מאפייני חיים של תאים

הומיאוסטזיס

• שמירה על סביבה פנימית יציבה, למרות שינויים בסביבה החיצונית, לדוגמה הזעה

מטבוליזם (חילוף חומרים)

• כולל כניסת חומרים, פירוק או הרכבה שלהם, ויציאת חומרים חדשים

יחס שטח פנים לנפח

• בתאים קטנים, היחס בין שטח הפנים לנפח גדול יותר, ולכן קליטה/פליטה של חומרים יעילה יותר
• תאים מפותלים או ארוכים מגדילים את היחס בין שטח הפנים לנפח

מאפייני חיים של תאים (אורגניזמים)

• רבייה ותורשה כוללים העברת DNA לדור הבא
• תגובה לגירויים מתבטאת בהומיאוסטזיס, כמו תגובה לחום או קור
• כל האורגניזמים מקיימים מבנה תאי, גידול והתפתחות המשנים את הרמה התאית
• מקיימים תנועתיות בתוך התא ותנועה של התא
• הזנה, נשימה והפרשה מקיימים מטבוליזם, כגון פירוק אוכל, קליטת חמצן ופליטת פחמן דו חמצני

סוגי תאים

• ישנם שני סוגים של תאים: פרוקריוטים ואאוקריוטים
• תאים פרוקריוטים בנויים בצורה פשוטה והחומר התורשתי נמצא בציטופלזמה, לדוגמה חיידקים
• תאים אאוקריוטים בעלי מבנה מורכב עם גרעין ואברונים נוספים
• ניתן לחלק את התאים האאוקריוטים לשלושה סוגים: תא צמחי ותאים אנימליים (בע"ח ובני אדם)
• וירוסים אינם תאים פרוקריוטים או בכלל תאים, היות שאינם מקיימים את כל מאפייני החיים, ועליהם לחדור לתא חי כדי לקיים אותם

מידור בתאים אאוקריוטיים

• קרומים פנימיים (אברונים) יוצרים מידור בתאים אאוקריוטיים
• בתוך האברונים סביבה מתאימה לפעולתם, עם אנזימים, חומרים, מבנים ודרגת PH נדרשת

קרום התא

• החלקים המשותפים לתאים פרוקריוטים ואאוקריוטים, ציטופלזמה, חומר תורשתי (לא בהכרח בגרעין), וריבוזומים

מבנה תא אנימלי

• מיטוכונדריה מבצעת נשימה תאית להפקת אנרגיה
• הציטופלזמה היא הסביבה המימית התוך תאית
• בגרעין נמצא החומר התורשתי ,DNA
• קרום התא מפריד בין הסביבה החיצונית לפנימית (הומיאוסטזיס)
• ריבוזום אחראיים ליצירת החלבונים
• ליזוזומים מפרקים חלבונים (נמצאים רק בתאים אנימליים)

מבנה תא צמחי

• מיטוכונדריה מבצעת נשימה תאית
• הציטופלזמה היא הסביבה המימית התוך תאית
• בגרעין נמצא החומר התורשתי ,DNA
• קרום התא מפריד בין הסביבה החיצונית לפנימית (הומיאוסטזיס)
• ריבוזום אחראיים ליצירת החלבונים
• חלולית אוגרת מים וממסים שונים
• כלורופלסט מבצע פוטוסינתזה ומכיל כלורופיל (פיגמנט ירוק)

מבנה קרום התא

• יש הגנה מכאנית על תא הצמח בעזרת מבנה קשיח, הדופן סביב קרום התא
• קרום התא בנוי משתי שכבות של פוספוליפידים, חלבונים וסוכרים
• המרכיב השומני (פוספוליפיד) מונע המסת הקרום במים
• לקרום התא חדירות בררנית השומרת על הרכב חומרים שונה בתוך התא
• חלבונים, סוכרים וכולסטרול "משובצים" בין הפוספוליפידים ויוצרים את "טביעת האצבע" של התא
• מבנה התאים בנוי בהתאמה לתפקידם

תא שריר

• לתאים אלו כיווץ והרפיה המאפשרים תנועה
• תא שריר הוא מוארך ומכיל סיבים חלבוניים, הרבה מיטוכונדריה, לעיתים גם מספר גרעינים
• הסיבים מאפשרים תנועה יעילה יותר, ריבוי מיטוכונדריה מספק אנרגיה, וריבוי גרעינים מאפשר קצב יצירת חלבונים גבוה

תא זרע

• תפקיד תא הזרע הוא הפריית הביצית
• מבנה תא הזרע מכיל ראש עם חצי מהחומר התורשתי, שוטון לתנועה בסביבה מימית, וריבוי מיטוכונדריה
• חצי מכמות החומר התורשתי בתא הזרע מונעת יצירת תא לא תקין בהפריה
• לתא יכולת תנועה מהירה הדורשת הרבה אנרגיה

תא דם אדום

• תאי הדם האדומים תפקידם להוביל גזים, במיוחד חמצן, לכל התאים בגוף
• הם בנויים בצורת דיסקית דו קעורה וגמישה המגדילה את היחס שטח פנים לנפח,
• תאים חסרי גרעין ומיטוכונדריה כדי לאפשר כניסה לכלי דם קטנים

חומרים בתאים

• הגמישות מאפשרת כניסה לכלי דם הקטנים
• חלבוני ממברנה מקשרים בין השלד התוך תאי למטריקס הבין תאי

חומרים אנאורגניים ואורגניים

• תאי הגוף מורכבים בעיקר ממים (אנאורגני), חומרים אורגניים (פחמימות, חלבונים, שומנים, ויטמינים), ומעט מינרלים (אנאורגני)
• חומר אורגני מכיל פחמן ומימן

תכונות המים ותפקידיהם

• המים נמצאים בנוזל הדם, בנוזל התוך תאי, בנוזל הבין תאי ובנוזלי גוף שונים
• ממיסים חומרים רבים (סוכרים ומלחים)
• המים הם חומר נוזלי רחב טווח טמפ' של 0-100 מעלות צלזיוס
• זורמים ממקום למקום ומובילים חומרים מומסים
• מסייעים בהסעת חום ומתאדים לאוויר, דבר התורם להומיאוסטזיס
• חום סגולי תורם להומיאוסטזיס
• כל המטבוליזם (חילוף חומרים) מתרחש בסביבה מימית
• המים משמשים נוזל מקשר בין תאים, להעברת סימנים, להמסת חומרים והולכתם, לוויסות ופיזור חום, ולפינוי פסולת (שתן וצואה)

מינרלים

• נחוצים בכמויות קטנות אך חיוניים ומקורם במזון
• נתרן, אשלגן וכלור מווסתים את הלחץ האוסמוטי בגוף
• סידן, זרחן, מגנזיום וכלור בונים את השלד, השיניים, הציפורניים והקרניים
• הברזל נחוץ לבניית מוגלובין, לקשירת חמצן, ולנשימה תאית

ויטמינים

• נחוצים בכמויות קטנות, אבל חיוניים, הגוף לא מייצר אותם בעצמו
• חלק מהויטמינים דרושים לפעולות אנזימתיות
• צמחים וחיידקים מייצרים לעצמם את הויטמינים
• חלק מהויטמינים מסיסים בשומן ונאגרים ברקמות השומן כמו A,D
• חלקי מסיסים במים ואינם נאגרים כמו C,B12

פחמימות

• מורכבות מפחמן, חמצן, ומימן, ואבן היסוד היא גלוקוז

קבוצות פחמימות

• חד סוכרים (גלוקוז, פרוקטוז): טעם מתוק, מסיסים במים
• דו סוכרים (סוכרוז, לקטוז): טעם מתוק, מסיסים במים
• רב סוכרים (גליקוגן, עמילן, תאית): אינם מתוקים ואינם מסיסים במים, ולכן לא משפיעים על הלחץ האוסמוטי של התא

תפקידי הפחמימות

• אספקת אנרגיה: תפקיד עיקרי באמצעות תהליך נשימה תאית לפירוק גלוקוז
• בנייה: בתאים נבנות אבני יסוד פחמימתיות שונות לצורכי קיום כחד סוכר לרב סוכר בשם תאית
• חומרי תשמורת נאגרים בתאים ומשמשים כמאגר עתידי. גליקוגן הוא חומר התשמורת העיקרי בתאים אנימליים ועמילן בתאים צמחיים
• גליקוגן נאגר בתאי השרירים ומשמש בזמן פעילות, בזמן פעילות גופנית, מלאי הגליקוגן מתחדש
• חומרי תשמורת אינם מסיסים במים ולכן לא משנים את הריכוז האוסמוטי של התא, כך ששומרים על ריכוז קבוע בתאים

חלבונים

• נמצאים בכל תא אאוקריוטי
• חלבונים תפקודיים משתתפים בתהליכים שונים: חלבוני העברה, אנזימים, קולטנים בנויגדנים, והמוגלובין
• חלבונים מבניים בונים (יחד עם חומרים אחרים) את אברוני התא וחלקיו

ייחודיות חלבונים

• שוני בין חלבונים נובע מסוג, כמות וסדר חומצות האמינו
• לכל חלבון מבנה מרחבי ייחודי שנוצר מכוחות משיכה ודחייה בין חלקיקים השונים של המולקולה

רמות מבנה בחלבונים

• מבנה ראשוני הוא רצף חומצות האמינו שנקבע ע"י DNA
• מבנה שניוני נוצר מכוחות משיכה/דחייה בין מולקולות חומצות האמינו
• במבנה שלישוני מתחילה היכולת של החלבון לבצע את תפקידו
• במבנה רביעוני כמה מולקולות חלבון מבצעות פעולה יחדיו

דנטורציה

• שינוי במבנה המרחבי של החלבון הפוגע בתפקודו
• דנטורציה יכולה להיות הפיכה או בלתי הפיכה

גורמים לשינוי מבנה מרחבי של חלבונים

• שינוי טמפרטורה, pH, וריכוז מלחים
• במערכת העיכול, חלבונים מתפרקים לחומצות אמינו, המועברות למערכת ההובלה ואז לתאים, שם נעשית בנייה חומצות אמיניות לחלבונים

שומנים (ליפידים)

• מורכבים משרשרת פחמימנים ומחומצות שומן ואינם מסיסים במים
• שומנים הם הידרופוביים ("פוחדים ממים")

סוגי שומנים

• טריגליצריד: 3 חומצות שומן + גליצרול
• פוספוליפיד: 2 חומצות שומן + גליצרול + קבוצת פוספט (הידרופילית/"אוהבים מים")
• כולסטרול: HDL, LDL

תפקידי הליפידים בתאים

• הם מספקים אנרגיה בתאים כגישי
• נאגרים בתאים ומשמשים כחומר תשמורת
• פוספוליפידים מרכיבים את קרומי התאים
• נאגרים ברקמות של תאי שומן מתחת לעור ומשמשים כשכבת בידוד מפני קור ואיברים פנימיים

קרומי התאים

• קרומי התאים מורכבים מפוספוליפידים שלהם קצה הידרופובי וקצה הידרופילי
• מבנה זה מאפשר בניית קרום בלתי מסיס במים (הפרדה מימית) וחיבור עם הסביבה המימית

מעבר חומרים דרך קרום התא

• קרום התא בנוי משתי שכבות של פוספוליפידים, חלבונים וסוכרים
• המרכיב השומני מונע המסת הקרום במים, החיונית בסביבה מימית
• החדירות הבררנית של הקרום מאפשרת הרכב חומרים שונה בתוך התא
• חלבונים, סוכרים וכולסטרול "משובצים" בין הפוספוליפידים ויוצרים את "טביעת האצבע" של התא

דיפוזיה

• העברת חומר בצורה פסיבית (ללא השקעת אנרגיה עם מפל הריכוזים) עד להשוואה, החומר עדיין עובר את הקרום גם בשוויון

בררנות קרום התא

• חומרים מסיסים בשומן עוברים דרך שכבת הפוספוליפידים, ומעבר יש דרך שלפוחיות (לא חלבון) למולקולות גדולות
• חומרים שאינם מסיסים בשומן עוברים באמצעות תעלות נשאים ומשאבות, סביל הוא ללא השקעת אנרגיה ופעיל עם השקעת אנרגיה
• חומרים הידרופוביים עוברים בדיפוזיה

מעבר חומרים דרך קרום התא בעזרת שלפוחיות

• מולקולות גדולות עוברות העברה פעילה (עם השקעת אנרגיה, נגד מפל הריכוזים) : אנדוציטוזה היא כניסה לתא ואקסוציטוזה יציאה ממנו

מעבר חומרים דרך תעלות

• חלבון העברה, חומרים לא מסיסים בשומן, יכולים להיות בעלי מטען חשמלי, ועוברים בדיפוזיה (ללא השקעת אנרגיה)

מעבר חומרים דרך נשאים

• חלבון העברה ספציפי, מעבר בדיפוזיה מזורזת (בגלל הספציפיות הנשא, ללא השקעת אנרגיה)

מעבר חומרים דרך משאבות

• חלבון העברה ספציפי, העברה פעילה הדורשת אנרגיה ויונים

גורמים המשפיעים על קצב הדיפוזיה והאוסמוזה

• טמפרטורה: ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, תנועת החלקיקים מהירה יותר, ולכן הדיפוזיה מהירה יותר
• ריכוז, גודל החלקיקים, מידת החדירות של הקרום לחומר(עולה הדיפוזיה)
• שטח פנים גדולה=דיפוזיה מהירה

אוסמוזה

• דיפוזיה של מים, המים עוברים עד שריכוזם משתווים

תמיסות משוות ריכו

• תמיסה היפוטונית היא תמיסה שריכוז המומסים בה נמוך
• תמיסה היפרטונית היא תמיסה שריכוז המומסים בה גבוה
• תמיסה איזוטונית היא תמיסה שריכוז המומסים בה שווה
• כמות היא לא ריכוז

אוסמוזה בתאים אנימליים

• אוסמוזה היא תנועת מים מתמיסה שריכוז המומסים בה נמוך (ממס גבוה) לתמיסה שריכוז המומסים בה גבוה (ממס נמוך) - אין חשיבות לזהות החומר
• אם שמים תא בתוך תמיסה איזוטונית, לא יחול שינוי בריכוז המומסים בתא
• אם שמים תא בתוך תמיסה היפוטונית, מים יחדרו אל התא, כמות המים תגדל והתא יתנפח ויתפוצץ
• אם שמים תא בתוך תמיסה היפרטונית, מים יצאו מהתא, כמות המים בתא תקטן והתא יתכווץ ולפעמים יקרוס

אוסמוזה בתאים צמחיים

• בנוסף לקרום גם מדופן שמקנה הגנה מכאנית
• אם שמים תא צמחי בתוך תמיסה איזוטונית, לא יחול שינוי בריכוז המומסים בתא
• אם שמים תא צמחי בתוך תמיסה היפוטונית, מים יכנסו לתא, נפח התא יגדל עד לגודל המקסימלי(גודל דופן התא), דופן יפעיל לחץ על הקרום וימנע חדירה של מים (מצב טורגור)
• אם שמים תא צמחי בתוך תמיסה היפרטונית, מים יצאו מהתא, נפח התא יקטן, הקרום יתרחק מהדופן (התא לא יקרוס)-מצב פלסמוליזה

השפעת מים

• תא צמחי המגיע למצב פלסמוליזה יתייבש
• הוספת מים תגרום לדה פלסמוליזה חזרה למצב טורגור

אנזימים

• חלבונים תפקודיים המזרזים תהליכים ביולוגיים
• מורכבים מחומצות אמינו והם חומר אורגני
• לדוגמא:נשימה תאית, פוטוסינתזה, תהליכי פירוק בתא תהליכי בנייה בתא
• החומר עליו פועל האנזים נקרא סובסטרט (מצע)

תהליכי פעילות אנזימתית

• החומר שעליו פועל האנזים נקרא סובסטרט (מצע)
• הפעילות מתרחשת באתר הפעיל
• הסובסטרט+אנזים בזמן התגובה=תצמיד אנזים סובסטרט
• בסוף הפעילות האנזימתית נוצר תוצר (הרכבה) או תוצרים (פירוק)
• קיימת התאמה ספציפית בין הסובסטרט לאתר הפעיל של האנזים, ולכן רק הסובסטרט הספציפי יכול להיקשר
• לאורך זמן ריכוז הסובסטרט יורד וריכוז התוצרים יעלה, ריכוז האנזים יישאר ללא שינוי

גורמים המשפיעים על קצב פעילות האנזים

• ריכוז הסובסטרט: בריכוזים נמוכים, ככל שיהיה יותר סובסטרט כך קצב הפעילות האנזימתית תעלה.
• ריכוז האנזים בריכוזים נמוכים, ככל שריכוז האנזים גדל כך קצב פעילות אנזימתית עולה
• ישנו גורם מגביל לפעולה אנזימתית
• פעילות איטית בטמפ נמוכות בזכות איטיות תנועת חלקיקים בעוד פעולת האנזימתית עולה בטמפרטורות גבוהות עד לטמפרטורה מסוימת, ואז היא מואטטת בעקבות דנטורציה הפוגמת במבנה האנזים
• ככל שה-PH מתרחק מה-PH המיטבי לאותו אנזים (לכיוון חומצי\בסיסי), חל שינוי במבנה המרחבי של האנזים

מעכבי אנזימים

• אלו הם חומרים המעכבים את פעילות האנזים
• מעכב תחרותי הוא החומר אשר"מתחרה" עם הסובסטרט על האתר הפעיל באנזים
• מעכב בלתי תחרותי נקשר ומפריע את תפקודו ללא תחרות על הקישור

נשימה תאית

• תהליך אנזימטי רב שלבי שבסופו אנרגיה שימושית לתהליכי חיים צורכי אנרגיה
• מקור האנרגיה הוא מפירוק חומרים אורגנים
• האנרגיה לתהליכי החיים מושקעת על ידי מולקולת ATP

שלבי התהליך

• בשלב א , גליקוליזה בציטופלסמה, מפורקת מולקלת גלוקוז לשני מולקולת של חומצה פירובית המניב 2 מולקולות ATP
• בשלב ב, בשלב אירובית (אווירנית), שנערך במיטוכונדריה צורכת חומצה פירובית חמצן (מהסביבה) מהשניק: פד"ח ומים, המבנית 28 מולקולות איי טיי פי
• ניצור מולקולת גלוקוז, חייש להשקיע 2 מלקולות ATP ולכן גליקוליצה מבנית רק שני מולקולת ATP
• ללא חמצן המוחמשק תרטיד בשלב הגליקוליזה ולעכבן התא נערך אוטונומית עם נשימה אל-אווירנית