ליזוזומים ומיטוכונדריה פועלים. ליזוזומים ופרוקסיזומים. מיטוכונדריה של התא. פונקציות בתא
ליזוזומים. מיטוכונדריה. פלסטידים
1. מה המבנה והתפקודים ATP?
2. אילו סוגי פלסטידים אתם מכירים?
כאשר חומרים מזינים שונים נכנסים לתא דרך פגוציטוזיס או פינוציטוזה, יש לעכל אותם. איפה סנאיםחייב להתפרק לחומצות אמינו בודדות, פוליסכרידים - למולקולות גלוקוז או פרוקטוז, ליפידים- לגליצרול וחומצות שומן. על מנת שעיכול תוך תאי יתאפשר, על השלפוחית הפגוציטית או הפינוציטית להתמזג עם הליזוזום (איור 25). ליזוזום הוא שלפוחית קטנה בקוטר של 0.5-1.0 מיקרון בלבד, המכילה קבוצה גדולה של אנזימים שיכולים להרוס חומרי מזון. ליזוזום אחד יכול להכיל 30-50 אנזימים שונים.
מסת המוח ביחס למשקל הגוף היא כ-2%, אך יחד עם זאת, הוא צורך 12-17% גלוקוז ועד 20% חמצן מכלל התקציב של הגוף, ואף אחד מהם אינו מאוחסן. לשימוש עתידי, אך נעשה בו שימוש מיידי. חמצון הגלוקוז מתרחש במיטוכונדריה, המשמשות כמרכזי הכוח של התא. ככל שפעילות התא אינטנסיבית יותר, כך הוא מכיל יותר מיטוכונדריה. בתאי עצב הם מפוזרים באופן שווה למדי בציטופלזמה, אך הם יכולים לנוע לשם ולשנות את צורתם.
הקוטר של המיטוכונדריה נע בין 0.4 ל-1 מיקרון, יש להן שתי ממברנות, חיצוניות ופנימיות, שכל אחת מהן דקה מעט יותר מקרום התא. לממברנה הפנימית יש מספר רב של יציאות דמויות מדף או קריסטות. הודות לקריסטות כאלה, משטח העבודה של המיטוכונדריה גדל באופן משמעותי. בתוך המיטוכונדריה ישנו נוזל בו מצטברים סידן ומגנזיום בצורה של גרגירים צפופים. הקריסטות והחלל הפנימי של המיטוכונדריה מכילים אנזימים נשימתיים, בעזרתם מתחמצנים תוצרי הגליקוליזה - פירוק אנאירובי של גלוקוז, מטבוליטים של חומצות שומן, חומצות אמינו. האנרגיה המשתחררת של תרכובות אלו מאוחסנת במולקולות של חומצה אדנוזין טרי-פוספורית (ATP), אשר נוצרות במיטוכונדריה באמצעות זרחון של מולקולות חומצה די-פוספורית אדנוזין (ADP).
למיטוכונדריה יש DNA ו-RNA משלהם, כמו גם ריבוזומים, שעליהם מסונתזים חלבונים מסוימים. נסיבות אלו נותנות בסיס לקרוא למיטוכונדריה אברונים אוטונומיים למחצה. תוחלת החיים שלהם קצרה וכמחצית מהמיטוכונדריה הקיימת בתא מתחדשת כל 10-12 ימים: נוצרות מיטוכונדריות חדשות כדי להחליף את המיטוכונדריה המותשות וההרוסות.
ליזוזומים הם שלפוחיות בקוטר של 250-500 ננומטר מוגבלות על ידי הממברנה שלהם, המכילות פרוטאוליטיות שונות, כלומר. עיכול חלבונים, אנזימים. בעזרת אנזימים אלו, מולקולות חלבון גדולות מחולקות לחומצות אמינו קטנות או אפילו. אנזימים ליזוזומים מסונתזים על הריבוזומים של ה-ER, ואז בשלפוחיות התחבורה הם נכנסים למנגנון הגולגי, שם הם מחוברים לרוב על ידי רכיב פחמימה, ובכך הופכים אותם לגליקוליפידים. יתר על כן, האנזימים נדחסים לתוך הממברנה של מנגנון גולגי וצצים ממנו, ובכך הופכים לליזוזום. אנזימים הידרוליטיים של ליזוזומים מפטרים את התא ממבנים ציטופלזמיים שחוקים או קורסים, מעודף ממברנות שהפכו למיותרות. אברונים שחוקים או פגומים מתמזגים עם ליזוזומים ומתעכלים על ידי אנזימים ליזוזומים.
כמה חשובה פעילות כזו ניתן לשפוט על פי ביטויי מחלות שמובילות להצטברות מוגזמת בציטופלזמה של חומרים כלשהם רק בגלל שהם מפסיקים להיהרס עקב מחסור של רק אחד מהאנזימים הליזוזומליים. לדוגמה, במחלת טיי-זקס התורשתית, קיים מחסור בהקסוסמינידאז, אנזים שמפרק גלקטוזידים בתאי עצב. כתוצאה מכך, כל הליזוזומים עמוסים בצפיפות בחומרים הבלתי מעוכלים הללו, וחולים כאלה מפתחים הפרעות נוירולוגיות חמורות. אנזימים ליזוזומים מסוגלים לפרק חומרים לא רק ממקור פנימי, אנדוגני, אלא גם תרכובות החודרות לתא מבחוץ על ידי פגוציטוזיס או פינוציטוזה.
ציטושלד
צורת התא נקבעת על ידי רשת של פיברילרים, כלומר. חלבונים סיביים, שיכולים להיות אחד משלושה סוגים: 1) מיקרוטובולים; 2) נוירופילמנטים; 3) מיקרופילמנטים (איור 1.6). חלבונים פיברילרים מורכבים מיחידות זהות חוזרות - מונומרים. אם נציין את המונומר באות M, אז ניתן לפשט את מבנה החלבון הפיברילרי כ-M-M-M-M-M... אז מיקרוטובולים מורכבים ממולקולות טובולין, מיקרופילמנטים - ממולקולות אקטין, והרכבה-פירוק מתרחשת לפי הצורך. בתאי עצב, רבים, אך לא כולם, חלבונים פיברילרים מכוונים לאורך תהליכים - אקסונים או דנדריטים.
מיקרוטובולים הם היסודות העבים ביותר של השלד הציטומטי; הם בצורת גלילים חלולים בקוטר של 25-28 ננומטר. כל גליל נוצר מ-13 יחידות משנה - פרוטופילמנטים, כל פרוטופילמנט מורכב ממולקולות טובולין. מיקומן של המיקרוטובולים בתא קובע במידה רבה את צורתו. מיקרו-צינוריות משמשות מעין מסילות נייחות שלאורכן נעים כמה אברונים: שלפוחיות הפרשה, מיטוכונדריה, ליזוזומים. מהירות תנועה כזו באקסון יכולה לעלות על 15 מ"מ לשעה; סוג זה של הובלה אקסונלית נקרא מהיר.
הכוח המניע מאחורי הובלה מהירה הוא קינזין חלבוני מיוחד, שבקצה אחד של המולקולה מחובר לאברון המועבר, ובקצה השני למיקרו-טבולה, שלאורכה הוא גולש, תוך שימוש באנרגיה של ATP כדי לנוע. מולקולות ATP קשורות למיקרוטובולים, ולקינזין יש פעילות של ATPase, אנזים המפרק ATP.
נוירופילמנטים נוצרים על ידי חוטים מעוותים בזוגיות של מונומרים. שני פיתולים כאלה מסובבים זה סביב זה, ויוצרים פרוטופילמנט. פיתול של שני פרוטופילמנטים הוא פרוטופיבריל, ושלושה פרוטופיברילים מעוותים ספירלית הם נוירופילמנט, מעין חבל בקוטר של כ-10 ננומטר. נוירופילמנטים נמצאים בתא לעתים קרובות יותר מאשר חלבונים פיברילרים אחרים; המבנה המעוות האלסטי שלהם יוצר את המסגרת העיקרית של שלד הציטו.
הם שומרים היטב על חנקתי כסף, בעזרתו הצביעו גולגי ולאחר מכן רמון אי קג'אל רקמת עצבים, למדו אותה והניחו את הבסיס לתיאוריה העצבית. בחלק מהנגעים הניווניים במוח, כמו למשל במחלת אלצהיימר - הגורם השכיח ביותר לדמנציה סנילי, צורתם של הנויירופילמנטים משתנה באופן משמעותי, הם מתאספים בסבכים אופייניים לאלצהיימר.
מיקרופילמנטים הם בין היסודות הדקים ביותר של השלד הציטוניים, הקוטר שלהם הוא רק 3-5 ננומטר. הם נוצרים ממולקולות אקטין כדוריות המורכבות כמו מחרוזת כפולה של חרוזים. כל מונומר אקטין מכיל מולקולת ATP, שהאנרגיה שלה מבטיחה כיווץ של מיקרופילמנטים. התכווצויות כאלה יכולות לשנות את צורת התא, האקסון שלו או הדנדריטים.
סיכום
היחידה היסודית של כל היצורים החיים - התא מוגבל מהסביבה ע"י קרום הפלזמה, שנוצר ע"י שומנים ומספר סוגי חלבונים הקובעים את האינדיבידואליות של התא. מעבר של חומרים שונים דרך קרום התא מתבצע על ידי מספר מנגנוני תחבורה. גרעין התא מכיל מידע גנטי המקודד על ידי רצף של ארבעה נוקלאוטידים של DNA. מידע זה משמש ליצירת חלבונים הדרושים לתא בהשתתפות mRNA. סינתזת חלבון מתרחשת על ריבוזומים, טרנספורמציות נוספות של מולקולות חלבון מתבצעות במיון. גרגירי הפרשה נוצרים במנגנון גולגי, שנועד להעביר מידע לתאים אחרים. המיטוכונדריה מספקות לפעילות התא את כמות האנרגיה הדרושה, ליזוזומים מסירים מרכיבים מיותרים מהתא. חלבוני השלד הציטוניים יוצרים את צורת התא, משתתפים במנגנוני ההובלה התוך תאית.
ליזוזומיםהן שלפוחיות המופרדות ממנגנון גולגי ומורחבות בציטופלזמה. ליזוזומים יוצרים מערכת עיכול תוך תאית המאפשרת לתאים לעבד: (1) מבני תאים פגומים; (2) חלקיקי תזונה שנלכדו על ידי התא; (3) אלמנטים לא רצויים כגון חיידקים. ליזוזומים של תאים שונים שונים זה מזה באופן משמעותי, אך הקוטר שלהם הוא בדרך כלל 250-750 ננומטר.
ליזוזוםמוקף בשכבת שומנים רגילה ומכיל מספר רב של גרגירים קטנים בקוטר של 5 עד 8 ננומטר. תכולת הגרגירים מיוצגת על ידי אגרגטים חלבונים המכילים כ-40 הידרולאזים שונים (אנזימים מתפצלים). אנזימים הידרוליטים מסוגלים לפצל חומרים אורגניים לשני שברים או יותר על ידי הצמדת פרוטון לאחד מהם, ויון הידרוקסיד לשני.
כן, סנאים הידרוליזהלחומצות אמינו, גליקוגן לגלוקוז, שומנים לגליצרול וחומצות שומן.
קְרוּם ליזוזומים, ככלל, מונע מאנזימים להיכנס ישירות לציטופלזמה, ובכך מונע מהתא להתעכל עצמי. עם זאת, במקרים מסוימים, יש הפרה של שלמות הממברנות הליזוזומליות, המאפשרת לאנזימים להיכנס לציטוזול. אז אנזימים אלה מפרקים חומר אורגני בסמיכות למונומרים קטנים וניתנים לפיזור בקלות כגון חומצות אמינו וגלוקוז. כמה פונקציות ספציפיות של ליזוזומים מתוארות להלן.
פרוקסיסומים דומים ליזוזומיםעם זאת, יש שני הבדלים חשובים. ראשית, מאמינים שהם נוצרים לא ממנגנון גולגי, אלא מהרשת האנדופלזמית על ידי העתקה עצמית או ניצנים. שנית, הם מכילים בעיקר אוקסידאזים, לא הידרולאזים. אוקסידאזים רבים מסוגלים להמיר חמצן ופרוטונים המיוצרים בתגובות תא למי חמצן (H2O2).
מי חמצן- חומר מחמצן חזק, שיחד עם קטלאז (אחד מהפרוקסיזום אוקסידאזות), משמש את התא לחמצון חומרים רבים המזיקים לו. אז, בעזרת מנגנון זה, פרוקסיסומים של תאי כבד הורסים כמחצית מנפח האלכוהול הנכנס לגוף.
אחד התפקידים החשובים של תאים רבים הוא הפרשת חומרים מסוימים. כמעט כל החומרים הללו מיוצרים בעזרת הרשת האנדופלזמית ומנגנון הגולגי, ואז משוחררים על ידי האחרון לתוך הציטופלזמה בצורה של סוג של אחסון - שלפוחית הפרשה, או גרגירי הפרשה. שלפוחיות אלו אוגרות פרו-אנזימים (אנזימים במצב לא פעיל), המשתחררים לאחר מכן דרך קרום התא כלפי חוץ ונכנסים לצינור הלבלב, ומשם לתריסריון, שם הם מופעלים ומשמשים לעיכול מזון.
גרגירי הפרשה (שלפוחית הפרשה) של תאים אצינריים בלבלב.
מיטוכונדריה של תאים
מיטוכונדריהנקראות באופן פיגורטיבי "תחנות האנרגיה" של התא, בלעדיהן התא לא יוכל להפיק אנרגיה מחומרי הזנה ולבצע את תפקידיו.
מיטוכונדריהנמצאים בכל חלקי הציטופלזמה, אך מספרם הכולל תלוי בצרכי האנרגיה של תא נתון ונע בין כמה עשרות לכמה אלפי חלקים. יתרה מכך, צפיפות ההפצה של המיטוכונדריה בציטופלזמה היא הגבוהה ביותר באזור עם הפעילות המטבולית הגבוהה ביותר. למיטוכונדריה יכולות להיות צורות וגדלים שונים. הם עגולים (רק כמה מאות ננומטרים בקוטר), מוארכים (בערך 7 מיקרון באורך ובקוטר של יותר מ-1 מיקרון), כמו גם מסועפים וחוטים.
מבנים בסיסיים מיטוכונדריהמיוצגים על ידי שני ממברנות - חיצוניות ופנימיות, שכל אחת מהן מורכבת משכבה דו-שומנית וחלבונים. קפלים רבים של הממברנה הפנימית יוצרים השלכות הנקראות cristae שאליהן נקשרים אנזימים חמצוניים.
בנוסף, האור מיטוכונדריהמלא במטריצה המכילה כמות גדולה של אנזימים מומסים הנחוצים לתהליכי הפקת אנרגיה מחומרי הזנה. אנזימים אלו, יחד עם אנזימים חמצוניים הממוקמים גם בקריסטה, מקדמים חמצון של חומרים מזינים לפחמן דו חמצני ומים, וכתוצאה מכך שחרור אנרגיה, המשמשת לסינתזה של החומר המאקרואירגי, אדנוזין טריפוספט (ATP). ה-ATP המתקבל עובר מהמיטוכונדריה לאזור התא שבו יש צורך באנרגיה לביצוע כל תפקיד.
מיטוכונדריההמכונה מבנים רבייה עצמית. המשמעות היא שניתן לחלק מיטוכונדריה אחת, עם עלייה בצורך באנרגיית ATP, לשתיים, שלוש וכו'. החלוקה מתרחשת עקב נוכחות של מולקולות חומצה דאוקסיריבונוקלאית במיטוכונדריה - זהה לזה שבגרעין התא. במיטוכונדריה, ה-DNA מבצע פונקציה דומה, ומווסת את הרבייה העצמית שלהם.
סרטון חינוכי: מבנה המיטוכונדריה ותפקודין
במקרה של בעיות בצפייה, הורד את הסרטון מהעמודתוכן המאמר
תָא,יחידת חיים יסודית. התא תחום מתאים אחרים או מהסביבה החיצונית על ידי ממברנה מיוחדת ויש לו גרעין או מקביל לו, שבו מרוכז עיקר המידע הכימי השולט על התורשה. ציטולוגיה עוסקת בחקר מבנה התא, ופיזיולוגיה עוסקת בתפקוד. המדע החוקר את תאי הרקמה נקרא היסטולוגיה.
ישנם אורגניזמים חד-תאיים, שגופם מורכב כולו מתא אחד. קבוצה זו כוללת חיידקים ופרוטיסטים (פרוטוזואה ואצות חד-תאיות). לפעמים הם נקראים גם תאיים, אבל המונח חד תא משמש לעתים קרובות יותר. בעלי חיים רב-תאיים אמיתיים (Metazoa) וצמחים (Metaphyta) מכילים תאים רבים.
הרוב המכריע של הרקמות מורכב מתאי, אבל יש כמה יוצאי דופן. הגוף של עובשי רפש (myxomycetes), למשל, מורכב מחומר הומוגני, לא תאי עם גרעינים רבים. כמה רקמות של בעלי חיים, במיוחד שריר הלב, מאורגנות בצורה דומה. הגוף הווגטטיבי (תאלוס) של פטריות נוצר על ידי חוטים מיקרוסקופיים - היפאיים, לעתים קרובות מפולחים; כל חוט כזה יכול להיחשב שווה ערך לכלוב, אם כי בצורה לא טיפוסית.
כמה מבנים בגוף שאינם מעורבים בחילוף החומרים, כגון קונכיות, פנינים או בסיס מינרלי של עצמות, נוצרים לא על ידי תאים, אלא על ידי תוצרי הפרשתם. אחרים, כגון עץ, קליפה, קרניים, שיער ושכבת העור החיצונית, אינם ממקור הפרשה, אלא נוצרים מתאי מת.
אורגניזמים קטנים, כגון רוטיפים, מורכבים מכמה מאות תאים בלבד. לשם השוואה: בגוף האדם יש כ. 10 14 תאים, בהם כל שניה מתים 3 מיליון אריתרוציטים ומוחלפים בחדשים, וזו רק אחת עשר מיליון ממספר תאי הגוף הכולל.
בדרך כלל, הגדלים של תאי צמחים ובעלי חיים נעים בין 5 ל-20 מיקרון בקוטר. תא חיידקי טיפוסי הוא הרבה יותר קטן - בערך. 2 מיקרומטר, והקטן ביותר הידוע הוא 0.2 מיקרומטר.
כמה תאים חיים חופשיים, כמו פרוטוזואה כמו פורמיניפרה, יכולים להיות באורך של כמה סנטימטרים; תמיד יש להם הרבה גרעינים. תאים של סיבי צמחים דקים מגיעים לאורך של מטר אחד, ותהליכים של תאי עצב מגיעים למספר מטרים בבעלי חיים גדולים. עם אורך כזה, נפח התאים האלה קטן, והמשטח גדול מאוד.
התאים הגדולים ביותר הם ביצי ציפורים לא מופרות מלאות בחלמון. הביצה הגדולה ביותר (וכתוצאה מכך, התא הגדול ביותר) הייתה שייכת לציפור ענקית שנכחדה - epiornis ( אפיורניס). יש להניח שהחלמון שלו שקל בערך. 3.5 ק"ג. הביצה הגדולה ביותר במינים חיים שייכת ליען, החלמון שלה שוקל כ. 0.5 ק"ג.
ככלל, התאים של בעלי חיים וצמחים גדולים גדולים רק במעט מתאי אורגניזמים קטנים. פיל גדול יותר מעכבר, לא בגלל שהתאים שלו גדולים יותר, אלא בעיקר בגלל שהתאים עצמם הרבה יותר גדולים. ישנן קבוצות של בעלי חיים, כמו רוטפרים ונמטודות, שבהן מספר התאים בגוף נשאר קבוע. לפיכך, למרות שלמיני נמטודות גדולות יש מספר גדול יותר של תאים מאשר לקטנים, ההבדל העיקרי בגודל נובע במקרה זה מגודל התא הגדול.
בתוך סוג תא נתון, הגדלים שלהם בדרך כלל תלויים בפלואידה, כלומר. על מספר קבוצות הכרומוזומים הקיימות בגרעין. תאים טטרפלואידים (עם ארבע קבוצות של כרומוזומים) גדולים פי 2 בנפחם מאשר תאים דיפלואידים (עם קבוצה כפולה של כרומוזומים). ניתן להגביר את הפלואידיות של הצמח על ידי הזרקת תכשיר הצמחים קולכיצין לתוכו. מכיוון שלצמחים החשופים יש תאים גדולים יותר, הם גם גדולים יותר. עם זאת, ניתן להבחין בתופעה זו רק בפוליפלואידים שמקורם לאחרונה. בצמחים פוליפלואידים עתיקים מבחינה אבולוציונית, גדלי התאים כפופים ל"וויסות הפוך" לקראת ערכים נורמליים למרות עלייה במספר הכרומוזומים.
מבנה של תא
פעם, התא נחשב כטיפה הומוגנית פחות או יותר של חומר אורגני, שנקראה פרוטופלזמה או חומר חי. מונח זה התיישן לאחר שהתברר שהתא מורכב ממבנים רבים המופרדים בבירור, המכונים אברונים תאיים ("איברים קטנים").
תרכובת כימית.
בדרך כלל 70-80% ממסת התא הם מים, שבהם מומסים מלחים שונים ותרכובות אורגניות במשקל מולקולרי נמוך. המרכיבים האופייניים ביותר לתא הם חלבונים וחומצות גרעין. חלק מהחלבונים הם מרכיבים מבניים של התא, אחרים הם אנזימים, כלומר. זרזים הקובעים את המהירות והכיוון של תגובות כימיות המתרחשות בתאים. חומצות גרעין משמשות כנשאים של מידע תורשתי, שמתממש בתהליך של סינתזת חלבון תוך תאי.
תאים מכילים לרוב כמות מסוימת של חומרי רזרבה המשמשים עתודת מזון. תאי צמחים אוגרים בעיקר עמילן, הצורה הפולימרית של פחמימות. בתאי הכבד והשרירים מאוחסן פולימר פחמימתי נוסף, גליקוגן. שומן הוא גם בין המזונות הנפוצים במלאי, למרות ששומנים מסוימים ממלאים תפקיד שונה, כלומר, הם משמשים כמרכיבים המבניים החשובים ביותר. חלבונים בתאים (למעט תאי זרעים) בדרך כלל אינם מאוחסנים.
לא ניתן לתאר את ההרכב האופייני לתא, בעיקר בגלל שיש הבדלים גדולים בכמות המזון והמים המאוחסנים. תאי הכבד מכילים, למשל, 70% מים, 17% חלבונים, 5% שומנים, 2% פחמימות ו-0.1% חומצות גרעין; 6% הנותרים הם מלחים ותרכובות אורגניות במשקל מולקולרי נמוך, במיוחד חומצות אמינו. תאי צמחים מכילים בדרך כלל פחות חלבון, הרבה יותר פחמימות וקצת יותר מים; היוצא מן הכלל הוא תאים שנמצאים במנוחה. תא מנוחה של גרגר חיטה, המהווה מקור תזונה לעובר, מכיל כ. 12% חלבון (בעיקר חלבון מאוחסן), 2% שומן ו-72% פחמימה. כמות המים מגיעה לרמה נורמלית (70–80%) רק בתחילת נביטת הדגן.
החלקים העיקריים של התא.
לחלק מהתאים, בעיקר צמחים וחיידקים, יש דופן תא חיצונית. בצמחים גבוהים יותר הוא מורכב מתאית. הקיר מקיף את התא עצמו, מגן עליו מפני השפעות מכניות. תאים, בעיקר חיידקיים, יכולים גם להפריש חומרים ריריים, ובכך ליצור סביבם קפסולה, שכמו דופן התא מבצעת תפקיד מגן.
זה עם הרס של קירות התא כי מוות של חיידקים רבים תחת פעולת פניצילין קשור. העובדה היא שבתוך תא החיידק ריכוז המלחים והתרכובות הנמוכות מולקולריות גבוה מאוד, ולכן, בהיעדר קיר מחזק, זרימת מים לתא הנגרמת מלחץ אוסמוטי עלולה להוביל לקרע שלו. פניצילין, המונע היווצרות דופן שלו במהלך צמיחת התא, רק מוביל לקרע (ליזה) של התא.
דפנות תאים וקפסולות אינם מעורבים בחילוף החומרים ולעתים קרובות ניתן לנתק אותם מבלי להרוג את התא. לפיכך, הם יכולים להיחשב כחלקי עזר חיצוניים של התא. בתאי בעלי חיים, דפנות תאים וקפסולות נעדרים בדרך כלל.
התא עצמו מורכב משלושה חלקים עיקריים. מתחת לדופן התא, אם בכלל, נמצאת קרום התא. הממברנה מקיפה חומר הטרוגני הנקרא ציטופלזמה. גרעין עגול או סגלגל טובל בציטופלזמה. להלן נשקול ביתר פירוט את המבנה והתפקודים של חלקים אלה של התא.
קרום תא
קרום התא הוא חלק חשוב מאוד בתא. הוא מחזיק יחד את כל המרכיבים הסלולריים ותוחם את הסביבה הפנימית והחיצונית. בנוסף, קפלי קרום התא המותאמים יוצרים רבים מאברוני התא.
קרום התא הוא שכבה כפולה של מולקולות (שכבה דו-מולקולרית, או דו-שכבה). בעצם, מדובר במולקולות של פוספוליפידים וחומרים אחרים הקרובים אליהם. למולקולות ליפידים יש אופי כפול, המתבטא באופן שבו הן מתנהגות ביחס למים. ראשי המולקולות הינם הידרופיליים, כלומר. בעלי זיקה למים, וזנבות הפחמימנים שלהם הידרופוביים. לכן, כאשר מערבבים עם מים, שומנים יוצרים סרט על פניו, בדומה לסרט שמן; במקביל, כל המולקולות שלהן מכוונות באותו אופן: ראשי המולקולות נמצאים במים, וזנבות הפחמימנים נמצאים מעל פני השטח שלה.
ישנן שתי שכבות כאלה בקרום התא, ובכל אחת מהן מופנים ראשי המולקולות כלפי חוץ, והזנבות מופנים בתוך הממברנה, אחד לשני, וכך לא נוגעים במים. עובי הממברנה הזו הוא כ. 7 ננומטר. בנוסף למרכיבי השומנים העיקריים, הוא מכיל מולקולות חלבון גדולות המסוגלות "לרחף" בשכבת הליפידים וממוקמות כך שצד אחד שלהן פונה בתוך התא, והשני נמצא במגע עם הסביבה החיצונית. חלק מהחלבונים ממוקמים רק בחלק החיצוני או רק על פני השטח הפנימיים של הממברנה, או שקועים רק באופן חלקי בשכבת השומנים הדו-שכבתית.
תפקידה העיקרי של קרום התא הוא לווסת את הובלת החומרים אל תוך התא וממנו. מכיוון שהממברנה דומה פיזית לשמן במידה מסוימת, חומרים מסיסים בשמן או בממיסים אורגניים, כמו אתר, עוברים דרכו בקלות. כך גם לגבי גזים כמו חמצן ופחמן דו חמצני. יחד עם זאת, הממברנה כמעט בלתי חדירה לרוב החומרים המסיסים במים, בפרט לסוכרים ומלחים. בשל תכונות אלו, הוא מסוגל לשמור על סביבה כימית בתוך התא השונה מבחוץ. לדוגמה, בדם ריכוז יוני הנתרן גבוה ויוני האשלגן נמוך, בעוד בנוזל התוך תאי היונים הללו נמצאים ביחס הפוך. מצב דומה אופייני לתרכובות כימיות רבות אחרות.
עם זאת, ברור שלא ניתן לבודד לחלוטין את התא מהסביבה, שכן עליו לקבל את החומרים הדרושים לחילוף החומרים ולהיפטר מהתוצרים הסופיים שלו. בנוסף, דו-שכבת השומנים אינה אטומה לחלוטין אפילו עבור חומרים מסיסים במים, אלא מה שנקרא "שכבות" חודרות אליה. חלבונים "יוצרי תעלה" יוצרים נקבוביות, או תעלות שיכולות להיפתח ולהיסגר (בהתאם לשינוי בקונפורמציה של החלבון) ובמצב פתוח מוליכים יונים מסוימים (Na + , K + , Ca 2+) לאורך שיפוע הריכוז. כתוצאה מכך, ההבדל בריכוזים בתוך התא ומחוץ לא יכול להישמר רק בגלל החדירות הנמוכה של הממברנה. למעשה, הוא מכיל חלבונים הממלאים את תפקידה של "משאבה" מולקולרית: הם מעבירים חומרים מסוימים גם לתוך התא וגם מחוצה לו, פועלים נגד שיפוע הריכוז. כתוצאה מכך, כאשר ריכוז חומצות האמינו, למשל, גבוה בתוך התא ונמוך מבחוץ, עדיין ניתן להעביר חומצות אמינו מבחוץ לפנים. העברה כזו נקראת הובלה פעילה, ואנרגיה המסופקת על ידי חילוף החומרים מושקעת עליה. משאבות ממברנה הן מאוד ספציפיות: כל אחת מהן מסוגלת להעביר רק יונים של מתכת מסוימת, או חומצת אמינו, או סוכר. תעלות יונים של ממברנה הן גם ספציפיות.
חדירות סלקטיבית כזו חשובה מאוד מבחינה פיזיולוגית, והיעדרה היא העדות הראשונה למוות של תאים. ניתן להמחיש זאת בקלות בדוגמה של סלק. אם שורש סלק חי טובל במים קרים, הוא שומר על הפיגמנט שלו; אם הסלק מבושל, אז התאים מתים, הופכים לחדירים בקלות ומאבדים את הפיגמנט, מה שהופך את המים לאדום.
מולקולות גדולות כמו תאי חלבון יכולות "לבלוע". בהשפעת חלבונים מסוימים, אם הם נמצאים בנוזל המקיף את התא, מתרחשת פלישה בממברנת התא, שנסגרת לאחר מכן ויוצרת בועה - ואקואול קטן המכילה מולקולות מים וחלבון; לאחר מכן, הממברנה סביב ה-vacuole נשברת, והתוכן נכנס לתא. תהליך זה נקרא פינוציטוזיס (מילולית "שתיית תאים"), או אנדוציטוזיס.
חלקיקים גדולים יותר, כגון חלקיקי מזון, יכולים להיספג בצורה דומה במהלך מה שנקרא. פגוציטוזיס. ככלל, ה-vacuole שנוצר במהלך phagocytosis גדול יותר, והמזון מתעכל על ידי האנזימים של הליזוזומים שבתוך ה-vacuole עד שהקרום המקיף אותו נקרע. סוג זה של תזונה אופייני לפרוטוזואה, למשל, לאמבות שאוכלות חיידקים. עם זאת, יכולת הפגוציטוזיס אופיינית הן לתאי מעיים של בעלי חיים נמוכים והן לפגוציטים, אחד מסוגי תאי הדם הלבנים (לויקוציטים) של בעלי חוליות. במקרה האחרון, המשמעות של תהליך זה אינה בתזונה של הפגוציטים עצמם, אלא בהרס של חיידקים, וירוסים וחומרים זרים אחרים המזיקים לגוף.
הפונקציות של vacuoles עשויות להיות שונות. לדוגמה, פרוטוזואה החיים במים מתוקים חווים זרימה אוסמטית מתמדת של מים, שכן ריכוז המלחים בתוך התא גבוה בהרבה מאשר מחוצה לו. הם מסוגלים להפריש מים לתוך ואקוול מיוחד מפריש (מתכווץ), שדוחף מדי פעם את תוכנו החוצה.
בתאי צמחים, יש לעתים קרובות ואקואול מרכזי אחד גדול התופס כמעט את כל התא; הציטופלזמה יוצרת רק שכבה דקה מאוד בין דופן התא ל-vacuole. אחד הפונקציות של ואקואול כזה הוא הצטברות מים, המאפשרת לתא להגדיל במהירות את גודלו. יכולת זו נחוצה במיוחד בתקופה שבה רקמות הצמח צומחות ויוצרות מבנים סיביים.
ברקמות, במקומות של צומת הדוק של תאים, הממברנות שלהם מכילות נקבוביות רבות שנוצרו על ידי חלבונים החודרים לממברנה - מה שנקרא. חיבורים. הנקבוביות של תאים סמוכים מסודרות זו מול זו, כך שחומרים בעלי משקל מולקולרי נמוך יכולים לעבור מתא לתא - מערכת תקשורת כימית זו מרכזת את פעילותם החיונית. דוגמה אחת לתיאום כזה היא חלוקה פחות או יותר סינכרונית של תאים שכנים הנצפית ברקמות רבות.
ציטופלזמה
בציטופלזמה יש ממברנות פנימיות הדומות לאלו החיצוניות ויוצרות אברונים מסוגים שונים. אפשר לחשוב על ממברנות אלה כקפלים של הקרום החיצוני; לפעמים הקרומים הפנימיים יוצרים שלם אינטגרלי עם זה החיצוני, אבל לעתים קרובות הקפל הפנימי כרוך, והמגע עם הקרום החיצוני נקטע. עם זאת, גם אם מגע נשמר, הממברנות הפנימיות והחיצוניות לא תמיד זהות מבחינה כימית. בפרט, הרכב חלבוני הממברנה באברוני התא השונים שונה.
רשת אנדופלזמית.
רשת של צינוריות ושלפוחיות משתרעת משטח התא ועד לגרעין. רשת זו נקראת הרשת האנדופלזמית. לעתים קרובות צוין שהצינוריות נפתחות על פני התא, והרשת האנדופלזמית ממלאת אפוא את התפקיד של מנגנון מיקרו-מחזורי שדרכו הסביבה החיצונית יכולה לקיים אינטראקציה ישירה עם כל תכולת התא. אינטראקציה כזו נמצאה בחלק מהתאים, במיוחד בתאי שריר, אך עדיין לא ברור אם היא אוניברסלית. בכל מקרה, למעשה מתרחשת הובלה של מספר חומרים דרך צינוריות אלו מחלק אחד של התא לאחר.
גופים זעירים הנקראים ריבוזומים מכסים את פני הרשת האנדופלזמית, במיוחד ליד הגרעין. קוטר הריבוזום כ. 15 ננומטר, הם חצי חלבונים, חצי חומצות ריבונוקלאיות. תפקידם העיקרי הוא סינתזה של חלבונים; מטריצה (מידע) RNA וחומצות אמינו הקשורות ל-Transfer RNA מחוברות אל פני השטח שלהן. אזורים של הרשת המכוסים בריבוזומים נקראים רטיקולום אנדופלזמי מחוספס, ואלה בלעדיהם נקראים חלקים. בנוסף לריבוזומים, אנזימים שונים נספגים או מחוברים בדרך אחרת לרטיקולום האנדופלזמי, לרבות מערכות אנזימים המבטיחות שימוש בחמצן ליצירת סטרולים ולניטרול רעלים מסוימים. בתנאים לא נוחים, הרטיקולום האנדופלזמי מתנוון במהירות, ולכן מצבו משמש כאינדיקטור רגיש לבריאות התא.
מערכת גולג'י.
מנגנון גולגי (קומפלקס גולגי) הוא חלק מיוחד של הרשת האנדופלזמית, המורכב משקי ממברנה שטוחים מוערמים. הוא מעורב בהפרשת חלבונים על ידי התא (מתרחשת בו אריזה של חלבונים מופרשים לגרגירים) ולכן מפותחת במיוחד בתאים המבצעים תפקיד מפריש. התפקידים החשובים של מנגנון הגולגי כוללים גם הצמדת קבוצות פחמימות לחלבונים ושימוש בחלבונים אלו לבניית קרום התא וממברנת הליזוזום. בחלק מהאצות, סיבי תאית מסונתזים במנגנון הגולגי.
ליזוזומים
הם שלפוחיות קטנות המוקפות בקרום אחד. הם ניצנים ממנגנון גולגי ואולי מהרשת האנדופלזמית. הליזוזומים מכילים מגוון אנזימים המפרקים מולקולות גדולות, במיוחד חלבונים. בשל פעולתם ההרסנית, אנזימים אלו "נעולים" כביכול בליזוזומים ומשתחררים רק לפי הצורך. אז, במהלך העיכול התוך תאי, אנזימים משתחררים מהליזוזומים ל-vacuoles של העיכול. ליזוזומים נחוצים גם להרס תאים; לדוגמה, במהלך הפיכת ראשן לצפרדע בוגרת, שחרור אנזימים ליזוזומליים מבטיח הרס של תאי זנב. במקרה זה, זה נורמלי ומועיל לגוף, אבל לפעמים הרס תאים כזה הוא פתולוגי. לדוגמה, כאשר שואפים אבק אסבסט, הוא יכול לחדור לתאי הריאות, ואז ליזוזומים נקרעים, תאים נהרסים ומתפתחת מחלת ריאות.
מיטוכונדריה וכלורופלסטים.
מיטוכונדריה הן תצורות דמויות שק גדולות יחסית בעלות מבנה מורכב למדי. הם מורכבים ממטריצה המוקפת בקרום פנימי, חלל בין-ממברנה וממברנה חיצונית. הממברנה הפנימית מקופלת לקפלים הנקראים cristae. הצטברויות של חלבונים ממוקמות על גבי הקריסטות. רבים מהם הם אנזימים המזרזים את החמצון של תוצרי פירוק פחמימות; אחרים מזרזים את התגובות של סינתזה וחמצון שומנים. אנזימים עזר המעורבים בתהליכים אלו מומסים במטריצה המיטוכונדריה.
במיטוכונדריה מתרחשת חמצון של חומרים אורגניים, יחד עם סינתזה של אדנוזין טריפוספט (ATP). פירוק ה-ATP עם יצירת אדנוזין דיפוספט (ADP) מלווה בשחרור אנרגיה המושקעת בתהליכי חיים שונים, כגון סינתזה של חלבונים וחומצות גרעין, הובלת חומרים אל התא וממנו, העברת דחפים עצביים, או התכווצות שרירים. המיטוכונדריה, אם כן, הן תחנות אנרגיה המעבדות "דלק" - שומנים ופחמימות - לצורת אנרגיה שיכולה לשמש את התא, ולכן את הגוף כולו.
תאי צמחים מכילים גם מיטוכונדריה, אך מקור האנרגיה העיקרי לתאים שלהם הוא אור. אנרגיית האור משמשת את התאים הללו ליצירת ATP ולסנתזה של פחמימות מפחמן דו חמצני ומים. כלורופיל, פיגמנט שצובר אנרגיית אור, נמצא בכלורופלסטים. לכלורופלסטים, כמו המיטוכונדריה, יש קרום פנימי וחיצוני. מתוך תולדות הממברנה הפנימית בתהליך התפתחות של כלורופלסטים, מה שנקרא. ממברנות thylakoid; האחרונים יוצרים שקיות פחוסות, שנאספו בערימות כמו עמודת מטבעות; ערימות אלה, הנקראות גרנה, מכילות כלורופיל. בנוסף לכלורופיל, הכלורופלסטים מכילים את כל שאר הרכיבים הדרושים לפוטוסינתזה.
כמה כלורופלסטים מיוחדים אינם מבצעים פוטוסינתזה, אלא מבצעים פונקציות אחרות, למשל, הם מספקים אחסון של עמילן או פיגמנטים.
אוטונומיה יחסית.
במובנים מסוימים, מיטוכונדריה וכלורופלסטים מתנהגים כמו אורגניזמים אוטונומיים. לדוגמה, בדיוק כמו תאים עצמם, הנובעים רק מתאי, מיטוכונדריה וכלורופלסטים נוצרים רק ממיטוכונדריה וכלורופלסטים קיימים. הדבר הוכח בניסויים על תאי צמחים, שבהם עוכבה יצירת כלורופלסטים על ידי האנטיביוטיקה סטרפטומיצין, ובתאי שמרים, שבהם עוכבה יצירת מיטוכונדריה על ידי תרופות אחרות. לאחר השפעות כאלה, התאים מעולם לא שיקמו את האברונים החסרים. הסיבה היא שהמיטוכונדריה והכלורופלסטים מכילים כמות מסוימת של החומר הגנטי שלהם (DNA) שמקודד לחלק מהמבנה שלהם. אם ה-DNA הזה הולך לאיבוד, וזה מה שקורה כאשר היווצרות האברונים מדוכאת, אז לא ניתן ליצור מחדש את המבנה. לשני סוגי האברונים יש מערכת מסינתזת חלבונים משלהם (ריבוזומים ו-RNA-טרנספר), השונה במקצת מהמערכת העיקרית לסינתזת החלבונים של התא; ידוע, למשל, שניתן לדכא את מערכת סינתזת החלבונים של האברונים על ידי אנטיביוטיקה, בעוד שהם אינם משפיעים על המערכת הראשית.
ה-DNA של האברונים אחראי על עיקר התורשה החוץ-כרומוזומלית, או ציטופלזמית. תורשה חוץ כרומוזומלית אינה מצייתת לחוקים המנדלים, שכן במהלך חלוקת התא, DNA אברון מועבר לתאי בת בצורה שונה מזו של כרומוזומים. חקר המוטציות המתרחשות ב-DNA של אברונים וב-DNA של כרומוזומים הראה ש-DNA של האברונים אחראי רק על חלק קטן ממבנה האברונים; רוב החלבונים שלהם מקודדים בגנים הממוקמים על כרומוזומים.
האוטונומיה הגנטית החלקית של האברונים הנבדקים ותכונות מערכות סינתזת החלבון שלהם שימשו בסיס להנחה שהמיטוכונדריה והכלורופלסטים מקורם בחיידקים סימביוטיים שהתיישבו בתאים לפני 1-2 מיליארד שנים. דוגמה מודרנית לסימביוזה כזו היא האצות הפוטוסינתטיות הקטנות שחיות בתוך תאים של כמה אלמוגים ורכיכות. אצות מספקות למארחים שלהן חמצן, ומהן הן מקבלות חומרי הזנה.
מבנים פיברילרים.
הציטופלזמה של התא היא נוזל צמיג, כך שמתח פני השטח היה מצפה שהתא יהיה כדורי למעט כאשר התאים ארוזים בחוזקה. עם זאת, זה בדרך כלל לא נצפה. לפרוטוזאות רבות יש אינגמנטים או ממברנות צפופות המעניקות לתא צורה ספציפית, לא כדורית. עם זאת, גם ללא ממברנה, תאים יכולים לשמור על צורה לא כדורית בשל העובדה שהציטופלזמה בנויה עם סיבים מקבילים רבים, קשיחים למדי. האחרונים נוצרים על ידי מיקרוטובולים חלולים, המורכבים מיחידות חלבון המאורגנות בספירלה.
חלק מהפרוטוזואה יוצרות פסאודופודיה - זרמים ציטופלזמיים ארוכים ודקים שבעזרתם הם לוכדים מזון. פסאודופודיה שומרת על צורתן עקב קשיחות המיקרוטובולים. אם הלחץ ההידרוסטטי עולה לכ-100 אטמוספרות, המיקרוטובולים מתפוררים והתא מקבל צורת טיפה. כאשר הלחץ חוזר לקדמותו, המיקרוטובולים מתאספים מחדש והתא יוצר פסאודופודיה. תאים רבים אחרים מגיבים באופן דומה לשינויים בלחץ, מה שמאשר את השתתפותן של המיקרוטובולים בשמירה על צורת התא. הרכבה והתפוררות של מיקרוטובולים, הנחוצים לתא לשנות צורה במהירות, מתרחשת גם בהיעדר שינויי לחץ.
מיקרוטובוליות גם יוצרות מבנים פיברילרים המשמשים כאברים לתנועת תאים. לחלק מהתאים יש יציאות דמויות שוט הנקראות פלגלה, או cilia - הכאתם מבטיחה את תנועת התא במים. אם התא אינו נייד, מבנים אלה מניעים מים, חלקיקי מזון וחלקיקים אחרים לכיוון התא או ממנו. הדגלים גדולים יחסית, ובדרך כלל בתא יש רק דגלים אחת, מדי פעם כמה דגלים. ריסים קטנים בהרבה ומכסים את כל פני התא. למרות שמבנים אלה אופייניים בעיקר לפרוטוזואה, הם עשויים להיות נוכחים גם בצורות מאורגנות מאוד. בגוף האדם, כל דרכי הנשימה מרופדות בסיליה. חלקיקים קטנים שנכנסים אליהם נתפסים בדרך כלל על ידי ריר על פני התא, והריסים מעבירים אותם החוצה יחד עם הריר, ובכך מגנים על הריאות. תאי הנבט הזכריים של רוב בעלי החיים וחלק מהצמחים הנמוכים נעים בעזרת דגל.
ישנם סוגים אחרים של תנועה סלולרית. אחד מהם הוא תנועת אמבואידים. אמבה, כמו גם כמה תאים של אורגניזמים רב-תאיים, "זורמים" ממקום למקום, כלומר. לזוז עקב הזרם של תוכן התא. זרם קבוע של חומר קיים גם בתוך תאי הצמח, אך הוא אינו כרוך בתנועה של התא בכללותו. הסוג הנחקר ביותר של תנועה תאית הוא התכווצות של תאי שריר; זה מתבצע על ידי החלקת סיבים (חוטי חלבון) זה ביחס לזה, מה שמוביל לקיצור התא.
הליבה
הגרעין מוקף בקרום כפול. רווח צר מאוד (כ-40 ננומטר) בין שני ממברנות נקרא perinuclear. ממברנות הגרעין עוברות אל הממברנות של הרשת האנדופלזמית, והחלל הפרי-גרעיני נפתח אל הרשתית. בדרך כלל, לממברנה הגרעינית יש נקבוביות צרות מאוד. ככל הנראה, מולקולות גדולות מועברות דרכן, כגון RNA שליח, אשר מסונתז על גבי DNA ואז נכנס לציטופלזמה.
החלק העיקרי של החומר הגנטי נמצא בכרומוזומים של גרעין התא. כרומוזומים מורכבים משרשראות ארוכות של DNA דו-גדילי, שאליו מחוברים חלבונים בסיסיים (כלומר, אלקליין). לפעמים לכרומוזומים יש כמה גדילי DNA זהים המונחים זה לצד זה - כרומוזומים כאלה נקראים פוליטן (מולטיפילמנטוס). מספר הכרומוזומים במינים שונים אינו זהה. תאים דיפלואידים של גוף האדם מכילים 46 כרומוזומים, או 23 זוגות.
בתא שאינו מתחלק, הכרומוזומים מחוברים בנקודה אחת או יותר לממברנה הגרעינית. במצב רגיל שאינו ספירלי, הכרומוזומים דקים עד כדי כך שאינם נראים במיקרוסקופ אור. בלוקוסים (אזורים) מסוימים של כרומוזום אחד או יותר, נוצר גוף צפוף הנמצא בגרעיני רוב התאים - מה שנקרא. גרעין. בגרעין, RNA מסונתז ומצטבר, המשמש לבניית ריבוזומים, כמו גם כמה סוגים אחרים של RNA.
חלוקת תא
למרות שכל התאים מגיעים מהחלוקה של התא הקודם, לא כולם ממשיכים להתחלק. לדוגמה, תאי עצב במוח, לאחר שהתעוררו, אינם מתחלקים עוד. מספרם הולך ופוחת; רקמת מוח פגומה אינה מסוגלת להתאושש על ידי התחדשות. אם התאים ממשיכים להתחלק, אז הם מאופיינים במחזור תאים המורכב משני שלבים עיקריים: אינטרפאזה ומיטוזה.
האינטרפאז עצמו מורכב משלושה שלבים: G 1 , S ו- G 2 . להלן משך הזמן שלהם, אופייני לתאי צמחים ובעלי חיים.
G 1 (4–8 שעות). שלב זה מתחיל מיד לאחר לידת התא. במהלך שלב G 1, התא, למעט כרומוזומים (שאינם משתנים), מגדיל את המסה שלו. אם התא לא מתחלק עוד יותר, הוא נשאר בשלב זה.
S (6-9 שעות). מסת התא ממשיכה לעלות, ומתרחשת הכפלה (כפול) של ה-DNA הכרומוזומלי. עם זאת, הכרומוזומים נשארים בודדים במבנה, אם כי מסתם כפול, שכן שני העותקים של כל כרומוזום (כרומטידות) עדיין מחוברים זה לזה לכל אורכם.
G2. מסת התא ממשיכה לגדול עד שהיא כפולה בערך מהמסה ההתחלתית, ואז מתרחשת מיטוזה.
לאחר הכפלת הכרומוזומים, כל אחד מתאי הבת חייב לקבל סט שלם של כרומוזומים. חלוקת תאים בלבד אינה יכולה להשיג זאת - תוצאה זו מושגת באמצעות תהליך הנקרא מיטוזה. מבלי להיכנס לפרטים, יש להתייחס לתחילת תהליך זה כיישור של כרומוזומים במישור המשווני של התא. ואז כל כרומוזום מתפצל לאורך לשתי כרומטידות, שמתחילות להתפצל בכיוונים מנוגדים, והופכות לכרומוזומים עצמאיים. כתוצאה מכך, בשני הקצוות של התא ממוקם על קבוצת הכרומוזומים המלאה. ואז התא מתחלק לשניים, וכל תא בת מקבל סט שלם של כרומוזומים.
להלן תיאור של מיטוזה בתא חיה טיפוסי. בדרך כלל זה מחולק לארבעה שלבים.
א פרופאזה. מבנה תאי מיוחד - הצנטריול - מכפיל את עצמו (לעיתים ההכפלה הזו מתרחשת בתקופת ה-S של האינטרפאזה), ושני הצנטריולים מתחילים להתפצל לעבר קטבים מנוגדים של הגרעין. הקרום הגרעיני נהרס; במקביל, חלבונים מיוחדים מתחברים (מצברים), ויוצרים microtubules בצורה של חוטים. לצנטריולים, הממוקמים כעת בקטבים מנוגדים של התא, יש השפעה מארגנת על המיקרוטובולים, שכתוצאה מכך מסתדרים בצורה רדיאלית, ויוצרים מבנה המזכיר במראהו פרח אסטר ("כוכב"). חוטים אחרים של microtubules נמתחים מצנטרול אחד למשנהו, ויוצרים את מה שנקרא. ציר חלוקה. בשלב זה, הכרומוזומים נמצאים במצב ספירלי, הדומה למעיין. הם נראים בבירור תחת מיקרוסקופ אור, במיוחד לאחר צביעה. בפרופאזה, הכרומוזומים מתפצלים, אך הכרומטידות עדיין נשארות קשורות בזוגות באזור הצנטרומר, אברון כרומוזומלי הדומה בתפקוד לצנטרול. לצנטרומרים יש גם השפעה מארגנת על חוטי הציר, הנמתחים כעת מצנטרול לצנטרומר וממנו לצנטרול אחר.
II. מטאפאזה. כרומוזומים, שעד לנקודה זו מסודרים באקראי, מתחילים לנוע, כאילו נמשכים על ידי חוטי ציר המחוברים לצנטרומרים שלהם, ומסתדרים בהדרגה במישור אחד במיקום מסוים ובמרחק שווה משני הקטבים. שוכבים באותו מישור, צנטרומרים יחד עם כרומוזומים יוצרים את מה שנקרא. לוח משוון. הצנטרומרים המחברים בין זוגות כרומטידים מתחלקים, ולאחר מכן נפרדים לחלוטין הכרומוזומים האחיים.
III. אנפאזה. הכרומוזומים של כל זוג נעים בכיוונים מנוגדים לכיוון הקטבים, כאילו נגררים על ידי חוטי ציר. במקרה זה נוצרים גם חוטים בין הצנטרומרים של כרומוזומים זווגים.
IV. טלופאז. ברגע שהכרומוזומים מתקרבים לקטבים מנוגדים, התא עצמו מתחיל להתחלק לאורך המישור שבו הייתה ממוקמת הלוח המשווני. כתוצאה מכך נוצרים שני תאים. סיבי הציר מתפרקים, הכרומוזומים מתפרקים ונעשים בלתי נראים ומסביבם נוצרת קרום גרעיני. תאים חוזרים לשלב G 1 של האינטרפאזה. כל תהליך המיטוזה אורך כשעה.
הפרטים של מיטוזה משתנים במקצת בסוגי תאים שונים. בתא צמחי טיפוסי נוצר ציר, אך אין צנטריולים. בפטריות, מיטוזה מתרחשת בתוך הגרעין, ללא פירוק מוקדם של הממברנה הגרעינית.
חלוקת התא עצמו, המכונה ציטוקינזיס, אינה קשורה אך ורק למיטוזה. לפעמים מיטוזה אחת או יותר חולפת ללא חלוקת תאים; כתוצאה מכך, נוצרים תאים מרובי גרעינים, שנמצאים לרוב באצות. אם מוציאים את הגרעין מביצת קיפוד הים במיקרומניפולציה, הציר ממשיך להיווצר והביצה ממשיכה להתחלק. זה מראה שנוכחות כרומוזומים אינה תנאי הכרחי לחלוקת תאים.
רבייה באמצעות מיטוזה נקראת רבייה א-מינית, רבייה וגטטיבית או שיבוט. ההיבט החשוב ביותר שלו הוא גנטי: עם רבייה כזו, אין הבדלים בין גורמים תורשתיים בצאצאים. תאי הבת שנוצרו זהים לחלוטין מבחינה גנטית להורה. מיטוזיס הוא אופן הרבייה העצמי היחיד במינים שאין להם רבייה מינית, כמו אורגניזמים חד-תאיים רבים. עם זאת, אפילו במינים מתרבים מינית, תאי הגוף מתחלקים במיטוזה ומקורם בתא בודד, הביצית המופרית, ולכן כולם זהים מבחינה גנטית. צמחים גבוהים יותר יכולים להתרבות באופן א-מיני (באמצעות מיטוזה) על ידי שתילים ושפמים (דוגמה מפורסמת היא תותים).
רבייה מינית של אורגניזמים מתבצעת בעזרת תאים מיוחדים, מה שנקרא. גמטות - ביציות (ביצים) וזרעונים (זרעונים). גמטות מתמזגות ויוצרות תא אחד, הזיגוטה. כל גמטה היא הפלואידית, כלומר. יש סט אחד של כרומוזומים. בתוך הסט, כל הכרומוזומים שונים, אך כל כרומוזום של הביצית מתאים לאחד מהכרומוזומים של הזרע. הזיגוטה, אם כן, כבר מכילה זוג כרומוזומים כאלה המקבילים זה לזה, הנקראים הומולוגיים. כרומוזומים הומולוגיים דומים כי יש להם אותם גנים או וריאנטים שלהם (אללים) שקובעים תכונות ספציפיות. לדוגמה, לאחד מהכרומוזומים המזווגים עשוי להיות גן המקודד לקבוצת דם A, ולשני גרסה שלו המקודדת לקבוצת דם B. כרומוזומי הזיגוטה שמקורם בביצית הם אימהיים, ואלה שמקורם בזרע הם אַבהִי.
כתוצאה מחלוקות מיטוטיות מרובות, אורגניזם רב-תאי או מספר רב של תאים חיים חופשיים נובעים מהזיגוטה שנוצרה, כפי שקורה בפרוטוזואה מתרבה מינית ובאצות חד-תאיות.
במהלך היווצרות הגמטות, יש להפחית בחצי את מערך הכרומוזומים הדיפלואידי שהיה לזיגוטה. אם זה לא היה קורה, אז בכל דור היתוך של גמטות יוביל להכפלת מערך הכרומוזומים. הפחתה למספר הפלואידי של הכרומוזומים מתרחשת כתוצאה מחלוקת הפחתה - מה שנקרא. מיוזה, שהיא גרסה של מיטוזה.
פיצול ושילוב מחדש.
תכונה של מיוזה היא שבמהלך חלוקת התא, הלוח המשווני נוצר על ידי זוגות של כרומוזומים הומולוגיים, ולא כרומוזומים בודדים כפולים, כמו במיטוזה. כרומוזומים זוגיים, שכל אחד מהם נשאר בודד, מתפצלים לקטבים מנוגדים של התא, התא מתחלק, וכתוצאה מכך, תאי הבת מקבלים חצי סט של כרומוזומים בהשוואה לזיגוטה.
לדוגמה, נניח שהקבוצה הפלואידית מורכבת משני כרומוזומים. בזיגוטה (ובהתאם, בכל תאי האורגניזם המייצר גמטות), נמצאים כרומוזומים אימהיים A ו-B ו-A אבהיים "ו-B". במהלך המיוזה, הם יכולים להיפרד באופן הבא:
הדבר החשוב ביותר בדוגמה זו הוא העובדה שכאשר הכרומוזומים מתפצלים, הסט האימהי והאבי הראשוני אינו נוצר בהכרח, אך שילוב מחדש של גנים אפשרי, כמו בגמטות AB "וA" B בתרשים לעיל.
עכשיו נניח שזוג הכרומוזומים AA" מכיל שני אללים - או ב- גן הקובע את קבוצות הדם A ו-B. באופן דומה, זוג כרומוזומים BB "מכיל אללים Mו נגן נוסף שקובע את קבוצות הדם M ו-N. ההפרדה של אללים אלה יכולה להתבצע באופן הבא:
ברור שהגמטות המתקבלות יכולות להכיל כל אחד מהשילובים הבאים של אללים של שני גנים: בבוקר, bn, bmאוֹ an.
אם יש יותר כרומוזומים, אז זוגות אללים יתפצלו באופן עצמאי באותו אופן. המשמעות היא שאותן זיגוטות יכולות לייצר גמטות עם שילובים שונים של אללים גנים ולהוליד גנוטיפים שונים בצאצאים.
חלוקה מיוטי.
שתי הדוגמאות הללו ממחישות את עקרון המיוזה. למעשה, מיוזה היא תהליך הרבה יותר מורכב, מכיוון שהוא כולל שתי חלוקות עוקבות. העיקר במיוזה הוא שהכרומוזומים מוכפלים רק פעם אחת, בעוד התא מתחלק פעמיים, וכתוצאה מכך הפחתה במספר הכרומוזומים והקבוצה הדיפלואידית הופכת להפלואידית.
במהלך הפרופזה של החלוקה הראשונה, כרומוזומים הומולוגיים מצומדים, כלומר, הם מתאחדים בזוגות. כתוצאה מתהליך מאוד מדויק זה, כל גן נמצא מול ההומלוג שלו בכרומוזום השני. שני הכרומוזומים מכפילים את עצמם, אך הכרומטידות נשארות מחוברות זו לזו באמצעות צנטרומר משותף.
במטאפאזה, ארבעת הכרומטידים המחוברים מסתדרים ויוצרים את הלוח המשווני, כאילו היו כרומוזום משוכפל אחד. בניגוד למה שקורה בזמן מיטוזה, הצנטרומרים אינם מתחלקים. כתוצאה מכך, כל תא בת מקבל זוג כרומטידות שעדיין מחוברות על ידי הצטרומיר. במהלך החלוקה השנייה, הכרומוזומים, שכבר אינדיבידואליים, מסתדרים שוב, ויוצרים, כמו במיטוזה, לוח משווני, אך הכפלתם אינה מתרחשת במהלך החלוקה הזו. לאחר מכן הצנטרומרים מתחלקים וכל תא בת מקבל כרומטיד אחד.
חלוקה של הציטופלזמה.
כתוצאה משתי חלוקות מיוטיות של תא דיפלואידי, נוצרים ארבעה תאים. במהלך היווצרות תאי נבט זכריים מתקבלים ארבעה זרעונים באותו גודל בערך. במהלך היווצרות הביציות, חלוקת הציטופלזמה מתרחשת בצורה מאוד לא אחידה: תא אחד נשאר גדול, בעוד ששלושת האחרים כל כך קטנים עד שהם תפוסים כמעט לחלוטין על ידי הגרעין. תאים קטנים אלה, מה שנקרא. גופים קוטביים, משמשים רק כדי להכיל את עודף הכרומוזומים הנוצרים כתוצאה ממיוזה. החלק העיקרי של הציטופלזמה הנחוץ לזיגוטה נשאר בתא אחד - הביצית.
צימוד ומעבר.
במהלך הצמידה, הכרומטידות של הכרומוזומים ההומולוגיים יכולות להישבר ואז להצטרף בסדר חדש, ולהחליף מקטעים באופן הבא:
חילוף זה של מקטעים של כרומוזומים הומולוגיים נקרא מעבר (crossover). כפי שהוצג לעיל, מעבר מוביל להופעתם של שילובים חדשים של אללים של גנים מקושרים. אז אם לכרומוזומים המקוריים היו שילובים א.בו אב, ואז לאחר המעבר הם יכילו אבו aB. מנגנון זה להופעתם של שילובי גנים חדשים משלים את ההשפעה של מיון כרומוזומים עצמאי המתרחש במהלך המיוזה. ההבדל הוא שמעבר מפריד בין גנים על אותו כרומוזום, בעוד שמיון עצמאי מפריד רק גנים על כרומוזומים שונים.
חילופי דורות
תאים פרימיטיביים: פרוקריוטים
כל האמור לעיל חל על תאים של צמחים, בעלי חיים, פרוטוזואה ואצות חד-תאיות, הנקראים ביחד איקריוטים. אוקריוטים התפתחו מצורה פשוטה יותר, פרוקריוטות, שהם כיום חיידקים, כולל ארכאיבקטריה וציאנובקטריה (אלה האחרונים נקראו בעבר אצות כחולות-ירוקות). בהשוואה לתאים אאוקריוטיים, תאים פרוקריוטיים קטנים יותר ויש להם פחות אברוני תאים. יש להם קרום תא אבל אין רשת אנדופלזמה, וריבוזומים צפים בחופשיות בציטופלזמה. מיטוכונדריה נעדרות, אך בדרך כלל מחוברים אנזימים חמצוניים לממברנת התא, ובכך הופך להיות המקבילה למיטוכונדריה. פרוקריוטים גם משוללים מכלורופלסטים, וכלורופיל, אם קיים, קיים בצורה של גרגירים קטנים מאוד.
לפרוקריוטים אין גרעין סגור ממברנה, אם כי ניתן לזהות את מיקומו של ה-DNA לפי הצפיפות האופטית שלו. המקבילה של כרומוזום היא גדיל DNA, בדרך כלל מעגלי, עם מספר קטן בהרבה של חלבונים מחוברים. שרשרת של DNA בנקודה אחת מחוברת לממברנת התא. מיטוזיס נעדר בפרוקריוטים. הוא מוחלף בתהליך הבא: ה-DNA מכפיל את עצמו, ולאחר מכן מתחילה קרום התא לצמוח בין נקודות התקשרות סמוכות של שני עותקים של מולקולת ה-DNA, שכתוצאה מכך מתפצלים בהדרגה. התא מתחלק בסופו של דבר בין נקודות ההתקשרות של מולקולות ה-DNA, ויוצרים שני תאים, שלכל אחד מהם עותק משלו של ה-DNA.
הבדל תאים
צמחים ובעלי חיים רב-תאיים התפתחו מאורגניזמים חד-תאיים שתאיהם נשארו יחד לאחר החלוקה, ויצרו מושבה. בתחילה, כל התאים היו זהים, אך אבולוציה נוספת הולידה התמיינות. קודם כל, תאים סומטיים (כלומר תאי גוף) ותאי נבט התמיינו. יתר על כן, ההתמיינות הפכה מסובכת יותר - התעוררו עוד ועוד סוגי תאים שונים. אונטוגניה - התפתחות אינדיבידואלית של אורגניזם רב תאי - חוזרת באופן כללי על תהליך אבולוציוני זה (פילוגנזה).
מבחינה פיזיולוגית, תאים מתמיינים בחלקם על ידי חיזוק תכונה כזו או אחרת המשותפת לכל התאים. לדוגמה, תפקוד ההתכווצות מוגבר בתאי השריר, מה שעשוי להיות תוצאה של שיפור במנגנון המבצע תנועה של אמבואיד או סוגים אחרים של תנועה בתאים פחות מיוחדים. דוגמה דומה היא תאי שורש דקים עם התהליכים שלהם, מה שנקרא. שערות שורש, המשמשות לספיגת מלחים ומים; במידה זו או אחרת, פונקציה זו טבועה בכל תאים. לפעמים התמחות קשורה לרכישת מבנים ותפקודים חדשים - דוגמה לכך היא התפתחות של איבר תנועתי (flagellum) בזרע.
בידול ברמת התא או הרקמה נחקר בפירוט מסוים. אנחנו יודעים, למשל, שלפעמים זה מתקדם באופן אוטונומי, כלומר. סוג תא אחד יכול להפוך לתא אחר, ללא קשר לאיזה סוג תאים שייכים השכנים. עם זאת, מה שנקרא. אינדוקציה עוברית היא תופעה שבה סוג אחד של רקמה מגרה תאים מסוג אחר להתמיין בכיוון נתון.
במקרה הכללי, הבידול הוא בלתי הפיך, כלומר. תאים בעלי התמיינות גבוהה אינם יכולים להפוך לסוג אחר של תאים. עם זאת, זה לא תמיד המקרה, במיוחד בתאי צמחים.
הבדלים במבנה ובתפקוד נקבעים בסופו של דבר לפי אילו סוגי חלבונים מסונתזים בתא. מכיוון שגנים שולטים בסינתזה של חלבונים, ומערך הגנים בכל תאי הגוף זהה, ההתמיינות חייבת להיות תלויה בהפעלה או ביטול של גנים מסוימים בסוגים שונים של תאים. ויסות פעילות הגנים מתרחש ברמת השעתוק, כלומר. יצירת RNA שליח באמצעות DNA כתבנית. רק גנים מתומללים מייצרים חלבונים. חלבונים מסונתזים יכולים לחסום שעתוק, אך לפעמים להפעיל אותו. כמו כן, מכיוון שחלבונים הם תוצרים של גנים, גנים מסוימים יכולים לשלוט בתעתיק של גנים אחרים. הורמונים, בפרט הורמונים סטרואידים, מעורבים גם בוויסות השעתוק. ניתן לשכפל (להכפיל) גנים פעילים מאוד פעמים רבות כדי לייצר יותר RNA שליח.
התפתחות של גידולים ממאירים נחשבה לעתים קרובות למקרה מיוחד של התמיינות תאית. עם זאת, הופעת תאים ממאירים היא תוצאה של שינוי במבנה ה-DNA (מוטציה), ולא תהליכי שעתוק ותרגום לחלבון DNA תקין.
שיטות לימוד תא
מיקרוסקופ אור.
בחקר צורת ומבנה התא, המכשיר הראשון היה מיקרוסקופ האור. הרזולוציה שלו מוגבלת לממדים הדומים לאורך הגל של האור (0.4-0.7 מיקרומטר לאור נראה). עם זאת, אלמנטים רבים של המבנה הסלולרי הם הרבה יותר קטנים בגודלם.
קושי נוסף הוא שרוב הרכיבים הסלולריים שקופים ומקדם השבירה שלהם כמעט זהה לזה של המים. כדי לשפר את הנראות, לעתים קרובות נעשה שימוש בצבעים בעלי זיקה שונה לרכיבים תאיים שונים. צביעה משמשת גם לחקר הכימיה של התא. לדוגמה, חלק מהצבעים נקשרים בעיקר לחומצות גרעין ובכך חושפים את הלוקליזציה שלהם בתא. ניתן להשתמש בחלק קטן מהצבעים - הם נקראים intravital - לצביעה של תאים חיים, אך בדרך כלל יש לקבע את התאים מראש (באמצעות חומרים שמקרישים את החלבון) ורק אז ניתן לצבוע אותם. ס"מ. היסטולוגיה.
לפני הבדיקה, תאים או פיסות רקמה מוטבעות בדרך כלל בפרפין או פלסטיק ואז חותכים לחלקים דקים מאוד באמצעות מיקרוטום. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב במעבדות קליניות לאיתור תאי גידול. בנוסף למיקרוסקופיה אור קונבנציונלית, פותחו גם שיטות אופטיות אחרות לחקר תאים: מיקרוסקופיה פלואורסצנטית, מיקרוסקופ ניגודיות פאזה, ספקטרוסקופיה וניתוח דיפרקציית רנטגן.
מיקרוסקופ אלקטרוני.
למיקרוסקופ האלקטרונים יש רזולוציה של כ. 1-2 ננומטר. זה מספיק לחקר מולקולות חלבון גדולות. בדרך כלל יש צורך להכתים את החפץ ולהבדיל אותו עם מלחי מתכת או מתכות. מסיבה זו, וגם מכיוון שאובייקטים נבחנים בוואקום, ניתן לחקור רק תאים מתים במיקרוסקופ אלקטרוני.
אוטורדיוגרפיה.
אם מתווסף למדיום איזוטופ רדיואקטיבי שנספג בתאים במהלך חילוף החומרים, אז ניתן לזהות את הלוקליזציה התוך-תאית שלו באמצעות אוטורדיוגרפיה. בשיטה זו מניחים חלקים דקים של תאים על סרט. הסרט מתכהה מתחת לאותם מקומות שבהם יש איזוטופים רדיואקטיביים.
צנטריפוגה.
לצורך מחקר ביוכימי של רכיבים תאיים, יש להשמיד תאים - באופן מכני, כימי או באולטרסאונד. הרכיבים המשתחררים נמצאים בתרחיף בנוזל וניתן לבודד ולטהר באמצעות צנטריפוגה (לרוב בשיפוע צפיפות). בדרך כלל, רכיבים מטוהרים כאלה שומרים על פעילות ביוכימית גבוהה.
תרביות תאים.
ניתן לחלק רקמות מסוימות לתאים בודדים באופן שהתאים נשארים בחיים ולעתים קרובות הם מסוגלים להתרבות. עובדה זו מאששת סוף סוף את הרעיון של תא כיחידת חיים. ספוג, אורגניזם רב תאי פרימיטיבי, ניתן לחלוקה לתאים על ידי שפשוף דרך מסננת. לאחר זמן מה, תאים אלה מתחברים מחדש ויוצרים ספוג. ניתן לגרום לרקמות עובריות של בעלי חיים להתנתק באמצעות אנזימים או אמצעים אחרים שמחלישים את הקשרים בין התאים.
האמבריולוג האמריקאי ר' הריסון (1879–1959) היה הראשון שהראה שתאים עובריים ואפילו כמה בוגרים יכולים לגדול ולהתרבות מחוץ לגוף בסביבה מתאימה. טכניקה זו, הנקראת תרבית תאים, שוכללה על ידי הביולוג הצרפתי א' קארל (1873-1959). ניתן לגדל תאי צמחים גם בתרבית, אך בהשוואה לתאי בעלי חיים, הם יוצרים אשכולות גדולים יותר והם מחוברים חזק יותר זה לזה, ולכן נוצרת רקמה במהלך גידול התרבית, ולא תאים בודדים. בתרבית תאים ניתן לגדל צמח בוגר שלם, כמו גזר, מתא בודד.
מיקרוכירורגיה.
בעזרת מיקרומניפולטור ניתן להסיר, להוסיף או לשנות חלקים בודדים של התא. תא אמבה גדול ניתן לחלק לשלושה מרכיבים עיקריים - קרום התא, הציטופלזמה והגרעין, ואז ניתן להרכיב את הרכיבים הללו מחדש ולקבל תא חי. בדרך זו ניתן להשיג תאים מלאכותיים המורכבים ממרכיבים מסוגים שונים של אמבות.
בהתחשב בכך שניתן לסנתז כמה מרכיבים תאיים באופן מלאכותי, ניסויים בהרכבת תאים מלאכותיים עשויים להיות הצעד הראשון לקראת יצירת צורות חיים חדשות במעבדה. מכיוון שכל אורגניזם מתפתח מתא בודד, שיטת השגת תאים מלאכותיים מאפשרת באופן עקרוני בנייה של אורגניזמים מסוג נתון, אם במקביל משתמשים ברכיבים מעט שונים מאלה המצויים בתאים הקיימים כיום. אולם במציאות, סינתזה מלאה של כל הרכיבים הסלולריים אינה נדרשת. המבנה של רוב, אם לא כל, מרכיבי התא נקבע על ידי חומצות גרעין. לפיכך, הבעיה של יצירת אורגניזמים חדשים מצטמצמת לסינתזה של סוגים חדשים של חומצות גרעין והחלפתן של חומצות גרעין טבעיות בתאים מסוימים.
היתוך תאים.
ניתן להשיג סוג אחר של תאים מלאכותיים על ידי איחוי של תאים מאותו סוג או מסוגים שונים. כדי להשיג היתוך, התאים נחשפים לאנזימים ויראליים; במקרה זה, המשטחים החיצוניים של שני תאים נצמדים זה לזה, והממברנה ביניהם קורסת, ונוצר תא שבו שתי קבוצות של כרומוזומים סגורות בגרעין אחד. ניתן למזג תאים מסוגים שונים או בשלבי חלוקה שונים. בשיטה זו ניתן היה להשיג תאים היברידיים של עכבר ותרנגולת, אדם ועכבר, אדם וקרפד. תאים כאלה הם היברידיים רק בהתחלה, ולאחר חלוקות תאים רבות הם מאבדים את רוב הכרומוזומים מסוג זה או אחר. התוצר הסופי הופך, למשל, בעצם לתא עכבר, שבו גנים אנושיים נעדרים או קיימים רק בכמויות קטנות. מעניין במיוחד הוא היתוך של תאים נורמליים וממאירים. במקרים מסוימים, הכלאיים הופכים לממאירים, במקרים אחרים הם לא; שני המאפיינים יכולים להופיע גם כדומיננטיים וגם כרצסיביים. תוצאה זו אינה בלתי צפויה, שכן ממאירות יכולה להיגרם מגורמים שונים ויש לה מנגנון מורכב.
סִפְרוּת:
Ham A, Cormac D. היסטולוגיה, כרך 1. מ., 1982
Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J. ביולוגיה מולקולרית של התא, כרך 1. מ., 1994
מסת המוח ביחס למשקל הגוף היא כ-2%, אך במקביל הוא צורך 12-17% מגלוקוז ועד 20% חמצן מכלל התקציב של הגוף, ואף אחד מהם אינו מאוחסן עבור שימוש עתידי, אך נעשה בו שימוש מיידי. חמצון גלוקוז מתרחש במיטוכונדריה, המשמשים כתחנת הכוח של התא. ככל שפעילות התא אינטנסיבית יותר כך הוא מכיל יותר מיטוכונדריה, בתאי עצב הם מפוזרים בצורה די שווה בציטופלזמה, אך הם יכולים לנוע לשם ולשנות את צורתם.
הקוטר של המיטוכונדריה נע בין 0.4 ל-1 מיקרון, יש להן שתי ממברנות, חיצוניות ופנימיות, שכל אחת מהן דקה מעט יותר מקרום התא. לממברנה הפנימית יש מספר רב של יציאות דמויות מדף או קריסטות. הודות לקריסטות כאלה, משטח העבודה של המיטוכונדריה גדל באופן משמעותי. בתוך המיטוכונדריה ישנו נוזל בו מצטברים סידן ומגנזיום בצורה של גרגירים צפופים. הקריסטות והחלל הפנימי של המיטוכונדריה מכילים אנזימים נשימתיים, בעזרתם מתחמצנים תוצרי הגליקוליזה - פירוק אנאירובי של גלוקוז, מטבוליטים של חומצות שומן, חומצות אמינו. האנרגיה המשתחררת של תרכובות אלו מאוחסנת במולקולות של חומצה אדנוזין טרי-פוספורית (ATP), אשר נוצרות במיטוכונדריה באמצעות זרחון של מולקולות חומצה די-פוספורית אדנוזין (ADP).
למיטוכונדריה יש DNA ו-RNA משלהם, כמו גם ריבוזומים, שעליהם מסונתזים חלבונים מסוימים. נסיבות אלו נותנות בסיס לקרוא למיטוכונדריה אברונים אוטונומיים למחצה. תוחלת החיים שלהם קצרה וכמחצית מהמיטוכונדריה הקיימת בתא מתחדשת כל 10-12 ימים: נוצרות מיטוכונדריות חדשות כדי להחליף את המיטוכונדריה המותשות וההרוסות.
ליזוזומים הם שלפוחיות בקוטר של 250-500 ננומטר מוגבלות על ידי הממברנה שלהם, המכילות פרוטאוליטיות שונות, כלומר. עיכול חלבונים, אנזימים. בעזרת אנזימים אלו, מולקולות חלבון גדולות מחולקות לחומצות אמינו קטנות או אפילו. אנזימים ליזוזומים מסונתזים על הריבוזומים של ה-ER, ואז בשלפוחיות התחבורה הם נכנסים למנגנון הגולגי, שבו לעתים קרובות מחובר אליהם רכיב פחמימה, ובכך הופכים אותם לגליקוליפידים. יתר על כן, האנזימים נדחסים לתוך הממברנה של מנגנון גולגי וצצים ממנו, ובכך הופכים לליזוזום. אנזימים הידרוליטיים של ליזוזומים מפטרים את התא ממבנים ציטופלזמיים שחוקים או קורסים, מעודף ממברנות שהפכו למיותרות. אברונים שחוקים או פגומים מתמזגים עם ליזוזומים ומתעכלים על ידי אנזימים ליזוזומים.
כמה חשובה פעילות כזו ניתן לשפוט על פי ביטויי מחלות שמובילות להצטברות מוגזמת בציטופלזמה של חומרים כלשהם רק בגלל שהם מפסיקים להיהרס עקב מחסור של רק אחד מהאנזימים הליזוזומליים. לדוגמה, במחלת טיי-זקס התורשתית, קיים מחסור בהקסוסמינידאז, אנזים שמפרק גלקטוזידים בתאי עצב. כתוצאה מכך, כל הליזוזומים עמוסים בצפיפות בחומרים הבלתי מעוכלים הללו, וחולים כאלה מפתחים הפרעות נוירולוגיות חמורות. אנזימים ליזוזומים מסוגלים לפרק חומרים לא רק ממקור פנימי, אנדוגני, אלא גם תרכובות החודרות לתא מבחוץ על ידי פגוציטוזיס או פינוציטוזה.
