התא — מבנה ופעילות

התא — מבנה ופעילות

התא הוא יחידת החיים הבסיסית, וכל היצורים החיים בנויים מתאים. מבחינים בין תאים פרוקריוטים (ללא גרעין) לבין תאים אאוקריוטים (עם גרעין ואברונים). בתא אאוקריוטי יש גרעין שבו נמצא ה-DNA, מיטוכונדריה שמבצעת תהליכי הפקת אנרגיה, ריבוזומים לייצור חלבונים, וקרום התא שמווסת מעבר חומרים.

חשוב להבחין בין נגיפים לבין חיידקים: נגיפים הם טפילים מוחלטים ותלויים בתא מארח, בעוד שחיידקים הם תאים עצמאיים. גודל התא מושפע מיחס שטח פנים לנפח: ככל שהתא גדל, היחס קטן ולכן מעבר חומרים נעשה פחות יעיל. לכן תאים רבים נשארים קטנים או מגדילים שטח פנים באמצעות מבנים מתאימים. הבנה של היחס הזה עוזרת להסביר מגבלות על גודל התא וקצב חילוף החומרים.

הרכב כימי ומעבר חומרים

התא מורכב בעיקר מהיסודות C, H, O, N, P, S, שמרכיבים מולקולות ביולוגיות מרכזיות. בין התרכובות העיקריות נמצאות פחמימות, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין. כחומרי תשמורת משמשים גליקוגן, עמילן ושומנים, בהתאם לסוג היצור ולצרכיו. למים ולמינרלים יש חשיבות בתפקוד התא ובסביבתו הכימית.

קרום התא בנוי מפוספוליפידים ומשובצים בו חלבונים ותעלות, ולכן הוא בררני במעבר חומרים. מעבר פסיבי כולל דיפוזיה (תנועה במורד מפל ריכוזים) ואוסמוזה (תנועת מים דרך קרום). מעבר נגד מפל ריכוזים דורש העברה פעילה ומעורב בו שימוש באנרגיה. חומרים גדולים יכולים להיכנס באנדוציטוזה ולצאת באקסוציטוזה, ותהליכים אלה קשורים גם למידור — קיום אברונים מוקפי קרום שמאפשרים תנאים שונים לתהליכים שונים.

חילוף חומרים, אנרגיה ואנזימים

ביצורים פוטוסינתטיים מתרחשת פוטוסינתזה, שבה אנרגיית אור מומרת לאנרגיה כימית האגורה בחומרים אורגניים. בכל התאים מתקיימת נשימה תאית, הכוללת גליקוליזה ובהמשך נשימה אירובית כאשר יש חמצן. מולקולת ATP משמשת מתווך אנרגיה מרכזי: היא אוגרת ומעבירה אנרגיה לתהליכים תאיים. כאשר אין חמצן, תאים יכולים לבצע תסיסה לקטית או תסיסה כוהלית כדי להמשיך להפיק אנרגיה בתנאים מוגבלים.

תהליכים מטבוליים נשלטים על ידי אנזימים, שהם חלבונים המזרזים תגובות. לכל אנזים יש אתר פעיל וספציפיות לסובסטרט מסוים, ולכן שינוי קטן בתנאים יכול להשפיע על פעילותו. גורמים שונים יכולים להשפיע על קצב פעילות האנזים, ולכן בבחינה חשוב לקשר בין תנאי סביבה לבין יעילות תגובה. הבנת האנזימים מסבירה כיצד התא מבצע תגובות רבות במהירות ובבקרה.

החומר התורשתי, חלוקת תאים ומוטציות

DNA בנוי כסליל כפול של נוקלאוטידים הכוללים בסיסים חנקניים. ה-DNA הוא ייחודי לפרט, יציב לאורך זמן, אך יכול לעבור מוטציות. בארגון גבוה יותר ה-DNA ארוז בכרומוזומים, שכל אחד מהם כולל כרומטידות המחוברות בצנטרומר. לפני חלוקת תא מתרחש שיכפול DNA, כדי שכל תא בת יקבל עותק של המידע.

במיטוזה מתקבלים שני תאי בת זהים גנטית, ותהליך זה חשוב לגדילה ולשמירה על רצף תאי. במיוזה מתרחשת חלוקת הפחתה ליצירת גמטות, ולכן מספר הכרומוזומים בתאי המין קטן יותר. שגיאות בהיפרדות כרומוזומים עלולות לגרום לשינויים במספר הכרומוזומים, לדוגמה תסמונת דאון. חשוב להבחין בין מטרת המיטוזה (זהות ושימור) לבין מטרת המיוזה (יצירת תאי מין).

מוטציה היא שינוי ברצף הבסיסים ב-DNA, ויכולה להיות נקודתית מסוג החסרה, הוספה או החלפה. לא כל שינוי ב-DNA יתבטא בחלבון, ולכן לא כל מוטציה תגרום לשינוי נראה לעין. בהקשר של בחינה כדאי לחשוב על הקשר בין שינוי ברצף לבין השפעה אפשרית על תפקוד חלבון. כך מחברים בין רמת ה-DNA לבין רמת התכונה.

מ-DNA לחלבון ותורשה

ביטוי גנים מתואר במסלול DNA → RNA → חלבון. בתהליך תעתוק נוצר RNA על בסיס תבנית ה-DNA, ובתרגום הריבוזומים משתמשים ב-RNA כדי לבנות חלבון לפי קודונים. קיימת בקרה על ביטוי גנים באמצעות אותות תוך-תאיים וחוץ-תאיים, המשפיעים אילו גנים יופעלו. התמיינות של תאים נובעת מהפעלה והשתקה של גנים שונים, ותאי גזע קשורים ליכולת להפוך לסוגי תאים שונים.

בתורשה מנדלית של תכונה אחת משתמשים במושגים אלל דומיננטי ורצסיבי, ומנתחים הכלאות מבוקרות כדי לקבל יחסים מספריים. יש גם מצבים של גנים מרובי אללים וקודומיננטיות, כמו בדוגמת קבוצות דם. בתאחיזה לזוויג תכונות מסוימות קשורות לכרומוזומי המין, למשל המופיליה ועיוורון צבעים. בהקשר חברתי ורפואי עוסקים בהנדסה גנטית, שיבוט ויישומי תאי גזע, לצד דילמות ערכיות שיש לשקול.