היחידה המבנית הבסיסית של אורגניזם חי היא תא, שהוא קטע מובחן של הציטופלזמה המוקף בקרום תא. לאור העובדה שהתא מבצע פונקציות חשובות רבות, כמו רבייה, תזונה, תנועה, על הקליפה להיות פלסטית וצפופה.

היסטוריה של גילוי ומחקר של קרום התא

ב-1925 ערכו גרנדל וגורדר ניסוי מוצלח לזהות את ה"צללים" של אריתרוציטים, או קליפות ריקות. למרות כמה טעויות גסות שנעשו, מדענים גילו את דו-שכבת השומנים. עבודתם המשיכה על ידי דניאלי, דוסון ב-1935, רוברטסון ב-1960. כתוצאה מעבודה של שנים רבות והצטברות ויכוחים ב-1972, יצרו סינגר וניקולסון דגם פסיפס נוזלי של מבנה הממברנה. ניסויים ומחקרים נוספים אישרו את עבודותיהם של מדענים.

מַשְׁמָעוּת

מהי קרום התא? מילה זו החלה לשמש לפני יותר ממאה שנים, בתרגום מלטינית זה אומר "סרט", "עור". אז קבעו את הגבול של התא, שהוא מחסום טבעי בין התוכן הפנימי לסביבה החיצונית. מבנה קרום התא מעיד על חדירות למחצה, שבגללה לחות וחומרי הזנה ומוצרי ריקבון יכולים לעבור דרכו בחופשיות. קליפה זו יכולה להיקרא המרכיב המבני העיקרי של ארגון התא.

שקול את הפונקציות העיקריות של קרום התא

1. מפריד בין התוכן הפנימי של התא לבין מרכיבי הסביבה החיצונית.

2. עוזר לשמור על הרכב כימי קבוע של התא.

3. מסדיר את חילוף החומרים הנכון.

4. מספק חיבור בין תאים.

5. מזהה אותות.

6. פונקציית הגנה.

"מעטפת פלזמה"

קרום התא החיצוני, הנקרא גם קרום הפלזמה, הוא סרט אולטרה-מיקרוסקופי שעוביו חמישה עד שבעה ננומטר. הוא מורכב בעיקר מתרכובות חלבון, פוספוליד, מים. הסרט הוא אלסטי, סופג מים בקלות, וגם משחזר במהירות את שלמותו לאחר נזק.

שונה במבנה אוניברסלי. קרום זה תופס עמדת גבול, משתתף בתהליך של חדירות סלקטיבית, הפרשת מוצרי ריקבון, מסנתז אותם. הקשר עם "השכנים" וההגנה האמינה על התכולה הפנימית מפני נזקים הופכים אותו למרכיב חשוב בעניין כמו מבנה התא. קרום התא של אורגניזמים של בעלי חיים מתברר לפעמים כמכוסה בשכבה הדקה ביותר - גליקוקליקס, הכוללת חלבונים ופוליסכרידים. תאי צמחים מחוץ לממברנה מוגנים על ידי דופן תא המשמשת כתמיכה ושומרת על הצורה. המרכיב העיקרי בהרכבו הוא סיבים (צלולוזה) - פוליסכריד שאינו מסיס במים.

לפיכך, קרום התא החיצוני מבצע את הפונקציה של תיקון, הגנה ואינטראקציה עם תאים אחרים.

מבנה קרום התא

עובי הקליפה הניידת הזו משתנה בין שישה לעשרה ננומטר. לממברנת התא של התא יש הרכב מיוחד, שבסיסו הוא דו-שכבת השומנים. הזנבות ההידרופוביים, שאינם רצופים למים, ממוקמים מבפנים, בעוד שהראשים ההידרופיליים, המקיימים אינטראקציה עם מים, מופנים כלפי חוץ. כל שומן הוא פוספוליפיד, שהוא תוצאה של אינטראקציה של חומרים כמו גליצרול וספינגוזין. פיגום השומנים מוקף היטב בחלבונים, הממוקמים בשכבה לא רציפה. חלקם שקועים בשכבת השומנים, השאר עוברים דרכה. כתוצאה מכך נוצרים אזורים חדירים למים. התפקודים שמבצעים חלבונים אלה שונים. חלקם אנזימים, השאר חלבוני הובלה הנושאים חומרים שונים מהסביבה החיצונית לציטופלזמה ולהיפך.

קרום התא מחלחל דרך חלבונים אינטגרליים ומחובר בהם קשר הדוק, בעוד שהקשר עם אלו היקפי פחות חזק. חלבונים אלו ממלאים תפקיד חשוב, שהוא לשמור על מבנה הממברנה, לקבל ולהמיר אותות מהסביבה, להעביר חומרים ולזרז תגובות המתרחשות על גבי הממברנות.

מתחם

הבסיס של קרום התא הוא שכבה דו-מולקולרית. בשל המשכיותו, לתא יש תכונות מחסום ומכאניות. בשלבים שונים של החיים, דו-שכבה זו עלולה להיות מופרעת. כתוצאה מכך, נוצרים פגמים מבניים של דרך נקבוביות הידרופיליות. במקרה זה, לחלוטין כל הפונקציות של רכיב כזה כמו קרום תא יכולים להשתנות. במקרה זה, הגרעין עלול לסבול מהשפעות חיצוניות.

נכסים

לממברנת התא של תא יש תכונות מעניינות. בשל נזילותה, קליפה זו אינה מבנה נוקשה, וחלק הארי של החלבונים והשומנים המרכיבים את הרכבה נעים בחופשיות במישור הממברנה.

באופן כללי, קרום התא הוא א-סימטרי, ולכן הרכב שכבות החלבון והשומנים שונה. לממברנות הפלזמה בתאי בעלי חיים יש שכבת גליקופרוטאין בצד החיצוני, המבצעת פונקציות קולטן ואותות, וגם ממלאת תפקיד חשוב בתהליך שילוב התאים לרקמה. קרום התא הוא קוטבי, כלומר המטען מבחוץ חיובי, ובפנים הוא שלילי. בנוסף לכל האמור לעיל, לממברנת התא יש תובנה סלקטיבית.

משמעות הדבר היא שבנוסף למים, רק קבוצה מסוימת של מולקולות ויונים של חומרים מומסים מותרת להיכנס לתא. הריכוז של חומר כמו נתרן ברוב התאים נמוך בהרבה מאשר בסביבה החיצונית. עבור יוני אשלגן, יחס שונה אופייני: מספרם בתא גבוה בהרבה מאשר בסביבה. בהקשר זה, יוני נתרן נוטים לחדור לממברנת התא, ויוני אשלגן נוטים להשתחרר החוצה. בנסיבות אלה, הממברנה מפעילה מערכת מיוחדת המבצעת תפקיד "שאיבה", מיישרת את ריכוז החומרים: יוני נתרן נשאבים אל פני התא, ויוני אשלגן נשאבים פנימה. תכונה זו כלולה בתפקודים החשובים ביותר של קרום התא.

נטייה זו של יוני נתרן ואשלגן לנוע פנימה מפני השטח משחקת תפקיד גדול בהובלת סוכר וחומצות אמינו לתוך התא. בתהליך של סילוק פעיל של יוני נתרן מהתא, הממברנה יוצרת תנאים לזרימה חדשה של גלוקוז וחומצות אמינו פנימה. להיפך, בתהליך העברת יוני אשלגן לתא, מתחדש מספר ה"טרנספורטרים" של תוצרי ריקבון מתוך התא אל הסביבה החיצונית.

כיצד ניזון התא דרך קרום התא?

תאים רבים קולטים חומרים באמצעות תהליכים כגון פגוציטוזיס ופינוציטוזיס. בגרסה הראשונה, שקע קטן נוצר על ידי קרום חיצוני גמיש, שבו נמצא החלקיק הנלכד. ואז קוטר השקע הופך גדול יותר עד שהחלקיק המוקף נכנס לציטופלזמה של התא. באמצעות phagocytosis, חלק מהפרוטוזואה, כמו אמבה, וכן תאי דם - לויקוציטים ופאגוציטים, מוזנים. באופן דומה, תאים סופגים נוזל המכיל את אבות המזון הדרושים. תופעה זו נקראת פינוציטוזיס.

הממברנה החיצונית קשורה קשר הדוק לרטיקולום האנדופלזמי של התא.

בסוגים רבים של רכיבי רקמה בסיסיים, בליטות, קפלים ומיקרוווילים ממוקמים על פני הממברנה. תאי צמחים בצד החיצוני של קליפה זו מכוסים באחד אחר, עבה ונראה בבירור תחת מיקרוסקופ. הסיבים מהם עשויים מסייעים ביצירת התמיכה לרקמות הצמח כגון עץ. לתאי בעלי חיים יש גם מספר מבנים חיצוניים היושבים על גבי קרום התא. הם מגנים באופן בלעדי בטבעם, דוגמה לכך היא הכיטין הכלול בתאי המוח של חרקים.

בנוסף לממברנת התא, קיימת ממברנה תוך תאית. תפקידו לחלק את התא למספר תאים סגורים מיוחדים - תאים או אברונים, שבהם יש לשמור על סביבה מסוימת.

לפיכך, אי אפשר להעריך יתר על המידה את התפקיד של מרכיב כזה של היחידה הבסיסית של אורגניזם חי כמו קרום התא. המבנה והתפקודים מרמזים על הרחבה משמעותית של שטח הפנים הכולל של התא, שיפור של תהליכים מטבוליים. מבנה מולקולרי זה מורכב מחלבונים ושומנים. הפרדת התא מהסביבה החיצונית, הממברנה מבטיחה את שלמותו. בעזרתו, קשרים בין-תאיים נשמרים ברמה חזקה מספיק, ויוצרים רקמות. בהקשר זה, אנו יכולים להסיק שאחד התפקידים החשובים ביותר בתא ממלא את קרום התא. המבנה והתפקודים המבוצעים על ידו שונים בתכלית בתאים שונים, בהתאם למטרתם. באמצעות תכונות אלו מושגת פעילות פיזיולוגית מגוונת של קרומי התא ותפקידיהם בקיומם של תאים ורקמות.

הרוב המכריע של האורגניזמים החיים על פני כדור הארץ מורכב מתאי הדומים במידה רבה בהרכבם הכימי, במבנה ובפעילות החיונית שלהם. בכל תא מתרחשים חילוף חומרים והמרת אנרגיה. חלוקת תאים עומדת בבסיס תהליכי הצמיחה והרבייה של אורגניזמים. לפיכך, התא הוא יחידה של מבנה, התפתחות ורבייה של אורגניזמים.

התא יכול להתקיים רק כמערכת אינטגרלית, בלתי ניתנת לחלוקה לחלקים. שלמות התא מסופקת על ידי ממברנות ביולוגיות. תא הוא מרכיב של מערכת בדרגה גבוהה יותר - אורגניזם. חלקים ואברונים של תא, המורכבים ממולקולות מורכבות, הם מערכות אינטגרליות בדרגה נמוכה יותר.

תא הוא מערכת פתוחה המחוברת לסביבה באמצעות חילופי חומר ואנרגיה. זוהי מערכת תפקודית שבה כל מולקולה מבצעת פונקציות מסוימות. לתא יש יציבות, יכולת ויסות עצמי והתרבות עצמית.

התא הוא מערכת בשליטה עצמית. המערכת הגנטית השולטת בתא מיוצגת על ידי מקרומולקולות מורכבות - חומצות גרעין (DNA ו-RNA).

בשנים 1838-1839. הביולוגים הגרמנים M. Schleiden ו-T. Schwann סיכמו את הידע על התא וגיבשו את העמדה המרכזית של תורת התא, שמהותה היא שכל האורגניזמים, הן הצומח והן החי, מורכבים מתאי.

בשנת 1859 תיאר ר' וירצ'וב את תהליך חלוקת התא וניסח את אחת ההוראות החשובות של תורת התא: "כל תא בא מתא אחר". תאים חדשים נוצרים כתוצאה מחלוקת תא האם, ולא מחומר לא תאי, כפי שחשבו בעבר.

גילויו של המדען הרוסי ק' באר ב-1826 של ביצי יונקים הוביל למסקנה שהתא עומד בבסיס התפתחותם של אורגניזמים רב-תאיים.

תורת התא המודרנית כוללת את ההוראות הבאות:

1) תא הוא יחידת מבנה והתפתחות של כל האורגניזמים;

2) תאים של אורגניזמים מממלכות שונות של חיות בר דומים במבנה, בהרכב הכימי, בחילוף החומרים ובביטויים העיקריים של פעילות חיונית;

3) נוצרים תאים חדשים כתוצאה מחלוקה של תא האם;

4) באורגניזם רב תאי, תאים יוצרים רקמות;

5) איברים מורכבים מרקמות.

עם הכנסתן של שיטות מחקר ביולוגיות, פיזיקליות וכימיות מודרניות לביולוגיה, ניתן היה לחקור את המבנה והתפקוד של מרכיבי התא השונים. אחת השיטות לחקר תאים היא מיקרוסקופיה. מיקרוסקופ אור מודרני מגדיל עצמים פי 3000 ומאפשר לראות את האברונים הגדולים ביותר של התא, לצפות בתנועת הציטופלזמה ובחלוקת התא.

הומצא בשנות ה-40. המאה ה -20 מיקרוסקופ אלקטרוני נותן הגדלה של עשרות ומאות אלפי פעמים. מיקרוסקופ האלקטרונים משתמש בזרם של אלקטרונים במקום אור, ושדות אלקטרומגנטיים במקום עדשות. לכן, מיקרוסקופ האלקטרונים נותן תמונה ברורה בהגדלות גבוהות בהרבה. בעזרת מיקרוסקופ כזה ניתן היה לחקור את מבנה אברוני התא.

מבנה והרכב אברוני התא נלמד בשיטה צנטריפוגה. רקמות מרוסקות עם ממברנות תאים הרוסות מונחות במבחנות ומסתובבות בצנטריפוגה במהירות גבוהה. השיטה מבוססת על העובדה שלאברוני תאים שונים יש מסות וצפיפות שונות. אברונים צפופים יותר מופקדים במבחנה במהירויות צנטריפוגה נמוכות, פחות צפופים - במבחנה גבוהות. שכבות אלו נלמדות בנפרד.

בשימוש נרחב שיטת תרבית תאים ורקמות, המורכב מכך שמתא אחד או יותר על מצע תזונתי מיוחד, ניתן לקבל קבוצה מאותו סוג של תאי בעלי חיים או צמחים ואף לגדל צמח שלם. בשיטה זו ניתן לקבל תשובה לשאלה כיצד נוצרות רקמות ואיברים שונים בגוף מתא אחד.

ההוראות העיקריות של תורת התא נוסחו לראשונה על ידי מ' שלידן וט' שוון. תא הוא יחידה של מבנה, חיים, רבייה והתפתחות של כל היצורים החיים. ללימוד תאים משתמשים בשיטות של מיקרוסקופיה, צנטריפוגה, תרבית תאים ורקמות וכו'.

לתאים של פטריות, צמחים ובעלי חיים יש הרבה מן המשותף לא רק בהרכב הכימי, אלא גם במבנה. כאשר בודקים תא במיקרוסקופ, נראים בו מבנים שונים - אברונים. כל אברון מבצע פונקציות ספציפיות. ישנם שלושה חלקים עיקריים בתא: קרום הפלזמה, הגרעין והציטופלזמה (איור 1).

קרום פלזמהמפריד בין התא ותכולתו מהסביבה. באיור 2, ניתן לראות: הממברנה נוצרת משתי שכבות של שומנים, ומולקולות חלבון חודרות את עובי הממברנה.

הפונקציה העיקרית של קרום הפלזמה תַחְבּוּרָה. הוא מבטיח אספקת חומרים מזינים לתא וסילוק תוצרים מטבוליים ממנו.

תכונה חשובה של הממברנה היא החדירות הסלקטיבית, או חדירות למחצה, מאפשרת לתא ליצור אינטראקציה עם הסביבה: רק חומרים מסוימים נכנסים ויוצאים ממנה. מולקולות קטנות של מים וכמה חומרים אחרים נכנסות לתא על ידי דיפוזיה, בחלקה דרך הנקבוביות בקרום.

סוכרים, חומצות אורגניות, מלחים מומסים בציטופלזמה, מוהל התא של תאים צמחיים. יתרה מכך, ריכוזם בתא גבוה בהרבה מאשר בסביבה. ככל שריכוז החומרים הללו גדול יותר בתא, כך הוא סופג מים. ידוע כי המים נצרכים כל הזמן על ידי התא, עקב כך ריכוז מוהל התא עולה והמים נכנסים שוב לתא.

כניסתן של מולקולות גדולות יותר (גלוקוז, חומצות אמינו) לתא מסופקת על ידי חלבוני התחבורה של הממברנה, אשר בשילוב עם מולקולות החומרים המועברים, נושאים אותם דרך הממברנה. אנזימים שמפרקים ATP מעורבים בתהליך זה.

איור 1. סכמה כללית של מבנה תא איקריוטי.
(לחץ על התמונה כדי להגדיל את התמונה)

איור 2. מבנה קרום הפלזמה.
1 - סנאים חודרים, 2 - סנאים שקועים, 3 - סנאים חיצוניים

איור 3. סכימה של פינוציטוזיס ופגוציטוזיס.

אפילו מולקולות גדולות יותר של חלבונים ופוליסכרידים נכנסות לתא על ידי פגוציטוזיס (מיוונית. פאגוס- זולל ו קיטוס- כלי, תא), וטיפות נוזל - על ידי פינוציטוזיס (מיוונית. פינו- לשתות ו קיטוס) (איור 3).

תאי בעלי חיים, בניגוד לתאי צמחים, מוקפים ב"מעיל פרווה" רך וגמיש, הנוצר בעיקר על ידי מולקולות פוליסכרידים, אשר על ידי היצמדות לכמה חלבונים וקרום שומנים מקיפים את התא מבחוץ. הרכב הרב-סוכרים הוא ספציפי לרקמות שונות, בשל כך התאים "מזהים" זה את זה ומתחברים זה לזה.

לתאי צמחים אין "מעיל פרווה" כזה. יש להם קרום מלא נקבוביות מעל קרום הפלזמה. דופן תאמורכב בעיקר מתאית. חוטים של הציטופלזמה נמתחים מתא לתא דרך הנקבוביות, ומחברים את התאים זה לזה. כך מתבצע החיבור בין התאים ומשיגים את שלמות הגוף.

קרום התא בצמחים ממלא תפקיד של שלד חזק ומגן על התא מפני נזק.

לרוב החיידקים ולכל הפטריות יש קרום תא, רק ההרכב הכימי שלו שונה. בפטריות הוא מורכב מחומר דמוי כיטין.

לתאים של פטריות, צמחים ובעלי חיים מבנה דומה. ישנם שלושה חלקים עיקריים בתא: גרעין, ציטופלזמה וממברנת פלזמה. קרום הפלזמה מורכב משומנים וחלבונים. הוא מבטיח כניסת חומרים לתא ושחרורם מהתא. בתאי הצמחים, הפטריות ורוב החיידקים יש קרום תא מעל קרום הפלזמה. הוא מבצע תפקיד מגן וממלא תפקיד של שלד. בצמחים, דופן התא מורכבת מתאית, בעוד שבפטריות היא מורכבת מחומר דמוי כיטין. תאי בעלי חיים מכוסים בפוליסכרידים המספקים מגע בין תאים מאותה רקמה.

האם אתה יודע שחלק הארי של התא הוא ציטופלזמה. הוא מורכב ממים, חומצות אמינו, חלבונים, פחמימות, ATP, יונים של חומרים לא אורגניים. הציטופלזמה מכילה את הגרעין והאברונים של התא. בו חומרים עוברים מחלק אחד של התא לאחר. הציטופלזמה מבטיחה את האינטראקציה של כל האברונים. זה המקום שבו מתרחשות תגובות כימיות.

הציטופלזמה כולה מחלחלת במיקרו-צינוריות חלבון דקות, שנוצרות ציטושלד התאבשל כך הוא שומר על צורתו הקבועה. שלד הציטו של התא גמיש, שכן המיקרוטובולים מסוגלים לשנות את מיקומם, לנוע מקצה אחד ולהתקצר מהקצה השני. חומרים שונים נכנסים לתא. מה קורה להם בכלוב?

בליזוזומים - שלפוחיות ממברנות קטנות מעוגלות (ראה איור 1), מולקולות של חומרים אורגניים מורכבים מתפרקות למולקולות פשוטות יותר בעזרת אנזימים הידרוליטים. לדוגמה, חלבונים מתפרקים לחומצות אמינו, רב סוכרים לחד סוכרים, שומנים לגליצרול וחומצות שומן. עבור פונקציה זו, ליזוזומים מכונים לעתים קרובות "תחנות העיכול" של התא.

אם קרום הליזוזומים נהרס, אז האנזימים הכלולים בהם יכולים לעכל את התא עצמו. לכן, לפעמים ליזוזומים נקראים "כלים להרג התא".

חמצון אנזימטי של מולקולות קטנות של חומצות אמינו, חד-סוכרים, חומצות שומן ואלכוהול שנוצרו בליזוזומים לפחמן דו חמצני ומים מתחיל בציטופלזמה ומסתיים באברונים אחרים - מיטוכונדריה. מיטוכונדריה הם אברונים דמויי מוט, חוטים או כדוריים, התוחמים מהציטופלזמה בשתי ממברנות (איור 4). הממברנה החיצונית חלקה, בעוד שהקרום הפנימי יוצר קפלים - cristaeאשר מגדילים את פני השטח שלו. אנזימים המעורבים בתגובות החמצון של חומרים אורגניים לפחמן דו חמצני ומים ממוקמים על הממברנה הפנימית. במקרה זה, משתחררת אנרגיה, שנאגרת על ידי התא במולקולות ATP. לכן, המיטוכונדריה נקראות "תחנות הכוח" של התא.

בתא, חומרים אורגניים לא רק מחומצנים, אלא גם מסונתזים. הסינתזה של שומנים ופחמימות מתבצעת על הרשת האנדופלזמית - EPS (איור 5), וחלבונים - על ריבוזומים. מהו EPS? זוהי מערכת של צינורות ובורות, שקירותיהם נוצרים על ידי קרום. הם חודרים לכל הציטופלזמה. דרך ערוצי ה-ER, חומרים עוברים לחלקים שונים של התא.

יש EPS חלק ומחוספס. פחמימות ושומנים מסונתזים על פני השטח של EPS חלק בהשתתפות אנזימים. החספוס של EPS ניתן על ידי גופים מעוגלים קטנים הממוקמים עליו - ריבוזומים(ראה איור 1), המעורבים בסינתזה של חלבונים.

סינתזה של חומרים אורגניים מתרחשת ב פלסטידיםנמצא רק בתאי צמחים.

אורז. 4. סכימה של מבנה המיטוכונדריה.
1.- קרום חיצוני; 2.- קרום פנימי; 3.- קפלים של הממברנה הפנימית - cristae.

אורז. 5. תוכנית המבנה של EPS גס.

אורז. 6. סכימה של מבנה הכלורופלסט.
1.- קרום חיצוני; 2.- קרום פנימי; 3.- תוכן פנימי של הכלורופלסט; 4. - קפלים של הממברנה הפנימית, שנאספו ב"ערימות" ויוצרים גרנה.

בפלסידים חסרי צבע - לוקופלסטים(מיוונית. leukos- לבן ו פלסטוס- נוצר) עמילן מצטבר. פקעות תפוחי אדמה עשירות מאוד בלוקופלסטים. צבע צהוב, כתום, אדום ניתן לפירות ולפרחים כרומופלסטים(מיוונית. כרום- צבע ו פלסטוס). הם מסנתזים את הפיגמנטים המעורבים בפוטוסינתזה, - קרוטנואידים. בחיי הצומח, החשיבות כלורופלסטים(מיוונית. chloros- ירקרק ו פלסטוס) - פלסטידים ירוקים. באיור 6, ניתן לראות שכלורופלסטים מכוסים בשתי ממברנות: חיצונית ופנימית. הממברנה הפנימית יוצרת קפלים; בין הקפלים בועות מוערמות בערימות - דגנים. הדגנים מכילים מולקולות כלורופיל המעורבות בפוטוסינתזה. כל כלורופלסט מכיל כ-50 גרגירים המסודרים בתבנית דמקה. סידור זה מבטיח הארה מקסימלית של כל גרגר.

בציטופלזמה יכולים להצטבר חלבונים, שומנים, פחמימות בצורה של דגנים, גבישים, טיפות. אלה הַכלָלָה- לשמור רכיבי תזונה הנצרכים על ידי התא לפי הצורך.

בתאי צמחים מצטברים חלק מחומרי המזון הרזרבה, כמו גם תוצרי ריקבון, במוהל התא של ואקוולים (ראה איור 1). הם יכולים להוות עד 90% מנפח תא הצמח. לתאי בעלי חיים יש ואקוולים זמניים שתופסים לא יותר מ-5% מנפחם.

אורז. 7. מתווה מבנה מתחם גולגי.

באיור 7 רואים מערכת של חללים מוקפים בקרום. זה מתחם גולגי, המבצעת פונקציות שונות בתא: היא משתתפת בהצטברות ובשינוע של חומרים, בהוצאתם מהתא, ביצירת ליזוזומים, בקרום התא. לדוגמה, מולקולות תאית חודרות לחלל הקומפלקס של גולגי, אשר בעזרת בועות עוברות אל פני התא ונכללות בממברנת התא.

רוב התאים מתרבים על ידי חלוקה. תהליך זה כרוך מרכז תאים. הוא מורכב משני צנטריולים מוקפים בציטופלזמה צפופה (ראה איור 1). בתחילת החלוקה, צנטריולים מתפצלים לכיוון הקטבים של התא. מהם מתפצלים חוטי חלבון, המחוברים לכרומוזומים ומבטיחים פיזור אחיד שלהם בין שני תאי בת.

כל האברונים של התא קשורים זה בזה. לדוגמה, מולקולות חלבון מסונתזות בריבוזומים, הן מועברות דרך תעלות EPS לחלקים שונים של התא, וחלבונים נהרסים בליזוזומים. המולקולות החדשות שסונתזו משמשות לבניית מבני תאים או להצטברות בציטופלזמה וב-vacuole כחומרי הזנה רזרבה.

התא מלא בציטופלזמה. הציטופלזמה מכילה את הגרעין ואברונים שונים: ליזוזומים, מיטוכונדריה, פלסטידים, וואקוולים, ER, מרכז תאים, קומפלקס גולגי. הם שונים במבנה ובפונקציות שלהם. כל האברונים של הציטופלזמה מקיימים אינטראקציה זה עם זה, מה שמבטיח את התפקוד התקין של התא.

טבלה 1. מבנה התא

התפקיד החשוב ביותר בפעילות החיונית ובחלוקת התאים של פטריות, צמחים ובעלי חיים שייך לגרעין ולכרומוזומים המצויים בו. לרוב התאים של אורגניזמים אלו יש גרעין בודד, אך ישנם גם תאים מרובי גרעינים, כגון תאי שריר. הגרעין ממוקם בציטופלזמה ויש לו צורה עגולה או אליפסה. הוא מכוסה במעטפת המורכבת משני ממברנות. לממברנה הגרעינית יש נקבוביות שדרכן מתרחשת חילופי החומרים בין הגרעין לציטופלזמה. הגרעין מלא במיץ גרעיני, המכיל את הגרעין והכרומוזומים.

נוקלאוליהן "סדנאות לייצור" של ריבוזומים, הנוצרים מ-RNA ריבוזומי שנוצר בגרעין ומחלבונים המסונתזים בציטופלזמה.

הפונקציה העיקרית של הגרעין - אחסון והעברת מידע תורשתי - קשורה כרומוזומים. לכל סוג של אורגניזם יש מערכת כרומוזומים משלו: מספר, צורה וגודל מסוימים.

כל תאי הגוף למעט תאי מין נקראים סומטי(מיוונית. שפמנון- גוף). התאים של אורגניזם מאותו מין מכילים את אותה קבוצה של כרומוזומים. לדוגמה, בבני אדם, כל תא בגוף מכיל 46 כרומוזומים, בזבוב הפירות תסיסנית - 8 כרומוזומים.

לתאים סומטיים יש בדרך כלל סט כפול של כרומוזומים. זה נקרא דיפלואידומסומן 2 נ. אז לאדם יש 23 זוגות של כרומוזומים, כלומר 2 נ= 46. תאי מין מכילים חצי ממספר כרומוזומים. האם זה רווק או הפלואיד, ערכה. אדם 1 נ = 23.

כל הכרומוזומים בתאים סומטיים, בניגוד לכרומוזומים בתאי נבט, מזווגים. הכרומוזומים המרכיבים זוג אחד זהים זה לזה. כרומוזומים מזווגים נקראים הומולוגי. כרומוזומים השייכים לזוגות שונים ונבדלים בצורתם ובגודלם נקראים לא הומולוגי(איור 8).

במינים מסוימים, מספר הכרומוזומים עשוי להיות זהה. לדוגמה, בתלתן אדום ואפונה 2 נ= 14. עם זאת, הכרומוזומים שלהם שונים בצורתם, בגודלם, בהרכב הנוקלאוטידים של מולקולות ה-DNA.

אורז. 8. קבוצת כרומוזומים בתאי תסיסנית.

אורז. 9. מבנה הכרומוזום.

כדי להבין את תפקיד הכרומוזומים בהעברת מידע תורשתי, יש צורך להכיר את המבנה וההרכב הכימי שלהם.

הכרומוזומים של תא שאינו מתחלק נראים כמו חוטים ארוכים ודקים. כל כרומוזום לפני חלוקת התא מורכב משני חוטים זהים - כרומטידות, המחוברים בין סנפירי ההיצרות - (איור 9).

כרומוזומים מורכבים מ-DNA וחלבונים. מכיוון שהרכב הנוקלאוטידים של ה-DNA משתנה בין המינים, הרכב הכרומוזומים הוא ייחודי לכל מין.

לכל תא מלבד חיידקים יש גרעין המכיל נוקלאולי וכרומוזומים. כל מין מאופיין בקבוצה מסוימת של כרומוזומים: מספר, צורה וגודל. בתאים הסומטיים של רוב האורגניזמים, מערך הכרומוזומים הוא דיפלואידי, בתאי המין הוא הפלואידי. כרומוזומים זוגיים נקראים הומולוגיים. כרומוזומים מורכבים מ-DNA וחלבונים. מולקולות DNA מספקות אחסון והעברה של מידע תורשתי מתא לתא ומאורגניזם לאורגניזם.

לאחר שעבדתי על הנושאים האלה, אתה אמור להיות מסוגל:

1. ספרו באילו מקרים יש צורך להשתמש במיקרוסקופ אור (מבנה), מיקרוסקופ אלקטרוני הולכה.
2. תאר את מבנה קרום התא והסביר את הקשר בין מבנה הממברנה ויכולתו להחליף חומרים בין התא לסביבה.
3. הגדירו את התהליכים: דיפוזיה, דיפוזיה קלה, הובלה פעילה, אנדוציטוזה, אקסוציטוזיס ואוסמוזה. ציין את ההבדלים בין התהליכים הללו.
4. תן שם את הפונקציות של מבנים וציינו באילו תאים (צמח, חיה או פרוקריוטים) הם נמצאים: גרעין, קרום גרעיני, נוקלאופלזמה, כרומוזומים, קרום פלזמה, ריבוזום, מיטוכונדריון, דופן תא, כלורופלסט, ואקואול, ליזוזום, רטיקולום אנדופלזמי חלק ( agranular) ומחוספס (גרגירי), מרכז תאים, מנגנון golgi, cilium, flagellum, mesosome, pili או fimbriae.
5. ציין לפחות שלושה סימנים שבאמצעותם ניתן להבחין בין תא צמחי לתא של בעלי חיים.
6. רשום את ההבדלים העיקריים בין תאים פרוקריוטיים לאאוקריוטים.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "ביולוגיה כללית". מוסקבה, "נאורות", 2000

• נושא 1. "קרום פלזמה". §1, §8 עמ' 5;20
• נושא 2. "כלוב". §8-10 עמ' 20-30
• נושא 3. "תא פרוקריוטי. וירוסים". §11 עמ' 31-34

קרומי התא: המבנה והתפקודים שלהם

ממברנות הן צמיגות ביותר ובו זמנית מבנים פלסטיים המקיפים את כל התאים החיים. פונקציות של ממברנות התא:

1. קרום הפלזמה מהווה מחסום השומר על הרכב שונה של הסביבה החוץ-תוך-תאית.

2. ממברנות יוצרות תאים מיוחדים בתוך התא, כלומר. אברונים רבים - מיטוכונדריה, ליזוזומים, קומפלקס גולגי, רטיקולום אנדופלזמי, ממברנות גרעיניות.

3. אנזימים המעורבים בהמרת אנרגיה בתהליכים כמו זרחון חמצוני ופוטוסינתזה ממוקמים בממברנות.

מבנה ממברנה

בשנת 1972 הציעו סינגר וניקולסון מודל פסיפס נוזלי של מבנה הממברנה. לפי מודל זה, ממברנות מתפקדות הן פתרון דו-ממדי של חלבונים אינטגרליים כדוריים המומסים במטריקס פוספוליפיד נוזלי. לפיכך, הממברנות מבוססות על שכבת שומנים דו-מולקולרית, עם סידור מסודר של מולקולות.

במקרה זה, השכבה ההידרופלית נוצרת על ידי הראש הקוטבי של הפוספוליפידים (שייר פוספט עם כולין, אתנולמין או סרין מחוברים אליו) וגם על ידי החלק הפחמימתי של גליקוליפידים. שכבה הידרופוביה - רדיקלים פחמימנים של חומצות שומן וספינגוזין פוספוליפידים וגליקוליפידים.

מאפייני ממברנה:

1. חדירות סלקטיבית. השכבה הדו-שכבה הסגורה מספקת את אחת התכונות העיקריות של הממברנה: היא אטומה לרוב המולקולות המסיסות במים, שכן הן אינן מתמוססות בליבה ההידרופוביה שלה. לגזים כמו חמצן, CO 2 וחנקן יש יכולת לחדור בקלות לתוך התא בגלל גודלן הקטן של המולקולות ואינטראקציה חלשה עם ממיסים. כמו כן, מולקולות בעלות אופי שומני, למשל, הורמונים סטרואידים, חודרות בקלות דרך הדו-שכבה.

2. נזילות. הדו-שכבה השומנית היא בעלת מבנה נוזלי-גבישי, שכן שכבת השומנים היא בדרך כלל נוזלית, אך ישנם בה אזורי התמצקות, בדומה למבנים גבישיים. למרות שהמיקום של מולקולות השומנים מסודר, הם שומרים על יכולת התנועה. שני סוגים של תנועות פוספוליפידים אפשריים: סלטה (שנקראת "כפכף" בספרות המדעית) ודיפוזיה לרוחב. במקרה הראשון, מולקולות פוספוליפידים המנוגדות זו לזו בשכבה הבי-מולקולרית מתהפכות (או מסתלטת) זו לזו ומחליפות מקום בממברנה, כלומר. החוץ הופך לפנים ולהיפך. קפיצות כאלה קשורות להוצאה של אנרגיה והן נדירות מאוד. לעתים קרובות יותר נצפים סיבובים סביב הציר (סיבוב) ודיפוזיה לרוחב - תנועה בתוך השכבה במקביל למשטח הממברנה.

3. אסימטריה של ממברנות. המשטחים של אותה קרום שונים בהרכב של שומנים, חלבונים ופחמימות (אסימטריה רוחבית). לדוגמה, פוספטידילכולינים שולטים בשכבה החיצונית, בעוד שפוספטידילאתנולמינים ופוספטידילסרינים שולטים בשכבה הפנימית. מרכיבי הפחמימות של גליקופרוטאין וגליקוליפידים מגיעים אל פני השטח החיצוניים ויוצרים כיס רציף הנקרא גליקוקליקס. אין פחמימות על פני השטח הפנימיים. חלבונים - קולטני הורמונים ממוקמים על פני השטח החיצוניים של קרום הפלזמה, והאנזימים המווסתים על ידם - אדנילט ציקלאז, פוספוליפאז C - מבפנים וכו'.

חלבוני ממברנה

פוספוליפידים של ממברנה פועלים כממס לחלבוני ממברנה, ויוצרים מיקרו-סביבה שבה האחרון יכול לתפקד. מספר החלבונים השונים בממברנה משתנה בין 6-8 ברטיקולום הסרקופלזמי ליותר מ-100 בממברנת הפלזמה. אלו הם אנזימים, חלבוני תחבורה, חלבונים מבניים, אנטיגנים, כולל אנטיגנים של מערכת ההיסטו-תאימות הראשית, קולטנים למולקולות שונות.

על ידי לוקליזציה בממברנה, החלבונים מחולקים לאינטגרלי (שקוע חלקית או מלאה בממברנה) והיקפי (הממוקם על פני השטח שלו). חלק מהחלבונים האינטגרליים חודרים את הממברנה שוב ושוב. לדוגמה, קולטן הרשתית והקולטן β 2 -אדרנרגי חוצים את הדו-שכבה 7 פעמים.

העברת חומר ומידע על פני ממברנות

ממברנות תאים אינן מחיצות סגורות היטב. אחד התפקידים העיקריים של ממברנות הוא ויסות העברת חומרים ומידע. תנועה טרנסממברנית של מולקולות קטנות מתבצעת 1) על ידי דיפוזיה, פסיבית או קלה, ו-2) על ידי הובלה אקטיבית. תנועה טרנסממברנית של מולקולות גדולות מתבצעת 1) על ידי אנדוציטוזה ו-2) על ידי אקסוציטוזיס. העברת אותות על פני ממברנות מתבצעת בעזרת קולטנים הממוקמים על פני השטח החיצוניים של קרום הפלזמה. במקרה זה, האות עובר טרנספורמציה (לדוגמה, גלוקגון cAMP), או שהוא מופנם, הקשור לאנדוציטוזיס (לדוגמה, קולטן LDL - LDL).

דיפוזיה פשוטה היא חדירת חומרים לתוך התא לאורך שיפוע אלקטרוכימי. במקרה זה, אין צורך בעלויות אנרגיה. קצב הדיפוזיה הפשוטה נקבע על ידי 1) שיפוע הריכוז הטרנסממברני של החומר ו-2) מסיסותו בשכבה ההידרופוביה של הממברנה.

עם דיפוזיה קלה, חומרים מועברים גם דרך הממברנה לאורך שיפוע ריכוז, ללא עלויות אנרגיה, אלא בעזרת חלבוני נושאי ממברנה מיוחדים. לכן, דיפוזיה קלה שונה מדיפוזיה פסיבית במספר פרמטרים: 1) דיפוזיה קלה מאופיינת בסלקטיביות גבוהה, שכן לחלבון הנשא יש מרכז פעיל המשלים לחומר המועבר; 2) קצב הדיפוזיה הקלה מסוגל להגיע למישור, שכן מספר מולקולות הנשא מוגבל.

חלק מחלבוני התחבורה פשוט נושאים חומר מצד אחד של הממברנה לצד השני. העברה פשוטה כזו נקראת יחד פסיבי. דוגמה ל-uniport היא GLUT, טרנספורטר גלוקוז שמעביר גלוקוז על פני קרומי התא. חלבונים אחרים מתפקדים כמערכות שינוע משותפות בהן הובלה של חומר אחד תלויה בהובלה בו-זמנית או רציפה של חומר אחר או באותו כיוון - העברה כזו נקראת סימפורט פסיבי, או בכיוון ההפוך - העברה כזו נקראת. אנטיפורט פסיבי. טרנסלוקזות של הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה, בפרט, טרנסלוקאז ADP/ATP, מתפקדים על פי מנגנון האנטי-פורט הפסיבי.

עם הובלה פעילה, העברה של חומר מתבצעת כנגד שיפוע ריכוז ולכן קשורה בעלויות אנרגיה. אם העברה של ליגנדים על פני הממברנה קשורה להוצאה של אנרגיית ATP, אז העברה כזו נקראת הובלה פעילה ראשונית. דוגמה לכך היא Na + K + -ATPase ו-Ca 2+ -ATPase הממוקמים בממברנת הפלזמה של תאים אנושיים ו-H + ,K + -ATPase של רירית הקיבה.

תחבורה פעילה משנית. ההובלה של חומרים מסוימים כנגד שיפוע הריכוז תלוי בהובלה בו-זמנית או רציפה של Na + (יוני נתרן) לאורך שיפוע הריכוז. במקרה זה, אם הליגנד מועבר באותו כיוון כמו Na +, התהליך נקרא סימפורט אקטיבי. על פי המנגנון של סימפורט פעיל, גלוקוז נספג בלומן המעי, שם ריכוזו נמוך. אם הליגנד מועבר בכיוון ההפוך ליוני נתרן, אז תהליך זה נקרא אנטיפורט אקטיבי. דוגמה לכך היא מחליף Na + ,Ca 2+ של קרום הפלזמה.

9.5.1. אחד התפקידים העיקריים של ממברנות הוא השתתפות בהובלת חומרים. תהליך זה מסופק על ידי שלושה מנגנונים עיקריים: דיפוזיה פשוטה, דיפוזיה קלה והובלה אקטיבית (איור 9.10). זכור את התכונות החשובות ביותר של מנגנונים אלה ודוגמאות של החומרים המועברים בכל מקרה ומקרה.

איור 9.10.מנגנוני הובלה של מולקולות על פני הממברנה

דיפוזיה פשוטה- העברת חומרים דרך הממברנה ללא השתתפות של מנגנונים מיוחדים. הובלה מתרחשת לאורך שיפוע ריכוז ללא צריכת אנרגיה. ביומולקולות קטנות - H2O, CO2, O2, אוריאה, חומרים הידרופוביים במשקל מולקולרי נמוך מועברים באמצעות דיפוזיה פשוטה. קצב הדיפוזיה הפשוטה הוא פרופורציונלי לשיפוע הריכוז.

דיפוזיה הקלה- העברת חומרים על פני הממברנה באמצעות תעלות חלבון או חלבוני נשא מיוחדים. זה מתבצע לאורך שיפוע הריכוז ללא צריכת אנרגיה. מונוסכרידים, חומצות אמינו, נוקלאוטידים, גליצרול, חלק מהיונים מועברים. קינטיקת הרוויה אופיינית - בריכוז מסוים (מרווה) של החומר המועבר, כל מולקולות הנשא לוקחות חלק בהעברה ומהירות ההובלה מגיעה לערך מגביל.

מעבר פעיל- מצריך גם השתתפות של חלבוני נשא מיוחדים, אך ההעברה מתרחשת כנגד שיפוע ריכוז ולכן דורשת אנרגיה. בעזרת מנגנון זה מועברים יוני Na+, K+, Ca2+, Mg2+ דרך קרום התא, ופרוטונים דרך הממברנה המיטוכונדריאלית. ההובלה הפעילה של חומרים מאופיינת בקינטיקה של רוויה.

9.5.2. דוגמה למערכת הובלה המבצעת הובלת יונים פעילה היא Na+,K+ -adenosine triphosphatase (Na+,K+ -ATPase או Na+,K+ -pump). חלבון זה ממוקם בעובי של קרום הפלזמה ומסוגל לזרז את התגובה של הידרוליזה של ATP. האנרגיה המשתחררת במהלך ההידרוליזה של מולקולת ATP 1 משמשת להעברת 3 יוני Na + מהתא לחלל החוץ תאי ו-2 יוני K + בכיוון ההפוך (איור 9.11). כתוצאה מפעולת Na + , K + -ATPase נוצר הפרש ריכוזים בין הציטוזול של התא לנוזל החוץ תאי. מכיוון שהובלת יונים אינה שווה ערך, נוצר הבדל בפוטנציאלים חשמליים. כך נוצר פוטנציאל אלקטרוכימי, שהוא סכום האנרגיה של ההפרש בפוטנציאלים החשמליים Δφ ואנרגיית ההפרש בריכוזי החומרים ΔС משני צידי הממברנה.

איור 9.11.ערכת Na+, K+ -משאבה.

9.5.3. העברה דרך ממברנות של חלקיקים ותרכובות מקרומולקולריות

לצד הובלת חומרים אורגניים ויונים המתבצעת על ידי נשאים, קיים בתא מנגנון מיוחד מאוד שנועד לקלוט ולהסיר תרכובות מקרומולקולריות מהתא על ידי שינוי צורת הביו-ממברנה. מנגנון כזה נקרא הובלה שלפוחית.

איור 9.12.סוגי הובלה שלפוחית: 1 - אנדוציטוזיס; 2 - אקסוציטוזיס.

במהלך העברת מקרומולקולות, מתרחשים היווצרות רצף והיתוך של שלפוחיות (שלפוחיות) המוקפות בקרום. על פי כיוון ההובלה ואופי החומרים המועברים, נבדלים הסוגים הבאים של הובלה שלפוחית:

אנדוציטוזיס(איור 9.12, 1) - העברת חומרים לתוך התא. בהתאם לגודל השלפוחית ​​המתקבלת, ישנם:

א) פינוציטוזה - ספיגה של מקרומולקולות נוזליות ומומסות (חלבונים, פוליסכרידים, חומצות גרעין) באמצעות בועות קטנות (קוטר 150 ננומטר);

ב) פגוציטוזיס - ספיגה של חלקיקים גדולים, כגון מיקרואורגניזמים או פסולת תאים. במקרה זה נוצרות שלפוחיות גדולות הנקראות פגוזומים בקוטר של יותר מ-250 ננומטר.

פינוציטוזה אופיינית לרוב התאים האוקריוטיים, בעוד שחלקיקים גדולים נספגים על ידי תאים מיוחדים - לויקוציטים ומקרופאגים. בשלב הראשון של אנדוציטוזיס, חומרים או חלקיקים נספגים על פני הממברנה; תהליך זה מתרחש ללא צריכת אנרגיה. בשלב הבא, הממברנה עם החומר הנספג מעמיקה לתוך הציטופלזמה; הדליקות המקומיות המתקבלות של קרום הפלזמה מושכות ממשטח התא, ויוצרות שלפוחיות, אשר לאחר מכן נודדות לתוך התא. תהליך זה מחובר על ידי מערכת של מיקרופילמנטים והוא תלוי באנרגיה. השלפוחיות והפגוזומים הנכנסים לתא יכולים להתמזג עם ליזוזומים. אנזימים הכלולים בליזוזומים מפרקים חומרים הכלולים בשלפוחיות ובפגוזומים למוצרים בעלי משקל מולקולרי נמוך (חומצות אמינו, מונוסכרידים, נוקלאוטידים), המועברים לציטוזול, שם הם יכולים לשמש את התא.

אקסוציטוזיס(איור 9.12, 2) - העברת חלקיקים ותרכובות גדולות מהתא. תהליך זה, כמו אנדוציטוזיס, ממשיך עם ספיגת האנרגיה. הסוגים העיקריים של אקסוציטוזיס הם:

א) הַפרָשָׁה - הסרה מהתא של תרכובות מסיסות במים המשמשות או משפיעות על תאים אחרים בגוף. זה יכול להתבצע הן על ידי תאים שאינם מתמחים והן על ידי תאים של הבלוטות האנדוקריניות, רירית מערכת העיכול, המותאמים להפרשת החומרים שהם מייצרים (הורמונים, נוירוטרנסמיטורים, פרו-אנזימים), בהתאם לצרכים הספציפיים של הגוף. .

חלבונים מופרשים מסונתזים על ריבוזומים הקשורים לממברנות של הרשת האנדופלזמית המחוספסת. חלבונים אלו מועברים לאחר מכן אל מנגנון גולגי, שם הם עוברים שינוי, מרוכזים, ממוינים, ולאחר מכן נארזים לתוך שלפוחיות, אשר מתפצלות לתוך הציטוזול ולאחר מכן מתמזגות עם קרום הפלזמה כך שתכולת השלפוחית ​​נמצאת מחוץ לתא.

שלא כמו מקרומולקולות, חלקיקים קטנים המופרשים, כגון פרוטונים, מועברים אל מחוץ לתא באמצעות דיפוזיה מוקלת ומנגנוני הובלה פעילים.

ב) הַפרָשָׁה - הסרה מהתא של חומרים שאינם ניתנים לשימוש (לדוגמה, הסרה של חומר רטיקולרי מרטיקולוציטים במהלך אריתרופואיזיס, שהוא שריד מצטבר של אברונים). מנגנון ההפרשה, ככל הנראה, מורכב מהעובדה שבתחילה החלקיקים המופרשים נמצאים בשלפוחית ​​הציטופלזמה, אשר לאחר מכן מתמזגת עם קרום הפלזמה.

קרום תא

תמונה של קרום תא. כדורים קטנים כחולים ולבנים מתאימים ל"ראשים" ההידרופוביים של הפוספוליפידים, והקווים המחוברים אליהם מתאימים ל"זנבות" ההידרופיליים. האיור מציג רק חלבוני ממברנה אינטגרליים (כדוריות אדומות וסלילים צהובים). נקודות אליפסות צהובות בתוך הממברנה - מולקולות כולסטרול שרשראות צהובות ירוקות של חרוזים בצד החיצוני של הממברנה - שרשראות אוליגוסכרידים היוצרות את הגליקוקאליקס

הממברנה הביולוגית כוללת גם חלבונים שונים: אינטגרלי (חודר דרך הממברנה), חצי אינטגרלי (שקוע בקצה אחד בשכבת הליפיד החיצונית או הפנימית), משטח (הממוקם בחלק החיצוני או בצמוד לצדדים הפנימיים של הממברנה). חלק מהחלבונים הם נקודות המגע של קרום התא עם שלד הציטו בתוך התא, ודופן התא (אם יש) בחוץ. חלק מהחלבונים האינטגרליים מתפקדים כתעלות יונים, טרנספורטרים שונים וקולטנים.

פונקציות

• מחסום - מספק חילוף חומרים מווסת, סלקטיבי, פסיבי ופעיל עם הסביבה. לדוגמה, קרום הפרוקסיזום מגן על הציטופלזמה מפני פרוקסידים המסוכנים לתא. חדירות סלקטיבית פירושה שהחדירות של ממברנה לאטומים או מולקולות שונות תלויה בגודלם, במטען החשמלי ובתכונות הכימיות שלהם. חדירות סלקטיבית מבטיחה את ההפרדה של התא והתאים הסלולריים מהסביבה ומספקת להם את החומרים הדרושים.
• הובלה - דרך הממברנה ישנה הובלה של חומרים לתוך התא ויוצאת מהתא. הובלה דרך הממברנות מספקת: אספקת חומרי הזנה, סילוק תוצרי קצה של חילוף החומרים, הפרשת חומרים שונים, יצירת שיפועים יוניים, שמירה על ריכוז אופטימלי של יונים בתא, הנחוצים לתפקוד של אנזימים תאיים.
  חלקיקים שמשום מה אינם מסוגלים לחצות את דו-שכבת הפוספוליפידים (למשל בגלל תכונות הידרופיליות, מאחר שהקרום הידרופובי מבפנים ואינו מאפשר מעבר לחומרים הידרופיליים, או בגלל גודלם הגדול), אך נחוצים לתא. , יכול לחדור לממברנה דרך חלבוני נשא מיוחדים (טרנספורטרים) וחלבוני תעלות או על ידי אנדוציטוזיס.
  בהובלה פסיבית, חומרים חוצים את דו-שכבת השומנים ללא הוצאת אנרגיה לאורך שיפוע הריכוז על ידי דיפוזיה. גרסה של מנגנון זה היא דיפוזיה קלה, שבה מולקולה ספציפית עוזרת לחומר לעבור דרך הממברנה. למולקולה זו עשויה להיות תעלה המאפשרת רק סוג אחד של חומר לעבור דרכו.
  הובלה פעילה דורשת אנרגיה, מכיוון שהיא מתרחשת כנגד שיפוע ריכוז. ישנם חלבוני משאבה מיוחדים על הממברנה, כולל ATPase, השואב באופן פעיל יוני אשלגן (K+) לתא ומשאב ממנו יוני נתרן (Na+).
• מטריקס - מספק מיקום יחסי וכיוון מסוים של חלבוני הממברנה, האינטראקציה האופטימלית שלהם.
• מכני - מבטיח את האוטונומיה של התא, המבנים התוך-תאיים שלו, כמו גם חיבור עם תאים אחרים (ברקמות). לקירות התא תפקיד חשוב במתן תפקוד מכני, ובבעלי חיים - חומר בין תאי.
• אנרגיה - במהלך הפוטוסינתזה בכלורופלסטים ובנשימה תאית במיטוכונדריה פועלות בממברנות שלהם מערכות העברת אנרגיה, בהן משתתפים גם חלבונים;
• קולטן - חלק מהחלבונים הממוקמים בממברנה הם קולטנים (מולקולות שבעזרתן התא קולט אותות מסוימים).
  לדוגמה, הורמונים שמסתובבים בדם פועלים רק על תאי מטרה שיש להם קולטנים התואמים להורמונים אלו. נוירוטרנסמיטורים (כימיקלים המוליכים דחפים עצביים) נקשרים גם לחלבוני קולטן ספציפיים על תאי המטרה.
• אנזימטי - חלבוני ממברנה הם לרוב אנזימים. לדוגמה, קרומי הפלזמה של תאי אפיתל מעיים מכילים אנזימי עיכול.
• יישום של ייצור והולכה של ביופוטנציאלים.
  בעזרת הממברנה נשמר ריכוז יונים קבוע בתא: ריכוז יון K+ בתוך התא גבוה בהרבה מבחוץ, וריכוז Na+ נמוך בהרבה, וזה חשוב מאוד, שכן זה שומר על הבדל הפוטנציאל על פני הממברנה ויוצר דחף עצבי.
• סימון תאים – ישנם אנטיגנים על גבי הממברנה הפועלים כסמנים – "תוויות" המאפשרות לזהות את התא. אלו הם גליקופרוטאין (כלומר, חלבונים עם שרשראות צד של אוליגוסכרידים מסועפות) הממלאים את תפקיד ה"אנטנות". בשל שלל תצורות שרשרת הצד, ניתן ליצור סמן ספציפי לכל סוג תא. בעזרת סמנים, תאים יכולים לזהות תאים אחרים ולפעול יחד איתם, למשל, בעת יצירת איברים ורקמות. זה גם מאפשר למערכת החיסון לזהות אנטיגנים זרים.

מבנה והרכב של ביו-ממברנות

הממברנות מורכבות משלוש קבוצות של שומנים: פוספוליפידים, גליקוליפידים וכולסטרול. פוספוליפידים וגליקוליפידים (ליפידים עם פחמימות מחוברות אליהם) מורכבים משני "זנבות" פחמימנים הידרופוביים ארוכים הקשורים ל"ראש הידרופילי טעון". הכולסטרול מקשיח את הממברנה בכך שהוא תופס את החלל הפנוי בין זנבות הליפידים ההידרופוביים ומונע מהם להתכופף. לכן, ממברנות עם תכולת כולסטרול נמוכה גמישות יותר, בעוד שאלו עם תכולת כולסטרול גבוהה יותר נוקשות ושבירות. הכולסטרול משמש גם כ"פקק" המונע תנועה של מולקולות קוטביות מהתא ואל תוך התא. חלק חשוב מהממברנה מורכב מחלבונים החודרים אליו ואחראים על תכונות שונות של ממברנות. ההרכב והכיוון שלהם בממברנות שונות שונים.

קרומי תאים הם לעתים קרובות אסימטריים, כלומר, השכבות שונות בהרכב השומנים, המעבר של מולקולה בודדת משכבה אחת לאחרת (מה שנקרא כפכף) זה קשה.

אברוני ממברנה

אלו הם קטעים בודדים או מחוברים של הציטופלזמה, מופרדים מההיאלופלזמה על ידי ממברנות. אברונים עם ממברנה בודדת כוללים רטיקולום אנדופלזמי, מנגנון Golgi, ליזוזומים, וואקוולים, פרוקסיזומים; לדו-ממברנה - גרעין, מיטוכונדריה, פלסטידים. מבנה הממברנות של אברונים שונים שונה בהרכב השומנים וחלבוני הממברנה.

החדירות הסלקטיבית

לממברנות התא יש חדירות סלקטיבית: גלוקוז, חומצות אמינו, חומצות שומן, גליצרול ויונים מתפזרים דרכם לאט, והממברנות עצמן מווסתות את התהליך הזה באופן פעיל במידה מסוימת - חלק מהחומרים עוברים דרכם, בעוד שאחרים לא. ישנם ארבעה מנגנונים עיקריים לכניסת חומרים לתא או להוצאתם מהתא אל החוץ: דיפוזיה, אוסמוזה, הובלה פעילה ואקסו- או אנדוציטוזיס. שני התהליכים הראשונים הם פסיביים באופיים, כלומר אינם דורשים אנרגיה; שני האחרונים הם תהליכים פעילים הקשורים לצריכת אנרגיה.

החדירות הסלקטיבית של הממברנה במהלך הובלה פסיבית נובעת מתעלות מיוחדות - חלבונים אינטגרליים. הם חודרים לממברנה דרך ודרך, ויוצרים מעין מעבר. ליסודות K, Na ו-Cl יש ערוצים משלהם. ביחס לשיפוע הריכוז, המולקולות של יסודות אלו נעות פנימה והחוצה מהתא. בעת גירוי נפתחות תעלות יוני הנתרן, וישנה נהירה חדה של יוני נתרן לתא. זה גורם לחוסר איזון בפוטנציאל הממברנה. לאחר מכן, פוטנציאל הממברנה משוחזר. תעלות אשלגן פתוחות תמיד, דרכן נכנסים לאט יוני אשלגן לתא.

ראה גם

סִפְרוּת

• Antonov V. F., Smirnova E. N., Shevchenko E. V.ממברנות ליפידים במהלך מעברי פאזה. - מ.: נאוקה, 1994.
• גניס ר.ביוממברנות. מבנה ותפקודים מולקולריים: תרגום מאנגלית. = ביו-ממברנות. מבנה ותפקוד מולקולרי (מאת רוברט ב. ג'ניס). - מהדורה ראשונה. - מ .: מיר, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• איבנוב V. G., Berestovsky T. N.דו-שכבה שומנית של ממברנות ביולוגיות. - מ.: נאוקה, 1982.
• רובין א.ב.ביופיסיקה, ספר לימוד בשני כרכים. - מהדורה שלישית, מתוקנת והרחבה. - מ.: הוצאת אוניברסיטת מוסקבה, 2004. -