מבנה התא

רקע

תאים מייצגים את היחידות הביולוגיות הבסיסיות ביותר של כל האורגניזמים, בין אם מדובר באורגניזמים חד-תאיים פשוטים כמו חיידקים, או אורגניזמים גדולים ורב-תאיים כמו פילים ועצי סקויה ענקיים. באמצע המאה^ה-19 הוצעה תורת התא להגדרת תא, הקובע:

• כל אורגניזם חי מורכב מתאים אחד או יותר.
• התאים הם היחידות התפקודיות של כל האורגניזמים.
• כל התאים נובעים מתאים קיימים.

כל התאים חולקים תכונות משותפות כגון קרום פלזמה, ציטופלסמה, דנ"א וריבוזומים. קרום פלזמה הוא דו-שכבה פוספוליפידית המקיפה את התא. שכבה דקה ונוזלית זו סביב התאים משמשת לבידוד תכולת התא מסביבתו ומווסתת את חילופי החומרים עם סביבתו, תוך הקלה על אינטראקציות עם תאים אחרים. בתוך קרום הפלזמה, התא מלא בנוזל דמוי ג'ל הנקרא ציטופלסמה המכיל מולקולות אורגניות, מלחים וחומרים אחרים החיוניים לתפקודי התא. לכן, תגובות ביוכימיות התומכות בחיים, הידועות כתהליכים מטבוליים, מתרחשות בתוך הציטופלסמה. סוגי התהליכים המטבוליים שתא יכול לבצע תלויים במידע הגנטי שלו. כל התאים משתמשים בדנ"א כחומר גנטי, שהוא התוכנית התורשתית לבניית מבנים ותוצרים תאיים. לבסוף, כל התאים משתמשים בריבוזומים כדי לסנתז את תוצרי החלבון שלהם.

ישנם שני סוגים של תאים המבוססים על מיקומם החומרי הגנטי: פרוקריוטי, שפירושו "לפני הגרעין", ואיקריוטי, שפירושו "גרעין אמיתי". לכן, בעוד שלשני סוגי האורגניזמים יש דנ"א, לפרוקריוטים כמו לחיידקים יש גרעינים, או רכיבים "דמויי גרעין" במקום גרעין, בעוד שלאיקריוטים יש גרעינים אמיתיים, הקשורים לקרום, כדי להכיל את הדנ"א שלהם. יתר על כן, פרוקריוטים הם קטנים יחסית, סביב 0.1-5.0 מיקרומטר (מיקרומטר), בהשוואה לאיקריוטים שיכולים בדרך כלל לנוע בין 10-100 מיקרומטר בגודל. גודלם הקטן של הפרוקריוטים מאפשר פיזור מהיר וללא מאמץ של חומרים בתוך התא וביצוע תהליכים מטבוליים, כמו גם פינוי מהיר של פסולת או מוצרים אחרים מהתא. לפיכך, תאים אאוקריוטים יש מבנים מיוחדים המכונה אברונים, כגון מיטוכונדריה או מנגנון Golgi, כדי לאפשר ביצוע של פונקציות חיוניות.

התא האיקריוטי

התא האיקריוטי הוא תכונה נגזרת משותפת לכל האיקריוטים, כלומר היה לו מקור יחיד שעבר מאז בירושה לכל האיקריוטים. התאים האיקריוטים המוקדמים ביותר נראים במאובנים לפני כ-2.4 מיליארד שנה, וניתן לזהותם משום שהם גדולים יותר מתאים פרוקריוטים¹. מקורו של סוג תא זה נבע מאירוע אנדוסימביוטי שבו תא דמוי אמבה אחד בלע חיידק מיקרוקוקלי ויצר דו-קיום יציב². החיידקים שנבלעו התפתחו לאברונים הראשונים שמייצרים אנרגיה, מיטוכונדריה, שהם אברוני חילוף החומרים האירובי בתא. למיטוכונדריה גנום נפרד משלהם והם דומים בגודלם לפרוקריוטים. הם מכילים שתי שכבות של קרומים התוחמים שני תאים נפרדים. חלק מהתגובות המפרקות ביומולקולות בעלות אנרגיה גבוהה מתרחשות בתא הפנימי, בעוד שבתא החיצוני נמצאות התגובות שלוכדות את האנרגיה המשתחררת מתרכובות אלה למולקולות אדנוזין טריפוספט (ATP) שישמשו כמטבע האנרגיה של התא.

גרעינים ומיטוכונדריה אינם המבנים המשותפים היחידים של תאים איקריוטים. אברונים אאוקריוטים אחרים הנמצאים בכל מקום הם הרשתית האנדופלסמית החלקה והמחוספסת (ER), מכשיר גולג'י, ליזוזומים וחלליות. רשתית אנדופלסמית פירושה פשוט "רשת בתוך הפלזמה" וכפי ששמה מעיד היא רשת גדולה של קרומים בתוך התא, במיוחד סביב הגרעין. חלקים של חדר המיון המחוספס משתרעים מהקרום הגרעיני ונבדלים מהמיון החלק על ידי המראה המחוספס שלהם בשל ריבוזומים רבים על פני השטח שלהם. מיון גס הוא האתר לסינתזה של חלבונים, כגון החלבונים המשובצים בקרום הפלזמה או החלבונים המופרשים מהתא. לעומת זאת, Smooth ER מייצרת מוצרים מבוססי שומנים אך מכילה גם אנזימים לניקוי רעלים מכימיקלים מזיקים. מכאן שתאי כבד מכילים ER חלק בשפע. כמו כן, תאי שריר מכילים כמויות משמעותיות של ER חלק בגלל הפונקציה אוגרת הסידן של אברון זה, החיוני להתכווצות שרירים. מנגנון גולג'י ממיין, משנה ואורז מוצרים תאיים בתוך שלפוחיות, אשר מתמזגות עם קרום הפלזמה כדי לשחרר את המוצרים. חלק מהחלבונים המיוצרים בחדר המיון המחוספס הם אנזימי עיכול תוך-תאיים. אנזימים אלה ארוזים במנגנון גולג'י לשלפוחיות מיוחדות הנקראות ליזוזומים. התפקיד העיקרי של הליזוזומים הוא לעכל את חלקיקי המזון שנבלעים על ידי התא, כמו גם חלקי תאים ישנים. Vacuoles הם שקי קרום התא המשמשים כיחידות אחסון בתוך התאים. הם עשויים לשמש לאגירת מים כדי לווסת את תכולת המים של התא, כמו גם לאחסן מוצרים מטבוליים או אפילו מולקולות רעילות, בהתאם לסוג התא ואת האורגניזם.

אברונים ספציפיים לממלכה

תאים אאוקריוטים פיתחו גם אברונים נפרדים, ספציפיים לכל ממלכה. לדוגמה, הממלכה Plantae ו Animalia הם שניהם אאוקריוטים, אולם אברונים של תאים צמחיים ובעלי חיים שונים בדרכים מפתח המאפשרים להם לנהל את חייהם כיצרנים וצרכנים, בהתאמה. צמחים יבשתיים צריכים לגדול לגובה ולהיות בעלי גבעולים קשיחים כדי להחזיק עלים, בהם הם משתמשים לפוטוסינתזה. הם גם צריכים להיות מסוגלים לשמור על מים שנקלטו על ידי שורשים. התאים שלהם משקפים את הצרכים הספציפיים האלה. בניגוד לתאי בעלי חיים, בתאי צמחים יש כלורופלסטים, המשמשים לפוטוסינתזה ולעתים קרובות מכילים את הפיגמנט הירוק כלורופיל. בנוסף, הם מוקפים בדפנות תאים, שהן שכבות חיצוניות קשיחות העשויות מתאית לתמיכה בגדילה ובאגירת מים. מאחר שהם צריכים לאחסן כמויות גדולות של מים כדי לשמור על לחץ המים בתא, יש להם חללים גדולים יותר מאשר תאים של בעלי חיים. בנוסף, לתאי צמח יש גם סוג נוסף של אברוני אחסון מיוחדים הנקראים פלסטידים, המכילים פיגמנטים וכן מוצרים פוטוסינתטיים כגון עמילן. הבדלים אלה בולטים ומבדילים בין תאי צמחים לתאי בעלי חיים: לתאי צמחים יש בדרך כלל צורה רגילה ומלבנית בשל דפנות התאים הנוקשות שלהם, בעוד שתאי בעלי חיים מעוגלים ולא סדירים יותר.

מיקרוסקופ

תאים מסוימים, כגון ביציות צפרדע, גדולים מספיק כדי להיראות בעין בלתי, אך לא ניתן לראות את רוב התאים ללא כל סיוע חזותי. לכן, מדענים משתמשים בטכניקות מיקרוסקופיה כדי לחקור מבני תאים ולהבדיל בין סוגי תאים. בעוד מיקרוסקופים מסוגלים להגדיל אובייקטים שקשה או בלתי אפשרי לראות בעין האנושית, רוב הרקמות חסרות פיגמנטציה באופן טבעי. לכן, נוצרו פתרונות שיכולים להכתים תאים באופן סלקטיבי על סמך ההרכב המולקולרי שלהם. זה מאפשר לחוקרים להבחין בין אברונים בתא, סוגי רקמות בגזע הצמח, ושכבות שומן בבעלי חיים, רק כדי לציין כמה דוגמאות. צבע כחול מתילן מכתים חומצות גרעין של תאים מתים, ונקשר לדנ"א טעון שלילית. תמיסת ספרנין היא צבע ביולוגי נוסף שמכתים את גרעיני התא באדום. התאים צריכים להיות בתמיסות הצביעה רק לפרק זמן קצר, וניתן להרכיב אותם מיד לאחר שלב הצביעה. טכניקות ההרכבה הנפוצות הן הרכבה רטובה וטבילת שמן. תושבת רטובה נוצרת על ידי איסוף דגימה והנחתה על מגלשת זכוכית עם נוזל בין המגלשה לכיסוי. דגימות תאים מושעות בנוזלים כמו מים או גליצרול. גליצרול עדיף להשתמש עם תרביות חיות, כי זה מונע את התפשטות של חיידקים³. ניתן להוסיף שמן טבילה על גבי הכיסוי כדי לשפר את הצפייה בדגימה בהגדלה גבוהה. זה מושג מכיוון שלשמן יש את אותו מקדם שבירה כמו לזכוכית, מה שאומר שהוא מאפשר לאור לעבור דרכו כמו זכוכית. ממשק זכוכית-אוויר מפזר אור יותר מאשר שמן או זכוכית, כך שבהירות התמונה מושפעת כאשר הדגימות מותקנות "יבשות", או ללא שמן. ברגע שהתאים מוכתמים ומורכבים, הם מוכנים להיחקר תחת המיקרוסקופ.

ישנן טכניקות מיקרוסקופיה שונות, החל מטכנולוגיית סריקת אלקטרונים שאפשרה לחוקרים לצפות בעצמים ברמה אטומית ועד להדמיית תאים חיים פלואורסצנטיים המאפשרת ניטור בזמן אמת של תנועת מולקולות בתוך תאים בודדים⁴. מיקרוסקופ שדה בהיר היא טכניקת המיקרוסקופ הפשוטה ביותר, הדורשת רק אור מקור הלוגן, עדשת מעבה כדי למקד את האור, עדשת עין כדי לראות את התמונה ועדשה אובייקטיבית כדי להגדיל את התמונה. בכל טכניקת מיקרוסקופיה, חשוב להבין את חלקי המיקרוסקופ לפני השימוש בו. באופן כללי, למיקרוסקופים מורכבים המשמשים להדמיית שדה בהיר יש עינית בחלק העליון של הטווח, המחוברת לראש ולמטרות. לעינית יש הגדלה של 10X, ועדשות אובייקטיביות מוגדרות להגדלה מסוימת בטווח של 4X-100X. יש בין שלוש לחמש מטרות במיקרוסקופ סטנדרטי. המטרות מצביעות כלפי מטה אל הבמה, שבה מוצבת דגימה לצפייה. הבמה כוללת לעתים קרובות חלקים מכניים וקליפים לבמה כדי להחזיק שקופית ולהזיז אותה בזמן הצפייה. צמצם הוא חור בשלב שהאור יכול לעבור דרכו. אור זה נשלט על ידי עדשת קונדנסור מתכווננת מעל מאיר, או מקור אור. כדי לשלוט בזום של הבמה עבור האובייקט הנצפה, מיקרוסקופים כוללים ידיות כוונון מיקוד גסות ועדינות. ידית המיקוד הגסה נעה בקנה מידה גדול יותר מהמיקוד הדק, אך הן נמצאות על אותו ציר. המיקוד העדין שימושי כאשר האובייקט על הבמה התקרב למטרות. חשוב לא לתת לעדשה האובייקטיבית לגעת באובייקט על הבמה, מכיוון שהיא יכולה לשרוט את העדשה. יש תמיד להציג אובייקטים תחילה ביעד ההגדלה הנמוך ביותר ולמקד אותם בבירור לפני המעבר למטרות הגדלה גבוהות יותר.

מיקרוסקופיה היא כלי חשוב להיבטים רבים של התחום הרפואי כולל מחקר, אבחון וטיפול. יש לכך יישום של שימוש בננוטכנולוגיה ברפואה, כשיטת טיפול חדשה במקום ניתוח פולשני יותר⁵. מנתחים עושים שימוש גם במיקרוסקופים, שחלקם הותאמו כך שיורכבו על ראשו של המנתח ומנותחים באמצעות דוושות רגל. אלה הם בהגדלה נמוכה בהרבה אפילו ממיקרוסקופי האור המשמשים כיום, אך הם מאפשרים ביצוע בטוח של הליכים עדינים, כגון אופטיקה ונוירוכירורגיה.

הפניות

1. בנגטסון ס', רסמוסן ב', איוורסון מ', מולינג ג'יי, ברומן ג', מארון פ', סטמפאנוני מ', בקר א'. מאובני תפטיר דמויי פטרייה בבזלת שלפוחית בת 2.4 מיליארד שנה. טבע, אקולוגיה ואבולוציה. 2017, כרך 1, מספר מאמר: 0141.
2. Vellai T, Vida G. מקורם של איקריוטים: ההבדל בין תאים פרוקריוטים ואוקריוטים. Proc. R. Soc. Lond. B. 1999, כרך 266, 1571-1577.
3. Gouet V, רוג'ר G, Fonty C, אנדרה פ. השפעות גליצרול על גדילה, הידבקות ופעילות צלוליטית של חיידקי רום צלולוליטיים ופטריות אנאירוביות. מיקרוביולוגיה נוכחית. 24, 1992, כרך ד', 197-201.
4. Cognet L, Leduc C, Lounis B. התקדמות במעקב אחר חלקיקים חד-תאיים חיים והדמיה דינמית ברזולוציית על. Curr Opin Chem Biol. 2014, יוני; 20:78-85.
5. Asiyanbola B, Soboyejo W. למנתח: מבוא לננוטכנולוגיה. J Surg לחנך. 2008, כרך 65, 2 (155-61).