בשנת 1972 הועלתה התיאוריה שממברנה חדירה חלקית מקיפה את התא ומבצעת מספר משימות חיוניות, והמבנה והתפקוד של קרומי התא הם נושאים משמעותיים בנוגע לתפקוד התקין של כל התאים בגוף. תורת התא הפכה לנפוצה במאה ה-17, יחד עם המצאת המיקרוסקופ. נודע שרקמות צמחים ובעלי חיים מורכבות מתאי, אך בשל הרזולוציה הנמוכה של המכשיר, אי אפשר היה לראות מחסומים כלשהם מסביב לתא החי. במאה ה-20, טבעו הכימי של הממברנה נחקר ביתר פירוט, נמצא שהשומנים הם הבסיס שלו.
מבנה ותפקוד של ממברנות התא
קרום התא מקיף את הציטופלזמה של תאים חיים, ומפריד פיזית את הרכיבים התוך-תאיים מהסביבה החיצונית. גם לפטריות, לחיידקים ולצמחים יש דפנות תאים המספקות הגנה ומונעות מעבר של מולקולות גדולות. ממברנות התא גם ממלאות תפקיד בהיווצרות שלד הציטוס והתקשרות למטריצה החוץ תאית של חלקיקים חיוניים אחרים. זה הכרחי על מנת להחזיק אותם יחד, ליצור את הרקמות והאיברים של הגוף. תכונות מבניות של קרום התא כוללות חדירות. הפונקציה העיקרית היא הגנה. הממברנה מורכבת משכבת פוספוליפיד עם חלבונים מוטבעים. חלק זה מעורב בתהליכים כמו היצמדות תאים, הולכת יונים ומערכות איתות ומשמש כמשטח התקשרות למספר מבנים חוץ-תאיים, לרבות הקיר, הגליקוקאליקס ושלד הציטוש הפנימי. הממברנה גם שומרת על הפוטנציאל של התא על ידי פעולתו כמסנן סלקטיבי. הוא חדיר באופן סלקטיבי ליונים ולמולקולות אורגניות ושולט בתנועת החלקיקים.
מנגנונים ביולוגיים המערבים את קרום התא
1. דיפוזיה פסיבית: חומרים מסוימים (מולקולות קטנות, יונים), כגון פחמן דו חמצני (CO2) וחמצן (O2), יכולים להתפזר דרך קרום הפלזמה. הקליפה פועלת כמחסום בפני מולקולות ויונים מסוימים שניתן לרכז משני הצדדים.
2. תעלת טרנסממברנית וחלבון טרנספורטר: חומרים מזינים כמו גלוקוז או חומצות אמינו חייבים להיכנס לתא, וכמה מוצרים מטבוליים חייבים לצאת.
3. אנדוציטוזיס הוא התהליך שבו מולקולות נקלטות. נוצר דפורמציה קלה (אינוואגינציה) בממברנת הפלזמה, בה נבלע החומר המיועד להובלה. זה דורשאנרגיה ולכן היא סוג של תחבורה פעילה.
4. אקסוציטוזיס: מתרחשת בתאים שונים כדי להסיר שאריות בלתי מעוכלות של חומרים שהביאו אנדוציטוזיס על מנת להפריש חומרים כמו הורמונים ואנזימים ולהעביר את החומר לחלוטין דרך המחסום התא.
מבנה מולקולרי
קרום התא הוא קרום ביולוגי, המורכב בעיקר מפוספוליפידים ומפריד בין תכולת התא כולו לבין הסביבה החיצונית. תהליך היווצרות מתרחש באופן ספונטני בתנאים רגילים. על מנת להבין תהליך זה ולתאר נכון את המבנה והתפקודים של ממברנות התא, כמו גם תכונות, יש צורך להעריך את טיבם של מבני פוספוליפידים, המאופיינים בקיטוב מבני. כאשר הפוספוליפידים בסביבה המימית של הציטופלזמה מגיעים לריכוז קריטי, הם מתאחדים למיצלים, שהם יציבים יותר בסביבה המימית.
נכסי ממברנה
- יציבות. זה אומר שאחרי היווצרות הממברנה לא סביר שיקרוס.
- כוח. קרום השומנים אמין מספיק כדי למנוע מעבר של חומר קוטבי; גם חומרים מומסים (יונים, גלוקוז, חומצות אמינו) וגם מולקולות גדולות בהרבה (חלבונים) לא יכולים לעבור דרך הגבול שנוצר.
- דמות דינמית. זהו אולי המאפיין החשוב ביותר כאשר בוחנים את מבנה התא. קרום התא יכוללהיות נתון לעיוותים שונים, ניתן לקפל ולכופף מבלי להתמוטט. בנסיבות מיוחדות, כמו היתוך שלפוחיות או ניצנים, זה יכול להישבר, אבל רק באופן זמני. בטמפרטורת החדר, מרכיבי השומנים שלו נמצאים בתנועה כאוטית מתמדת, ויוצרים גבול נוזלי יציב.
מודל פסיפס נוזלי
אם כבר מדברים על המבנה והתפקודים של ממברנות התא, חשוב לציין שבראייה המודרנית, הממברנה כמודל פסיפס נוזלי נחשבה בשנת 1972 על ידי המדענים סינגר וניקולסון. התיאוריה שלהם משקפת שלוש תכונות עיקריות של מבנה הממברנה. חלבוני ממברנה אינטגרלית מספקים תבנית פסיפס לממברנה, והם מסוגלים לתנועה צידית במישור בשל האופי המשתנה של ארגון השומנים. חלבונים טרנסממברניים הם גם בעלי פוטנציאל ניידים. תכונה חשובה של מבנה הממברנה היא האסימטריה שלו. מהו מבנה התא? קרום התא, גרעין, חלבונים וכן הלאה. התא הוא יחידת החיים הבסיסית, וכל האורגניזמים מורכבים מתא אחד או יותר, שלכל אחד מהם מחסום טבעי המפריד בינו לבין סביבתו. הגבול החיצוני הזה של התא נקרא גם קרום הפלזמה. הוא מורכב מארבעה סוגים שונים של מולקולות: פוספוליפידים, כולסטרול, חלבונים ופחמימות. מודל הפסיפס הנוזלי מתאר את מבנה קרום התא באופן הבא: גמיש ואלסטי, דומה בעקביות לשמן צמחי, כך שהכלהמולקולות הבודדות פשוט צפות בתווך הנוזלי, וכולן מסוגלות לנוע הצידה בתוך הקליפה הזו. פסיפס הוא משהו שמכיל פרטים רבים ושונים. בממברנת הפלזמה, הוא מיוצג על ידי פוספוליפידים, מולקולות כולסטרול, חלבונים ופחמימות.
פוספוליפידים
פוספוליפידים מהווים את המבנה הבסיסי של קרום התא. למולקולות אלו שני קצוות ברורים: ראש וזנב. קצה הראש מכיל קבוצת פוספט והוא הידרופילי. זה אומר שהוא נמשך למולקולות מים. הזנב מורכב מאטומי מימן ופחמן הנקראים שרשראות חומצות שומן. השרשראות הללו הינן הידרופוביות, הן לא אוהבות להתערבב עם מולקולות מים. תהליך זה דומה למה שקורה כששופכים שמן צמחי למים, כלומר אינו מתמוסס בתוכם. המאפיינים המבניים של קרום התא קשורים למה שנקרא דו-שכבת השומנים, המורכבת מפוספוליפידים. ראשי פוספט הידרופיליים ממוקמים תמיד היכן שיש מים בצורה של נוזל תוך תאי וחוץ תאי. הזנבות ההידרופוביים של הפוספוליפידים בממברנה מאורגנים בצורה כזו שהם מרחיקים אותם ממים.
כולסטרול, חלבונים ופחמימות
כשאנשים שומעים את המילה "כולסטרול", אנשים בדרך כלל חושבים שזה רע. עם זאת, כולסטרול הוא למעשה מרכיב חשוב מאוד של ממברנות התא. המולקולות שלו מורכבות מארבע טבעות של אטומי מימן ופחמן. הם הידרופוביים ומופיעים בין הזנבות ההידרופוביים בשכבת הדו-שומנים. חשיבותם טמונה בשמירה על עקביות, הם מחזקים את הממברנות, מונעים הצלבה. מולקולות כולסטרול גם מונעות מזנבות הפוספוליפיד לבוא במגע ולהתקשות. זה מבטיח נזילות וגמישות. חלבוני ממברנה פועלים כאנזימים להאצת תגובות כימיות, פועלים כקולטנים למולקולות ספציפיות, או מעבירים חומרים על פני קרום התא.
פחמימות, או סכרידים, נמצאות רק בצד החוץ-תאי של קרום התא. יחד הם יוצרים את הגליקוקאליקס. הוא מספק ריפוד והגנה לממברנת הפלזמה. בהתבסס על מבנה וסוג הפחמימות בגליקוקליקס, הגוף יכול לזהות תאים ולקבוע אם הם צריכים להיות שם או לא.
חלבוני ממברנה
אי אפשר לדמיין את מבנה קרום התא של תא חיה ללא מרכיב כה משמעותי כמו חלבון. למרות זאת, הם יכולים להיות נחותים משמעותית בגודלם ממרכיב חשוב אחר - שומנים. ישנם שלושה חלבוני ממברנה עיקריים.
- אינטגרל. הם מכסים לחלוטין את הדו-שכבתי, הציטופלזמה והסביבה החוץ-תאית. הם מבצעים פונקציית הובלה ואיתות.
- ציוד היקפי. חלבונים מחוברים לממברנה על ידי קשרי מימן או אלקטרוסטטים במשטחים הציטופלזמיים או החוץ-תאיים שלהם. הם מעורבים בעיקר כאמצעי התקשרות לחלבונים אינטגרליים.
- טרנסממברנה. הם מבצעים פונקציות אנזימטיות וסיגנלים, וגם מווסתים את המבנה הבסיסי של הדו-שכבה השומנית של הממברנה.
פונקציות של ממברנות ביולוגיות
האפקט ההידרופובי, המווסת את התנהגות הפחמימנים במים, שולט במבנים הנוצרים על ידי שומני ממברנה וחלבוני ממברנה. תכונות רבות של ממברנות מוקנות על ידי נשאים של דו-שכבות שומנים, המהוות את המבנה הבסיסי לכל הממברנות הביולוגיות. חלבוני ממברנה אינטגרליים מוסתרים חלקית בשכבת השומנים הדו-שכבתית. לחלבונים טרנסממברניים יש ארגון מיוחד של חומצות אמינו ברצף העיקרי שלהם.
חלבוני ממברנה היקפית דומים מאוד לאלה המסיסים, אבל הם גם קשורים לממברנה. לממברנות תאים מיוחדות יש פונקציות תא מיוחדות. כיצד משפיעים המבנה והתפקודים של ממברנות התא על הגוף? הפונקציונליות של האורגניזם כולו תלויה באופן שבו ממברנות ביולוגיות מסודרות. מאברונים תוך-תאיים, אינטראקציות חוץ-תאיות ובין-תאיות של ממברנות, נוצרים המבנים הדרושים לארגון ולביצוע של פונקציות ביולוגיות. תכונות מבניות ותפקודיות רבות משותפות לחיידקים, תאים אוקריוטיים ונגיפים עטופים. כל הממברנות הביולוגיות בנויות על דו-שכבה שומנית, הקובעת את נוכחותם של מספר מאפיינים משותפים. לחלבוני ממברנה יש הרבה פונקציות ספציפיות.
- שליטה. ממברנות פלזמה של תאים מגדירות את גבולות האינטראקציה של התא עם הסביבה.
- הובלה. הממברנות התוך תאיות של תאים מחולקות למספר בלוקים תפקודיים עם שוניםהרכב פנימי, שכל אחד מהם נתמך בפונקציית ההובלה הדרושה בשילוב עם חדירות בקרה.
- המרת אותות. היתוך ממברנה מספק מנגנון להתראה שלפוחית תוך תאית ומניעת כניסת נגיפים לתא לסוגים שונים.
משמעות ומסקנות
מבנה קרום התא החיצוני משפיע על כל הגוף. הוא ממלא תפקיד חשוב בהגנה על שלמות על ידי מתן אפשרות לחדירת חומרים נבחרים בלבד. הוא גם מהווה בסיס טוב לעיגון שלד הציטו ודופן התא, מה שעוזר בשמירה על צורת התא. ליפידים מהווים כ-50% ממסת הממברנה של רוב התאים, אם כי זה משתנה בהתאם לסוג הממברנה. המבנה של קרום התא החיצוני של יונקים מורכב יותר, הוא מכיל ארבעה פוספוליפידים עיקריים. תכונה חשובה של דו-שכבות ליפידים היא שהן מתנהגות כמו נוזל דו-ממדי שבו מולקולות בודדות יכולות להסתובב בחופשיות ולנוע לרוחב. נזילות כזו היא תכונה חשובה של ממברנות, אשר נקבעת בהתאם לטמפרטורה ולהרכב השומנים. בשל מבנה הטבעת הפחמימנית, לכולסטרול תפקיד בקביעת נזילות הממברנות. החדירות הסלקטיבית של ממברנות ביולוגיות למולקולות קטנות מאפשרת לתא לשלוט ולשמור על המבנה הפנימי שלו.
בהתחשב במבנה התא (קרום התא, גרעין וכן הלאה), אנו יכולים להסיק ששהגוף הוא מערכת ויסות עצמית שלא יכולה להזיק לעצמה ללא עזרה מבחוץ ותמיד תחפש דרכים לשקם, להגן ולתפקד כראוי כל תא.
