניזמים. מאוחר יותר, התיאוריה התאית של מבנה האורגניזמים סוטה על ידי המדען הגרמני ר' וירצ'וב. הוא זרק את הרעיון התפתחות היסטוריתתאים ואיפשר התפתחות של תאים רק מתאי. בינתיים, נתונים מדעיים מאשרים שמקורם של תאים מחלבון חסר מבנה (אמורפי), כפי שציין פ. אנגלס, עקב היווצרותם של גרעין וקליפה. וירצ'וב טען שאין חיים מחוץ לתא, שאורגניזם רב תאי הוא רק סכום של תאים, שהפעילות החיונית של אורגניזם היא רק סכום הפעילות החיונית של התאים שלו, שאורגניזם הוא רק "מצב תאי" ". לפיכך, הרעיון של הגוף כמערכת אינטגרלית אחת נעלם מווירכוב, כמו גם הרעיון של שינויים איכותיים באורגניזם צומח. ראייה כזו של האורגניזם ומבנהו מנוגדת לתפיסת העולם המדעית, הדיאלקטית.

אורז. 1. סכימה של מבנה התא:

A - תחת מיקרוסקופ אור; B - תחת מיקרוסקופ אלקטרונים; 1 - ציטופלזמה; 2 - ליבה; 3 - מיטוכונדריה; 4 - מרכז תאים; 5 - מיקרוזומים.

מבנה ופיזיולוגיה של התא

כל התאים, למרות המגוון שלהם, מורכבים מפרוטופלזמה, המחולקת לציטופלזמה (גוף התא) ולקריופלזמה, היוצרת את גרעין התא.

פרוטופלזמה היא חומר חלבוני מורכב הנמצא במצב קולואידי. הוא מעט יותר כבד ממים - המשקל הסגולי שלו הוא בערך 1.03. השכבה החיצונית והצפופה יותר של הציטופלזמה נקראת אקטופלזמה, והשאר יוצר את האנדופלזמה. IN תאי צמחיםאקטופלזמה מיוצגת על ידי מעטפת מפורשת בבירור. הציטופלזמה מכילה אברונים ותכלילים תאיים.

אברונים הם תצורות מבניות קבועות של הציטופלזמה, שכל אחת מהן מבצעת פונקציות מסוימות. האברונים כוללים: רטיקולום אנדופלזמי, ריבוזומים, מיטוכונדריה, אזור גולגי ומרכז התא (צנטרוזום).

הרטיקולום האנדופלזמי נראה רק עם מיקרוסקופ אלקטרונים. הוא ממוקם באנדופלזמה ומורכב ממברנות צורות שונותיצירת צינורות וטנקים. זה בולט ביותר בתאים עם חילוף חומרים אינטנסיבי, למשל, בבעלי חיים צעירים.

ריבוזומים (הם גם מיקרוזומים, או גרגירי RNA) בצורת גופים עגולים נראים גם הם רק במיקרוסקופ אלקטרונים. הם מורכבים ממולקולות של חומצה ריבונוקלאית - RNA וממוקמות הן על הממברנות של הרשת האנדופלזמית והן בציטופלזמה עצמה. בריבוזומים, מולקולות חלבון במבנה מסוים מסונתזות (חלבוני רקמה, אנזימים, הורמונים וזרזים אחרים).

מיטוכונדריה (כונדריוזומים) הם גופים חוטיים או גרגירים הנראים אפילו עם מיקרוסקופ אור. הם ממירים את האנרגיה מהמזון לאנרגיה כימית, הרזרבות של אנרגיה זו מרוכזים ב-ATP (חומצה טריפוספורית אדנוזין), המסונתזת במיטוכונדריה. אנרגיה כימית נצרכת בסינתזה של חלבונים על ידי ריבוזומים, בתהליכים פעילות עצבניתואחרים.המיטוכונדריה נהרסת תוך 10-20 ימים, תלוי בעוצמת המטבוליזם, ומוחלפות בחדשות. הם מורכבים מחלבון וליפואידים, היוצרים מעטפת - קרום ומחיצות פנימיות. בדפנות המיטוכונדריה מיוצרים אנזימים המבטיחים העברת אלקטרונים במהלך תהליכי חיזור.

אזור הגולגי, או המנגנון הרשתי התוך תאי, הוא אתר פעיל של הפרוטופלסמה, שבו מתרחשים תהליכים ספציפיים לתא נתון, כגון הפרשה (תאי בלוטות), סינתזת חלבון ויצירת שומן. אזור גולגי מורכב מסבך של חוטים מיקרוסקופ אלקטרוניבועות עדיין נראות.

מרכז התא (צנטרוזום) הוא הצפוף ביותר אלמנט מבניציטופלזמה, יש צורה של גרגר אחד או שניים - centrioles, מוקף באזור אור - centrosphere, עשיר ב-RNA וחלבונים. Centrioles מעורבים בתהליך רביית התאים, ביצירת מבנים תומכים עבור ריסים וכו'.

תכלילים תאיים הם תצורות זמניות בציטופלזמה המופיעות ונעלמות בתהליך חילוף החומרים. זה בדרך כלל או חומר מילואים, או תוצרי הפעילות החיונית שלו שיש להסירו מהתא. הם נראים מתחת למיקרוסקופ בצורה של גרגרים, טיפות או גבישים.

ליבה - חובה רְכִיבתאים. אצל יונקים, רק תאי דם אדומים הם נטולי גרעין (ראה עמ' 196-197). תאים חסרי גרעין מתים במהירות. זה מצביע על כך שלגרעין יש חשיבות רבה בחילוף החומרים. ללא גרעין, תאים אינם יכולים להתרבות.

צורת הגרעינים מגוונת מאוד, והגודל תלוי ב מצב תפקודיתאים. הגרעין מכיל כמות גדולה של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA), אשר קובעת ומכוונת את תהליכים ביוכימייםבכלוב. בתא חי, בגרעין, מורגש רק הגרעין, השונה בעוצמת חילוף החומרים. בתכשירים קבועים, בנוסף לגרעין, קליפת הגרעין, נמצא כרומטין בצורת גושים המורכבים מ-DNA.

אורז. 2. חלוקה ישירהתאים:

A - תא לא מחלק; B - קשירה של הגרעין; V-Zh - שרוך של הליבה; H - חלוקה של תא האם לשני תאי בת; ליבה; b - גרעין; c - ציטופלזמה.

תאים, כאחת מצורות החומר החי, מאופיינים בחילוף חומרים, ריגוש, תנועה ורבייה. מהות המטבוליזם טמונה בתפיסה של חומרים הנחוצים לחיים מהסביבה החיצונית, הטמעתם בחומר התא ושחרור חומרי פסולת. חילוף חומרים אפשרי רק אם יש תכונה של תגובתיות, כלומר יכולתם של תאים לא רק לקלוט גירויים הנגרמים משינויים בתנאי הקיום, אלא גם להגיב אליהם, כלומר להגיב. יכולת זו של תאים משקפת את אחדות האורגניזם עם סביבה חיצוניתשבלעדיו החיים בלתי אפשריים.

אחת מצורות התגובה לגירוי היא תנועה המכוונת או לכיוון הגירוי או בכיוון ההפוך. באורגניזם רב תאי, רק לתאים בודדים יש את היכולת להזיז, למשל, תאי דם לבנים - לויקוציטים.

רביית תאים. תאים מתרבים על ידי חלוקה. הבדיל בין חלוקה ישירה, עקיפה וצמצום.

חלוקה ישירה, או אמיטוזיס [בתרגום: ללא (א) היווצרות חוטים - מיטוזה] (איור 2), מורכבת מכך שקודם כל שרוכים את הגרעין, ולאחר מכן מחלקים את הציטופלזמה. כתוצאה מכך מתקבלים שני תאי בת שווים, שגדלים מאוחר יותר לגודל האם. חלוקת תאים ישירה נדירה בבעלי חיים גבוהים יותר. חלוקה עקיפה, או מיטוזה, או קריוקינזיס (איור 3), היא הרבה יותר מסובכת, מאופיינת בסינתזה מוגברת בגרעין והכפלה של כמות ה-DNA. יש לו ארבעה שלבים: פרופאזה, מטאפאזה, אנפאזה וטלופזה. פרופאזה מאופיינת ב: א) יצירת חוטי כרומטין ראשונים בצורת כדור במקום הגרעין, ולאחר מכן חוטים בודדים - * כרומוזומים בצורת סיכות ראש;

פרופאזה - הגרעין המת בתא; 2 - היווצרות חוטי כרומטין בצורה של כדור; 3 - היווצרות כרומוזומים בצורה של סיכות שיער; מטאפאזה; 4 - שלב של כוכב האם; אנפאזה: 5 - פיצול כרומוזומים; c - שלב של כוכבי בת; telophase: 7 - חלוקת הציטופלזמה; 8 - היווצרות תאי בת.

* כרומוזומים נוצרים לפני חלוקת התא מהכרומטין של הגרעין. יש להם צורה של חוטים מעוותים בצורת ספירלה עם מבנה דק, הנובע מהסידור הקבוע של חומצות גרעין וחלבונים. מספר מזווג (דיפלואידי) מסוים של כרומוזומים אופייני לבעלי חיים מכל מין; למשל, גדול בקר 48 כרומוזומים. בכבשים 5G, בחזירים 40 (בבני אדם 46).

ב) התבדלות זו מזו של צנטריולים. במטאפאזה, הצנטריולים ממוקמים בקטבים של התא, והכרומוזומים ביניהם לאורך קו המשווה; מתקבל מה שנקרא כוכב האם. באנפאזה, הכרומוזומים מתפצלים ועוברים לקטבים של התא ויוצרים כוכבי בת. בטלופאזה מתרחשת חלוקת הציטופלזמה ויצירת תאי בת. בתאי בת, הכרומוזומים מתמזגים שוב לכדור, ואז מפסיקים להיות גלויים ויוצרים את הגרעין. מיטוזיס היא הדרך המתקדמת ביותר לחלוקת תאים. כך מתחלקים תאים בדרך כלל באורגניזם גדל.

חלוקת הפחתה טבועה רק בתאי נבט. הוא מאופיין בכך שהכרומוזומים יוצרים תצורות זוגיות, למעט כרומוזום אחד לא מזווג, המתפצלים לכיוון הקטבים של התא. כתוצאה מחלוקת תא האם, מחצית מערך הכרומוזומים נמצא בשני תאי בת. כרומוזום לא מזווג קיים רק בתא בת אחד. תאי מין בוגרים עם חצי סט של כרומוזומים, המסוגלים להפריה, נקראים גמטות זכריות ונקבות.