תא החיידק הוא הארגון ידוע פשוט של אורגניזם חי. חיידקים הם אורגניזמים חד-תאיים שאין להם גרעין או אברון כלשהו המופרד מהתוכן הציטוזולי דרך קרום (כל החיידקים מסווגים בתחום הפרוקריוטי).
מחקרים מדעיים הראו שלמרות שתאי החיידק חסרים אברונים, יש להם ארגון, ויסות ודינמיקה פנימית מאוד מבוקרת ומדויקת. יש להם את כל המנגנונים הדרושים בכדי לשרוד את התנאים העוינים והמשתנים של הסביבה בה הם חיים.
תרשים כללי של חיידק וחלקיו (מקור: תמונת וקטור זו נוצרה לחלוטין על ידי עלי זיפן / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) באמצעות Wikimedia Commons)
יכולת הסתגלות כזו נועדה עבור המדענים כלי חשוב ומודל ביולוגי אידיאלי לחקר העקרונות הבסיסיים של הביולוגיה המולקולרית; ידע בסיסי בנושא שכפול DNA, תעתיק ותרגום הובן לראשונה בתאים חיידקיים לפני תאים אוקראוטיים.
כל תאי החיידק הם מיקרוסקופיים, כלומר לא ניתן לצפות בהם בעין בלתי מזוינת ללא שימוש במיקרוסקופ, המהווה יתרון גדול לחקר המיקרואורגניזמים הללו, מכיוון שניתן לתחזק אותם וללמוד אותם במרחב קטן ועם מעט משאבים תזונתיים. למיליוני תאים חיים.
נכון לעכשיו תא החיידקים הוא אחד הכלים הביוטכנולוגיים החשובים ביותר. מדענים מניפולציות על ה- DNA הכרומוזומלי הנוסף של חיידקים כדי לייצר באופן סינטטי כמעט כל חלבון בעל עניין אנושי.
מאפיינים כלליים של התא החיידקי
מבחינה מורפולוגית, תאים חיידקיים יכולים להיות משתנים מאוד, אך למרות זאת, כולם חולקים מאפיינים משותפים. לדוגמה:
- לכל תא חיידקי יש קיר תא שמקיף אותו והוא מורכב משילוב של פחמימות עם פפטידים המכונה "פפטידוגליקאן".
- תאים חיידקיים הם אורגניזמים חד-תאיים, כלומר כל תא הוא אורגניזם שלם שיכול לצמוח, להאכיל, להתרבות ולמות.
- החומר הגנטי של חיידקים "מפוזר" או מופץ בסבך גדול שקוע בציטוזול התא, באזור המכונה אזור הגרעין.
- לחיידקים רבים מבנים ייעודיים לתנועה, המכונים "flagellum", שנמצאים באזורים הרחוקים ביותר של גופם.
- מקובל למצוא תאים חיידקיים היוצרים מושבות או שומרים על קשר סימביוטי עם אורגניזמים אחרים ובנוסף, חיידקים רבים הם פתוגניים לבני אדם.
- מרבית החיידקים פחותים פי עשרה או 15 מגודלם של כל תא בעלי חיים (אוקריוטים), מכיוון שהם אינם חורגים מיחידה של מיקרון באורך.
- הם נמצאים בכל הסביבות הקיימות בביוספרה, מכיוון שיש מיקרואורגניזמים אלה המותאמים כמעט לכל מצב סביבתי.
מבנה התא החיידקי (חלקים)
מדענים רבים מחלקים את התא החיידקי לשלושה אזורים אנטומיים כדי להקל על המחקר. שלושת האזורים הנפוצים בכל סוג של תא חיידקי שנצפו הם:
- האזור החיצוני , המורכב ממבנים חוץ תאיים (סמלונים, שערות, ציציות, בין היתר)
- אזור כיסוי התא , המורכב מדופן התא והממברנה הציטופלסמית
- האזור הפנימי , שנוצר על ידי הציטוזול וכל המבנים התלויים בו.
בהתאם למין החיידקים הנחקר בכל אזור, נצפים מבנים וחלקים שונים מה"טיפוסיים "של תא חיידקי. עם זאת, הנפוצים ביותר לתא חיידקי כלשהו מוסברים ומסווגים לפי כל אזור בו הם נמצאים.
אזור חוץ תאי
- כמוסה : זהו משטח פולימר המכסה את כל דופן התא של חיידקים. זה מורכב מרפש וגליוקוקליקס, שבתורם מורכב ממולקולות פחמימות בשפע המחוברות לליפידים וחלבונים. הקפסולה ממלאת פונקציית הגנה חשובה לתא.
- סרט : זהו משטח, נוזל או מטריצה צמיגה בה שקועים תאי החיידק. הם נוצרים מפוליסכרידים הדומים בהרכבם לפוליסכרידים של הקפסולה ומשמשים בדרך כלל פונקציות להגנה ועקירה של תאים.
- פימבריה : הם סוג של תוספות נימה רבות מאוד שנמצאות צמודות לדופן התא של חיידקים. אלה משמשים לניידות והידבקותם של תאי חיידקים למשטח כלשהו. הם מורכבים מחלבון הידרופובי הנקרא פילין.
פימבריה של חיידקי אי קולי. יש לו כ -200. מקור: (תמונה: מנו פורו) / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)
- פילי מיני: חלק מהפימבריה (מעטים) משתנים ליצירת סוג של "צינור" המשמש את החיידקים להיצמדות (העברת חומר גנטי בין חיידקים שונים), שהוא סוג של "רבייה מינית". פְּרִימִיטִיבִי.
- סמלונים : הם חוטים ארוכים יותר מהפימבריה ומורכבים מחלבונים; יש להם מראה "זנב". הם ממלאים את פונקציית הנהיגה לתנועת התאים ומעוגנים לקרום התא. מאחד למאות סירות ניתן למצוא באותו תא חיידקי.
חיידקי Vibrio vulnificus עם סמלונים. CDC / ג'ניס הייני קאר / רשות הרבים
תרשים של סמל חיידקי (מקור: LadyofHats / רשות הרבים, באמצעות Wikimedia Commons)
אזור הכיסוי
כיסוי התא מורכב בדרך כלל מממברנה ציטופלסמית ושכבה פפטידוגליקנית המכונה "דופן התא". המעטפה מורכבת ממכלולי ליפידים, פחמימות וחלבונים. ההרכב הכימי של מעטפת הפפטידוגליקן משמש כסיווג כדי להבדיל בין שני סוגים של חיידקים.
חיידקים גראם וחיידקים גראם שליליים. חיידקים גראם חיוביים מאופיינים בכך שיש להם שכבה עבה של פפטידוגליקן, ללא קרום חיצוני המכסה אותה, ואילו לחיידקים גרם שליליים יש רק שכבה דקה של פפטידוגליקן עם קרום חיצוני מונח עליו.
- קרום ציטופלסמי : יש לו מבנה דומה לקרום התא של תאים אוקיארוטים. זהו דו שכבתי זרחן עם חלבונים נלווים (אינטגרלי או היקפי). עם זאת, הוא נבדל מהקרום של תאים אוקריוטיים בכך שהוא אינו מחזיק בסטרולים מסונתזים אנדוגניים.
הממברנה הציטופלסמית של תאים חיידקיים היא אחד המבנים החשובים ביותר, שכן היא נמצאת במקום בו מתרחשים היתוך תאים, הובלת אלקטרונים, הפרשת חלבונים, הובלת חומרים מזינים וביוסינתזה של שומנים וכו '.
אזור פנימי
- גנום : בניגוד לתאים אוקיארוטים, הגנום של תאים חיידקיים אינו מכיל גרעין ממברני. במקום זאת, הוא קיים כסבך של DNA הדחוס בצורה פחות או יותר מעגלית ומשויך לכמה חלבונים ו- RNA. הגנום הזה קטן בהרבה מהגנום האוקריוטי: גודלו כ -3 עד 5 מגהבייט ויוצר כרומוזום טופולוגי מעגלי יחיד.
- פלסמידות או מולקולות DNA חוץ-כרומוזומליות : מדובר במולקולות DNA מעגליות קטנות המסוגלות לשכפל ללא תלות ב- DNA התא הגנומי. באופן כללי, מוחלפות מולקולות DNA של פלסמיד במהלך ההצמדה, מכיוון שהמידע הדרוש לעמידות לאנטיביוטיקה ו / או רעלים מקודד באלה.
DNA חיידקי ופלסמידות. קובץ מקורי: משתמש: Spaully. תרגום: פיבונאצ'י. / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
- ריבוזומים : ריבוזומים משתתפים בתרגום של RNA שהועבר מרצף של גן המקודד חלבון. בכל תא חיידקי יש כ- 1500 ריבוזומים פעילים בפנים. יחידות המשנה של הריבוזום של התא החיידקי הן שנות ה -70, ה -30 וה -50, ואילו לתאים האוקריוטיים יש יחידות של שנות ה -60 וה -40.
מקובל כי אנטיביוטיקה תוקפת את ריבוזומיהם של חיידקים, חוסמת את התרגום של חלבונים וגורמת לליזה של תאים או למוות.
- אנדוספוריות : לחיידקים נבגים פנימיים הנמצאים במצב רדום ומשמשים להישרדות כאשר תנאי הסביבה קיצוניים. אנדוספורס יוצאים ממצבם הרדום כאשר קולטנים שונים על פני השטח מגלים כי התנאים שוב נוחים; זה יוצר תא חיידקים חדש ותפקודי לחלוטין.
Endospores ירוקים בתוך תאי חיידקים. CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)
- גרגירים או גופי הכלה : אלה מתפקדים כמעין שמורה לפחמימות, תרכובות פוספט ומולקולות אחרות. הרכבם משתנה בהתאם למין החיידקים והם נראים בקלות בציטופלזמה באמצעות מיקרוסקופים אופטיים.
הפניות
- Cabeen, MT, & Jacobs-Wagner, C. (2005). צורת תאי בקטריאלי. חוות דעת על טבע מיקרוביולוגיה, 3 (8), 601-610.
- קולמן, ג'יי.פי וסמית ', סי ג'יי (2007). מבנה והרכב של מיקרובים.
- גיטאי, ז '(2005). הביולוגיה החדשה של תאי החיידק: חלקים נעים ואדריכלות תת-תאית. תא, 120 (5), 577-586.
- Silhavy, TJ, Kahne, D., & Walker, S. (2010). מעטפת התא החיידקית. פרספקטיבות של קולד ספרינג הארבור בביולוגיה, 2 (5), a000414.
- Willey, JM, Sherwood, L., & Woolverton, CJ (2009). עקרונותיו של פרסקוט למיקרוביולוגיה. בוסטון (תואר שני): השכלה גבוהה מקגרוב-היל.