Organization at the Cellular Level el

Created Πέμπτη 26 Μαρτίου 2026

Εισαγωγή στη Μελέτη των Κυττάρων

Introduction to the Study of Cells | Boundless Anatomy and Physiology

Οργάνωση στο Κυτταρικό Επίπεδο

Τα Κύτταρα ως Βασική Μονάδα της Ζωής

Το κύτταρο είναι η μικρότερη μονάδα ενός ζωντανού οργανισμού και αποτελεί το βασικό δομικό στοιχείο όλων των οργανισμών.

Στόχοι Μάθησης

Να αναφερθούν τα γενικά χαρακτηριστικά ενός κυττάρου

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Ένας ζωντανός οργανισμός μπορεί να αποτελείται είτε από ένα κύτταρο είτε από πολλά κύτταρα.
  • Υπάρχουν δύο ευρείες κατηγορίες κυττάρων: τα προκαρυωτικά και τα ευκαρυωτικά κύτταρα.
  • Τα κύτταρα μπορούν να είναι πολύ εξειδικευμένα με συγκεκριμένες λειτουργίες και χαρακτηριστικά.
Βασικοί Όροι
  • προκαρυωτικό: Μικρά κύτταρα στους τομείς Βακτήρια και Αρχαία που δεν περιέχουν πυρήνα ή άλλα οργανίδια περικλειόμενα από μεμβράνη.
  • ευκαρυωτικό: Κύτταρα με σύνθετη δομή, όπου το γενετικό υλικό περιέχεται μέσα σε πυρήνες περικλειόμενους από μεμβράνη.
  • κύτταρο: Η βασική μονάδα ενός ζωντανού οργανισμού, που αποτελείται από ποσότητα πρωτοπλάσματος περιβαλλόμενη από κυτταρική μεμβράνη, ικανή να συνθέτει πρωτεΐνες και να αναπαράγει τον εαυτό της.

Κλείστε τα μάτια σας και φανταστείτε έναν τοίχο από τούβλα. Ποιο είναι το βασικό δομικό στοιχείο αυτού του τοίχου; Ένα μόνο τούβλο, φυσικά. Όπως ένας τοίχος από τούβλα, έτσι και το σώμα σας αποτελείται από βασικά δομικά στοιχεία, και τα βασικά δομικά στοιχεία του σώματός σας είναι τα κύτταρα.

Τα Κύτταρα ως Δομικά Στοιχεία

Το κύτταρο είναι η μικρότερη μονάδα ενός ζωντανού οργανισμού. Ένας ζωντανός οργανισμός, είτε αποτελείται από ένα κύτταρο (όπως τα βακτήρια) είτε από πολλά κύτταρα (όπως ο άνθρωπος), ονομάζεται οργανισμός. Έτσι, τα κύτταρα είναι τα βασικά δομικά στοιχεία όλων των οργανισμών. Πολλά κύτταρα ενός είδους που συνδέονται μεταξύ τους και εκτελούν μια κοινή λειτουργία σχηματίζουν τους ιστούς· πολλοί ιστοί συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα όργανο (όπως το στομάχι, η καρδιά ή ο εγκέφαλός σας)· και πολλά όργανα αποτελούν ένα οργανικό σύστημα (όπως το πεπτικό, το κυκλοφορικό ή το νευρικό σύστημα). Πολλά συστήματα που λειτουργούν από κοινού σχηματίζουν έναν οργανισμό (όπως ο άνθρωπος). Υπάρχουν πολλοί τύποι κυττάρων, οι οποίοι κατατάσσονται σε δύο βασικές κατηγορίες: προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά. Για παράδειγμα, τόσο τα ζωικά όσο και τα φυτικά κύτταρα κατατάσσονται στα ευκαρυωτικά, ενώ τα βακτηριακά κύτταρα είναι προκαρυωτικά.

Τύποι Εξειδικευμένων Κυττάρων

Το σώμα σας διαθέτει πολλούς τύπους κυττάρων, καθένα από τα οποία είναι εξειδικευμένο για έναν συγκεκριμένο σκοπό. Όπως ένα σπίτι αποτελείται από διάφορα υλικά κατασκευής, έτσι και το ανθρώπινο σώμα κατασκευάζεται από πολλούς τύπους κυττάρων. Για παράδειγμα, τα επιθηλιακά κύτταρα προστατεύουν την επιφάνεια του σώματος και καλύπτουν τα όργανα και τις κοιλότητες του σώματος. Τα οστικά κύτταρα βοηθούν στη στήριξη και προστασία του σώματος. Τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος μάχονται τα εισβολικά βακτήρια. Επιπλέον, το αίμα και τα αιμοσφαίρια μεταφέρουν θρεπτικά συστατικά και οξυγόνο σε όλο το σώμα, ενώ απομακρύνουν το διοξείδιο του άνθρακα. Κάθε τύπος κυττάρου παίζει ζωτικό ρόλο κατά την ανάπτυξη, την εξέλιξη και τη συντήρηση του σώματος σε καθημερινή βάση. Παρά την τεράστια ποικιλία τους, όμως, τα κύτταρα όλων των οργανισμών—ακόμα και οργανισμών τόσο διαφορετικών όσο τα βακτήρια, το κρεμμύδι και ο άνθρωπος—μοιράζονται ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά.

Διάφοροι Τύποι Κυττάρων: (α) Κύτταρα ρινικών κοιλοτήτων (παρατηρημένα με οπτικό μικροσκόπιο), (β) κύτταρα κρεμμυδιού (παρατηρημένα με οπτικό μικροσκόπιο) και (γ) βακτηριακά κύτταρα Vibrio tasmaniensis (παρατηρημένα με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης) προέρχονται από πολύ διαφορετικούς οργανισμούς, αλλά όλα μοιράζονται ορισμένα χαρακτηριστικά της βασικής κυτταρικής δομής.

Άδειες και Αναφορές

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Κυτταρικές Μεμβράνες και το Υγρό Μωσαϊκό Μοντέλο

Cell Membranes and the Fluid Mosaic Model | Boundless Anatomy and Physiology

Οργάνωση στο Κυτταρικό Επίπεδο

Συστατικά των Πλασματικών Μεμβρανών

Η πλασματική μεμβράνη προστατεύει το κύτταρο από το εξωτερικό του περιβάλλον, μεσολαβεί στις κυτταρικές μεταφορές και μεταδίδει κυτταρικά σήματα.

Στόχοι Μάθησης

Να περιγραφεί η λειτουργία και τα συστατικά της πλασματικής μεμβράνης

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Τα κύρια συστατικά της πλασματικής μεμβράνης είναι λιπίδια (φωσφολιπίδια και χοληστερόλη), πρωτεΐνες και υδατάνθρακες.
  • Η πλασματική μεμβράνη προστατεύει τα ενδοκυτταρικά στοιχεία από το εξωκυτταρικό περιβάλλον.
  • Η πλασματική μεμβράνη μεσολαβεί σε κυτταρικές διεργασίες ρυθμίζοντας τα υλικά που εισέρχονται και εξέρχονται από το κύτταρο.
  • Η πλασματική μεμβράνη φέρει δείκτες που επιτρέπουν στα κύτταρα να αναγνωρίζουν το ένα το άλλο και μπορεί να μεταδίδει σήματα σε άλλα κύτταρα μέσω υποδοχέων.
Βασικοί Όροι
  • πλασματική μεμβράνη: Η ημιδιαπερατή φραγή που περιβάλλει το κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου.
  • υποδοχέας: Μια πρωτεΐνη στην κυτταρική μεμβράνη που δεσμεύεται με συγκεκριμένα μόρια ώστε να μπορούν να εισαχθούν στο κύτταρο.

Δομή των Πλασματικών Μεμβρανών

Η πλασματική μεμβράνη (γνωστή και ως κυτταρική μεμβράνη ή κυτταροπλασματική μεμβράνη) είναι μια βιολογική μεμβράνη που διαχωρίζει το εσωτερικό ενός κυττάρου από το εξωτερικό του περιβάλλον.

Η κύρια λειτουργία της πλασματικής μεμβράνης είναι η προστασία του κυττάρου από το περιβάλλον του. Αποτελούμενη από διπλό στρώμα φωσφολιπιδίων με ενσωματωμένες πρωτεΐνες, η πλασματική μεμβράνη είναι επιλεκτικά διαπερατή σε ιόντα και οργανικά μόρια και ρυθμίζει την κίνηση των ουσιών μέσα και έξω από τα κύτταρα. Οι πλασματικές μεμβράνες πρέπει να είναι πολύ ευέλικτες ώστε να επιτρέπουν σε ορισμένα κύτταρα, όπως τα ερυθρά και λευκά αιμοσφαίρια, να αλλάζουν σχήμα καθώς περνούν μέσα από στενά τριχοειδή αγγεία.

Η πλασματική μεμβράνη επίσης παίζει ρόλο στην σύνδεση του κυτταροσκελετού για να παρέχει σχήμα στο κύτταρο και στη σύνδεση με το εξωκυτταρικό στρώμα και άλλα κύτταρα ώστε να συγκροτούνται οι ιστοί. Η μεμβράνη διατηρεί επίσης το κυτταρικό δυναμικό.

Εν συντομία, αν το κύτταρο παριστάνεται ως ένα κάστρο, η πλασματική μεμβράνη είναι ο τοίχος που παρέχει δομή στα κτίρια εντός του κάστρου, ρυθμίζει ποιοι εισέρχονται και εξέρχονται και μεταφέρει μηνύματα προς και από γειτονικά κάστρα. Όπως μια τρύπα στον τοίχο μπορεί να είναι καταστροφική για το κάστρο, έτσι και μια ρήξη στην πλασματική μεμβράνη προκαλεί λύση και θάνατο του κυττάρου.

Η πλασματική μεμβράνη: Η πλασματική μεμβράνη αποτελείται από φωσφολιπίδια και πρωτεΐνες που παρέχουν φραγή μεταξύ του εξωτερικού περιβάλλοντος και του κυττάρου, ρυθμίζουν τη μεταφορά μορίων διαμέσου της μεμβράνης και επικοινωνούν με άλλα κύτταρα μέσω πρωτεϊνικών υποδοχέων.

Η Πλασματική Μεμβράνη και η Κυτταρική Μεταφορά

Η κίνηση μιας ουσίας διαμέσου της επιλεκτικά διαπερατής πλασματικής μεμβράνης μπορεί να είναι είτε «παθητική»—δηλαδή να συμβαίνει χωρίς κατανάλωση ενέργειας από το κύτταρο—είτε «ενεργητική»—δηλαδή η μεταφορά της να απαιτεί κατανάλωση ενέργειας από το κύτταρο.

Το κύτταρο χρησιμοποιεί διάφορους μηχανισμούς μεταφοράς που εμπλέκουν βιολογικές μεμβράνες:

  1. Παθητική ώσμωση και διάχυση: μεταφέρει αέρια (όπως O_2 και CO_2) και άλλα μικρά μόρια και ιόντα
  2. Διαμεμβρανικοί πρωτεϊνικοί πόροι και μεταφορείς: μεταφέρουν μικρά οργανικά μόρια όπως σάκχαρα ή αμινοξέα
  3. Ενδοκύττωση: μεταφέρει μεγάλα μόρια (ή ακόμη και ολόκληρα κύτταρα) με κατάποσή τους
  4. Εξωκύττωση: απομακρύνει ή εκκρίνει ουσίες όπως ορμόνες ή ένζυμα

Η Πλασματική Μεμβράνη και η Κυτταρική Σηματοδότηση

Μία από τις πιο σύνθετες λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης είναι η ικανότητά της να μεταδίδει σήματα μέσω πολύπλοκων πρωτεϊνών. Αυτές οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι υποδοχείς, που λειτουργούν ως δέκτες εξωκυτταρικών ερεθισμάτων και ως ενεργοποιητές ενδοκυτταρικών διαδικασιών, ή δείκτες, που επιτρέπουν στα κύτταρα να αναγνωρίζουν το ένα το άλλο.

Οι υποδοχείς της μεμβράνης παρέχουν εξωκυτταρικούς χώρους πρόσδεσης για κύτταρα τελεστές (effectors) όπως οι ορμόνες και οι αυξητικοί παράγοντες, οι οποίοι στη συνέχεια προκαλούν ενδοκυτταρικές αντιδράσεις. Ορισμένοι ιοί, όπως ο Ιός Ανθρώπινης Ανοσοανεπάρκειας (HIV), μπορούν να εκμεταλλευτούν αυτούς τους υποδοχείς για να εισέλθουν στα κύτταρα, προκαλώντας λοιμώξεις.

Οι δείκτες της μεμβράνης επιτρέπουν στα κύτταρα να αναγνωρίζουν το ένα το άλλο, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας για τις κυτταρικές διαδικασίες σηματοδότησης που επηρεάζουν το σχηματισμό ιστών και οργάνων κατά την πρώιμη ανάπτυξη. Αυτή η λειτουργία σηματοδότησης παίζει επίσης μεταγενέστερο ρόλο στη διάκριση «εαυτού» έναντι «μη εαυτού» στην ανοσολογική απόκριση. Οι πρωτεΐνες δεικτών στα ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια, για παράδειγμα, καθορίζουν τον αιματολογικό τύπο (A, B, AB ή O).

Το Υγρό Μωσαϊκό Μοντέλο

Το μοντέλο του υγρού μωσαϊκού περιγράφει τη δομή της πλασματικής μεμβράνης ως μωσαϊκό από φωσφολιπίδια, χοληστερόλη, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες.

Στόχοι Μάθησης

Να περιγραφεί το μοντέλο του υγρού μωσαϊκού των κυτταρικών μεμβρανών

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Το κύριο «ύφασμα» της μεμβράνης αποτελείται από αμφιφιλικά μόρια φωσφολιπιδίων.
  • Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες, το δεύτερο σημαντικό συστατικό της πλασματικής μεμβράνης, ενσωματώνονται πλήρως στη δομή της μεμβράνης με τις υδρόφοβες περιοχές τους να αλληλεπιδρούν με την υδρόφοβη περιοχή του διπλού στρώματος φωσφολιπιδίων.
  • Οι υδατάνθρακες, το τρίτο σημαντικό συστατικό της πλασματικής μεμβράνης, βρίσκονται πάντα στην εξωτερική επιφάνεια των κυττάρων, όπου συνδέονται είτε με πρωτεΐνες (σχηματίζοντας γλυκοπρωτεΐνες) είτε με λιπίδια (σχηματίζοντας γλυκολιπίδια).
Βασικοί Όροι
  • αμφιφιλικό: Έχει μία επιφάνεια αποτελούμενη από υδρόφιλες αμινοξικές ομάδες και την αντίθετη επιφάνεια από υδρόφοβες (ή λιποφιλικές) ομάδες.
  • υδρόφιλο: Με έλξη προς το νερό· ικανό να απορροφά ή να υγραίνεται από νερό, «αγαπά το νερό».
  • υδρόφοβο: Χωρίς έλξη προς το νερό· αδυνατεί να απορροφηθεί ή να υγρανθεί από νερό, «φοβάται το νερό».

Το μοντέλο του υγρού μωσαϊκού προτάθηκε για πρώτη φορά από τους S.J. Singer και Garth L. Nicolson το 1972 για να εξηγήσει τη δομή της πλασματικής μεμβράνης. Το μοντέλο έχει εξελιχθεί κάπως με τον χρόνο, αλλά εξακολουθεί να περιγράφει καλύτερα τη δομή και τις λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης όπως τις κατανοούμε σήμερα. Το μοντέλο του υγρού μωσαϊκού περιγράφει τη δομή της πλασματικής μεμβράνης ως μωσαϊκό συστατικών —συμπεριλαμβανομένων φωσφολιπιδίων, χοληστερόλης, πρωτεϊνών και υδατανθράκων—που δίνει στη μεμβράνη υγροειδή χαρακτήρα. Οι πλασματικές μεμβράνες έχουν πάχος από 5 έως 10 nm. Για σύγκριση, τα ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια, ορατά με οπτικό μικροσκόπιο, έχουν πλάτος περίπου 8 µm, δηλαδή περίπου 1.000 φορές μεγαλύτερο από μια πλασματική μεμβράνη. Οι αναλογίες πρωτεϊνών, λιπιδίων και υδατανθράκων στην πλασματική μεμβράνη διαφέρουν ανά τύπο κυττάρου. Για παράδειγμα, η μυελίνη περιέχει 18% πρωτεΐνη και 76% λιπίδιο. Η εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων περιέχει 76% πρωτεΐνη και 24% λιπίδιο.

Συστατικά της Πλασματικής Μεμβράνης
Συστατικό Θέση
Φωσφολιπίδιο Κύριο «ύφασμα» της μεμβράνης
Χοληστερόλη Προσδεμένη μεταξύ φωσφολιπιδίων και μεταξύ των δύο στρωμάτων φωσφολιπιδίων
Ενσωματωμένες πρωτεΐνες (π.χ. ενσωματίνες/ιντεγκρίνες) Ενσωματωμένες μέσα στο στρώμα των φωσφολιπιδίων. Μπορεί να διαπερνούν ή όχι και τα δύο στρώματα
Περιφερειακές πρωτεΐνες Στην εσωτερική ή εξωτερική επιφάνεια του διπλού στρώματος φωσφολιπιδίων· δεν είναι ενσωματωμένες
Υδατάνθρακες (συστατικά γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων) Γενικά προσδεμένοι στην εξωτερική πλευρά της μεμβράνης

Τα κύρια συστατικά μιας πλασματικής μεμβράνης είναι λιπίδια (φωσφολιπίδια και χοληστερόλη), πρωτεΐνες και υδατάνθρακες που προσδένονται σε ορισμένα λιπίδια και ορισμένες πρωτεΐνες.

Το μοντέλο του υγρού μωσαϊκού της πλασματικής μεμβράνης: Το μοντέλο περιγράφει την πλασματική μεμβράνη ως υγρό συνδυασμό φωσφολιπιδίων, χοληστερόλης και πρωτεϊνών. Οι υδατάνθρακες που συνδέονται με λιπίδια (γλυκολιπίδια) και με πρωτεΐνες (γλυκοπρωτεΐνες) εκτείνονται από την εξωτερικά προσανατολισμένη επιφάνεια της μεμβράνης.

Το κύριο «ύφασμα» της μεμβράνης αποτελείται από αμφιφιλικά μόρια φωσφολιπιδίων. Οι υδρόφιλες περιοχές αυτών των μορίων έρχονται σε επαφή με το υδατικό υγρό τόσο εντός όσο και εκτός του κυττάρου. Τα υδρόφοβα μόρια τείνουν να είναι μη πολικά.

Ένα μόριο φωσφολιπιδίου αποτελείται από ένα τριών άνθρακα σκελετό γλυκερόλης με δύο μόρια λιπαρών οξέων προσδεμένα στους άνθρακες 1 και 2, και μια φωσφορική ομάδα προσδεμένη στον τρίτο άνθρακα. Αυτή η διάταξη δίνει στο συνολικό μόριο μια περιοχή που ονομάζεται κεφαλή (η φωσφορική ομάδα), η οποία έχει πολικό χαρακτήρα ή αρνητικό φορτίο, και μια περιοχή που ονομάζεται ουρά (τα λιπαρά οξέα), η οποία δεν φέρει φορτίο. Οι ουρές αυτές αλληλεπιδρούν με άλλα μη πολικά μόρια σε χημικές αντιδράσεις, αλλά γενικά δεν αλληλεπιδρούν με πολικά μόρια. Όταν τοποθετούνται στο νερό, τα υδρόφοβα μόρια τείνουν να σχηματίζουν σφαίρα ή συσσωμάτωμα.

Οι υδρόφιλες περιοχές των φωσφολιπιδίων τείνουν να σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου με το νερό και άλλα πολικά μόρια τόσο στην εξωτερική όσο και στην εσωτερική πλευρά του κυττάρου. Έτσι, οι επιφάνειες της μεμβράνης που βλέπουν προς το εσωτερικό και το εξωτερικό του κυττάρου είναι υδρόφιλες, ενώ το μέσο της κυτταρικής μεμβράνης είναι υδρόφοβο και δεν αλληλεπιδρά με το νερό. Για αυτόν τον λόγο, τα φωσφολιπίδια σχηματίζουν μια εξαιρετική διπλοστιβάδα λιπιδίων που διαχωρίζει το υγρό εντός του κυττάρου από το υγρό εκτός αυτού.

Συσσώρευση φωσφολιπιδίων: Σε υδατικό διάλυμα, τα φωσφολιπίδια τείνουν να διατάσσονται με τις πολικές κεφαλές προς τα έξω και τις υδρόφοβες ουρές προς τα μέσα.

Δομή μορίου φωσφολιπιδίου: Αυτό το μόριο αποτελείται από υδρόφιλη κεφαλή και δύο υδρόφοβες ουρές. Η υδρόφιλη κεφαλή αποτελείται από φωσφορική ομάδα προσδεμένη σε μόριο γλυκερόλης. Οι υδρόφοβες ουρές, η καθεμία με ένα κορεσμένο ή ακόρεστο λιπαρό οξύ, είναι μακριές αλυσίδες υδρογονανθράκων.

Οι πρωτεΐνες αποτελούν το δεύτερο σημαντικό συστατικό των πλασματικών μεμβρανών. Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες (μερικοί ειδικοί τύποι ονομάζονται ενσωματίνες/ιντεγκρίνες) είναι, όπως υποδηλώνει το όνομά τους, πλήρως ενσωματωμένες στη δομή της μεμβράνης, και οι υδρόφοβες περιοχές τους αλληλεπιδρούν με τις υδρόφοβες ουρές του διπλού στρώματος φωσφολιπιδίων. Οι απλές διαπεραστικές ενσωματωμένες πρωτεΐνες συνήθως έχουν μια υδρόφοβη διαμεμβρανική περιοχή που αποτελείται από 20–25 αμινοξέα. Ορισμένες διαπερνούν μόνο μέρος της μεμβράνης —συνδέονται με ένα μόνο στρώμα— ενώ άλλες εκτείνονται από τη μία πλευρά της μεμβράνης στην άλλη και εμφανίζονται και στις δύο πλευρές. Ορισμένες σύνθετες πρωτεΐνες αποτελούνται από έως και 12 τμήματα ενός μόνο πρωτεϊνικού μορίου, τα οποία είναι εκτενώς διπλωμένα και ενσωματωμένα στη μεμβράνη. Αυτός ο τύπος πρωτεΐνης έχει μια ή περισσότερες υδρόφιλες περιοχές και μία ή περισσότερες ήπια υδρόφοβες περιοχές. Αυτή η διάταξη τείνει να προσανατολίζει την πρωτεΐνη παράλληλα με τα φωσφολιπίδια, με τις υδρόφοβες περιοχές της πρωτεΐνης να βρίσκονται δίπλα στις ουρές των φωσφολιπιδίων και τις υδρόφιλες περιοχές να προεξέχουν από τη μεμβράνη σε επαφή με το κυτταρόπλασμα ή το εξωκυτταρικό υγρό.

Δομή ενσωματωμένων πρωτεϊνών μεμβράνης: Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης μπορεί να έχουν μία ή περισσότερες άλφα-έλικες που διαπερνούν τη μεμβράνη (παραδείγματα 1 και 2), ή βήτα-πτυχωτά φύλλα που διαπερνούν τη μεμβράνη (παράδειγμα 3).

Οι υδατάνθρακες αποτελούν το τρίτο σημαντικό συστατικό της πλασματικής μεμβράνης. Βρίσκονται πάντα στην εξωτερική επιφάνεια των κυττάρων και συνδέονται είτε με πρωτεΐνες (σχηματίζοντας γλυκοπρωτεΐνες) είτε με λιπίδια (σχηματίζοντας γλυκολιπίδια). Οι αλυσίδες υδατανθράκων μπορεί να αποτελούνται από 2–60 μονοσακχαριδικές μονάδες και να είναι είτε ευθείες είτε διακλαδισμένες. Μαζί με τις περιφερειακές πρωτεΐνες, οι υδατάνθρακες σχηματίζουν ειδικούς χώρους στην επιφάνεια του κυττάρου που επιτρέπουν στα κύτταρα να αναγνωρίζουν το ένα το άλλο. Αυτή η λειτουργία αναγνώρισης είναι πολύ σημαντική, καθώς επιτρέπει στο ανοσοποιητικό σύστημα να διακρίνει τα κύτταρα του σώματος (“self”) από ξένα κύτταρα ή ιστούς (“non-self”). Παρόμοιοι τύποι γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων βρίσκονται στις επιφάνειες των ιών και μπορούν να αλλάζουν συχνά, εμποδίζοντας τα ανοσοκύτταρα να τους αναγνωρίσουν και να τους επιτεθούν.

Αυτοί οι υδατάνθρακες στην εξωτερική επιφάνεια του κυττάρου —τα συστατικά υδατανθράκων τόσο των γλυκοπρωτεϊνών όσο και των γλυκολιπιδίων— αναφέρονται συλλογικά ως γλυκοκάλυκας (“sugar coating”). Ο γλυκοκάλυκας είναι πολύ υδρόφιλος και προσελκύει μεγάλες ποσότητες νερού στην επιφάνεια του κυττάρου. Αυτό βοηθά στην αλληλεπίδραση του κυττάρου με το υδάτινο περιβάλλον του και στην ικανότητα του κυττάρου να απορροφά ουσίες διαλυμένες στο νερό.

Ρευστότητα της Μεμβράνης

Η μωσαϊκή φύση της μεμβράνης, η χημεία των φωσφολιπιδίων και η παρουσία της χοληστερόλης συμβάλλουν στη ρευστότητα της μεμβράνης.

Μαθησιακοί Στόχοι

Εξηγήστε τη λειτουργία της ρευστότητας της μεμβράνης στη δομή των κυττάρων.

Σημαντικά Σημεία

  • Η μεμβράνη είναι ρευστή αλλά και σχετικά στιβαρή και μπορεί να διαρραγεί εάν διαπεραστεί ή αν ένα κύτταρο προσλάβει υπερβολικό νερό.
  • Η μωσαϊκή φύση της πλασματικής μεμβράνης επιτρέπει σε μια πολύ λεπτή βελόνα να τη διαπεράσει εύκολα χωρίς να προκαλέσει ρήξη και επιτρέπει στη μεμβράνη να αυτοσφραγιστεί όταν η βελόνα αφαιρεθεί.
  • Αν τα κορεσμένα λιπαρά οξέα συμπιεστούν λόγω χαμηλών θερμοκρασιών, πιέζονται μεταξύ τους, καθιστώντας τη μεμβράνη πυκνή και σχετικά στιβαρή.
  • Αν τα ακόρεστα λιπαρά οξέα συμπιεστούν, οι “καμπές” στις ουρές τους ωθούν τα γειτονικά φωσφολιπίδια, βοηθώντας στη διατήρηση της ρευστότητας της μεμβράνης.
  • Ο λόγος κορεσμένων προς ακόρεστα λιπαρά οξέα καθορίζει τη ρευστότητα της μεμβράνης σε χαμηλές θερμοκρασίες.
  • Η χοληστερόλη λειτουργεί ως ρυθμιστής (buffer), εμποδίζοντας τις χαμηλές θερμοκρασίες να μειώσουν τη ρευστότητα και τις υψηλές θερμοκρασίες να την αυξήσουν υπερβολικά.

Όροι

  • φωσφολιπίδιο: Οποιοδήποτε λιπίδιο που αποτελείται από διγλυκερίδιο συνδεδεμένο με φωσφορική ομάδα και ένα απλό οργανικό μόριο, όπως χολίνη ή αιθανολαμίνη. Αποτελούν σημαντικά συστατικά των βιολογικών μεμβρανών.
  • ρευστότητα: Μέτρο του πόσο ρευστό είναι κάτι. Είναι αντίστροφο του ιξώδους.

Ρευστότητα της Μεμβράνης

Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που συμβάλλουν στη ρευστότητα της μεμβράνης. Πρώτον, η μωσαϊκή χαρακτηριστική φύση της μεμβράνης βοηθά την πλασματική μεμβράνη να παραμένει ρευστή. Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες και τα λιπίδια υπάρχουν στη μεμβράνη ως ξεχωριστά αλλά χαλαρά συνδεδεμένα μόρια. Η μεμβράνη δεν είναι σαν ένα μπαλόνι που μπορεί να διαστέλλεται και να συστέλλεται· είναι σχετικά στιβαρή και μπορεί να σπάσει αν διαπεραστεί ή αν το κύτταρο προσλάβει πολύ νερό. Ωστόσο, λόγω της μωσαϊκής φύσης της, μια πολύ λεπτή βελόνα μπορεί να διαπεράσει εύκολα την πλασματική μεμβράνη χωρίς να της προκαλέσει ρήξη· η μεμβράνη ρέει και αυτοσφραγίζεται όταν η βελόνα αφαιρεθεί.

Ρευστότητα Μεμβράνης: Η πλασματική μεμβράνη αποτελεί ρευστό συνδυασμό φωσφολιπιδίων, χοληστερόλης και πρωτεϊνών. Οι υδατάνθρακες που προσδένονται σε λιπίδια (γλυκολιπίδια) και σε πρωτεΐνες (γλυκοπρωτεΐνες) προεξέχουν από την εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης.

Ο δεύτερος παράγοντας που οδηγεί στη ρευστότητα είναι η φύση των φωσφολιπιδίων. Στην κορεσμένη μορφή, τα λιπαρά οξέα στις ουρές των φωσφολιπιδίων είναι κορεσμένα με δεσμευμένα άτομα υδρογόνου· δεν υπάρχουν διπλοί δεσμοί μεταξύ γειτονικών ατόμων άνθρακα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα οι ουρές να είναι σχετικά ευθείες. Αντίθετα, τα ακόρεστα λιπαρά οξέα δεν περιέχουν τον μέγιστο αριθμό ατόμων υδρογόνου και περιέχουν ορισμένους διπλούς δεσμούς μεταξύ γειτονικών ατόμων άνθρακα· ένας διπλός δεσμός προκαλεί κάμψη περίπου 30 μοιρών στην αλυσίδα άνθρακα. Έτσι, αν τα κορεσμένα λιπαρά οξέα, με τις ευθείες ουρές τους, συμπιεστούν λόγω χαμηλών θερμοκρασιών, πιέζονται μεταξύ τους, δημιουργώντας πυκνή και σχετικά στιβαρή μεμβράνη. Αν τα ακόρεστα λιπαρά οξέα συμπιεστούν, οι “καμπές” στις ουρές τους ωθούν τα γειτονικά φωσφολιπίδια, διατηρώντας κάποιο χώρο μεταξύ τους. Αυτή η “απόσταση” βοηθά στη διατήρηση της ρευστότητας της μεμβράνης σε θερμοκρασίες όπου οι μεμβράνες με ουρές κορεσμένων λιπαρών οξέων θα “πάγωναν” ή θα στερεοποιούνταν. Η σχετική ρευστότητα της μεμβράνης είναι ιδιαίτερα σημαντική σε ψυχρά περιβάλλοντα. Ένα ψυχρό περιβάλλον τείνει να συμπιέζει τις μεμβράνες που αποτελούνται κυρίως από κορεσμένα λιπαρά οξέα, καθιστώντας τις λιγότερο ρευστές και πιο ευαίσθητες σε ρήξη. Πολλοί οργανισμοί (π.χ. τα ψάρια) μπορούν να προσαρμοστούν σε ψυχρά περιβάλλοντα αλλάζοντας την αναλογία των ακόρεστων λιπαρών οξέων στις μεμβράνες τους σε απάντηση στη μείωση της θερμοκρασίας.

Στα ζώα, ο τρίτος παράγοντας που διατηρεί τη μεμβράνη ρευστή είναι η χοληστερόλη. Τοποθετείται δίπλα στα φωσφολιπίδια στη μεμβράνη και μειώνει τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας στη μεμβράνη. Έτσι, η χοληστερόλη λειτουργεί ως ρυθμιστής (buffer), εμποδίζοντας τις χαμηλές θερμοκρασίες να μειώσουν τη ρευστότητα και τις υψηλές να την αυξήσουν υπερβολικά. Η χοληστερόλη επεκτείνει το εύρος θερμοκρασιών στο οποίο η μεμβράνη παραμένει κατάλληλα ρευστή και, ως εκ τούτου, λειτουργική. Επίσης, η χοληστερόλη εξυπηρετεί άλλες λειτουργίες, όπως η οργάνωση συστοιχιών διαμεμβρανικών πρωτεϊνών σε λιπιδικές σχεδίες (rafts).

Άδειες και Αναφορές

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Μεταφορά Μέσω Μεμβρανών

Transport Across Membranes | Boundless Anatomy and Physiology

Οργάνωση σε Κυτταρικό Επίπεδο

Διάχυση

Η διάχυση είναι μια διαδικασία παθητικής μεταφοράς, στην οποία τα μόρια κινούνται από περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης.

Μαθησιακοί Στόχοι

Περιγράψτε τη διάχυση και τους παράγοντες που επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο τα υλικά μετακινούνται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης.

Σημαντικά Σημεία

  • Οι ουσίες διαχέονται σύμφωνα με τη βαθμίδα συγκέντρωσής τους· μέσα σε ένα σύστημα, διαφορετικές ουσίες στο μέσο θα διαχέονται με διαφορετικούς ρυθμούς ανάλογα με τις ατομικές τους βαθμίδες.
  • Αφού μια ουσία έχει διαχυθεί πλήρως σε έναν χώρο, εξαλείφοντας τη βαθμίδα συγκέντρωσής της, τα μόρια θα συνεχίσουν να κινούνται στον χώρο, αλλά δεν θα υπάρχει καθαρή μετακίνηση μορίων από τη μια περιοχή στην άλλη – κατάσταση γνωστή ως δυναμική ισορροπία.
  • Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τον ρυθμό διάχυσης ενός διαλύματος, συμπεριλαμβανομένης της μάζας του διαλύματος, της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος, της πυκνότητας του διαλύτη και της απόστασης που διανύει.

Όροι

  • διάχυση: Η παθητική κίνηση ενός διαλύματος μέσω μιας διαπερατής μεμβράνης.
  • βαθμίδα συγκέντρωσης: Υφίσταται όταν μια μεμβράνη διαχωρίζει δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις μορίων.

Παραδείγματα

Όταν κάποιος μαγειρεύει σε μια κουζίνα, η μυρωδιά αρχίζει να διαχέεται μέσα στο σπίτι, και τελικά όλοι καταλαβαίνουν τι υπάρχει για δείπνο! Αυτό οφείλεται στη διάχυση των μορίων οσμής μέσω του αέρα, από περιοχή υψηλής συγκέντρωσης (την κουζίνα) προς περιοχές χαμηλής συγκέντρωσης (το υπνοδωμάτιο πάνω).

Η διάχυση είναι μια παθητική διαδικασία μεταφοράς. Μια ουσία τείνει να κινείται από περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης μέχρι η συγκέντρωση να εξισορροπηθεί σε όλο τον χώρο. Είστε εξοικειωμένοι με τη διάχυση ουσιών μέσω του αέρα. Για παράδειγμα, σκεφτείτε κάποιον που ανοίγει ένα μπουκάλι αμμωνίας σε ένα δωμάτιο γεμάτο ανθρώπους. Το αέριο αμμωνίας έχει τη μέγιστη συγκέντρωσή του στο μπουκάλι· η χαμηλότερη συγκέντρωση βρίσκεται στις άκρες του δωματίου. Ο ατμός αμμωνίας θα διαχυθεί από το μπουκάλι· σταδιακά, περισσότεροι άνθρωποι θα μυρίσουν την αμμωνία καθώς αυτή εξαπλώνεται. Τα υλικά μετακινούνται μέσα στο κυτταρόπλασμα μέσω διάχυσης, και ορισμένα υλικά περνούν μέσω της πλασματικής μεμβράνης με διάχυση. Η διάχυση δεν καταναλώνει ενέργεια· αντιθέτως, οι βαθμίδες συγκέντρωσης αποτελούν μορφή δυναμικής ενέργειας, η οποία εκλύεται καθώς εξισορροπείται η βαθμίδα.

Διάχυση: Η διάχυση μέσω μιας διαπερατής μεμβράνης μετακινεί μια ουσία από περιοχή υψηλής συγκέντρωσης (εξωκυττάριο υγρό, σε αυτή την περίπτωση) προς τα κάτω στη βαθμίδα συγκέντρωσής της (προς το κυτταρόπλασμα).

Κάθε ξεχωριστή ουσία σε ένα μέσο, όπως το εξωκυττάριο υγρό, έχει τη δική της βαθμίδα συγκέντρωσης, ανεξάρτητη από τις βαθμίδες συγκέντρωσης άλλων υλικών. Επιπλέον, κάθε ουσία θα διαχέεται σύμφωνα με αυτή τη βαθμίδα. Μέσα σε ένα σύστημα, υπάρχουν διαφορετικοί ρυθμοί διάχυσης για τις διαφορετικές ουσίες στο μέσο.

Παράγοντες που Επηρεάζουν τη Διάχυση

Τα μόρια κινούνται συνεχώς με τυχαίο τρόπο, με ρυθμό που εξαρτάται από τη μάζα τους, το περιβάλλον και την θερμική ενέργεια που διαθέτουν, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Αυτή η κίνηση ευθύνεται για τη διάχυση των μορίων μέσω οποιουδήποτε μέσου στο οποίο βρίσκονται. Μια ουσία τείνει να μετακινηθεί σε κάθε διαθέσιμο χώρο μέχρι να κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο τον χώρο. Αφού μια ουσία έχει διαχυθεί πλήρως και έχει εξαλειφθεί η βαθμίδα συγκέντρωσής της, τα μόρια συνεχίζουν να κινούνται στον χώρο, αλλά δεν υπάρχει καθαρή μετακίνηση μορίων από τη μια περιοχή στην άλλη – κατάσταση γνωστή ως δυναμική ισορροπία.

Ενώ η διάχυση προχωρά παρουσία μιας βαθμίδας συγκέντρωσης, πολλοί παράγοντες επηρεάζουν τον ρυθμό διάχυσης:

  • Έκταση της βαθμίδας συγκέντρωσης: Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά συγκέντρωσης, τόσο ταχύτερη είναι η διάχυση. Όσο πιο κοντά φτάνει η κατανομή της ουσίας στην ισορροπία, τόσο πιο αργός γίνεται ο ρυθμός διάχυσης.
  • Μάζα των μορίων που διαχέονται: Τα βαρύτερα μόρια κινούνται πιο αργά· επομένως, διαχέονται πιο αργά. Το αντίθετο ισχύει για τα ελαφρύτερα μόρια.
  • Θερμοκρασία: Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αυξάνουν την ενέργεια και, κατά συνέπεια, την κίνηση των μορίων, αυξάνοντας τον ρυθμό διάχυσης. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες μειώνουν την ενέργεια των μορίων, μειώνοντας έτσι τον ρυθμό διάχυσης.
  • Πυκνότητα διαλύτη: Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα ενός διαλύτη, ο ρυθμός διάχυσης μειώνεται. Τα μόρια επιβραδύνονται επειδή δυσκολεύονται να περάσουν μέσα από το πυκνότερο μέσο. Αν το μέσο είναι λιγότερο πυκνό, η διάχυση αυξάνεται. Δεδομένου ότι τα κύτταρα χρησιμοποιούν κυρίως διάχυση για τη μετακίνηση υλικών μέσα στο κυτταρόπλασμα, οποιαδήποτε αύξηση της πυκνότητας του κυτταροπλάσματος θα εμποδίσει τη μετακίνηση των υλικών. Ένα παράδειγμα είναι ένα άτομο που βιώνει αφυδάτωση. Καθώς τα κύτταρα του σώματος χάνουν νερό, ο ρυθμός διάχυσης μειώνεται στο κυτταρόπλασμα και οι λειτουργίες των κυττάρων επιδεινώνονται. Οι νευρώνες τείνουν να είναι πολύ ευαίσθητοι σε αυτή την επίδραση. Η αφυδάτωση συχνά οδηγεί σε απώλεια συνείδησης και πιθανώς σε κώμα λόγω της μείωσης του ρυθμού διάχυσης εντός των κυττάρων.
  • Διαλυτότητα: Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μη πολικές ή λιποδιαλυτές ουσίες περνούν πιο εύκολα μέσω των πλασματικών μεμβρανών σε σχέση με τις πολικές ουσίες, επιτρέποντας ταχύτερο ρυθμό διάχυσης.
  • Επιφάνεια και πάχος της πλασματικής μεμβράνης: Η αυξημένη επιφάνεια αυξάνει τον ρυθμό διάχυσης, ενώ μια παχύτερη μεμβράνη τον μειώνει.
  • Απόσταση που διανύεται: Όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που πρέπει να διανύσει μια ουσία, τόσο πιο αργός είναι ο ρυθμός διάχυσης. Αυτό θέτει ανώτατο όριο στο μέγεθος των κυττάρων. Ένα μεγάλο, σφαιρικό κύτταρο θα πεθάνει επειδή τα θρεπτικά συστατικά ή τα απόβλητα δεν μπορούν να φτάσουν ή να φύγουν από το κέντρο του κυττάρου. Συνεπώς, τα κύτταρα πρέπει είτε να είναι μικρά, όπως στην περίπτωση πολλών προκαρυωτικών, είτε να είναι πλατυσμένα, όπως συμβαίνει με πολλά μονοκύτταρα ευκαρυωτικά.

Μια παραλλαγή της διάχυσης είναι η διαδικασία της διήθησης (filtration). Στη διήθηση, η ουσία κινείται σύμφωνα με τη βαθμίδα συγκέντρωσής της μέσω μιας μεμβράνης· μερικές φορές ο ρυθμός διάχυσης ενισχύεται από πίεση, προκαλώντας ταχύτερη διήθηση των ουσιών. Αυτό συμβαίνει στους νεφρούς, όπου η πίεση του αίματος αναγκάζει μεγάλες ποσότητες νερού και διαλυμένων ουσιών, ή διαλυμάτων, να περάσουν από το αίμα στα νεφρικά σωληνάρια. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός διάχυσης εξαρτάται σχεδόν εξ ολοκλήρου από την πίεση. Ένα από τα αποτελέσματα της υψηλής αρτηριακής πίεσης είναι η εμφάνιση πρωτεΐνης στα ούρα, η οποία “στραγγίζεται” μέσω της ανώμαλα υψηλής πίεσης.

Ώσμωση

Δες επίσης: Ώσμωση - Βικιπαίδεια

Η ώσμωση είναι η κίνηση του νερού μέσω μιας μεμβράνης από περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης διαλυμένων ουσιών σε περιοχή υψηλής συγκέντρωσης διαλυμένων ουσιών.

Μαθησιακοί Στόχοι

Περιγράψτε τη διαδικασία της ώσμωσης και εξηγήστε πώς η βαθμίδα συγκέντρωσης επηρεάζει την ώσμωση.

Σημαντικά Σημεία

  • Η ώσμωση συμβαίνει σύμφωνα με τη βαθμίδα συγκέντρωσης του νερού διαμέσου της μεμβράνης, η οποία είναι αντίστροφα ανάλογη με τη συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών.
  • Η ώσμωση συνεχίζεται μέχρι η βαθμίδα συγκέντρωσης του νερού να μηδενιστεί ή μέχρι η υδροστατική πίεση του νερού να ισορροπήσει με την ωσμωτική πίεση.
  • Η ώσμωση συμβαίνει όταν υπάρχει βαθμίδα συγκέντρωσης μιας ουσίας μέσα σε διάλυμα, αλλά η μεμβράνη δεν επιτρέπει τη διάχυση της ουσίας.

Όροι

  • υδατικό διάλυμα (solute): Οποιαδήποτε ουσία που διαλύεται σε υγρό διαλύτη για τη δημιουργία διαλύματος.
  • ώσμωση: Η καθαρή κίνηση μορίων διαλύτη από περιοχή υψηλού δυναμικού διαλύτη σε περιοχή χαμηλού δυναμικού διαλύτη μέσω μερικώς διαπερατής μεμβράνης.
  • ημιπερατή μεμβράνη: Ένας τύπος βιολογικής μεμβράνης που επιτρέπει σε ορισμένα μόρια ή ιόντα να περάσουν μέσω αυτής με διάχυση και περιστασιακά με ειδική διευκολυνόμενη διάχυση.

Ώσμωση και Ημιπερατές Μεμβράνες

Η ώσμωση είναι η κίνηση του νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης σύμφωνα με τη βαθμίδα συγκέντρωσης του νερού διαμέσου της μεμβράνης, η οποία είναι αντίστροφα ανάλογη με τη συγκέντρωση των διαλυμένων ουσιών. Οι ημιπερατές μεμβράνες, επίσης ονομαζόμενες εκλεκτικά διαπερατές ή μερικώς διαπερατές μεμβράνες, επιτρέπουν σε ορισμένα μόρια ή ιόντα να περάσουν μέσω διάχυσης.

Ενώ η διάχυση μεταφέρει υλικά μέσω μεμβρανών και μέσα στα κύτταρα, η ώσμωση μεταφέρει μόνο νερό μέσω της μεμβράνης. Η ημιπερατή μεμβράνη περιορίζει τη διάχυση των διαλυμένων ουσιών στο νερό. Δεν προκαλεί έκπληξη ότι οι πρωτεΐνες υδατοπορίνες/ακουαπορίνες, που διευκολύνουν την κίνηση του νερού, παίζουν σημαντικό ρόλο στην ώσμωση, κυρίως στα ερυθρά αιμοσφαίρια και στις μεμβράνες των νεφρικών σωληναρίων.

Μηχανισμός της Ώσμωσης

Η ώσμωση είναι μια ειδική περίπτωση διάχυσης. Το νερό, όπως και άλλες ουσίες, κινείται από περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης. Μια προφανής ερώτηση είναι τι προκαλεί την κίνηση του νερού; Φανταστείτε ένα ποτήρι με μια ημιπερατή μεμβράνη που χωρίζει τις δύο πλευρές ή τα δύο ημίσεα. Και στις δύο πλευρές της μεμβράνης το επίπεδο του νερού είναι το ίδιο, αλλά υπάρχουν διαφορετικές συγκεντρώσεις μιας διαλυμένης ουσίας, ή υδατικού διαλύματος, που δεν μπορεί να περάσει τη μεμβράνη (διαφορετικά οι συγκεντρώσεις σε κάθε πλευρά θα είχαν εξισορροπηθεί με τη διάχυση του υδατικού διαλύματος μέσω της μεμβράνης). Αν ο όγκος του διαλύματος και στις δύο πλευρές της μεμβράνης είναι ο ίδιος αλλά οι συγκεντρώσεις του υδατικού διαλύματος (solute) διαφέρουν, τότε υπάρχουν διαφορετικές ποσότητες νερού, του διαλύτη (solvent), σε κάθε πλευρά της μεμβράνης. Αν υπάρχει περισσότερο υδατικό διάλυμα σε μια περιοχή, τότε υπάρχει λιγότερο νερό· αν υπάρχει λιγότερο υδατικό διάλυμα σε μια περιοχή, τότε πρέπει να υπάρχει περισσότερο νερό.

Για να το απεικονίσουμε, φανταστείτε δύο γεμάτα ποτήρια με νερό. Το ένα έχει ένα κουταλάκι του γλυκού ζάχαρη, ενώ το δεύτερο περιέχει ένα τέταρτο φλιτζανιού ζάχαρη. Αν ο συνολικός όγκος των διαλυμάτων και στα δύο ποτήρια είναι ο ίδιος, ποιο ποτήρι περιέχει περισσότερο νερό; Επειδή η μεγάλη ποσότητα ζάχαρης στο δεύτερο ποτήρι καταλαμβάνει πολύ περισσότερο χώρο από το κουταλάκι ζάχαρης στο πρώτο ποτήρι, το πρώτο ποτήρι έχει περισσότερο νερό.

Ώσμωση: Στην ώσμωση, το νερό κινείται πάντα από περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης νερού σε περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Στο διάγραμμα, το υδατικό διάλυμα δεν μπορεί να περάσει τη μερικώς διαπερατή μεμβράνη, αλλά το νερό μπορεί.

Επιστρέφοντας στο παράδειγμα του ποτηριού, θυμηθείτε ότι υπάρχει ένα μείγμα διαλυμένων ουσιών σε κάθε πλευρά της μεμβράνης. Μια αρχή της διάχυσης είναι ότι τα μόρια κινούνται και θα διασκορπιστούν ομοιόμορφα μέσα στο μέσο αν μπορούν. Ωστόσο, μόνο το υλικό που μπορεί να περάσει τη μεμβράνη θα διαχυθεί μέσω αυτής. Σε αυτό το παράδειγμα, το υδατικό διάλυμα δεν μπορεί να διαχυθεί μέσω της μεμβράνης, αλλά το νερό μπορεί. Το νερό έχει βαθμίδα συγκέντρωσης σε αυτό το σύστημα. Έτσι, το νερό θα διαχυθεί κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής του, διασχίζοντας τη μεμβράνη προς την πλευρά όπου η συγκέντρωση είναι χαμηλότερη. Αυτή η διάχυση του νερού μέσω της μεμβράνης—η ώσμωση—θα συνεχιστεί μέχρι η βαθμίδα συγκέντρωσης του νερού να μηδενιστεί ή μέχρι η υδροστατική πίεση του νερού να ισορροπήσει με την ωσμωτική πίεση. Στο παράδειγμα του ποτηριού, αυτό σημαίνει ότι το επίπεδο του υγρού στην πλευρά με υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένου θα ανέβει.

Τονικότητα

Η τονικότητα, η οποία σχετίζεται άμεσα με την ωσμωμοριακότητα (osmolarity) ενός διαλύματος, επηρεάζει την ώσμωση καθορίζοντας την κατεύθυνση της ροής του νερού.

Μαθησιακοί Στόχοι

Ορίστε την τονικότητα και περιγράψτε τη σημασία της στην ώσμωση.

Σημαντικά Σημεία

  • Η ωσμωμοριακότητα περιγράφει τη συνολική συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών ενός διαλύματος· διαλύματα με χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών έχουν χαμηλή ωσμωμοριακότητα, ενώ αυτά με υψηλή συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών έχουν υψηλή ωσμωμοριακότητα.
  • Το νερό κινείται από την πλευρά της μεμβράνης με χαμηλότερη ωσμωμοριακότητα (και περισσότερο νερό) προς την πλευρά με υψηλότερη ωσμωμοριακότητα (και λιγότερο νερό).
  • Σε υποτονικό διάλυμα, το εξωκυττάριο υγρό έχει χαμηλότερη ωσμωμοριακότητα από το υγρό μέσα στο κύτταρο· το νερό εισέρχεται στο κύτταρο.
  • Σε υπερτονικό διάλυμα, το εξωκυττάριο υγρό έχει υψηλότερη ωσμωμοριακότητα από το υγρό μέσα στο κύτταρο· το νερό εξέρχεται από το κύτταρο.
  • Σε ισοτονικό διάλυμα, το εξωκυττάριο υγρό έχει την ίδια ωσμωμοριακότητα με το κύτταρο· δεν θα υπάρξει καθαρή κίνηση νερού μέσα ή έξω από το κύτταρο.

Όροι

  • ωσμωμοριακότητα (osmolarity): Η ωσμωτική συγκέντρωση ενός διαλύματος, συνήθως εκφρασμένη σε ωσμώλια διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος.
  • υποτονικό (hypotonic): Έχει χαμηλότερη ωσμωτική πίεση σε σχέση με άλλο· ένα κύτταρο σε αυτό το περιβάλλον προκαλεί είσοδο νερού, με αποτέλεσμα να πρήζεται.
  • υπερτονικό (hypertonic): Έχει υψηλότερη ωσμωτική πίεση από άλλο.
  • ισοτονικό (isotonic): Έχει την ίδια ωσμωτική πίεση.

Παραδείγματα

Η τονικότητα είναι ο λόγος για τον οποίο τα ψάρια θαλασσινού νερού δεν μπορούν να ζήσουν σε γλυκό νερό και αντίστροφα. Τα κύτταρα ενός ψαριού θαλασσινού νερού έχουν εξελιχθεί ώστε να έχουν πολύ υψηλή συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών για να ταιριάζουν με την υψηλή ωσμωμοριακότητα του θαλασσινού νερού στο οποίο ζουν. Αν τοποθετήσετε ένα ψάρι θαλασσινού νερού σε γλυκό νερό, το οποίο έχει χαμηλή ωσμωμοριακότητα, το νερό από το περιβάλλον θα κινηθεί μέσα στα κύτταρα του ψαριού, προκαλώντας τελικά το σπάσιμο τους και το θάνατο του ψαριού.

Η τονικότητα περιγράφει πώς ένα εξωκυττάριο διάλυμα μπορεί να αλλάξει τον όγκο ενός κυττάρου επηρεάζοντας την ώσμωση. Η τονικότητα ενός διαλύματος συχνά συσχετίζεται άμεσα με την ωσμωμοριακότητα του διαλύματος. Η ωσμωμοριακότητα περιγράφει τη συνολική συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών του διαλύματος. Ένα διάλυμα με χαμηλή ωσμωμοριακότητα έχει μεγαλύτερο αριθμό μορίων νερού σε σχέση με τα μόρια διαλυμένης ουσίας· ένα διάλυμα με υψηλή ωσμωμοριακότητα έχει λιγότερα μόρια νερού σε σχέση με τα μόρια διαλυμένης ουσίας. Σε περίπτωση που διαλύματα με διαφορετικές ωσμωμοριακότητες χωρίζονται από μια μεμβράνη που είναι διαπερατή στο νερό αλλά όχι στο διαλυμένο, το νερό θα κινηθεί από την πλευρά με χαμηλότερη ωσμωμοριακότητα (και περισσότερο νερό) προς την πλευρά με υψηλότερη ωσμωμοριακότητα (και λιγότερο νερό). Αυτό το φαινόμενο γίνεται κατανοητό αν θυμηθείτε ότι το υδατικό διάλυμα δεν μπορεί να κινηθεί μέσω της μεμβράνης, και επομένως το μόνο συστατικό στο σύστημα που μπορεί να κινηθεί—το νερό—κινείται κατά μήκος της δικής του βαθμίδας συγκέντρωσης. Μια σημαντική διάκριση για τα ζωντανά συστήματα είναι ότι η ωσμωμοριακότητα μετρά τον αριθμό σωματιδίων (τα οποία μπορεί να είναι μόρια) σε ένα διάλυμα. Συνεπώς, ένα διάλυμα που είναι θολό λόγω κυττάρων μπορεί να έχει χαμηλότερη ωσμωμοριακότητα από ένα διάλυμα που είναι διαυγές, εάν το δεύτερο διάλυμα περιέχει περισσότερα διαλυμένα μόρια από όσα υπάρχουν κύτταρα.

Υποτονικά Διαλύματα

Τρεις όροι—υποτονικό, ισοτονικό και υπερτονικό—χρησιμοποιούνται για να συσχετίσουν την ωσμωμοριακότητα ενός κυττάρου με την ωσμωμοριακότητα του εξωκυττάριου υγρού που περιέχει τα κύτταρα. Σε μια υποτονική κατάσταση, το εξωκυττάριο υγρό έχει χαμηλότερη ωσμωμοριακότητα από το υγρό μέσα στο κύτταρο και το νερό εισέρχεται στο κύτταρο. (Στα ζωντανά συστήματα, το σημείο αναφοράς είναι πάντα το κυτταρόπλασμα, επομένως το πρόθεμα υπο- σημαίνει ότι το εξωκυττάριο υγρό έχει χαμηλότερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών ή χαμηλότερη ωσμωμοριακότητα από το κυτταρόπλασμα του κυττάρου.) Αυτό σημαίνει επίσης ότι το εξωκυττάριο υγρό έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση νερού στο διάλυμα από ό,τι το κύτταρο. Σε αυτή την κατάσταση, το νερό θα ακολουθήσει τη βαθμίδα συγκέντρωσής του και θα εισέλθει στο κύτταρο, προκαλώντας τη διόγκωσή του.

Μεταβολές στο Σχήμα των Κυττάρων λόγω Διαλυμένων Ουσιών: Η ωσμωτική πίεση μεταβάλλει το σχήμα των ερυθρών αιμοσφαιρίων σε υπερτονικά, ισοτονικά και υποτονικά διαλύματα.

Υπερτονικά Διαλύματα

Όσον αφορά ένα υπερτονικό διάλυμα, το πρόθεμα υπερ- αναφέρεται στο ότι το εξωκυττάριο υγρό έχει υψηλότερη ωσμωμοριακότητα από το κυτταρόπλασμα του κυττάρου· επομένως, το υγρό περιέχει λιγότερο νερό από το κύτταρο. Επειδή το κύτταρο έχει σχετικά υψηλότερη συγκέντρωση νερού, το νερό θα εξέλθει από το κύτταρο και το κύτταρο θα συρρικνωθεί.

Ισοτονικά Διαλύματα

Σε ένα ισοτονικό διάλυμα, το εξωκυττάριο υγρό έχει την ίδια ωσμωμοριακότητα με το κύτταρο. Αν η ωσμωμοριακότητα του κυττάρου ταιριάζει με εκείνη του εξωκυττάριου υγρού, δεν θα υπάρξει καθαρή κίνηση νερού μέσα ή έξω από το κύτταρο, αν και το νερό θα συνεχίσει να κινείται προς και από το κύτταρο.

Τα κύτταρα του αίματος και τα φυτικά κύτταρα σε υπερτονικά, ισοτονικά και υποτονικά διαλύματα λαμβάνουν χαρακτηριστικές μορφές. Τα κύτταρα σε ισοτονικό διάλυμα διατηρούν το σχήμα τους. Τα κύτταρα σε υποτονικό διάλυμα διογκώνονται καθώς το νερό εισέρχεται στο κύτταρο και μπορεί να διαρραγούν αν η βαθμίδα συγκέντρωσης είναι αρκετά μεγάλη μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου. Τα κύτταρα σε υπερτονικό διάλυμα συρρικνώνονται καθώς το νερό εξέρχεται από το κύτταρο, αποκτώντας ζαρωμένη μορφή.

Διευκολυνόμενη Μεταφορά

Η διευκολυνόμενη διάχυση είναι μια διαδικασία κατά την οποία μόρια μεταφέρονται μέσω της πλασματικής μεμβράνης με τη βοήθεια πρωτεϊνών της μεμβράνης.

Μαθησιακοί Στόχοι

Εξηγήστε γιατί και πώς συμβαίνει η παθητική μεταφορά.

Σημαντικά Σημεία

  • Υπάρχει βαθμίδα συγκέντρωσης που θα επέτρεπε σε ιόντα και πολικά μόρια να διαχυθούν μέσα στο κύτταρο, αλλά αυτά τα υλικά απωθούνται από τα υδρόφοβα μέρη της κυτταρικής μεμβράνης.
  • Η διευκολυνόμενη διάχυση χρησιμοποιεί ενσωματωμένες πρωτεΐνες της μεμβράνης για να μετακινεί πολικές ή φορτισμένες ουσίες μέσω των υδρόφοβων περιοχών της μεμβράνης.
  • Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι μπορούν να βοηθήσουν στη διευκολυνόμενη διάχυση σχηματίζοντας ένα υδρόφιλο πέρασμα μέσω της πλασματικής μεμβράνης, μέσα από το οποίο μπορούν να περάσουν πολικές και φορτισμένες ουσίες.
  • Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι μπορεί να είναι μόνιμα ανοιχτές, επιτρέποντας συνεχώς σε μια συγκεκριμένη ουσία να εισέρχεται ή να εξέρχεται από το κύτταρο, ανάλογα με τη βαθμίδα συγκέντρωσης· ή μπορεί να είναι ρυθμιζόμενες και να ανοίγουν μόνο από ένα συγκεκριμένο βιολογικό σήμα.
  • Οι πρωτεΐνες-φορείς βοηθούν στη διευκολυνόμενη διάχυση δεσμεύοντας μια συγκεκριμένη ουσία και στη συνέχεια αλλάζοντας το σχήμα τους ώστε να μεταφέρουν αυτή την ουσία μέσα ή έξω από το κύτταρο.

Όροι

  • διευκολυνόμενη διάχυση: Η αυθόρμητη διέλευση μορίων ή ιόντων μέσω μιας βιολογικής μεμβράνης μέσω συγκεκριμένων διαμεμβρανικών ενσωματωμένων πρωτεϊνών.
  • πρωτεΐνη μεμβράνης: Πρωτεΐνες που είναι προσκολλημένες ή συνδεδεμένες με τη μεμβράνη ενός κυττάρου ή ενός οργανιδίου.

Παραδείγματα

Η διευκολυνόμενη διάχυση μέσω διαύλων λειτουργεί παρόμοια με μια γέφυρα πάνω από ένα ποτάμι που πρέπει να ανυψώνεται και να κατεβαίνει για να επιτρέπει τη διέλευση πλοίων. Όταν η γέφυρα είναι κατεβασμένη, τα πλοία δεν μπορούν να περάσουν στην άλλη πλευρά του ποταμού. Παρομοίως, μια ρυθμιζόμενη πρωτεΐνη-δίαυλος συχνά παραμένει κλειστή, μη επιτρέποντας στις ουσίες να εισέλθουν στο κύτταρο μέχρι να λάβει ένα σήμα (όπως η σύνδεση ενός ιόντος) για να ανοίξει. Όταν ληφθεί αυτό το σήμα, η γέφυρα (πύλη) ανοίγει, επιτρέποντας στα πλοία (ουσία) να περάσουν μέσω της γέφυρας και στην άλλη πλευρά του ποταμού (κύτταρο).

Η διευκολυνόμενη μεταφορά είναι ένας τύπος παθητικής μεταφοράς. Σε αντίθεση με την απλή διάχυση, όπου τα υλικά περνούν μέσω μιας μεμβράνης χωρίς τη βοήθεια πρωτεϊνών, στη διευκολυνόμενη μεταφορά, που ονομάζεται επίσης διευκολυνόμενη διάχυση, τα υλικά διαχέονται μέσω της πλασματικής μεμβράνης με τη βοήθεια πρωτεϊνών της μεμβράνης. Υπάρχει βαθμίδα συγκέντρωσης που θα επέτρεπε σε αυτά τα υλικά να διαχυθούν στο κύτταρο χωρίς κατανάλωση κυτταρικής ενέργειας. Ωστόσο, αυτά τα υλικά είναι ιόντα ή πολικά μόρια που απωθούνται από τα υδρόφοβα μέρη της κυτταρικής μεμβράνης. Οι πρωτεΐνες διευκολυνόμενης μεταφοράς προστατεύουν αυτά τα υλικά από την απωστική δύναμη της μεμβράνης, επιτρέποντάς τους να διαχυθούν μέσα στο κύτταρο.

Το υλικό που μεταφέρεται προσκολλάται αρχικά σε πρωτεΐνες ή γλυκοπρωτεϊνικούς υποδοχείς στην εξωτερική επιφάνεια της πλασματικής μεμβράνης. Αυτό επιτρέπει στο υλικό που χρειάζεται το κύτταρο να απομακρυνθεί από το εξωκυττάριο υγρό. Στη συνέχεια, οι ουσίες μεταβιβάζονται σε συγκεκριμένες ενσωματωμένες πρωτεΐνες που διευκολύνουν τη διέλευσή τους. Μερικές από αυτές τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες είναι συλλογές β-πτυχωτών φύλλων που σχηματίζουν έναν δίαυλο μέσω της φωσφολιπιδικής διπλοστιβάδας. Άλλες είναι πρωτεΐνες-φορείς που δεσμεύονται με την ουσία και βοηθούν τη διάχυσή της μέσω της μεμβράνης.

Δίαυλοι

Πρωτεΐνες-Δίαυλοι στη Διευκολυνόμενη Μεταφορά: Η διευκολυνόμενη μεταφορά μετακινεί ουσίες κατά μήκος της βαθμίδα συγκέντρωσής τους. Μπορούν να διασχίσουν την πλασματική μεμβράνη με τη βοήθεια πρωτεϊνών-διαύλων.

Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη διευκολυνόμενη μεταφορά αναφέρονται συλλογικά ως πρωτεΐνες μεταφοράς· λειτουργούν είτε ως δίαυλοι για το υλικό είτε ως φορείς. Και στις δύο περιπτώσεις, πρόκειται για διαμεμβρανικές πρωτεΐνες. Οι δίαυλοι είναι ειδικοί για την ουσία που μεταφέρεται. Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι έχουν υδρόφιλες περιοχές εκτεθειμένες στα ενδοκυττάρια και εξωκυττάρια υγρά· επιπλέον διαθέτουν έναν υδρόφιλο δίαυλο στον πυρήνα τους που παρέχει ένα ενυδατωμένο άνοιγμα μέσα από τα στρώματα της μεμβράνης. Η διέλευση μέσω του διαύλου επιτρέπει σε πολικές ενώσεις να αποφύγουν το μη πολικό κεντρικό στρώμα της πλασματικής μεμβράνης, το οποίο διαφορετικά θα επιβράδυνε ή θα απέτρεπε την είσοδό τους στο κύτταρο. Οι ακουαπορίνες είναι πρωτεΐνες-δίαυλοι που επιτρέπουν στο νερό να περνά μέσω της μεμβράνης με πολύ υψηλό ρυθμό.

Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι είναι είτε διαρκώς ανοιχτές είτε είναι «ρυθμιζόμενες (gated)», κάτι που ελέγχει το άνοιγμα του διαύλου. Η σύνδεση ενός συγκεκριμένου ιόντος με την πρωτεΐνη-δίαυλο μπορεί να ελέγχει το άνοιγμα, ή μπορεί να εμπλέκονται άλλοι μηχανισμοί ή ουσίες. Σε ορισμένους ιστούς, τα ιόντα νατρίου και χλωρίου περνούν ελεύθερα μέσω ανοιχτών διαύλων, ενώ σε άλλους ιστούς πρέπει να ανοίξει μια πύλη για να επιτραπεί η διέλευση. Ένα παράδειγμα αυτού εμφανίζεται στους νεφρούς, όπου και οι δύο μορφές διαύλων βρίσκονται σε διαφορετικά τμήματα των νεφρικών σωληναρίων. Τα κύτταρα που εμπλέκονται στη μετάδοση ηλεκτρικών ώσεων, όπως τα νευρικά και τα μυϊκά κύτταρα, έχουν ρυθμιζόμενους διαύλους για νάτριο, κάλιο και ασβέστιο στις μεμβράνες τους. Το άνοιγμα και το κλείσιμο αυτών των διαύλων μεταβάλλει τις σχετικές συγκεντρώσεις αυτών των ιόντων στις δύο πλευρές της μεμβράνης, με αποτέλεσμα τη διευκόλυνση της ηλεκτρικής μετάδοσης κατά μήκος των μεμβρανών (στην περίπτωση των νευρικών κυττάρων) ή της μυϊκής σύσπασης (στην περίπτωση των μυϊκών κυττάρων).

Πρωτεΐνες-Φορείς

Ένας άλλος τύπος πρωτεΐνης ενσωματωμένης στην πλασματική μεμβράνη είναι η πρωτεΐνη-φορέας. Αυτή η πρωτεΐνη δεσμεύει μια ουσία και, με αυτόν τον τρόπο, προκαλεί μια μεταβολή στο ίδιο της το σχήμα, μετακινώντας το δεσμευμένο μόριο από το εξωτερικό του κυττάρου στο εσωτερικό του· ανάλογα με τη βαθμίδα, το υλικό μπορεί να κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οι πρωτεΐνες-φορείς είναι συνήθως ειδικές για μία μόνο ουσία. Αυτό ενισχύει τη συνολική εκλεκτικότητα της πλασματικής μεμβράνης. Ο ακριβής μηχανισμός της αλλαγής σχήματος δεν είναι πλήρως κατανοητός. Οι πρωτεΐνες μπορούν να αλλάζουν σχήμα όταν επηρεάζονται οι δεσμοί υδρογόνου τους, αλλά αυτό μπορεί να μην εξηγεί πλήρως τον μηχανισμό. Κάθε πρωτεΐνη-φορέας είναι ειδική για μία ουσία, και υπάρχει πεπερασμένος αριθμός τέτοιων πρωτεϊνών σε κάθε μεμβράνη. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα στη μεταφορά επαρκούς ποσότητας υλικού ώστε το κύτταρο να λειτουργεί σωστά.

Πρωτεΐνες-Φορείς: Ορισμένες ουσίες μπορούν να κινηθούν κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής τους μέσω της πλασματικής μεμβράνης με τη βοήθεια πρωτεϊνών-φορέων. Οι πρωτεΐνες-φορείς αλλάζουν σχήμα καθώς μετακινούν μόρια μέσω της μεμβράνης.

Ένα παράδειγμα αυτής της διαδικασίας εμφανίζεται στους νεφρούς. Η γλυκόζη, το νερό, τα άλατα, τα ιόντα και τα αμινοξέα που χρειάζεται το σώμα φιλτράρονται σε ένα τμήμα του νεφρού. Αυτό το διήθημα, που περιλαμβάνει γλυκόζη, επαναρροφάται στη συνέχεια σε άλλο τμήμα του νεφρού. Επειδή υπάρχει μόνο ένας πεπερασμένος αριθμός πρωτεϊνών-φορέων για τη γλυκόζη, αν υπάρχει περισσότερη γλυκόζη από όση μπορούν να διαχειριστούν οι πρωτεΐνες, η περίσσεια δεν μεταφέρεται· αποβάλλεται από το σώμα στα ούρα. Σε ένα διαβητικό άτομο, αυτό περιγράφεται ως «απώλεια γλυκόζης στα ούρα». Μια διαφορετική ομάδα πρωτεϊνών-φορέων που ονομάζονται πρωτεΐνες μεταφοράς γλυκόζης, ή GLUTs, εμπλέκονται στη μεταφορά της γλυκόζης και άλλων εξόζων σακχάρων μέσω των πλασματικών μεμβρανών στο σώμα.

Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι και οι πρωτεΐνες-φορείς μεταφέρουν υλικά με διαφορετικούς ρυθμούς. Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι μεταφέρουν πολύ πιο γρήγορα από τις πρωτεΐνες-φορείς. Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι διευκολύνουν τη διάχυση με ρυθμό δεκάδων εκατομμυρίων μορίων ανά δευτερόλεπτο, ενώ οι πρωτεΐνες-φορείς λειτουργούν με ρυθμό από χίλια έως ένα εκατομμύριο μόρια ανά δευτερόλεπτο.

Ο Ρόλος της Παθητικής Μεταφοράς

Η παθητική μεταφορά, όπως η διάχυση και η ώσμωση, μετακινεί υλικά μικρού μοριακού βάρους μέσω μεμβρανών.

Μαθησιακοί Στόχοι

Υποδείξτε τον τρόπο με τον οποίο διάφορα υλικά διασχίζουν την κυτταρική μεμβράνη.

Σημαντικά Σημεία

  • Οι πλασματικές μεμβράνες είναι εκλεκτικά διαπερατές· αν έχαναν αυτή την εκλεκτικότητα, το κύτταρο δεν θα μπορούσε πλέον να διατηρηθεί.
  • Στην παθητική μεταφορά, οι ουσίες απλώς κινούνται από περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης, χωρίς να απαιτείται εισροή ενέργειας.
  • Η βαθμίδα συγκέντρωσης, το μέγεθος των σωματιδίων που διαχέονται και η θερμοκρασία του συστήματος επηρεάζουν τον ρυθμό διάχυσης.
  • Ορισμένα υλικά διαχέονται εύκολα μέσω της μεμβράνης, αλλά άλλα απαιτούν εξειδικευμένες πρωτεΐνες, όπως διαύλους και μεταφορείς, για να μεταφερθούν μέσα ή έξω από το κύτταρο.
Βασικοί Όροι
  • βαθμίδα συγκέντρωσης: Μια βαθμίδα συγκέντρωσης υπάρχει όταν μια μεμβράνη διαχωρίζει δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις μορίων.
  • παθητική μεταφορά: Κίνηση βιοχημικών και άλλων ατομικών ή μοριακών ουσιών διαμέσου μεμβρανών που δεν απαιτεί εισροή χημικής ενέργειας.
  • διαπερατό: Που αφορά ουσία, υπόστρωμα, μεμβράνη ή υλικό το οποίο απορροφά ή επιτρέπει τη διέλευση υγρών.

Εισαγωγή: Παθητική Μεταφορά

Οι πλασματικές μεμβράνες πρέπει να επιτρέπουν ή να εμποδίζουν ορισμένες ουσίες να εισέρχονται ή να εξέρχονται από ένα κύτταρο. Με άλλα λόγια, οι πλασματικές μεμβράνες είναι εκλεκτικά διαπερατές· επιτρέπουν τη διέλευση ορισμένων ουσιών, αλλά όχι άλλων. Αν έχαναν αυτή την εκλεκτικότητα, το κύτταρο δεν θα μπορούσε πλέον να διατηρηθεί και θα καταστρεφόταν. Ορισμένα κύτταρα απαιτούν μεγαλύτερες ποσότητες συγκεκριμένων ουσιών από άλλα· πρέπει να διαθέτουν έναν τρόπο απόκτησης αυτών των υλικών από τα εξωκυττάρια υγρά. Αυτό μπορεί να συμβαίνει παθητικά, καθώς ορισμένα υλικά κινούνται μπρος-πίσω, ή το κύτταρο μπορεί να διαθέτει ειδικούς μηχανισμούς που διευκολύνουν τη μεταφορά. Ορισμένα υλικά είναι τόσο σημαντικά για ένα κύτταρο ώστε αυτό δαπανά μέρος της ενέργειάς του (υδρολύοντας τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP)) για να τα αποκτήσει. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια χρησιμοποιούν μέρος της ενέργειάς τους για αυτό. Όλα τα κύτταρα δαπανούν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους για να διατηρούν μια ανισορροπία ιόντων νατρίου και καλίου μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου.

Οι πιο άμεσες μορφές μεταφοράς μέσω της μεμβράνης είναι παθητικές. Η παθητική μεταφορά είναι ένα φυσικά συμβαίνον φαινόμενο και δεν απαιτεί από το κύτταρο να δαπανήσει ενέργεια για να πραγματοποιήσει την κίνηση. Στην παθητική μεταφορά, οι ουσίες μετακινούνται από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Ένας φυσικός χώρος στον οποίο υπάρχει εύρος συγκεντρώσεων μιας μόνο ουσίας λέγεται ότι διαθέτει βαθμίδα συγκέντρωσης.

Παθητική Μεταφορά: Η διάχυση είναι ένας τύπος παθητικής μεταφοράς. Η διάχυση μέσω μιας διαπερατής μεμβράνης μετακινεί μια ουσία από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης (εξωκυττάριο υγρό, σε αυτή την περίπτωση) κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής της (στο κυτταρόπλασμα).

Οι παθητικές μορφές μεταφοράς, η διάχυση και η ώσμωση, μετακινούν υλικά μικρού μοριακού βάρους μέσω μεμβρανών. Οι ουσίες διαχέονται από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης προς περιοχές χαμηλότερης συγκέντρωσης· αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου η ουσία κατανεμηθεί ομοιόμορφα σε ένα σύστημα. Σε διαλύματα που περιέχουν περισσότερες από μία ουσίες, κάθε τύπος μορίου διαχέεται σύμφωνα με τη δική του βαθμίδα συγκέντρωσης, ανεξάρτητα από τη διάχυση των άλλων ουσιών. Πολλοί παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν τον ρυθμό διάχυσης, συμπεριλαμβανομένων, αλλά όχι περιοριστικά, της βαθμίδας συγκέντρωσης, του μεγέθους των σωματιδίων που διαχέονται και της θερμοκρασίας του συστήματος.

Στα ζωντανά συστήματα, η διάχυση ουσιών προς και από τα κύτταρα μεσολαβείται από την πλασματική μεμβράνη. Ορισμένα υλικά διαχέονται εύκολα μέσω της μεμβράνης, αλλά άλλα παρεμποδίζονται· η διέλευσή τους καθίσταται δυνατή από εξειδικευμένες πρωτεΐνες, όπως οι δίαυλοι και οι μεταφορείς. Η χημεία των ζωντανών οργανισμών λαμβάνει χώρα σε υδατικά διαλύματα· η εξισορρόπηση των συγκεντρώσεων αυτών των διαλυμάτων αποτελεί ένα διαρκές πρόβλημα. Στα ζωντανά συστήματα, η διάχυση ορισμένων ουσιών θα ήταν αργή ή δύσκολη χωρίς τις πρωτεΐνες της μεμβράνης που διευκολύνουν τη μεταφορά.

Πρωτογενής Ενεργός Μεταφορά

Η αντλία νατρίου-καλίου διατηρεί το ηλεκτροχημικό δυναμικό των ζωντανών κυττάρων μετακινώντας νάτριο προς τα έξω και κάλιο προς το εσωτερικό του κυττάρου.

Μαθησιακοί Στόχοι

Περιγράψτε πώς ένα κύτταρο μετακινεί νάτριο και κάλιο έξω από και μέσα στο κύτταρο ενάντια στην ηλεκτροχημική του βαθμίδα.

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Η αντλία νατρίου-καλίου μετακινεί K⁺ στο κύτταρο ενώ μετακινεί Na⁺ με αναλογία τρία Na⁺ για κάθε δύο ιόντα K⁺.
  • Όταν το ένζυμο Na⁺-K⁺-ATPάση «στρέφεται» προς το εσωτερικό του κυττάρου, έχει υψηλή συγγένεια για ιόντα νατρίου και δεσμεύει τρία από αυτά, υδρολύοντας ATP και αλλάζοντας σχήμα.
  • Καθώς το ένζυμο αλλάζει σχήμα, επαναπροσανατολίζεται προς το εξωτερικό του κυττάρου και τα τρία ιόντα νατρίου απελευθερώνονται.
  • Το νέο σχήμα του ενζύμου επιτρέπει σε δύο ιόντα καλίου να δεσμευτούν και στην φωσφορική ομάδα να αποσπαστεί, και η πρωτεΐνη-φορέας επανατοποθετείται προς το εσωτερικό του κυττάρου.
  • Το ένζυμο αλλάζει ξανά σχήμα, απελευθερώνοντας τα ιόντα καλίου στο κύτταρο.
  • Αφού το κάλιο απελευθερωθεί στο κύτταρο, το ένζυμο δεσμεύει τρία ιόντα νατρίου, ξεκινώντας εκ νέου τη διαδικασία.
Βασικοί Όροι
  • ηλεκτρογενής αντλία: Μια αντλία ιόντων που δημιουργεί καθαρή ροή φορτίου ως αποτέλεσμα της δραστηριότητάς της.
  • Na⁺-K⁺ ATPάση: Ένα ένζυμο που βρίσκεται στην πλασματική μεμβράνη όλων των ζωικών κυττάρων και αντλεί νάτριο προς τα έξω ενώ αντλεί κάλιο προς το εσωτερικό των κυττάρων.

Πρωτογενής Ενεργός Μεταφορά

Η πρωτογενής ενεργός μεταφορά που λειτουργεί με την ενεργό μεταφορά νατρίου και καλίου επιτρέπει να πραγματοποιηθεί δευτερογενής ενεργός μεταφορά. Η δευτερογενής μέθοδος μεταφοράς εξακολουθεί να θεωρείται ενεργός, επειδή εξαρτάται από τη χρήση ενέργειας, όπως και η πρωτογενής μεταφορά.

Ενεργός Μεταφορά Νατρίου και Καλίου: Η πρωτογενής ενεργός μεταφορά μετακινεί ιόντα διαμέσου μιας μεμβράνης, δημιουργώντας ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό (ηλεκτρογενής μεταφορά).

Μία από τις σημαντικότερες αντλίες στα ζωικά κύτταρα είναι η αντλία νατρίου-καλίου (Na⁺-K⁺ ATPάση), η οποία διατηρεί το ηλεκτροχημικό δυναμικό (και τις σωστές συγκεντρώσεις Na⁺ και K⁺) στα ζωντανά κύτταρα. Η αντλία νατρίου-καλίου μετακινεί δύο ιόντα K⁺ στο κύτταρο ενώ μετακινεί τρία ιόντα Na⁺ προς τα έξω από το κύτταρο. Η Na⁺-K⁺ ATPάση υπάρχει σε δύο μορφές, ανάλογα με τον προσανατολισμό της προς το εσωτερικό ή το εξωτερικό του κυττάρου και τη συγγένειά της είτε για ιόντα νατρίου είτε για ιόντα καλίου. Η διαδικασία αποτελείται από τα ακόλουθα έξι βήματα:

  • Με το ένζυμο προσανατολισμένο προς το εσωτερικό του κυττάρου, ο φορέας έχει υψηλή συγγένεια για ιόντα νατρίου. Τρία ιόντα νατρίου δεσμεύονται στην πρωτεΐνη.
  • Το ATP υδρολύεται από την πρωτεΐνη-φορέα και μια φωσφορική ομάδα χαμηλής ενέργειας προσκολλάται σε αυτήν.
  • Ως αποτέλεσμα, ο φορέας αλλάζει σχήμα και επαναπροσανατολίζεται προς το εξωτερικό της μεμβράνης. Η συγγένεια της πρωτεΐνης για το νάτριο μειώνεται και τα τρία ιόντα νατρίου αποδεσμεύονται από τον φορέα.
  • Η αλλαγή σχήματος αυξάνει τη συγγένεια του φορέα για ιόντα καλίου, και δύο τέτοια ιόντα προσκολλώνται στην πρωτεΐνη. Στη συνέχεια, η φωσφορική ομάδα χαμηλής ενέργειας αποσπάται από τον φορέα.
  • Με την απομάκρυνση της φωσφορικής ομάδας και τη δέσμευση των ιόντων καλίου, η πρωτεΐνη-φορέας επαναπροσανατολίζεται προς το εσωτερικό του κυττάρου.
  • Η πρωτεΐνη-φορέας, στη νέα της διαμόρφωση, έχει μειωμένη συγγένεια για το κάλιο, και τα δύο ιόντα απελευθερώνονται στο κυτταρόπλασμα. Η πρωτεΐνη τώρα έχει μεγαλύτερη συγγένεια για ιόντα νατρίου και η διαδικασία αρχίζει ξανά.

Πολλά πράγματα έχουν συμβεί ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας. Σε αυτό το σημείο, υπάρχουν περισσότερα ιόντα νατρίου έξω από το κύτταρο παρά μέσα και περισσότερα ιόντα καλίου μέσα παρά έξω. Για κάθε τρία ιόντα νατρίου που μετακινούνται προς τα έξω, δύο ιόντα καλίου μετακινούνται προς τα μέσα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το εσωτερικό να είναι ελαφρώς πιο αρνητικό σε σχέση με το εξωτερικό. Αυτή η διαφορά φορτίου είναι σημαντική για τη δημιουργία των συνθηκών που είναι απαραίτητες για τη δευτερογενή διαδικασία. Η αντλία νατρίου-καλίου είναι, επομένως, μια ηλεκτρογενής αντλία (μια αντλία που δημιουργεί ανισορροπία φορτίου), δημιουργώντας μια ηλεκτρική ανισορροπία κατά μήκος της μεμβράνης και συμβάλλοντας στο δυναμικό της μεμβράνης.

Ηλεκτροχημικό Δυναμικό

Για να μετακινήσει ουσίες ενάντια στο ηλεκτροχημικό δυναμικό της μεμβράνης, το κύτταρο χρησιμοποιεί ενεργό μεταφορά, η οποία απαιτεί ενέργεια από ATP.

Μαθησιακοί Στόχοι

Ορίστε το ηλεκτροχημικό δυναμικό και περιγράψτε πώς ένα κύτταρο μετακινεί ουσίες ενάντια σε αυτό το δυναμικό.

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Οι ηλεκτρικές και οι συγκεντρωσιακές βαθμίδες μιας μεμβράνης τείνουν να οδηγούν το νάτριο προς το εσωτερικό και το κάλιο προς το εξωτερικό του κυττάρου, και η ενεργός μεταφορά δρα ενάντια σε αυτές τις βαθμίδες.
  • Για να μετακινήσει ουσίες ενάντια σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης ή σε ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό, το κύτταρο πρέπει να χρησιμοποιήσει ενέργεια με τη μορφή ATP κατά την ενεργό μεταφορά.
  • Η πρωτογενής ενεργός μεταφορά, που εξαρτάται άμεσα από το ATP, μετακινεί ιόντα διαμέσου μιας μεμβράνης και δημιουργεί διαφορά φορτίου κατά μήκος αυτής της μεμβράνης.
  • Η δευτερογενής ενεργός μεταφορά, που δημιουργείται από την πρωτογενή ενεργό μεταφορά, είναι η μεταφορά μιας διαλυμένης ουσίας προς την κατεύθυνση του ηλεκτροχημικού της δυναμικού και δεν απαιτεί άμεσα ATP.
  • Πρωτεΐνες-φορείς όπως οι μονομεταφορείς (uniporters), συμμεταφορείς (symporters) και αντιμεταφορείς (antiporters) εκτελούν πρωτογενή ενεργό μεταφορά και διευκολύνουν τη μετακίνηση διαλυμένων ουσιών διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης.
Βασικοί Όροι
  • τριφωσφορική αδενοσίνη: ένα πολυλειτουργικό νουκλεοσιδικό τριφωσφορικό που χρησιμοποιείται στα κύτταρα ως συνένζυμο, συχνά αποκαλούμενο «μοριακή μονάδα νομίσματος ενέργειας» στη μεταφορά ενδοκυτταρικής ενέργειας
  • ενεργός μεταφορά: μετακίνηση μιας ουσίας διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσής της (από χαμηλή προς υψηλή συγκέντρωση), διευκολυνόμενη από τη μετατροπή του ATP
  • ηλεκτροχημικό δυναμικό: Η διαφορά φορτίου και χημικής συγκέντρωσης κατά μήκος μιας μεμβράνης.

Ηλεκτροχημικά Δυναμικά

Ηλεκτροχημικό Δυναμικό: Τα ηλεκτροχημικά δυναμικά προκύπτουν από τα συνδυασμένα αποτελέσματα των βαθμίδων συγκέντρωσης και των ηλεκτρικών βαθμίδων.

Οι απλές βαθμίδες συγκέντρωσης είναι διαφορές συγκέντρωσης μιας ουσίας σε έναν χώρο ή διαμέσου μιας μεμβράνης, αλλά στα ζωντανά συστήματα οι βαθμίδες είναι πιο σύνθετες. Επειδή τα ιόντα μετακινούνται μέσα και έξω από τα κύτταρα και επειδή τα κύτταρα περιέχουν πρωτεΐνες που δεν διαπερνούν τη μεμβράνη και είναι κατά κύριο λόγο αρνητικά φορτισμένες, υπάρχει επίσης μια ηλεκτρική βαθμίδα, δηλαδή μια διαφορά φορτίου, κατά μήκος της πλασματικής μεμβράνης. Το εσωτερικό των ζωντανών κυττάρων είναι ηλεκτρικά αρνητικό σε σχέση με το εξωκυττάριο υγρό στο οποίο βρίσκονται. Ταυτόχρονα, τα κύτταρα έχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις καλίου (K⁺) και χαμηλότερες συγκεντρώσεις νατρίου (Na⁺) από ό,τι το εξωκυττάριο υγρό. Σε ένα ζωντανό κύτταρο, η βαθμίδα συγκέντρωσης του Na⁺ τείνει να το ωθεί προς το εσωτερικό του κυττάρου, και η ηλεκτρική βαθμίδα του Na⁺ (ενός θετικού ιόντος) επίσης τείνει να το ωθεί προς το αρνητικά φορτισμένο εσωτερικό. Ωστόσο, η κατάσταση είναι πιο σύνθετη για άλλα στοιχεία όπως το κάλιο. Η ηλεκτρική βαθμίδα του K⁺, ως θετικού ιόντος, τείνει επίσης να το ωθεί προς το εσωτερικό του κυττάρου, αλλά η βαθμίδα συγκέντρωσης του K⁺ τείνει να το ωθεί προς τα έξω. Η συνδυασμένη βαθμίδα συγκέντρωσης και ηλεκτρικού φορτίου που επηρεάζει ένα ιόν ονομάζεται ηλεκτροχημικό δυναμικό του.

Κίνηση Ενάντια σε Βαθμίδα

Για να μετακινήσει ουσίες ενάντια σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης ή σε ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό, το κύτταρο πρέπει να χρησιμοποιήσει ενέργεια. Αυτή η ενέργεια προέρχεται από την τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) που παράγεται μέσω του μεταβολισμού του κυττάρου. Οι μηχανισμοί ενεργού μεταφοράς, που συλλογικά ονομάζονται αντλίες, λειτουργούν ενάντια στα ηλεκτροχημικά δυναμικά. Μικρές ουσίες διέρχονται συνεχώς μέσω των πλασματικών μεμβρανών. Η ενεργός μεταφορά διατηρεί τις συγκεντρώσεις ιόντων και άλλων ουσιών που χρειάζονται τα ζωντανά κύτταρα απέναντι σε αυτές τις παθητικές κινήσεις. Μεγάλο μέρος της μεταβολικής ενέργειας ενός κυττάρου μπορεί να δαπανάται για τη διατήρηση αυτών των διεργασιών. Για παράδειγμα, το μεγαλύτερο μέρος της μεταβολικής ενέργειας ενός ερυθρού αιμοσφαιρίου χρησιμοποιείται για τη διατήρηση της ανισορροπίας μεταξύ των επιπέδων νατρίου και καλίου στο εξωτερικό και το εσωτερικό του κυττάρου που απαιτείται για τη λειτουργία του. Επειδή οι μηχανισμοί ενεργού μεταφοράς εξαρτώνται από τον μεταβολισμό του κυττάρου για ενέργεια, είναι ευαίσθητοι σε πολλούς μεταβολικούς δηλητηριώδεις παράγοντες που παρεμβαίνουν στην παροχή ATP.

Υπάρχουν δύο μηχανισμοί για τη μεταφορά υλικού μικρού μοριακού βάρους και μικρών μορίων. Η πρωτογενής ενεργός μεταφορά μετακινεί ιόντα διαμέσου μιας μεμβράνης και δημιουργεί διαφορά φορτίου κατά μήκος αυτής της μεμβράνης, εξαρτώμενη άμεσα από το ATP. Η δευτερογενής ενεργός μεταφορά περιγράφει τη μετακίνηση υλικού που οφείλεται στο ηλεκτροχημικό δυναμικό που έχει δημιουργηθεί από την πρωτογενή ενεργό μεταφορά και δεν απαιτεί άμεσα ATP.

Πρωτεΐνες-Φορείς για Ενεργό Μεταφορά

Μια σημαντική προσαρμογή της μεμβράνης για την ενεργό μεταφορά είναι η παρουσία συγκεκριμένων πρωτεϊνών-φορέων ή αντλιών που διευκολύνουν την κίνηση. Υπάρχουν τρεις τύποι αυτών των πρωτεϊνών ή μεταφορέων: μονομεταφορείς (uniporters), συμμεταφορείς (symporters) και αντιμεταφορείς (antiporters). Ένας μονομεταφορέας μεταφέρει ένα συγκεκριμένο ιόν ή μόριο. Ένας συμμεταφορέας μεταφέρει δύο διαφορετικά ιόντα ή μόρια, και τα δύο προς την ίδια κατεύθυνση. Ένας αντιμεταφορέας επίσης μεταφέρει δύο διαφορετικά ιόντα ή μόρια, αλλά προς αντίθετες κατευθύνσεις. Όλοι αυτοί οι μεταφορείς μπορούν επίσης να μεταφέρουν μικρά, μη φορτισμένα οργανικά μόρια όπως η γλυκόζη. Αυτοί οι τρεις τύποι πρωτεϊνών-φορέων απαντώνται επίσης στη διευκολυνόμενη διάχυση, αλλά σε αυτή τη διαδικασία δεν απαιτούν ATP για να λειτουργήσουν. Μερικά παραδείγματα αντλιών για ενεργό μεταφορά είναι η Na⁺-K⁺ ATPάση, που μεταφέρει ιόντα νατρίου και καλίου, και η H⁺-K⁺ ATPάση, που μεταφέρει ιόντα υδρογόνου και καλίου. Και οι δύο είναι πρωτεΐνες-φορείς τύπου αντιμεταφορέα. Δύο άλλες αντλίες πρωτεϊνών-φορέων είναι η Ca²⁺ ATPάση και η H⁺ ATPάση, οι οποίες μεταφέρουν μόνο ιόντα ασβεστίου και μόνο ιόντα υδρογόνου, αντίστοιχα.

Uniporters, Symporters και Antiporters: Ένας μονομεταφορέας μεταφέρει ένα μόριο ή ιόν. Ένας συμμεταφορέας μεταφέρει δύο διαφορετικά μόρια ή ιόντα, και τα δύο προς την ίδια κατεύθυνση. Ένας αντιμεταφορέας επίσης μεταφέρει δύο διαφορετικά μόρια ή ιόντα, αλλά προς αντίθετες κατευθύνσεις.

Δευτερογενής Ενεργός Μεταφορά

Στη δευτερογενή ενεργό μεταφορά, ένα μόριο μετακινείται κατά μήκος του ηλεκτροχημικού του δυναμικού ενώ ένα άλλο μετακινείται ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσής του.

Μαθησιακοί Στόχοι

Διακρίνετε μεταξύ πρωτογενούς και δευτερογενούς ενεργού μεταφοράς

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Ενώ η δευτερογενής ενεργός μεταφορά καταναλώνει ATP για να δημιουργήσει τη βαθμίδα κατά μήκος της οποίας μετακινείται ένα μόριο, η ενέργεια δεν χρησιμοποιείται άμεσα για τη μετακίνηση του μορίου διαμέσου της μεμβράνης.
  • Τόσο οι αντιμεταφορείς όσο και οι συμμεταφορείς χρησιμοποιούνται στη δευτερογενή ενεργό μεταφορά.
  • Η δευτερογενής ενεργός μεταφορά εισάγει ιόντα νατρίου στο κύτταρο, και καθώς οι συγκεντρώσεις ιόντων νατρίου αυξάνονται έξω από την πλασματική μεμβράνη, δημιουργείται ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό.
  • Αν ένας πρωτεϊνικός δίαυλος είναι ανοιχτός μέσω πρωτογενούς ενεργού μεταφοράς, τα ιόντα θα έλκονται μέσω της μεμβράνης μαζί με άλλες ουσίες που μπορούν να προσδεθούν στην πρωτεΐνη μεταφοράς διαμέσου της μεμβράνης.
  • Η δευτερογενής ενεργός μεταφορά χρησιμοποιείται για την αποθήκευση ιόντων υδρογόνου υψηλής ενέργειας στα μιτοχόνδρια φυτικών και ζωικών κυττάρων για την παραγωγή ATP.
  • Η δυναμική ενέργεια στα ιόντα υδρογόνου μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια καθώς τα ιόντα διέρχονται μέσω της πρωτεΐνης-διαύλου ATP συνθάση, και αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του ADP σε ATP.
Βασικοί Όροι
  • δευτερογενής ενεργός μεταφορά: Μια μέθοδος μεταφοράς κατά την οποία η διαφορά ηλεκτροχημικού δυναμικού που δημιουργείται από την άντληση ιόντων έξω από το κύτταρο χρησιμοποιείται για τη μεταφορά μορίων διαμέσου μιας μεμβράνης.

Δευτερογενής Ενεργός Μεταφορά (Συμμεταφορά)

Σε αντίθεση με την πρωτογενή ενεργό μεταφορά, στη δευτερογενή ενεργό μεταφορά το ATP δεν συνδέεται άμεσα με το μόριο ενδιαφέροντος. Αντίθετα, ένα άλλο μόριο μετακινείται ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσής του, γεγονός που δημιουργεί ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό. Το μόριο ενδιαφέροντος μεταφέρεται στη συνέχεια κατά μήκος του ηλεκτροχημικού δυναμικού. Παρόλο που αυτή η διαδικασία εξακολουθεί να καταναλώνει ATP για τη δημιουργία αυτού του δυναμικού, η ενέργεια δεν χρησιμοποιείται άμεσα για τη μετακίνηση του μορίου διαμέσου της μεμβράνης, γι’ αυτό και ονομάζεται δευτερογενής ενεργός μεταφορά. Τόσο οι αντιμεταφορείς όσο και οι συμμεταφορείς χρησιμοποιούνται στη δευτερογενή ενεργό μεταφορά. Οι συμμεταφορείς μπορούν να ταξινομηθούν ως συμμεταφορείς και αντιμεταφορείς ανάλογα με το αν οι ουσίες κινούνται προς την ίδια ή προς αντίθετες κατευθύνσεις διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης.

Η δευτερογενής ενεργός μεταφορά εισάγει ιόντα νατρίου, και ενδεχομένως άλλες ενώσεις, στο κύτταρο. Καθώς οι συγκεντρώσεις ιόντων νατρίου αυξάνονται έξω από την πλασματική μεμβράνη λόγω της δράσης της πρωτογενούς ενεργού μεταφοράς, δημιουργείται ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό. Αν υπάρχει μια πρωτεΐνη-δίαυλος και είναι ανοικτή, τα ιόντα νατρίου θα έλκονται μέσω της μεμβράνης. Αυτή η κίνηση χρησιμοποιείται για τη μεταφορά άλλων ουσιών που μπορούν να προσδεθούν στην πρωτεΐνη μεταφοράς διαμέσου της μεμβράνης. Πολλά αμινοξέα, καθώς και η γλυκόζη, εισέρχονται σε ένα κύτταρο με αυτόν τον τρόπο. Αυτή η δευτερογενής διαδικασία χρησιμοποιείται επίσης για την αποθήκευση ιόντων υδρογόνου υψηλής ενέργειας στα μιτοχόνδρια φυτικών και ζωικών κυττάρων για την παραγωγή ATP. Η δυναμική ενέργεια που συσσωρεύεται στα αποθηκευμένα ιόντα υδρογόνου μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια καθώς τα ιόντα διέρχονται μέσω της πρωτεΐνης-διαύλου ATP συνθάση, και αυτή η ενέργεια χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του ADP σε ATP.

Δευτερογενής Ενεργός Μεταφορά: Ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό, που δημιουργείται από την πρωτογενή ενεργό μεταφορά, μπορεί να μετακινήσει άλλες ουσίες ενάντια στις βαθμίδες συγκέντρωσής τους, μια διαδικασία που ονομάζεται συμμεταφορά ή δευτερογενής ενεργός μεταφορά.

Ενδοκύττωση

Η ενδοκύττωση προσλαμβάνει σωματίδια μέσα στο κύτταρο μέσω ενδίπλωσης της κυτταρικής μεμβράνης, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση του υλικού στο εσωτερικό του κυττάρου.

Μαθησιακοί Στόχοι

Περιγράψτε την ενδοκύττωση, συμπεριλαμβανομένων της φαγοκύττωσης, της πινοκύττωσης και της ενδοκύττωσης μεσολαβούμενης από υποδοχείς.

Σημαντικά Σημεία

Κύρια Σημεία
  • Η ενδοκύττωση περιλαμβάνει τη φαγοκύττωση, την πινοκύττωση και την ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς.
  • Η ενδοκύττωση εισάγει σωματίδια στο κύτταρο που είναι πολύ μεγάλα για να διασχίσουν παθητικά την κυτταρική μεμβράνη.
  • Η φαγοκύττωση είναι η πρόσληψη μεγάλων σωματιδίων τροφής, ενώ η πινοκύττωση προσλαμβάνει υγρά σωματίδια.
  • Η ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς χρησιμοποιεί ειδικές πρωτεΐνες-υποδοχείς για να βοηθήσει στη μεταφορά μεγάλων σωματιδίων διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης.
Βασικοί Όροι
  • ενδόσωμα: Ένα ενδοκυτταρικό κενοτόπιο μέσω του οποίου τα μόρια που έχουν εσωτερικευθεί κατά την ενδοκύττωση διέρχονται καθ’ οδόν προς τα λυσοσώματα
  • ουδετερόφιλο: Ένα κύτταρο, ιδίως ένα λευκό αιμοσφαίριο, που καταναλώνει ξένους εισβολείς στο αίμα.

Ενδοκύττωση

Η ενδοκύττωση είναι ένας τύπος ενεργού μεταφοράς που μετακινεί σωματίδια, όπως μεγάλα μόρια, τμήματα κυττάρων και ακόμη και ολόκληρα κύτταρα, μέσα σε ένα κύτταρο. Υπάρχουν διαφορετικές μορφές ενδοκύττωσης, αλλά όλες μοιράζονται ένα κοινό χαρακτηριστικό: η πλασματική μεμβράνη του κυττάρου ενδιπλώνεται, σχηματίζοντας μια θήκη γύρω από το στοχευμένο σωματίδιο. Η θήκη αποσπάται, με αποτέλεσμα το σωματίδιο να εγκλείεται σε ένα νεοσχηματισμένο ενδοκυτταρικό κυστίδιο που προέρχεται από την πλασματική μεμβράνη.

Φαγοκύττωση

Φαγοκύττωση: Στη φαγοκύττωση, η κυτταρική μεμβράνη περιβάλλει το σωματίδιο και το καταπίνει.

Η φαγοκύττωση (η κατάσταση του «κυτταρικού φαγητού») είναι η διαδικασία με την οποία μεγάλα σωματίδια, όπως κύτταρα ή σχετικά μεγάλα σωματίδια, προσλαμβάνονται από ένα κύτταρο. Για παράδειγμα, όταν μικροοργανισμοί εισβάλλουν στο ανθρώπινο σώμα, ένας τύπος λευκού αιμοσφαιρίου που ονομάζεται ουδετερόφιλο απομακρύνει τους εισβολείς μέσω αυτής της διαδικασίας, περιβάλλοντας και καταπίνοντας τον μικροοργανισμό, ο οποίος στη συνέχεια καταστρέφεται από το ουδετερόφιλο.

Προς προετοιμασία για τη φαγοκύττωση, ένα τμήμα της εσωστρεφούς επιφάνειας της πλασματικής μεμβράνης καλύπτεται με μια πρωτεΐνη που ονομάζεται κλαθρίνη, η οποία σταθεροποιεί αυτό το τμήμα της μεμβράνης. Το επικαλυμμένο τμήμα της μεμβράνης στη συνέχεια εκτείνεται από το σώμα του κυττάρου και περιβάλλει το σωματίδιο, τελικά εγκλείοντάς το. Μόλις το κυστίδιο που περιέχει το σωματίδιο εγκλειστεί μέσα στο κύτταρο, η κλαθρίνη αποσυνδέεται από τη μεμβράνη και το κυστίδιο συγχωνεύεται με ένα λυσοσώμα για τη διάσπαση του υλικού στο νεοσχηματισμένο διαμέρισμα (ενδόσωμα). Όταν εξαχθούν τα προσβάσιμα θρεπτικά συστατικά από την αποδόμηση του περιεχομένου του κυστιδίου, το νεοσχηματισμένο ενδόσωμα συγχωνεύεται με την πλασματική μεμβράνη και απελευθερώνει το περιεχόμενό του στο εξωκυττάριο υγρό. Η ενδοσωματική μεμβράνη καθίσταται εκ νέου μέρος της πλασματικής μεμβράνης.

Πινοκύττωση

Πινοκύττωση: Στην πινοκύττωση, η κυτταρική μεμβράνη ενδιπλώνεται, περιβάλλει έναν μικρό όγκο υγρού και αποσπάται.

Μια παραλλαγή της ενδοκύττωσης ονομάζεται πινοκύττωση. Αυτό κυριολεκτικά σημαίνει «κυτταρική πόση» και ονομάστηκε σε μια εποχή κατά την οποία θεωρούνταν ότι το κύτταρο προσλαμβάνει σκόπιμα εξωκυττάριο υγρό. Στην πραγματικότητα, πρόκειται για μια διαδικασία που προσλαμβάνει μόρια, συμπεριλαμβανομένου του νερού, τα οποία το κύτταρο χρειάζεται από το εξωκυττάριο υγρό. Η πινοκύττωση οδηγεί σε ένα πολύ μικρότερο κυστίδιο από ό,τι η φαγοκύττωση, και το κυστίδιο δεν χρειάζεται να συγχωνευθεί με ένα λυσοσώμα.

Η ποτοκύττωση, μια παραλλαγή της πινοκύττωσης, είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί μια πρωτεΐνη επικάλυψης, που ονομάζεται καβεολίνη, στην κυτταροπλασματική πλευρά της πλασματικής μεμβράνης, η οποία επιτελεί παρόμοια λειτουργία με την κλαθρίνη. Οι κοιλότητες στην πλασματική μεμβράνη που σχηματίζουν τα κενοτόπια διαθέτουν υποδοχείς μεμβράνης και λιπιδικές σχεδίες επιπλέον της καβεολίνης. Τα κενοτόπια ή κυστίδια που σχηματίζονται στις καβεόλες (ενικός: καβεόλα) είναι μικρότερα από εκείνα της πινοκύττωσης. Η ποτοκύττωση χρησιμοποιείται για την εισαγωγή μικρών μορίων στο κύτταρο και για τη μεταφορά αυτών των μορίων διαμέσου του κυττάρου για την απελευθέρωσή τους στην άλλη πλευρά του κυττάρου, μια διαδικασία που ονομάζεται διακυττάρωση (transcytosis).

Ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς

Ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς: Στην ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς, η πρόσληψη ουσιών από το κύτταρο κατευθύνεται σε έναν συγκεκριμένο τύπο ουσίας που συνδέεται με τον υποδοχέα στην εξωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης.

Μια στοχευμένη παραλλαγή της ενδοκύττωσης, γνωστή ως ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς, χρησιμοποιεί πρωτεΐνες-υποδοχείς στην πλασματική μεμβράνη που έχουν ειδική συγγένεια δέσμευσης για ορισμένες ουσίες. Στην ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς, όπως και στη φαγοκύττωση, η κλαθρίνη προσκολλάται στην κυτταροπλασματική πλευρά της πλασματικής μεμβράνης. Εάν η πρόσληψη μιας ένωσης εξαρτάται από την ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς και η διαδικασία είναι αναποτελεσματική, το υλικό δεν θα απομακρυνθεί από τα υγρά των ιστών ή από το αίμα. Αντίθετα, θα παραμείνει σε αυτά τα υγρά και θα αυξηθεί σε συγκέντρωση. Ορισμένες ανθρώπινες ασθένειες προκαλούνται από την αποτυχία της ενδοκύττωσης μεσολαβούμενης από υποδοχείς. Για παράδειγμα, η μορφή της χοληστερόλης που ονομάζεται λιποπρωτεΐνη χαμηλής πυκνότητας ή LDL (αναφέρεται επίσης ως «κακή» χοληστερόλη) απομακρύνεται από το αίμα μέσω ενδοκύττωσης μεσολαβούμενης από υποδοχείς. Στην ανθρώπινη γενετική νόσο οικογενής υπερχοληστερολαιμία, οι υποδοχείς LDL είναι ελαττωματικοί ή απουσιάζουν πλήρως. Τα άτομα με αυτή την κατάσταση έχουν επίπεδα χοληστερόλης στο αίμα που απειλούν τη ζωή, επειδή τα κύτταρά τους δεν μπορούν να απομακρύνουν τα σωματίδια LDL από το αίμα τους.

Αν και η ενδοκύττωση μεσολαβούμενη από υποδοχείς είναι σχεδιασμένη να εισάγει συγκεκριμένες ουσίες που βρίσκονται κανονικά στο εξωκυττάριο υγρό μέσα στο κύτταρο, άλλες ουσίες μπορεί να εισέλθουν στο κύτταρο στο ίδιο σημείο. Οι ιοί της γρίπης, η διφθερίτιδα και η τοξίνη της χολέρας διαθέτουν όλες θέσεις που διασταυρούμενα αντιδρούν με φυσιολογικές θέσεις δέσμευσης υποδοχέων και εισέρχονται στα κύτταρα.

Άδειες και Αναφορές

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Κυτταρική Σηματοδότηση

Cell Signaling | Boundless Anatomy and Physiology | Study Guides

Τύποι Υποδοχέων

Οι υποδοχείς, είτε ενδοκυτταρικοί είτε της κυτταρικής επιφάνειας, δεσμεύουν συγκεκριμένα προσδέτες (ligands), οι οποίοι ενεργοποιούν πολυάριθμες κυτταρικές διεργασίες.

Μαθησιακοί Στόχοι

Συγκρίνετε τους εσωτερικούς υποδοχείς με τους υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας

Σημαντικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία

  • Οι ενδοκυτταρικοί υποδοχείς εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και ενεργοποιούνται από υδρόφοβα μόρια προσδετών που μπορούν να διέλθουν μέσω της πλασματικής μεμβράνης.
  • Οι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας δεσμεύουν ένα εξωτερικό μόριο προσδέτη και μετατρέπουν ένα εξωκυττάριο σήμα σε ενδοκυττάριο σήμα.
  • Τρεις γενικές κατηγορίες υποδοχέων της κυτταρικής επιφάνειας περιλαμβάνουν: υποδοχείς διαύλων ιόντων, υποδοχείς συζευγμένους με G-πρωτεΐνη και υποδοχείς συνδεδεμένους με ένζυμα.
  • Οι υποδοχείς που συνδέονται με διαύλους ιόντων δεσμεύουν έναν προσδέτη και ανοίγουν έναν δίαυλο διαμέσου της μεμβράνης που επιτρέπει τη διέλευση συγκεκριμένων ιόντων.
  • Οι υποδοχείς που συνδέονται με G-πρωτεΐνη δεσμεύουν έναν προσδέτη και ενεργοποιούν μια πρωτεΐνη της μεμβράνης που ονομάζεται G-πρωτεΐνη, η οποία στη συνέχεια αλληλεπιδρά είτε με έναν δίαυλο ιόντων είτε με ένα ένζυμο στη μεμβράνη.
  • Οι υποδοχείς συνδεδεμένοι με ένζυμα είναι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας με ενδοκυτταρικές περιοχές που συνδέονται με ένα ένζυμο.

Βασικοί Όροι

  • ενσωματωμένη πρωτεΐνη: ένα πρωτεϊνικό μόριο (ή σύμπλοκο πρωτεϊνών) που είναι μόνιμα προσκολλημένο στη βιολογική μεμβράνη
  • μεταγραφή: η σύνθεση RNA υπό την καθοδήγηση του DNA

Παραδείγματα

Βακτήρια που είναι παθογόνα για τον άνθρωπο μπορούν να απελευθερώνουν τοξίνες που διαταράσσουν τη λειτουργία συγκεκριμένων υποδοχέων συζευγμένων με G-πρωτεΐνη, οδηγώντας σε ασθένεια. Στη χολέρα, το υδατογενές βακτήριο Vibrio cholerae παράγει μια τοξίνη, τη χολεραγόνο, που δεσμεύεται σε κύτταρα που επενδύουν το λεπτό έντερο. Η τοξίνη εισέρχεται στη συνέχεια σε αυτά τα εντερικά κύτταρα, όπου τροποποιεί μια G-πρωτεΐνη που ελέγχει το άνοιγμα ενός διαύλου χλωρίου και την προκαλεί να παραμένει συνεχώς ενεργή, με αποτέλεσμα μεγάλες απώλειες υγρών από το σώμα που μπορούν να οδηγήσουν σε δυνητικά θανατηφόρα αφυδάτωση.

Οι υποδοχείς είναι πρωτεϊνικά μόρια στο κύτταρο-στόχο ή στην επιφάνειά του που δεσμεύουν προσδέτες. Υπάρχουν δύο τύποι υποδοχέων: οι εσωτερικοί υποδοχείς και οι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας.

Εσωτερικοί υποδοχείς

Οι εσωτερικοί υποδοχείς, γνωστοί επίσης ως ενδοκυτταρικοί ή κυτταροπλασματικοί υποδοχείς, βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και ανταποκρίνονται σε υδρόφοβα μόρια προσδετών που είναι ικανά να διασχίζουν την πλασματική μεμβράνη. Αφού εισέλθουν στο κύτταρο, πολλά από αυτά τα μόρια δεσμεύονται σε πρωτεΐνες που δρουν ως ρυθμιστές της σύνθεσης mRNA, προκειμένου να μεσολαβήσουν την έκφραση γονιδίων. Η έκφραση γονιδίων είναι η κυτταρική διαδικασία μετατροπής της πληροφορίας που περιέχεται στο DNA ενός κυττάρου σε μια αλληλουχία αμινοξέων που τελικά σχηματίζει μια πρωτεΐνη. Όταν ο προσδέτης δεσμεύεται στον εσωτερικό υποδοχέα, μια διαμορφωτική μεταβολή αποκαλύπτει μια θέση δέσμευσης DNA στην πρωτεΐνη. Το σύμπλοκο προσδέτη-υποδοχέα μετακινείται στον πυρήνα, δεσμεύεται σε συγκεκριμένες ρυθμιστικές περιοχές του χρωμοσωμικού DNA και προάγει την έναρξη της μεταγραφής. Οι εσωτερικοί υποδοχείς μπορούν να επηρεάσουν άμεσα την έκφραση γονιδίων χωρίς να χρειάζεται να μεταβιβάσουν το σήμα σε άλλους υποδοχείς ή αγγελιοφόρους.

Ενδοκυτταρικοί Υποδοχείς: Υδρόφοβα σηματοδοτικά μόρια συνήθως διαχέονται διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης και αλληλεπιδρούν με ενδοκυτταρικούς υποδοχείς στο κυτταρόπλασμα. Πολλοί ενδοκυτταρικοί υποδοχείς είναι μεταγραφικοί παράγοντες που αλληλεπιδρούν με το DNA στον πυρήνα και ρυθμίζουν την έκφραση γονιδίων.

Υποδοχείς Κυτταρικής Επιφάνειας

Οι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας, γνωστοί επίσης ως διαμεμβρανικοί υποδοχείς, είναι πρωτεΐνες της επιφάνειας του κυττάρου, αγκυρωμένες στη μεμβράνη ή ενσωματωμένες σε αυτή, που δεσμεύουν εξωτερικά μόρια προσδετών. Αυτός ο τύπος υποδοχέα εκτείνεται διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης και πραγματοποιεί μεταγωγή σήματος, μετατρέποντας ένα εξωκυττάριο σήμα σε ενδοκυττάριο σήμα. Οι προσδέτες που αλληλεπιδρούν με τους υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας δεν χρειάζεται να εισέλθουν στο κύτταρο που επηρεάζουν. Οι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας ονομάζονται επίσης κυτταροειδικές πρωτεΐνες ή δείκτες, επειδή είναι ειδικοί για επιμέρους τύπους κυττάρων.

Κάθε υποδοχέας της κυτταρικής επιφάνειας έχει τρία κύρια συστατικά: μια εξωτερική περιοχή δέσμευσης προσδέτη (εξωκυττάρια περιοχή), μια υδρόφοβη περιοχή που διασχίζει τη μεμβράνη και μια ενδοκυτταρική περιοχή μέσα στο κύτταρο. Το μέγεθος και η έκταση καθεμιάς από αυτές τις περιοχές ποικίλλουν σημαντικά, ανάλογα με τον τύπο του υποδοχέα.

Οι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας εμπλέκονται στο μεγαλύτερο μέρος της σηματοδότησης σε πολυκύτταρους οργανισμούς. Υπάρχουν τρεις γενικές κατηγορίες υποδοχέων της κυτταρικής επιφάνειας: υποδοχείς συνδεδεμένοι με διαύλους ιόντων, υποδοχείς συζευγμένοι με G-πρωτεΐνη και υποδοχείς συνδεδεμένοι με ένζυμα.

Υποδοχείς Συνδεδεμένοι με Διαύλους Ιόντων

Οι υποδοχείς που συνδέονται με διαύλους ιόντων δεσμεύουν έναν προσδέτη και ανοίγουν έναν δίαυλο διαμέσου της μεμβράνης που επιτρέπει τη διέλευση συγκεκριμένων ιόντων. Για να σχηματιστεί ένας δίαυλος, αυτός ο τύπος υποδοχέα της κυτταρικής επιφάνειας διαθέτει μια εκτεταμένη περιοχή που διασχίζει τη μεμβράνη. Προκειμένου να αλληλεπιδρά με τις λιπαρές ουρές των φωσφολιπιδίων που σχηματίζουν το κέντρο της πλασματικής μεμβράνης, πολλά από τα αμινοξέα στην περιοχή που διασχίζει τη μεμβράνη είναι υδρόφοβα στη φύση τους. Αντίθετα, τα αμινοξέα που επενδύουν το εσωτερικό του διαύλου είναι υδρόφιλα, ώστε να επιτρέπεται η διέλευση νερού ή ιόντων. Όταν ένας προσδέτης δεσμεύεται στην εξωκυττάρια περιοχή του διαύλου, συμβαίνει μια διαμορφωτική μεταβολή στη δομή της πρωτεΐνης που επιτρέπει σε ιόντα όπως το νάτριο, το ασβέστιο, το μαγνήσιο και το υδρογόνο να διέλθουν.

Ελεγχόμενοι Δίαυλοι Ιόντων: Οι ελεγχόμενοι δίαυλοι ιόντων σχηματίζουν έναν πόρο μέσω της πλασματικής μεμβράνης που ανοίγει όταν το σηματοδοτικό μόριο δεσμεύεται. Ο ανοικτός πόρος επιτρέπει τότε στα ιόντα να ρέουν μέσα ή έξω από το κύτταρο.

Υποδοχείς Συνδεδεμένοι με G-Πρωτεΐνη

Οι υποδοχείς που συνδέονται με G-πρωτεΐνη δεσμεύουν έναν προσδέτη και ενεργοποιούν μια πρωτεΐνη της μεμβράνης που ονομάζεται G-πρωτεΐνη. Η ενεργοποιημένη G-πρωτεΐνη αλληλεπιδρά στη συνέχεια είτε με έναν δίαυλο ιόντων είτε με ένα ένζυμο στη μεμβράνη. Όλοι οι υποδοχείς που συνδέονται με G-πρωτεΐνη έχουν επτά διαμεμβρανικές περιοχές, αλλά κάθε υποδοχέας έχει τη δική του ειδική εξωκυττάρια περιοχή και θέση δέσμευσης G-πρωτεΐνης.

Η κυτταρική σηματοδότηση μέσω υποδοχέων συνδεδεμένων με G-πρωτεΐνη λαμβάνει χώρα ως μια κυκλική σειρά γεγονότων. Πριν δεσμευτεί ο προσδέτης, η ανενεργή G-πρωτεΐνη μπορεί να συνδεθεί σε μια νεοαποκαλυπτόμενη θέση στον υποδοχέα, ειδική για τη δέσμευσή της. Μόλις η G-πρωτεΐνη δεσμευτεί στον υποδοχέα, η επακόλουθη μεταβολή σχήματος ενεργοποιεί τη G-πρωτεΐνη, η οποία απελευθερώνει GDP και προσλαμβάνει GTP. Οι υπομονάδες της G-πρωτεΐνης διαχωρίζονται στη συνέχεια στην υπομονάδα α και στην υπομονάδα β. Ένα ή και τα δύο από αυτά τα θραύσματα της G-πρωτεΐνης μπορούν να ενεργοποιήσουν άλλες πρωτεΐνες ως αποτέλεσμα. Αργότερα, το GTP στην ενεργή υπομονάδα α της G-πρωτεΐνης υδρολύεται σε GDP και η υπομονάδα β απενεργοποιείται. Οι υπομονάδες επανασυνδέονται για να σχηματίσουν την ανενεργή G-πρωτεΐνη και ο κύκλος αρχίζει εκ νέου.

G-πρωτεΐνες: Οι ετεροτριμερικές G-πρωτεΐνες έχουν τρεις υπομονάδες: α, β και γ. Όταν ένα σηματοδοτικό μόριο δεσμεύεται σε έναν υποδοχέα συζευγμένο με G-πρωτεΐνη στην πλασματική μεμβράνη, ένα μόριο GDP που σχετίζεται με την υπομονάδα α αντικαθίσταται από GTP. Οι υπομονάδες β και γ αποσυνδέονται από την υπομονάδα α και μια κυτταρική απόκριση ενεργοποιείται είτε από την υπομονάδα α είτε από το αποσυνδεδεμένο ζεύγος βγ. Η υδρόλυση του GTP σε GDP τερματίζει το σήμα.

Υποδοχείς Συνδεδεμένοι με Ένζυμα

Οι υποδοχείς συνδεδεμένοι με ένζυμα είναι υποδοχείς της κυτταρικής επιφάνειας με ενδοκυτταρικές περιοχές που συνδέονται με ένα ένζυμο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ίδια η ενδοκυτταρική περιοχή του υποδοχέα είναι ένα ένζυμο ή ο υποδοχέας που συνδέεται με ένζυμο διαθέτει μια ενδοκυτταρική περιοχή που αλληλεπιδρά άμεσα με ένα ένζυμο. Οι υποδοχείς συνδεδεμένοι με ένζυμα συνήθως έχουν μεγάλες εξωκυττάριες και ενδοκυτταρικές περιοχές, αλλά η περιοχή που διασχίζει τη μεμβράνη αποτελείται από μία μόνο ελικοειδή περιοχή άλφα της πεπτιδικής αλυσίδας. Όταν ένας προσδέτης δεσμεύεται στην εξωκυττάρια περιοχή, ένα σήμα μεταφέρεται διαμέσου της μεμβράνης και ενεργοποιεί το ένζυμο, το οποίο εκκινεί μια αλυσίδα γεγονότων μέσα στο κύτταρο που τελικά οδηγεί σε απόκριση. Ένα παράδειγμα αυτού του τύπου υποδοχέα συνδεδεμένου με ένζυμο είναι ο υποδοχέας τυροσινικής κινάσης. Ο υποδοχέας τυροσινικής κινάσης μεταφέρει φωσφορικές ομάδες σε μόρια τυροσίνης. Σηματοδοτικά μόρια δεσμεύονται στην εξωκυττάρια περιοχή δύο γειτονικών υποδοχέων τυροσινικής κινάσης, οι οποίοι στη συνέχεια διμερίζονται. Στη συνέχεια προστίθενται φωσφορικές ομάδες σε υπολείμματα τυροσίνης στην ενδοκυτταρική περιοχή των υποδοχέων και μπορούν κατόπιν να μεταδώσουν το σήμα στον επόμενο αγγελιοφόρο μέσα στο κυτταρόπλασμα.

Άδειες και Αναφορές

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Ο Πυρήνας και τα Ριβοσώματα

The Nucleus and Ribosomes | Boundless Anatomy and Physiology | Study Guides

Βρισκόμενος μέσα στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο πυρήνας περιέχει το γενετικό υλικό που καθορίζει ολόκληρη τη δομή και λειτουργία αυτού του κυττάρου.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να εξηγηθεί ο σκοπός του πυρήνα στα ευκαρυωτικά κύτταρα

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία

  • Ο πυρήνας περιέχει το DNA του κυττάρου και κατευθύνει τη σύνθεση των ριβοσωμάτων και των πρωτεϊνών.
  • Βρισκόμενος μέσα στο πυρηνόπλασμα, ο πυρηνίσκος είναι μια συμπυκνωμένη περιοχή χρωματίνης όπου λαμβάνει χώρα η σύνθεση των ριβοσωμάτων.
  • Η χρωματίνη αποτελείται από DNA τυλιγμένο γύρω από πρωτεΐνες ιστόνες και αποθηκεύεται μέσα στο πυρηνόπλασμα.
  • Τα ριβοσώματα είναι μεγάλα σύμπλοκα πρωτεΐνης και ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA), υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών όταν το DNA από τον πυρήνα μεταγράφεται.

Βασικοί Όροι

  • ιστόνη: οποιαδήποτε από διάφορες απλές υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες που είναι πλούσιες στα βασικά αμινοξέα λυσίνη και αργινίνη και σχηματίζουν σύμπλοκα με το DNA στα νουκλεοσώματα της ευκαρυωτικής χρωματίνης
  • πυρηνίσκος: ένα εμφανές, στρογγυλεμένο, μη μεμβρανοδεσμευμένο σωμάτιο μέσα στον πυρήνα ενός κυττάρου
  • χρωματίνη: ένα σύμπλοκο DNA, RNA και πρωτεϊνών μέσα στον κυτταρικό πυρήνα, από το οποίο συμπυκνώνονται τα χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης

Ο Πυρήνας

Μία από τις κύριες διαφορές μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων είναι ο πυρήνας. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα προκαρυωτικά κύτταρα στερούνται οργανωμένου πυρήνα, ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν πυρήνες (και οργανίδια) που περιβάλλονται από μεμβράνη, οι οποίοι στεγάζουν το DNA του κυττάρου και κατευθύνουν τη σύνθεση των ριβοσωμάτων και των πρωτεϊνών.

Ο πυρήνας αποθηκεύει τη χρωματίνη (DNA μαζί με πρωτεΐνες) σε μια ουσία τύπου γέλης που ονομάζεται πυρηνόπλασμα. Για να κατανοήσουμε τη χρωματίνη, είναι χρήσιμο να εξετάσουμε πρώτα τα χρωμοσώματα. Η χρωματίνη περιγράφει το υλικό που αποτελεί τα χρωμοσώματα, τα οποία είναι δομές μέσα στον πυρήνα που αποτελούνται από DNA, το κληρονομικό υλικό. Ίσως θυμάστε ότι στους προκαρυώτες το DNA οργανώνεται σε ένα μόνο κυκλικό χρωμόσωμα. Στους ευκαρυώτες, τα χρωμοσώματα είναι γραμμικές δομές. Κάθε ευκαρυωτικό είδος έχει έναν συγκεκριμένο αριθμό χρωμοσωμάτων στους πυρήνες των κυττάρων του σώματός του. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους ο αριθμός των χρωμοσωμάτων είναι 46, ενώ στις μύγες των φρούτων είναι οκτώ. Τα χρωμοσώματα είναι ορατά και διακριτά μεταξύ τους μόνο όταν το κύτταρο ετοιμάζεται να διαιρεθεί. Προκειμένου να οργανωθεί η μεγάλη ποσότητα DNA μέσα στον πυρήνα, πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες προσκολλώνται στα χρωμοσώματα· το DNA τυλίγεται γύρω από αυτές τις ιστόνες σχηματίζοντας μια δομή που μοιάζει με χάντρες σε νήμα. Αυτά τα σύμπλοκα πρωτεΐνης-χρωμοσώματος ονομάζονται χρωματίνη.

Το DNA είναι ιδιαίτερα οργανωμένο: Αυτή η εικόνα δείχνει διάφορα επίπεδα οργάνωσης της χρωματίνης (DNA και πρωτεΐνη). Κατά μήκος των νημάτων της χρωματίνης, δηλαδή των μη συσπειρωμένων συμπλόκων πρωτεΐνης-χρωμοσώματος, βρίσκουμε DNA τυλιγμένο γύρω από ένα σύνολο πρωτεϊνών ιστονών.

Ο πυρήνας αποθηκεύει το κληρονομικό υλικό του κυττάρου: Ο πυρήνας είναι το κέντρο ελέγχου του κυττάρου. Ο πυρήνας των ζωντανών κυττάρων περιέχει το γενετικό υλικό που καθορίζει ολόκληρη τη δομή και λειτουργία αυτού του κυττάρου.

Το πυρηνόπλασμα είναι επίσης το σημείο όπου βρίσκουμε τον πυρηνίσκο. Ο πυρηνίσκος είναι μια συμπυκνωμένη περιοχή χρωματίνης όπου λαμβάνει χώρα η σύνθεση των ριβοσωμάτων. Τα ριβοσώματα, μεγάλα σύμπλοκα πρωτεΐνης και ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA), είναι τα κυτταρικά οργανίδια που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Λαμβάνουν τις «εντολές» τους για τη σύνθεση πρωτεϊνών από τον πυρήνα, όπου το DNA μεταγράφεται σε αγγελιαφόρο RNA (mRNA). Αυτό το mRNA ταξιδεύει στα ριβοσώματα, τα οποία μεταφράζουν τον κώδικα που παρέχεται από τη σειρά των αζωτούχων βάσεων στο mRNA σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία αμινοξέων σε μια πρωτεΐνη.

Τα ριβοσώματα είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών: Τα ριβοσώματα αποτελούνται από μια μεγάλη υπομονάδα (επάνω) και μια μικρή υπομονάδα (κάτω). Κατά τη σύνθεση πρωτεϊνών, τα ριβοσώματα συναρμολογούν αμινοξέα σε πρωτεΐνες.

Τέλος, το όριο του πυρήνα ονομάζεται πυρηνικός φάκελος. Αποτελείται από δύο διπλοστιβάδες φωσφολιπιδίων: μια εξωτερική μεμβράνη και μια εσωτερική μεμβράνη. Η πυρηνική μεμβράνη είναι συνεχής με το ενδοπλασματικό δίκτυο, ενώ οι πυρηνικοί πόροι επιτρέπουν σε ουσίες να εισέρχονται και να εξέρχονται από τον πυρήνα.

Χαρακτηριστικά των Ευκαρυωτικών Κυττάρων

Ένα ευκαρυωτικό κύτταρο διαθέτει έναν αληθινό πυρήνα που περιβάλλεται από μεμβράνη και έχει άλλα μεμβρανώδη οργανίδια που επιτρέπουν τον επιμερισμό των λειτουργιών.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να περιγραφεί η δομή των ευκαρυωτικών κυττάρων

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία

  • Τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι μεγαλύτερα από τα προκαρυωτικά και διαθέτουν έναν «αληθινό» πυρήνα, μεμβρανοδεσμευμένα οργανίδια και ραβδοειδή χρωμοσώματα.
  • Ο πυρήνας στεγάζει το DNA του κυττάρου και κατευθύνει τη σύνθεση των πρωτεϊνών και των ριβοσωμάτων.
  • Τα μιτοχόνδρια είναι υπεύθυνα για την παραγωγή ATP· το ενδοπλασματικό δίκτυο τροποποιεί πρωτεΐνες και συνθέτει λιπίδια· και το σύμπλεγμα Golgi είναι ο τόπος όπου πραγματοποιείται η διαλογή των λιπιδίων και των πρωτεϊνών.
  • Τα υπεροξειδιοσώματα εκτελούν αντιδράσεις οξείδωσης που διασπούν λιπαρά οξέα και αμινοξέα και αποτοξινώνουν δηλητήρια· τα κυστίδια και τα κενοτόπια λειτουργούν στην αποθήκευση και τη μεταφορά.
  • Τα ζωικά κύτταρα διαθέτουν κεντροσωμάτιο και λυσοσώματα, ενώ τα φυτικά κύτταρα όχι.
  • Τα φυτικά κύτταρα διαθέτουν κυτταρικό τοίχωμα, ένα μεγάλο κεντρικό κενοτόπιο, χλωροπλάστες και άλλα εξειδικευμένα πλαστίδια, ενώ τα ζωικά κύτταρα όχι.

Βασικοί Όροι

  • ευκαρυωτικός: που διαθέτει σύνθετα κύτταρα στα οποία το γενετικό υλικό είναι οργανωμένο σε πυρήνες που περιβάλλονται από μεμβράνη
  • οργανίδιο: μια εξειδικευμένη δομή που βρίσκεται μέσα στα κύτταρα και επιτελεί μια συγκεκριμένη ζωτική διεργασία (π.χ. ριβοσώματα, κενοτόπια)
  • φωτοσύνθεση: η διαδικασία με την οποία τα φυτά και άλλοι φωτοαυτότροφοι οργανισμοί παράγουν υδατάνθρακες και οξυγόνο από διοξείδιο του άνθρακα, νερό και φωτεινή ενέργεια μέσα στους χλωροπλάστες

Δομή Ευκαρυωτικού Κυττάρου

Όπως ένα προκαρυωτικό κύτταρο, έτσι και ένα ευκαρυωτικό κύτταρο διαθέτει πλασματική μεμβράνη, κυτταρόπλασμα και ριβοσώματα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα προκαρυωτικά κύτταρα, τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν:

  1. έναν πυρήνα που περιβάλλεται από μεμβράνη
  2. πολυάριθμα μεμβρανοδεσμευμένα οργανίδια (συμπεριλαμβανομένων του ενδοπλασματικού δικτύου, του συμπλέγματος Golgi, των χλωροπλαστών και των μιτοχονδρίων)
  3. αρκετά ραβδοειδή χρωμοσώματα

Επειδή ο πυρήνας ενός ευκαρυωτικού κυττάρου περιβάλλεται από μεμβράνη, συχνά λέγεται ότι διαθέτει «αληθινό πυρήνα». Τα οργανίδια (που σημαίνει «μικρά όργανα») έχουν εξειδικευμένους κυτταρικούς ρόλους, όπως ακριβώς τα όργανα του σώματός σας έχουν εξειδικευμένους ρόλους. Επιτρέπουν διαφορετικές λειτουργίες να επιμερίζονται σε διαφορετικές περιοχές του κυττάρου.

Ο Πυρήνας και οι Δομές του

Συνήθως, ο πυρήνας είναι το πιο εμφανές οργανίδιο σε ένα κύτταρο. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν αληθινό πυρήνα, πράγμα που σημαίνει ότι το DNA του κυττάρου περιβάλλεται από μεμβράνη. Επομένως, ο πυρήνας στεγάζει το DNA του κυττάρου και κατευθύνει τη σύνθεση των πρωτεϊνών και των ριβοσωμάτων, των κυτταρικών οργανιδίων που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Ο πυρηνικός φάκελος είναι μια δομή διπλής μεμβράνης που αποτελεί το εξώτατο τμήμα του πυρήνα. Τόσο η εσωτερική όσο και η εξωτερική μεμβράνη του πυρηνικού φακέλου είναι διπλοστιβάδες φωσφολιπιδίων. Η πυρηνική μεμβράνη διακόπτεται από πόρους που ελέγχουν τη διέλευση ιόντων, μορίων και RNA μεταξύ του πυρηνοπλάσματος και του κυτταροπλάσματος. Το πυρηνόπλασμα είναι το ημιστερεό υγρό στο εσωτερικό του πυρήνα, όπου βρίσκουμε τη χρωματίνη και τον πυρηνίσκο. Επιπλέον, τα χρωμοσώματα είναι δομές μέσα στον πυρήνα που αποτελούνται από DNA, το γενετικό υλικό. Στους προκαρυώτες, το DNA οργανώνεται σε ένα μόνο κυκλικό χρωμόσωμα. Στους ευκαρυώτες, τα χρωμοσώματα είναι γραμμικές δομές.

Ευκαρυωτικός πυρήνας: Ο πυρήνας αποθηκεύει τη χρωματίνη (DNA μαζί με πρωτεΐνες) σε μια ουσία τύπου γέλης που ονομάζεται πυρηνόπλασμα. Ο πυρηνίσκος είναι μια συμπυκνωμένη περιοχή χρωματίνης όπου λαμβάνει χώρα η σύνθεση ριβοσωμάτων. Το όριο του πυρήνα ονομάζεται πυρηνικός φάκελος. Αποτελείται από δύο διπλοστιβάδες φωσφολιπιδίων: μια εξωτερική και μια εσωτερική μεμβράνη. Η πυρηνική μεμβράνη είναι συνεχής με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Οι πυρηνικοί πόροι επιτρέπουν σε ουσίες να εισέρχονται και να εξέρχονται από τον πυρήνα.

Άλλα Μεμβρανοδεσμευμένα Οργανίδια

Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια ωοειδούς σχήματος με διπλή μεμβράνη που διαθέτουν τα δικά τους ριβοσώματα και DNA. Αυτά τα οργανίδια συχνά αποκαλούνται «εργοστάσια ενέργειας» του κυττάρου, επειδή είναι υπεύθυνα για την παραγωγή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), του κύριου μορίου μεταφοράς ενέργειας του κυττάρου, μέσω της διεξαγωγής της κυτταρικής αναπνοής. Το ενδοπλασματικό δίκτυο τροποποιεί πρωτεΐνες και συνθέτει λιπίδια, ενώ το σύμπλεγμα Golgi είναι το σημείο όπου πραγματοποιείται η διαλογή, επισήμανση, συσκευασία και διανομή λιπιδίων και πρωτεϊνών. Τα υπεροξειδιοσώματα είναι μικρά, σφαιρικά οργανίδια που περιβάλλονται από μονή μεμβράνη· εκτελούν αντιδράσεις οξείδωσης που διασπούν λιπαρά οξέα και αμινοξέα. Τα υπεροξειδιοσώματα επίσης αποτοξινώνουν πολλά δηλητήρια που μπορεί να εισέλθουν στο σώμα. Τα κυστίδια και τα κενοτόπια είναι σάκοι που περιβάλλονται από μεμβράνη και λειτουργούν στην αποθήκευση και τη μεταφορά. Εκτός από το γεγονός ότι τα κενοτόπια είναι κάπως μεγαλύτερα από τα κυστίδια, υπάρχει μια πολύ λεπτή διάκριση μεταξύ τους: οι μεμβράνες των κυστιδίων μπορούν να συντήκονται είτε με την πλασματική μεμβράνη είτε με άλλα μεμβρανικά συστήματα μέσα στο κύτταρο. Όλα αυτά τα οργανίδια βρίσκονται σε κάθε ευκαρυωτικό κύτταρο.

Ζωικά Κύτταρα έναντι Φυτικών Κυττάρων

Ενώ όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν τα προαναφερθέντα οργανίδια και δομές, υπάρχουν ορισμένες εντυπωσιακές διαφορές μεταξύ ζωικών και φυτικών κυττάρων. Τα ζωικά κύτταρα διαθέτουν κεντροσωμάτιο και λυσοσώματα, ενώ τα φυτικά κύτταρα όχι. Το κεντροσωμάτιο είναι ένα κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων που βρίσκεται κοντά στους πυρήνες των ζωικών κυττάρων, ενώ τα λυσοσώματα αναλαμβάνουν τη λειτουργία της πέψης του κυττάρου.

Ζωικά κύτταρα: Παρά τις θεμελιώδεις ομοιότητές τους, υπάρχουν ορισμένες εντυπωσιακές διαφορές μεταξύ ζωικών και φυτικών κυττάρων. Τα ζωικά κύτταρα διαθέτουν κεντριόλια, κεντροσωμάτια και λυσοσώματα, ενώ τα φυτικά κύτταρα όχι.

Επιπλέον, τα φυτικά κύτταρα διαθέτουν κυτταρικό τοίχωμα, ένα μεγάλο κεντρικό κενοτόπιο, χλωροπλάστες και άλλα εξειδικευμένα πλαστίδια, ενώ τα ζωικά κύτταρα όχι. Το κυτταρικό τοίχωμα προστατεύει το κύτταρο, παρέχει δομική υποστήριξη και δίνει σχήμα στο κύτταρο, ενώ το κεντρικό κενοτόπιο παίζει βασικό ρόλο στη ρύθμιση της συγκέντρωσης νερού του κυττάρου σε μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι χλωροπλάστες είναι τα οργανίδια που πραγματοποιούν τη φωτοσύνθεση.

Φυτικά κύτταρα: Τα φυτικά κύτταρα διαθέτουν κυτταρικό τοίχωμα, χλωροπλάστες, πλασμοδέσματα και πλαστίδια που χρησιμοποιούνται για αποθήκευση, καθώς και ένα μεγάλο κεντρικό κενοτόπιο, ενώ τα ζωικά κύτταρα όχι.

Άδειες και Αναφορές

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Οργανίδια

Η Πλασματική Μεμβράνη και το Κυτταρόπλασμα

Η πλασματική μεμβράνη αποτελείται από μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων που ρυθμίζει τη συγκέντρωση των ουσιών που μπορούν να διαπεράσουν ένα κύτταρο.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να εξηγηθεί η δομή και ο σκοπός της πλασματικής μεμβράνης ενός κυττάρου

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία
  • Όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν μια περιβάλλουσα πλασματική μεμβράνη, η οποία είναι επίσης γνωστή ως κυτταρική μεμβράνη.
  • Η πλασματική μεμβράνη αποτελείται από μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων με ενσωματωμένες πρωτεΐνες, που διαχωρίζει τα εσωτερικά περιεχόμενα του κυττάρου από το περιβάλλον του.
  • Μόνο σχετικά μικρά, μη πολικά υλικά μπορούν να κινηθούν εύκολα μέσα από τη λιπιδική διπλοστιβάδα της πλασματικής μεμβράνης.
  • Η παθητική μεταφορά είναι η κίνηση ουσιών διαμέσου της μεμβράνης που δεν απαιτεί τη χρήση ενέργειας, ενώ η ενεργητική μεταφορά είναι η κίνηση ουσιών διαμέσου της μεμβράνης με χρήση ενέργειας.
  • Η όσμωση είναι η διάχυση του νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής του· αυτό συμβαίνει όταν υπάρχει μια ανισορροπία διαλυμένων ουσιών (solutes) έξω από ένα κύτταρο σε σύγκριση με το εσωτερικό του.
Βασικοί Όροι
  • φωσφολιπίδιο: οποιοδήποτε λιπίδιο που αποτελείται από ένα διγλυκερίδιο συνδεδεμένο με μια φωσφορική ομάδα και ένα απλό οργανικό μόριο όπως χολίνη ή αιθανολαμίνη· αποτελούν σημαντικά συστατικά των βιολογικών μεμβρανών
  • υπέρτονος: που έχει μεγαλύτερη ωσμωτική πίεση από κάποιο άλλο
  • υπότονος: που έχει μικρότερη ωσμωτική πίεση από κάποιο άλλο· ένα κύτταρο σε αυτό το περιβάλλον προκαλεί την είσοδο νερού στο κύτταρο, με αποτέλεσμα να διογκώνεται

Η Πλασματική Μεμβράνη

Παρά τις διαφορές στη δομή και τη λειτουργία, όλα τα ζωντανά κύτταρα στους πολυκύτταρους οργανισμούς διαθέτουν μια περιβάλλουσα πλασματική μεμβράνη (γνωστή και ως κυτταρική μεμβράνη). Όπως το εξωτερικό στρώμα του δέρματός σας διαχωρίζει το σώμα σας από το περιβάλλον του, έτσι και η πλασματική μεμβράνη διαχωρίζει τα εσωτερικά περιεχόμενα ενός κυττάρου από το εξωτερικό του περιβάλλον. Η πλασματική μεμβράνη μπορεί να περιγραφεί ως μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων με ενσωματωμένες πρωτεΐνες που ελέγχει τη διέλευση οργανικών μορίων, ιόντων, νερού και οξυγόνου προς και από το κύτταρο. Τα απόβλητα (όπως διοξείδιο του άνθρακα και αμμωνία) επίσης εξέρχονται από το κύτταρο μέσω της διέλευσης από τη μεμβράνη.

Ευκαρυωτική πλασματική μεμβράνη: Η ευκαρυωτική πλασματική μεμβράνη είναι μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων με ενσωματωμένες πρωτεΐνες και χοληστερόλη.

Η κυτταρική μεμβράνη είναι μια εξαιρετικά εύκαμπτη δομή που αποτελείται κυρίως από δύο γειτονικά φύλλα φωσφολιπιδίων. Η χοληστερόλη, που επίσης υπάρχει, συμβάλλει στη ρευστότητα της μεμβράνης. Ένα μόριο φωσφολιπιδίου αποτελείται από μια πολική «κεφαλή» φωσφορικής ομάδας, η οποία είναι υδρόφιλη, και μια μη πολική «ουρά» λιπιδίου, η οποία είναι υδρόφοβη. Τα ακόρεστα λιπαρά οξέα προκαλούν κάμψεις στις υδρόφοβες ουρές. Η διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων αποτελείται από δύο φωσφολιπίδια διατεταγμένα ουρά με ουρά. Οι υδρόφοβες ουρές συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας το εσωτερικό της μεμβράνης. Οι πολικές κεφαλές έρχονται σε επαφή με το υγρό στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του κυττάρου.

Διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων: Η διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων αποτελείται από δύο γειτονικά φύλλα φωσφολιπιδίων, διατεταγμένα ουρά με ουρά. Οι υδρόφοβες ουρές συνδέονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας το εσωτερικό της μεμβράνης. Οι πολικές κεφαλές έρχονται σε επαφή με το υγρό στο εσωτερικό και στο εξωτερικό του κυττάρου.

Η κύρια λειτουργία της πλασματικής μεμβράνης είναι να ρυθμίζει τη συγκέντρωση των ουσιών μέσα στο κύτταρο. Αυτές οι ουσίες περιλαμβάνουν ιόντα όπως Ca^++ , Na^+ , K^+ και Cl^–· θρεπτικά συστατικά όπως σάκχαρα, λιπαρά οξέα και αμινοξέα· και προϊόντα αποβλήτων, ιδιαίτερα το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), το οποίο πρέπει να απομακρύνεται από το κύτταρο.

Η δομή της λιπιδικής διπλοστιβάδας της μεμβράνης παρέχει στο κύτταρο έλεγχο πρόσβασης μέσω της διαπερατότητας. Τα φωσφολιπίδια είναι πυκνά διατεταγμένα μεταξύ τους, ενώ η μεμβράνη διαθέτει υδρόφοβο εσωτερικό. Αυτή η δομή καθιστά τη μεμβράνη επιλεκτικά διαπερατή. Μια μεμβράνη που έχει επιλεκτική διαπερατότητα επιτρέπει μόνο σε ουσίες που πληρούν ορισμένα κριτήρια να διέρχονται χωρίς βοήθεια. Στην περίπτωση της πλασματικής μεμβράνης, μόνο σχετικά μικρά, μη πολικά υλικά μπορούν να κινηθούν μέσω της λιπιδικής διπλοστιβάδας (θυμηθείτε ότι οι λιπιδικές ουρές της μεμβράνης είναι μη πολικές). Ορισμένα παραδείγματα αυτών των υλικών είναι άλλα λιπίδια, τα αέρια οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα, καθώς και το αλκοόλ. Ωστόσο, υδατοδιαλυτές ουσίες—όπως η γλυκόζη, τα αμινοξέα και οι ηλεκτρολύτες—χρειάζονται κάποια βοήθεια για να διασχίσουν τη μεμβράνη, επειδή απωθούνται από τις υδρόφοβες ουρές της διπλοστιβάδας φωσφολιπιδίων.

Μεταφορά Διαμέσου της Μεμβράνης

Όλες οι ουσίες που κινούνται μέσω της μεμβράνης το κάνουν με μία από δύο γενικές μεθόδους, οι οποίες κατηγοριοποιούνται με βάση το αν απαιτείται ενέργεια ή όχι. Η παθητική μεταφορά (που δεν απαιτεί ενέργεια) είναι η κίνηση ουσιών διαμέσου της μεμβράνης χωρίς δαπάνη κυτταρικής ενέργειας. Κατά τη διάρκεια αυτού του τύπου μεταφοράς, τα υλικά κινούνται με απλή διάχυση ή με διευκολυνόμενη διάχυση μέσω της μεμβράνης, κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής τους. Το νερό διέρχεται μέσω της μεμβράνης με μια διαδικασία διάχυσης που ονομάζεται όσμωση. Η όσμωση είναι η διάχυση του νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής του. Συμβαίνει όταν υπάρχει μια ανισορροπία διαλυμένων ουσιών έξω από ένα κύτταρο σε σύγκριση με το εσωτερικό του. Το διάλυμα που έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών ονομάζεται υπέρτονο και το διάλυμα που έχει μικρότερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών ονομάζεται υπότονο. Τα μόρια νερού θα διαχυθούν από το υπότονο διάλυμα προς το υπέρτονο διάλυμα (εκτός αν δρουν υδροστατικές δυνάμεις).

Όσμωση: Η όσμωση είναι η διάχυση του νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσής του. Αν μια μεμβράνη είναι διαπερατή στο νερό αλλά όχι σε μια διαλυμένη ουσία, το νερό θα εξισορροπήσει τη δική του συγκέντρωση διαχέοντας προς την πλευρά με χαμηλότερη συγκέντρωση νερού (και συνεπώς την πλευρά με υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένων ουσιών). Στο δοχείο στα αριστερά, το διάλυμα στη δεξιά πλευρά της μεμβράνης είναι υπέρτονο.

Σε αντίθεση με την παθητική μεταφορά, η ενεργητική μεταφορά (που απαιτεί ενέργεια) είναι η κίνηση ουσιών διαμέσου της μεμβράνης με χρήση ενέργειας από την τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Η ενέργεια δαπανάται για να βοηθήσει την κίνηση των υλικών διαμέσου της μεμβράνης προς κατεύθυνση αντίθετη από τη βαθμίδα συγκέντρωσής τους. Η ενεργητική μεταφορά μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη βοήθεια αντλιών πρωτεΐνης ή μέσω της χρήσης κυστιδίων. Μια άλλη μορφή αυτού του τύπου μεταφοράς είναι η ενδοκύττωση, κατά την οποία ένα κύτταρο περιβάλλει εξωκυττάρια υλικά χρησιμοποιώντας την κυτταρική του μεμβράνη. Η αντίθετη διαδικασία είναι γνωστή ως εξωκύττωση. Σε αυτήν την περίπτωση, ένα κύτταρο εξάγει υλικό χρησιμοποιώντας μεταφορά μέσω κυστιδίων.

Κυτταρόπλασμα

Η πλασματική μεμβράνη του κυττάρου συμβάλλει επίσης στον εγκλεισμό του κυτταροπλάσματος, το οποίο παρέχει ένα περιβάλλον τύπου γέλης για τα οργανίδια του κυττάρου. Το κυτταρόπλασμα είναι ο τόπος όπου λαμβάνουν χώρα οι περισσότερες κυτταρικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού, της αναδίπλωσης πρωτεϊνών και της εσωτερικής μεταφοράς.

Το Ενδοπλασματικό Δίκτυο

Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι ένα οργανίδιο που είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση λιπιδίων και την τροποποίηση πρωτεϊνών.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να περιγραφεί η δομή του ενδοπλασματικού δικτύου και ο ρόλος του στη σύνθεση και τον μεταβολισμό

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία
  • Αν το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER) έχει ριβοσώματα προσκολλημένα σε αυτό, ονομάζεται αδρό ER· αν δεν έχει, τότε ονομάζεται λείο ER.
  • Οι πρωτεΐνες που παράγονται από το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο προορίζονται για χρήση εκτός του κυττάρου.
  • Οι λειτουργίες του λείου ενδοπλασματικού δικτύου περιλαμβάνουν τη σύνθεση υδατανθράκων, λιπιδίων και στεροειδών ορμονών· την αποτοξίνωση φαρμάκων και δηλητηρίων· και την αποθήκευση ιόντων ασβεστίου.
Βασικοί Όροι
  • αυλός: η κοιλότητα ή ο αγωγός μέσα σε έναν σωλήνα ή σωληνοειδές όργανο
  • δίκτυο: ένα πλέγμα

Το Ενδοπλασματικό Δίκτυο

Το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER) είναι μια σειρά από αλληλοσυνδεόμενους μεμβρανώδεις σάκους και σωληνίσκους που συλλογικά τροποποιούν πρωτεΐνες και συνθέτουν λιπίδια. Ωστόσο, αυτές οι δύο λειτουργίες εκτελούνται σε ξεχωριστές περιοχές του ER: το αδρό ER και το λείο ER. Το κοίλο τμήμα των σωληνίσκων του ER ονομάζεται αυλός ή κιστερνικός (cisternal) χώρος. Η μεμβράνη του ER, η οποία είναι μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων με ενσωματωμένες πρωτεΐνες, είναι συνεχής με τον πυρηνικό φάκελο.

Αδρό Ενδοπλασματικό Δίκτυο

Αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο: Αυτή η μικρογραφία ηλεκτρονικού μικροσκοπίου διέλευσης δείχνει το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο και άλλα οργανίδια σε ένα κύτταρο παγκρέατος.

Το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο (RER) ονομάζεται έτσι επειδή τα ριβοσώματα που είναι προσκολλημένα στην κυτταροπλασματική του επιφάνεια του προσδίδουν μια κοκκώδη εμφάνιση όταν παρατηρείται με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Τα ριβοσώματα μεταφέρουν τις νεοσυντιθέμενες πρωτεΐνες τους στον αυλό του RER, όπου αυτές υφίστανται δομικές τροποποιήσεις, όπως αναδίπλωση ή απόκτηση πλευρικών αλυσίδων. Αυτές οι τροποποιημένες πρωτεΐνες θα ενσωματωθούν σε κυτταρικές μεμβράνες—στη μεμβράνη του ER ή σε εκείνες άλλων οργανιδίων—ή θα εκκριθούν από το κύτταρο (όπως πρωτεϊνικές ορμόνες, ένζυμα). Το RER επίσης συνθέτει φωσφολιπίδια για τις κυτταρικές μεμβράνες. Αν τα φωσφολιπίδια ή οι τροποποιημένες πρωτεΐνες δεν προορίζονται να παραμείνουν στο RER, θα φτάσουν στους προορισμούς τους μέσω μεταφορικών κυστιδίων που αποσπώνται από τη μεμβράνη του RER. Επειδή το RER εμπλέκεται στην τροποποίηση πρωτεϊνών (όπως, για παράδειγμα, ενζύμων) που θα εκκριθούν από το κύτταρο, είναι άφθονο σε κύτταρα που εκκρίνουν πρωτεΐνες. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, στα κύτταρα του ήπατος.

Λείο Ενδοπλασματικό Δίκτυο

Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο (SER) είναι συνεχές με το RER αλλά έχει λίγα ή καθόλου ριβοσώματα στην κυτταροπλασματική του επιφάνεια. Οι λειτουργίες του SER περιλαμβάνουν τη σύνθεση υδατανθράκων, λιπιδίων και στεροειδών ορμονών· την αποτοξίνωση φαρμάκων και δηλητηρίων· και την αποθήκευση ιόντων ασβεστίου. Στα μυϊκά κύτταρα, ένα εξειδικευμένο SER που ονομάζεται σαρκοπλασματικό δίκτυο είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση των ιόντων ασβεστίου που απαιτούνται για την ενεργοποίηση των συντονισμένων συσπάσεων των μυϊκών κυττάρων.

Η Συσκευή Golgi

Η συσκευή Golgi ταξινομεί και συσκευάζει υλικά πριν αυτά εγκαταλείψουν το κύτταρο, ώστε να διασφαλιστεί ότι θα φτάσουν στον κατάλληλο προορισμό.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να περιγραφεί η δομή της συσκευής Golgi και ο ρόλος της στην τροποποίηση και έκκριση πρωτεϊνών

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία
  • Η συσκευή Golgi είναι μια σειρά από πεπλατυσμένους σάκους που ταξινομούν και συσκευάζουν κυτταρικά υλικά.
  • Η συσκευή Golgi έχει μια cis πλευρά προς την πλευρά του ER και μια trans πλευρά αντίθετη από το ER.
  • Η trans πλευρά εκκρίνει τα υλικά μέσα σε κυστίδια, τα οποία στη συνέχεια συντήκονται με την κυτταρική μεμβράνη για απελευθέρωση από το κύτταρο.
Βασικοί Όροι
  • κυστίδιο: ένα διαμέρισμα που περιβάλλεται από μεμβράνη και βρίσκεται μέσα σε ένα κύτταρο

Η Συσκευή Golgi

Έχουμε ήδη αναφέρει ότι τα κυστίδια μπορούν να αποσπώνται από το ER και να μεταφέρουν το περιεχόμενό τους αλλού, αλλά πού πηγαίνουν τα κυστίδια; Πριν φτάσουν στον τελικό τους προορισμό, τα λιπίδια ή οι πρωτεΐνες μέσα στα μεταφορικά κυστίδια πρέπει ακόμη να ταξινομηθούν, να συσκευαστούν και να επισημανθούν ώστε να καταλήξουν στο σωστό σημείο. Η ταξινόμηση, η επισήμανση, η συσκευασία και η διανομή λιπιδίων και πρωτεϊνών λαμβάνουν χώρα στη συσκευή Golgi (που ονομάζεται επίσης σώμα Golgi), μια σειρά από πεπλατυσμένες μεμβράνες.

Η συσκευή Golgi ταξινομεί και συσκευάζει κυτταρικά προϊόντα: Η συσκευή Golgi σε αυτό το λευκό αιμοσφαίριο είναι ορατή ως μια στοίβα ημικυκλικών, πεπλατυσμένων δακτυλίων στο κατώτερο τμήμα της εικόνας. Αρκετά κυστίδια μπορούν να παρατηρηθούν κοντά στη συσκευή Golgi.

Η πλευρά υποδοχής της συσκευής Golgi ονομάζεται cis πλευρά. Η αντίθετη πλευρά ονομάζεται trans πλευρά. Τα μεταφορικά κυστίδια που σχηματίζονται από το ER ταξιδεύουν προς την cis πλευρά, συντήκονται με αυτήν και αδειάζουν το περιεχόμενό τους στον αυλό της συσκευής Golgi. Καθώς οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια κινούνται μέσω της Golgi, υφίστανται περαιτέρω τροποποιήσεις που επιτρέπουν την ταξινόμησή τους. Η συχνότερη τροποποίηση είναι η προσθήκη βραχέων αλυσίδων μορίων σακχάρων. Αυτές οι νεοτροποποιημένες πρωτεΐνες και λιπίδια επισημαίνονται στη συνέχεια με φωσφορικές ομάδες ή άλλα μικρά μόρια ώστε να κατευθυνθούν προς τους κατάλληλους προορισμούς τους.

Τέλος, οι τροποποιημένες και επισημασμένες πρωτεΐνες συσκευάζονται σε εκκριτικά κυστίδια που αποσπώνται από την trans πλευρά της Golgi. Ενώ ορισμένα από αυτά τα κυστίδια εναποθέτουν το περιεχόμενό τους σε άλλα μέρη του κυττάρου όπου θα χρησιμοποιηθούν, άλλα εκκριτικά κυστίδια συντήκονται με την πλασματική μεμβράνη και απελευθερώνουν το περιεχόμενό τους εκτός του κυττάρου.

Σε ένα ακόμη παράδειγμα όπου η μορφή ακολουθεί τη λειτουργία, κύτταρα που επιτελούν μεγάλη εκκριτική δραστηριότητα (όπως τα κύτταρα των σιελογόνων αδένων που εκκρίνουν πεπτικά ένζυμα ή τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος που εκκρίνουν αντισώματα) διαθέτουν άφθονη συσκευή Golgi. Στα φυτικά κύτταρα, η συσκευή Golgi έχει τον πρόσθετο ρόλο της σύνθεσης πολυσακχαριτών, ορισμένοι από τους οποίους ενσωματώνονται στο κυτταρικό τοίχωμα και άλλοι χρησιμοποιούνται σε άλλα μέρη του κυττάρου.

Λυσοσώματα

Τα λυσοσώματα είναι οργανίδια που πέπτουν μακρομόρια, επιδιορθώνουν τις κυτταρικές μεμβράνες και ανταποκρίνονται σε ξένες ουσίες που εισέρχονται στο κύτταρο.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να περιγραφεί πώς τα λυσοσώματα λειτουργούν ως το σύστημα απομάκρυνσης αποβλήτων του κυττάρου

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία
  • Τα λυσοσώματα διασπούν/πέπτουν μακρομόρια (υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα), επιδιορθώνουν τις κυτταρικές μεμβράνες και ανταποκρίνονται έναντι ξένων ουσιών όπως βακτήρια, ιοί και άλλα αντιγόνα.
  • Τα λυσοσώματα περιέχουν ένζυμα που διασπούν τα μακρομόρια και τους ξένους εισβολείς.
  • Τα λυσοσώματα αποτελούνται από λιπίδια και πρωτεΐνες, με μία μονή μεμβράνη που καλύπτει τα εσωτερικά ένζυμα ώστε να αποτρέπεται το λυσόσωμα από το να πέπτει το ίδιο το κύτταρο.
  • Τα λυσοσώματα απαντώνται σε όλα τα ζωικά κύτταρα, αλλά σπάνια απαντώνται μέσα σε φυτικά κύτταρα λόγω του ανθεκτικού κυτταρικού τοιχώματος που περιβάλλει ένα φυτικό κύτταρο και εμποδίζει την είσοδο ξένων ουσιών.
Βασικοί Όροι
  • ένζυμο: μια σφαιρική πρωτεΐνη που καταλύει μια βιολογική χημική αντίδραση
  • λυσόσωμα: οργανίδιο που απαντάται σε όλους τους τύπους ζωικών κυττάρων και περιέχει ένα ευρύ φάσμα πεπτικών ενζύμων ικανών να διασπούν τα περισσότερα βιολογικά μακρομόρια

Ένα λυσόσωμα έχει τρεις κύριες λειτουργίες: τη διάσπαση/πέψη μακρομορίων (υδατάνθρακες, λιπίδια, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα), την επιδιόρθωση της κυτταρικής μεμβράνης και την απόκριση έναντι ξένων ουσιών όπως βακτήρια, ιοί και άλλα αντιγόνα. Όταν τροφή καταναλώνεται ή απορροφάται από το κύτταρο, το λυσόσωμα απελευθερώνει τα ένζυμά του για να διασπάσει πολύπλοκα μόρια, συμπεριλαμβανομένων σακχάρων και πρωτεϊνών, σε αξιοποιήσιμη ενέργεια που απαιτείται για την επιβίωση του κυττάρου. Εάν δεν παρέχεται τροφή, τα ένζυμα του λυσοσώματος πέπτουν άλλα οργανίδια μέσα στο κύτταρο προκειμένου να αποκτηθούν τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά.

Εκτός από τον ρόλο τους ως το πεπτικό συστατικό και το «κέντρο ανακύκλωσης» οργανιδίων των ζωικών κυττάρων, τα λυσοσώματα θεωρούνται μέρη του ενδομεμβρανικού συστήματος. Τα λυσοσώματα χρησιμοποιούν επίσης τα υδρολυτικά τους ένζυμα για να καταστρέφουν παθογόνα (οργανισμούς που προκαλούν ασθένειες) που μπορεί να εισέλθουν στο κύτταρο. Ένα καλό παράδειγμα αυτού συμβαίνει σε μια ομάδα λευκών αιμοσφαιρίων που ονομάζονται μακροφάγα, τα οποία αποτελούν μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος του σώματος. Σε μια διαδικασία γνωστή ως φαγοκύττωση ή ενδοκύττωση, ένα τμήμα της πλασματικής μεμβράνης του μακροφάγου εισχωρεί προς τα μέσα (αναδιπλώνεται) και εγκλωβίζει ένα παθογόνο. Το τμήμα αυτό, με το παθογόνο στο εσωτερικό του, αποσπάται στη συνέχεια από την πλασματική μεμβράνη και γίνεται ένα κυστίδιο. Το κυστίδιο συντήκεται με ένα λυσόσωμα. Τα υδρολυτικά ένζυμα του λυσοσώματος καταστρέφουν τότε το παθογόνο.

Τα λυσοσώματα πέπτουν ξένες ουσίες που θα μπορούσαν να βλάψουν το κύτταρο: Ένα μακροφάγο έχει εγκλωβίσει (φαγοκυττώσει) ένα δυνητικά παθογόνο βακτήριο και στη συνέχεια συντήκεται με ένα λυσόσωμα μέσα στο κύτταρο για να καταστρέψει το παθογόνο. Άλλα οργανίδια υπάρχουν στο κύτταρο αλλά για λόγους απλότητας δεν απεικονίζονται.

Ένα λυσόσωμα αποτελείται από λιπίδια, που σχηματίζουν τη μεμβράνη, και πρωτεΐνες, που αποτελούν τα ένζυμα μέσα στη μεμβράνη. Συνήθως, τα λυσοσώματα έχουν μέγεθος μεταξύ 0,1 έως 1,2 μm, αλλά το μέγεθος ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου. Η γενική δομή ενός λυσοσώματος συνίσταται σε μια συλλογή ενζύμων που περιβάλλονται από μία μεμβράνη μονής στοιβάδας. Η μεμβράνη αποτελεί κρίσιμη πτυχή της δομής του, διότι χωρίς αυτήν τα ένζυμα μέσα στο λυσόσωμα που χρησιμοποιούνται για τη διάσπαση ξένων ουσιών θα διαρρέουν και θα πέπτουν ολόκληρο το κύτταρο, προκαλώντας τον θάνατό του.

Τα λυσοσώματα απαντώνται σε σχεδόν κάθε ευκαρυωτικό κύτταρο τύπου ζωικού οργανισμού. Είναι τόσο συνηθισμένα στα ζωικά κύτταρα επειδή, όταν αυτά προσλαμβάνουν ή απορροφούν τροφή, χρειάζονται τα ένζυμα που βρίσκονται στα λυσοσώματα για να πέψουν και να χρησιμοποιήσουν την τροφή για παραγωγή ενέργειας. Αντίθετα, τα λυσοσώματα δεν απαντώνται συχνά στα φυτικά κύτταρα. Τα λυσοσώματα δεν είναι απαραίτητα στα φυτικά κύτταρα επειδή αυτά διαθέτουν κυτταρικά τοιχώματα που είναι αρκετά ανθεκτικά ώστε να κρατούν εκτός του κυττάρου τις μεγάλες/ξένες ουσίες που τα λυσοσώματα συνήθως θα πέπτουν.

Υπεροξειδιοσώματα

Τα υπεροξειδιοσώματα εξουδετερώνουν επιβλαβείς τοξίνες και πραγματοποιούν τον μεταβολισμό των λιπιδίων καθώς και αντιδράσεις οξείδωσης που διασπούν λιπαρά οξέα και αμινοξέα.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να ονομαστούν οι διάφορες λειτουργίες που επιτελούν τα υπεροξειδιοσώματα μέσα στο κύτταρο

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία
  • Ο μεταβολισμός των λιπιδίων και η χημική αποτοξίνωση είναι σημαντικές λειτουργίες των υπεροξειδιοσωμάτων.
  • Τα υπεροξειδιοσώματα είναι υπεύθυνα για αντιδράσεις οξείδωσης που διασπούν λιπαρά οξέα και αμινοξέα.
  • Τα υπεροξειδιοσώματα επιβλέπουν αντιδράσεις που εξουδετερώνουν τις ελεύθερες ρίζες, οι οποίες προκαλούν κυτταρική βλάβη και κυτταρικό θάνατο.
  • Τα υπεροξειδιοσώματα εξουδετερώνουν χημικά δηλητήρια μέσω μιας διαδικασίας που παράγει μεγάλες ποσότητες τοξικού H₂O₂, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε νερό και οξυγόνο.
  • Το ήπαρ είναι το όργανο που είναι πρωτίστως υπεύθυνο για την αποτοξίνωση του αίματος πριν αυτό κυκλοφορήσει σε όλο το σώμα· ως αποτέλεσμα, τα ηπατικά κύτταρα περιέχουν μεγάλες ποσότητες υπεροξειδιοσωμάτων.
Βασικοί Όροι
  • ένζυμο: μια σφαιρική πρωτεΐνη που καταλύει μια βιολογική χημική αντίδραση
  • ελεύθερη ρίζα: κάθε μόριο, ιόν ή άτομο που έχει ένα ή περισσότερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια· γενικά είναι ιδιαίτερα αντιδραστικά και συχνά εμφανίζονται μόνο ως παροδικά είδη

Υπεροξειδιοσώματα

Ένας τύπος οργανιδίου που απαντάται τόσο σε ζωικά όσο και σε φυτικά κύτταρα, το υπεροξειδιόσωμα είναι ένα κυτταρικό οργανίδιο που περιβάλλεται από μεμβράνη και περιέχει κυρίως ένζυμα. Τα υπεροξειδιοσώματα επιτελούν σημαντικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένου του μεταβολισμού των λιπιδίων και της χημικής αποτοξίνωσης. Πραγματοποιούν επίσης αντιδράσεις οξείδωσης που διασπούν λιπαρά οξέα και αμινοξέα.

Υπεροξειδιοσώματα: Τα υπεροξειδιοσώματα είναι οργανίδια που περιβάλλονται από μεμβράνη και περιέχουν άφθονα ένζυμα για την αποτοξίνωση επιβλαβών ουσιών και τον μεταβολισμό των λιπιδίων.

Σε αντίθεση με τα πεπτικά ένζυμα που βρίσκονται στα λυσοσώματα, τα ένζυμα μέσα στα υπεροξειδιοσώματα χρησιμεύουν για τη μεταφορά ατόμων υδρογόνου από διάφορα μόρια στο οξυγόνο, παράγοντας υπεροξείδιο του υδρογόνου (H₂O₂). Με αυτόν τον τρόπο, τα υπεροξειδιοσώματα εξουδετερώνουν δηλητήρια, όπως το αλκοόλ, που εισέρχονται στο σώμα. Για να γίνει κατανοητή η σημασία των υπεροξειδιοσωμάτων, είναι απαραίτητο να κατανοηθεί η έννοια των δραστικών μορφών οξυγόνου.

Οι δραστικές μορφές οξυγόνου (ROS), όπως τα υπεροξείδια και οι ελεύθερες ρίζες, είναι τα ιδιαίτερα αντιδραστικά προϊόντα πολλών φυσιολογικών κυτταρικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένων των μιτοχονδριακών αντιδράσεων που παράγουν ATP και του μεταβολισμού του οξυγόνου. Παραδείγματα ROS περιλαμβάνουν την υδροξυλομάδα OH, το H₂O₂ και το υπεροξείδιο (O₂⁻). Ορισμένες ROS είναι σημαντικές για ορισμένες κυτταρικές λειτουργίες, όπως οι διαδικασίες κυτταρικής σηματοδότησης και οι ανοσολογικές αποκρίσεις έναντι ξένων ουσιών. Ωστόσο, πολλές ROS είναι επιβλαβείς για τον οργανισμό. Οι ελεύθερες ρίζες είναι αντιδραστικές επειδή περιέχουν ελεύθερα ασύζευκτα ηλεκτρόνια· μπορούν εύκολα να οξειδώσουν άλλα μόρια σε όλο το κύτταρο, προκαλώντας κυτταρική βλάβη και ακόμη και κυτταρικό θάνατο. Οι ελεύθερες ρίζες θεωρείται ότι διαδραματίζουν ρόλο σε πολλές καταστροφικές διεργασίες στον οργανισμό, από τον καρκίνο έως τη στεφανιαία νόσο.

Τα υπεροξειδιοσώματα επιβλέπουν αντιδράσεις που εξουδετερώνουν τις ελεύθερες ρίζες. Παράγουν μεγάλες ποσότητες τοξικού H₂O₂ κατά τη διαδικασία, αλλά περιέχουν ένζυμα που μετατρέπουν το H₂O₂ σε νερό και οξυγόνο. Αυτά τα παραπροϊόντα απελευθερώνονται στη συνέχεια με ασφάλεια στο κυτταρόπλασμα. Όπως μικροσκοπικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, τα υπεροξειδιοσώματα εξουδετερώνουν επιβλαβείς τοξίνες ώστε να μην προκαλούν βλάβη στα κύτταρα. Το ήπαρ είναι το όργανο που είναι πρωτίστως υπεύθυνο για την αποτοξίνωση του αίματος πριν αυτό κυκλοφορήσει σε όλο το σώμα· τα ηπατικά κύτταρα περιέχουν εξαιρετικά μεγάλο αριθμό υπεροξειδιοσωμάτων.

Μιτοχόνδρια

Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), του κύριου μορίου μεταφοράς ενέργειας του κυττάρου.

Μαθησιακοί Στόχοι

Να εξηγηθεί ο ρόλος των μιτοχονδρίων.

Βασικά Συμπεράσματα

Κύρια Σημεία
  • Τα μιτοχόνδρια περιέχουν τα δικά τους ριβοσώματα και DNA· σε συνδυασμό με τη διπλή τους μεμβράνη, αυτά τα χαρακτηριστικά υποδηλώνουν ότι ενδέχεται κάποτε να ήταν ελεύθερα ζώντα προκαρυωτικά που εγκλωβίστηκαν από ένα μεγαλύτερο κύτταρο.
  • Τα μιτοχόνδρια έχουν σημαντικό ρόλο στην κυτταρική αναπνοή μέσω της παραγωγής ATP, χρησιμοποιώντας τη χημική ενέργεια που βρίσκεται στη γλυκόζη και σε άλλα θρεπτικά συστατικά.
  • Τα μιτοχόνδρια είναι επίσης υπεύθυνα για τη δημιουργία συμπλεγμάτων σιδήρου και θείου, τα οποία αποτελούν σημαντικούς συμπαράγοντες για πολλά ένζυμα.
Βασικοί Όροι
  • άλφα-πρωτεοβακτήρια: μια ταξινομική κλάση εντός του φύλου των Πρωτεοβακτηρίων — τα φωτοτροφικά πρωτεοβακτήρια
  • τριφωσφορική αδενοσίνη: ένα πολυλειτουργικό νουκλεοσιδικό τριφωσφορικό που χρησιμοποιείται στα κύτταρα ως συνένζυμο, συχνά αποκαλούμενο «μοριακή μονάδα ενεργειακού νομίσματος» στη μεταφορά ενέργειας εντός του κυττάρου
  • συμπαράγοντας: ένα ανόργανο μόριο που είναι απαραίτητο για τη λειτουργία ενός ενζύμου

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά που διακρίνουν τα προκαρυωτικά από τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι η παρουσία μιτοχονδρίων. Τα μιτοχόνδρια είναι οργανίδια με διπλή μεμβράνη που περιέχουν τα δικά τους ριβοσώματα και DNA. Κάθε μεμβράνη είναι μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων ενσωματωμένη με πρωτεΐνες. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα μπορεί να περιέχουν από ένα έως αρκετές χιλιάδες μιτοχόνδρια, ανάλογα με το επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας του κυττάρου. Κάθε μιτοχόνδριο έχει μήκος από 1 έως 10 μικρόμετρα (ή και περισσότερο) και υπάρχει μέσα στο κύτταρο ως οργανίδιο που μπορεί να είναι ωοειδές, σκωληκόμορφο ή περίπλοκα διακλαδισμένο.

Δομή των Μιτοχονδρίων

Τα περισσότερα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από δύο μεμβράνες, κάτι που θα προέκυπτε όταν ένας οργανισμός με μεμβράνη εγκλωβίστηκε μέσα σε ένα κενοτόπιο από έναν άλλο οργανισμό με μεμβράνη. Η εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη είναι εκτεταμένη και περιλαμβάνει σημαντικές αναδιπλώσεις που ονομάζονται πτυχώσεις (cristae), οι οποίες μοιάζουν με την υφή της εξωτερικής επιφάνειας των άλφα-πρωτεοβακτηρίων. Η μήτρα και η εσωτερική μεμβράνη είναι πλούσιες σε ένζυμα απαραίτητα για την αερόβια αναπνοή.

Δομή μιτοχονδρίου: Αυτή η ηλεκτρονιογραφία δείχνει ένα μιτοχόνδριο όπως παρατηρείται με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης. Το οργανίδιο αυτό διαθέτει εξωτερική και εσωτερική μεμβράνη. Η εσωτερική μεμβράνη περιέχει πτυχώσεις, που ονομάζονται cristae, οι οποίες αυξάνουν την επιφάνειά της. Ο χώρος μεταξύ των δύο μεμβρανών ονομάζεται διαμεμβρανικός χώρος, και ο χώρος μέσα στην εσωτερική μεμβράνη ονομάζεται μιτοχονδριακή μήτρα. Η σύνθεση του ATP λαμβάνει χώρα στην εσωτερική μεμβράνη.

Τα μιτοχόνδρια διαθέτουν το δικό τους (συνήθως) κυκλικό χρωμόσωμα DNA που σταθεροποιείται με προσδέσεις στην εσωτερική μεμβράνη και φέρει γονίδια παρόμοια με εκείνα που εκφράζονται από τα άλφα-πρωτεοβακτήρια. Τα μιτοχόνδρια έχουν επίσης ειδικά ριβοσώματα και μεταφορικά RNA που μοιάζουν με αυτά τα συστατικά στα προκαρυωτικά. Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά υποστηρίζουν την υπόθεση ότι τα μιτοχόνδρια ήταν κάποτε ελεύθερα ζώντα προκαρυωτικά.

Λειτουργία των Μιτοχονδρίων

Τα μιτοχόνδρια συχνά αποκαλούνται «εργοστάσια παραγωγής ενέργειας» ή «ενεργειακά εργοστάσια» του κυττάρου, επειδή είναι υπεύθυνα για την παραγωγή τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP), του κύριου μορίου μεταφοράς ενέργειας του κυττάρου. Το ATP αντιπροσωπεύει τη βραχυπρόθεσμα αποθηκευμένη ενέργεια του κυττάρου. Η κυτταρική αναπνοή είναι η διαδικασία παραγωγής ATP χρησιμοποιώντας τη χημική ενέργεια που βρίσκεται στη γλυκόζη και σε άλλα θρεπτικά συστατικά. Στα μιτοχόνδρια, αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί οξυγόνο και παράγει διοξείδιο του άνθρακα ως παραπροϊόν. Στην πραγματικότητα, το διοξείδιο του άνθρακα που εκπνέετε με κάθε αναπνοή προέρχεται από τις κυτταρικές αντιδράσεις που το παράγουν ως υποπροϊόν.

Είναι σημαντικό να επισημανθεί ότι τα μυϊκά κύτταρα έχουν πολύ υψηλή συγκέντρωση μιτοχονδρίων που παράγουν ATP. Τα μυϊκά κύτταρά σας χρειάζονται πολλή ενέργεια για να διατηρούν το σώμα σας σε κίνηση. Όταν τα κύτταρά σας δεν λαμβάνουν αρκετό οξυγόνο, δεν παράγουν πολύ ATP. Αντίθετα, η μικρή ποσότητα ATP που παράγεται απουσία οξυγόνου συνοδεύεται από την παραγωγή γαλακτικού οξέος.

Εκτός από την αερόβια παραγωγή ATP, τα μιτοχόνδρια έχουν και αρκετές άλλες μεταβολικές λειτουργίες. Μία από αυτές είναι η δημιουργία συμπλεγμάτων σιδήρου και θείου που αποτελούν σημαντικούς συμπαράγοντες για πολλά ένζυμα. Τέτοιες λειτουργίες συχνά συνδέονται με τα μειωμένα οργανίδια που προέρχονται από μιτοχόνδρια σε αναερόβιους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.

Προέλευση των Μιτοχονδρίων

Υπάρχουν δύο υποθέσεις σχετικά με την προέλευση των μιτοχονδρίων: η ενδοσυμβιωτική και η αυτογενής, αλλά η πλέον αποδεκτή θεωρία σήμερα είναι η ενδοσυμβίωση. Η ενδοσυμβιωτική υπόθεση προτείνει ότι τα μιτοχόνδρια ήταν αρχικά προκαρυωτικά κύτταρα, ικανά να πραγματοποιούν οξειδωτικούς μηχανισμούς. Αυτά τα προκαρυωτικά κύτταρα ενδέχεται να εγκλωβίστηκαν από ένα ευκαρυωτικό κύτταρο και να έγιναν ενδοσυμβιώτες που ζουν μέσα σε αυτό.

Άδειες και Αναφορές Απόδοσης

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Ο Κυτταροσκελετός

The Cytoskeleton | Boundless Anatomy and Physiology | Study Guides

Ενδιάμεσα Νήματα και Μικροσωληνίσκοι

Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούν μέρος του κυτταροσκελετού του κυττάρου, βοηθώντας το κύτταρο να αντισταθεί στη συμπίεση, να μεταφέρει κυστίδια και να διαχωρίζει τα χρωμοσώματα κατά τη μίτωση.

Στόχοι Μάθησης

Περιγράψτε τους ρόλους των μικροσωληνίσκων ως μέρος του κυτταροσκελετού του κυττάρου.

Σημαντικά Σημεία

  • Οι μικροσωληνίσκοι βοηθούν το κύτταρο να αντισταθεί στη συμπίεση, παρέχουν ένα μονοπάτι κατά μήκος του οποίου τα κυστίδια μπορούν να κινηθούν στο κύτταρο και αποτελούν συστατικά των κροσσών (cilia) και των μαστιγίων (flagella).
  • Οι κροσσοί και τα μαστίγια είναι τριχοειδείς δομές που βοηθούν στην κινητικότητα ορισμένων κυττάρων, καθώς και στην επένδυση διαφόρων δομών για παγίδευση σωματιδίων.
  • Οι δομές των κροσσών και των μαστιγίων σχηματίζουν "διάταξη 9+2", δηλαδή ένας δακτύλιος από εννέα μικροσωληνίσκους περιβάλλεται από δύο επιπλέον μικροσωληνίσκους.
  • Οι μικροσωληνίσκοι προσδένονται σε αναπαραγόμενα χρωμοσώματα κατά τη διαίρεση του κυττάρου και τα τραβούν προς αντίθετες άκρες της πόλωσης, επιτρέποντας στο κύτταρο να διαιρεθεί με πλήρες σύνολο χρωμοσωμάτων σε κάθε θυγατρικό κύτταρο.

Όροι Κλειδιά

  • μικροσωληνίσκος: Μικροί σωλήνες φτιαγμένοι από πρωτεΐνη και βρίσκονται στα κύτταρα· μέρος του κυτταροσκελετού.
  • μαστίγιο: Ένα μαστίγιο είναι προέκταση σε μορφή μαστίγιου που προεξέχει από το σώμα ορισμένων προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων.
  • κυτταροσκελετός: Μια κυτταρική δομή σαν σκελετός, που περιέχεται στο κυτταρόπλασμα.

Μικροσωληνίσκοι

Όπως υποδηλώνει το όνομά τους, οι μικροσωληνίσκοι είναι μικροί κοίλοι σωλήνες. Οι μικροσωληνίσκοι, μαζί με τα μικρονήματα και τα ενδιάμεσα νήματα, ανήκουν στην κατηγορία οργανιδίων που ονομάζεται κυτταροσκελετός. Ο κυτταροσκελετός αποτελεί το σκελετικό πλαίσιο του κυττάρου που σχηματίζει το δομικό υποστηρικτικό στοιχείο. Οι μικροσωληνίσκοι είναι το μεγαλύτερο στοιχείο του κυτταροσκελετού. Οι τοίχοι του μικροσωληνίσκου αποτελούνται από πολυμερισμένα διμερή της α-τουβουλίνης και β-τουβουλίνης, δύο σφαιρικές πρωτεΐνες. Με διάμετρο περίπου 25 nm, οι μικροσωληνίσκοι είναι τα ευρύτερα συστατικά του κυτταροσκελετού. Βοηθούν το κύτταρο να αντισταθεί στη συμπίεση, παρέχουν μονοπάτι κατά μήκος του οποίου κινούνται τα κυστίδια στο κύτταρο και τραβούν τα αναπαραγμένα χρωμοσώματα προς αντίθετες άκρες ενός διαιρούμενου κυττάρου. Όπως τα μικρονήματα, οι μικροσωληνίσκοι μπορούν να διαλυθούν και να ανασχηματιστούν γρήγορα.

Δομή Μικροσωληνίσκου: Οι μικροσωληνίσκοι είναι κοίλοι, με τοίχους που αποτελούνται από 13 πολυμερισμένα διμερή α-τουβουλίνης και β-τουβουλίνης (δεξιά εικόνα). Η αριστερή εικόνα δείχνει τη μοριακή δομή του σωλήνα.

Οι μικροσωληνίσκοι αποτελούν επίσης τα δομικά στοιχεία των μαστιγίων, κροσσών και κεντριολίων (τα τελευταία είναι τα δύο κάθετα σώματα του κεντροσώματος). Στα ζωικά κύτταρα, το κεντρόσωμα είναι το κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα μαστίγια και οι κροσσοί διαφέρουν δομικά σημαντικά από τα αντίστοιχα προκαρυωτικά.

Ενδιάμεσα Νήματα

Βαμμένα Ενδιάμεσα Νήματα Κερατίνης: Τα ενδιάμεσα νήματα του κυτταροσκελετού από κερατίνη συγκεντρώνονται γύρω από την περιφέρεια των κυττάρων και ενσωματώνονται στην επιφανειακή μεμβράνη. Αυτό το δίκτυο ενδιάμεσων νημάτων από κύτταρο σε κύτταρο συγκρατεί μαζί τους ιστούς όπως το δέρμα.

Τα ενδιάμεσα νήματα (IFs) είναι συστατικά του κυτταροσκελετού που βρίσκονται στα ζωικά κύτταρα. Αποτελούνται από μια οικογένεια σχετιζόμενων πρωτεϊνών που μοιράζονται κοινά δομικά και αλληλουχιακά χαρακτηριστικά. Τα ενδιάμεσα νήματα έχουν μέση διάμετρο 10 νανόμετρα, η οποία βρίσκεται μεταξύ της διαμέτρου των 7 nm των ακτίνων (actin) (μικρονημάτων) και των 25 nm των μικροσωληνίσκων, αν και αρχικά χαρακτηρίστηκαν ως «ενδιάμεσα» επειδή η μέση διάμετρός τους βρίσκεται μεταξύ των στενότερων μικρονημάτων (ακτίνη) και των ευρύτερων νημάτων μυοσίνης που βρίσκονται στα μυϊκά κύτταρα. Τα ενδιάμεσα νήματα συνεισφέρουν στα δομικά στοιχεία του κυττάρου και είναι συχνά κρίσιμα για τη συγκράτηση ιστών όπως το δέρμα.

Μαστίγια και Κροσσοί

Τα μαστίγια (ενικός = μαστίγιο) είναι μακριές, τριχωτές δομές που εκτείνονται από την πλασματική μεμβράνη και χρησιμοποιούνται για την κίνηση ολόκληρου του κυττάρου (για παράδειγμα, το σπερματοζωάριο, η Euglena). Όταν υπάρχουν, το κύτταρο διαθέτει είτε ένα μόνο μαστίγιο είτε λίγα μαστίγια. Όταν υπάρχουν κροσσοί (ενικός = κροσσός), πολλές από αυτές εκτείνονται κατά μήκος ολόκληρης της επιφάνειας της πλασματικής μεμβράνης. Πρόκειται για κοντές, τριχωτές δομές που χρησιμοποιούνται είτε για την κίνηση ολόκληρων κυττάρων (όπως τα παραμέσια) είτε για τη μετακίνηση ουσιών κατά μήκος της εξωτερικής επιφάνειας του κυττάρου (για παράδειγμα, οι κροσσοί των κυττάρων που επενδύουν τις σάλπιγγες και μετακινούν το ωάριο προς τη μήτρα, ή οι κροσσοί των κυττάρων του αναπνευστικού σωλήνα που παγιδεύουν σωματίδια και τα κινούν προς τα ρουθούνια).

Παρά τις διαφορές τους σε μήκος και αριθμό, τα μαστίγια και οι κροσσοί μοιράζονται μια κοινή δομική διάταξη μικροσωληνίσκων που ονομάζεται "διάταξη 9 + 2". Το όνομα είναι κατάλληλο, διότι ένα μόνο μαστίγιο ή κροσσός αποτελείται από έναν δακτύλιο εννέα διπλών μικροσωληνίσκων που περιβάλλουν έναν μόνο διπλό μικροσωληνίσκο στο κέντρο.

Οι μικροσωληνίσκοι είναι το δομικό συστατικό των μαστιγίων: Η ηλεκτρονική μικρογραφία μετάδοσης δύο μαστιγίων δείχνει τη διάταξη 9 + 2 των μικροσωληνίσκων: εννέα διπλοί μικροσωληνίσκοι περιβάλλουν έναν μόνο διπλό μικροσωληνίσκο.

Μικροϊνίδια

Τα μικροϊνίδια (microfilaments), που είναι το πιο λεπτό μέρος του κυτταροσκελετού, χρησιμοποιούνται για να δώσουν σχήμα στο κύτταρο και να υποστηρίξουν όλα τα εσωτερικά του μέρη.

Στόχοι Μάθησης

Περιγράψτε τη δομή και τη λειτουργία των μικροϊνιδίων

Κύρια Σημεία

Σημαντικά Σημεία
  • Τα μικροϊνίδια βοηθούν στην κίνηση του κυττάρου και αποτελούνται από μια πρωτεΐνη που ονομάζεται ακτίνη.
  • Η ακτίνη συνεργάζεται με μια άλλη πρωτεΐνη που ονομάζεται μιοσίνη για να παράγει κινήσεις των μυών, διαίρεση κυττάρου και κυτταροπλασματική ροή.
  • Τα μικροϊνίδια διατηρούν τα οργανίδια στη θέση τους μέσα στο κύτταρο.
Βασικοί Όροι
  • ακτίνη: Μια σφαιρική δομική πρωτεΐνη που πολυμερίζεται με ελικοειδή μορφή για να σχηματίσει ένα νημάτιο ακτίνης (ή μικροϊνίδιο).
  • νηματώδης: Έχοντας τη μορφή νημάτων ή ινιδίων
  • μυοσίνη: μια μεγάλη οικογένεια κινητικών πρωτεϊνών που βρίσκονται σε ευκαρυωτικούς ιστούς, επιτρέποντας κινητικότητα στους μύες

Μικροϊνίδια

Ακόμη και αν αφαιρέσουμε όλα τα οργανίδια από ένα κύτταρο, η πλασματική μεμβράνη και το κυτταρόπλασμα δεν θα ήταν τα μόνα στοιχεία που θα απέμεναν. Μέσα στο κυτταρόπλασμα θα υπήρχαν ακόμα ιόντα και οργανικά μόρια, καθώς και ένα δίκτυο πρωτεϊνικών ινών που βοηθά στη διατήρηση του σχήματος του κυττάρου, σταθεροποιεί κάποια οργανίδια σε συγκεκριμένες θέσεις, επιτρέπει την κίνηση του κυτταροπλάσματος και των κυστιδίων εντός του κυττάρου, και δίνει στους μονοκύτταρους οργανισμούς τη δυνατότητα να κινούνται ανεξάρτητα. Αυτό το δίκτυο πρωτεϊνικών ινών είναι γνωστό ως κυτταροσκελετός. Υπάρχουν τρεις τύποι ινών μέσα στον κυτταροσκελετό: μικροϊνίδια, ενδιάμεσα ινίδια και μικροσωληνίσκοι. Από τους τρεις τύπους πρωτεϊνικών ινών του κυτταροσκελετού, τα μικροϊνίδια είναι τα πιο στενά. Λειτουργούν στην κυτταρική κίνηση, έχουν διάμετρο περίπου 7 nm και αποτελούνται από δύο πλεγμένα νήματα μιας σφαιρικής πρωτεΐνης που ονομάζεται ακτίνη. Γι’ αυτόν τον λόγο, τα μικροϊνίδια ονομάζονται επίσης νημάτια ακτίνης.

Τα μικροϊνίδια είναι το πιο λεπτό συστατικό του κυτταροσκελετού.: Τα μικροϊνίδια αποτελούνται από δύο πλεγμένα νήματα ακτίνης.

Η ακτίνη τροφοδοτείται από ATP για να σχηματίσει τη νηματώδη μορφή της, η οποία λειτουργεί ως «διάδρομος» για την κίνηση μιας κινητικής πρωτεΐνης που ονομάζεται μυοσίνη. Αυτό επιτρέπει στην ακτίνη να συμμετέχει σε κυτταρικά γεγονότα που απαιτούν κίνηση, όπως η διαίρεση κυττάρων στα ζωικά κύτταρα και η κυτταροπλασματική ροή, η κυκλική κίνηση του κυτταροπλάσματος στα φυτικά κύτταρα. Η ακτίνη και η μυοσίνη είναι άφθονες στα μυϊκά κύτταρα. Όταν τα νημάτια ακτίνης και μυοσίνης γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο, οι μύες συστέλλονται.

Τα μικροϊνίδια παρέχουν επίσης κάποια ακαμψία και σχήμα στο κύτταρο. Μπορούν να αποπολυμεριστούν (να διασπαστούν) και να ανασχηματιστούν γρήγορα, επιτρέποντας έτσι σε ένα κύτταρο να αλλάζει σχήμα και να κινείται. Τα λευκά αιμοσφαίρια (τα κύτταρα του οργανισμού σας που καταπολεμούν τις μολύνσεις) αξιοποιούν πλήρως αυτή την ικανότητα. Μπορούν να κινηθούν προς το σημείο μιας λοίμωξης και να καταπιούν το παθογόνο.

Άδειες και Αναφορές Πηγών

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Εξωτερικά Κυτταρικά Συστατικά

External Cellular Components | Boundless Anatomy and Physiology | Study Guides

Εξωκυτταρικό Υλικό των Ζωικών Κυττάρων

Το εξωκυτταρικό υλικό των ζωικών κυττάρων συγκρατεί τα κύτταρα μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν ιστό και επιτρέπει στους ιστούς να επικοινωνούν μεταξύ τους.

Στόχοι Μάθησης

Εξηγήστε τον ρόλο του εξωκυτταρικού υλικού στα ζωικά κύτταρα

Κύρια Σημεία

Σημαντικά Σημεία
  • Το εξωκυτταρικό υλικό των ζωικών κυττάρων αποτελείται από πρωτεΐνες και υδατάνθρακες.
  • Η επικοινωνία των κυττάρων εντός ενός ιστού και η δημιουργία ιστών είναι οι κύριες λειτουργίες του εξωκυτταρικού υλικού των ζωικών κυττάρων.
  • Η επικοινωνία μεταξύ ιστών ενεργοποιείται όταν ένα μόριο μέσα στο υλικό δεσμεύει έναν υποδοχέα· το τελικό αποτέλεσμα είναι αλλαγές στη διαμόρφωση που προκαλούν χημικά σήματα και τελικά αλλάζουν δραστηριότητες εντός του κυττάρου.
Βασικοί Όροι
  • κολλαγόνο: Οποιοσδήποτε από τους περισσότερους από 28 τύπους γλυκοπρωτεΐνης που σχηματίζει επιμηκυσμένες ίνες, συνήθως βρίσκεται στο εξωκυτταρικό υλικό του συνδετικού ιστού.
  • πρωτεογλυκάνη: Οποιαδήποτε από τις πολλές γλυκοπρωτεΐνες που διαθέτουν πλευρικές αλυσίδες ετεροπολυσακχαρίτη.
  • εξωκυτταρικό υλικό: Όλοι οι συνδετικοί ιστοί και οι ίνες που δεν αποτελούν μέρος ενός κυττάρου, αλλά παρέχουν στήριξη.

Εξωκυτταρικό Υλικό των Ζωικών Κυττάρων

Τα περισσότερα ζωικά κύτταρα απελευθερώνουν υλικά στον εξωκυτταρικό χώρο. Τα κύρια συστατικά αυτών των υλικών είναι οι πρωτεΐνες. Το κολλαγόνο είναι η πιο άφθονη από τις πρωτεΐνες. Οι ίνες του είναι πλεγμένες με πρωτεϊνικά μόρια που περιέχουν υδατάνθρακες, τα οποία ονομάζονται πρωτεογλυκάνες. Συνολικά, αυτά τα υλικά ονομάζονται εξωκυτταρική μήτρα. Η εξωκυτταρική μήτρα όχι μόνο συγκρατεί τα κύτταρα μαζί για να σχηματίσουν έναν ιστό, αλλά επιτρέπει επίσης στα κύτταρα εντός του ιστού να επικοινωνούν μεταξύ τους.

Η Εξωκυτταρική Μήτρα: Η εξωκυτταρική μήτρα αποτελείται από ένα δίκτυο πρωτεϊνών και υδατανθράκων.

Πώς συμβαίνει αυτή η επικοινωνία των κυττάρων; Τα κύτταρα διαθέτουν πρωτεϊνικούς υποδοχείς στην εξωτερική επιφάνεια της πλασματικής τους μεμβράνης. Όταν ένα μόριο μέσα στη μήτρα δεσμεύει τον υποδοχέα, αλλάζει η μοριακή δομή του υποδοχέα. Ο υποδοχέας, με τη σειρά του, αλλάζει τη διαμόρφωση των μικροϊνιδίων που βρίσκονται ακριβώς μέσα από την πλασματική μεμβράνη. Αυτές οι αλλαγές διαμόρφωσης προκαλούν χημικά σήματα εντός του κυττάρου που φτάνουν στον πυρήνα και ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν τη μεταγραφή συγκεκριμένων τμημάτων DNA. Αυτό επηρεάζει την παραγωγή των αντίστοιχων πρωτεϊνών, αλλάζοντας έτσι τις δραστηριότητες εντός του κυττάρου.

Ένα παράδειγμα του ρόλου της εξωκυτταρικής μήτρας στην επικοινωνία κυττάρων μπορεί να παρατηρηθεί στη διαδικασία πήξης του αίματος. Όταν τα κύτταρα που επενδύουν ένα αιμοφόρο αγγείο τραυματιστούν, εμφανίζουν έναν πρωτεϊνικό υποδοχέα που ονομάζεται παράγοντας ιστού. Όταν ο παράγοντας ιστού δεσμεύεται με έναν άλλο παράγοντα στην εξωκυτταρική μήτρα, προκαλεί την προσκόλληση των αιμοπεταλίων στον τοίχο του τραυματισμένου αγγείου και διεγείρει τα γειτονικά λεία μυϊκά κύτταρα του αγγείου να συστέλλονται (συνεπώς συσφίγγοντας το αγγείο). Στη συνέχεια, ενεργοποιείται μια σειρά βημάτων που οδηγούν τα αιμοπετάλια να παράγουν παράγοντες πήξης.

Διακυτταρικές Συνδέσεις

Οι διακυτταρικές συνδέσεις παρέχουν στα φυτικά και ζωικά κύτταρα τη δυνατότητα να επικοινωνούν μέσω άμεσης επαφής.

Στόχοι Μάθησης

Περιγράψτε τον σκοπό των διακυτταρικών συνδέσεων στη δομή των κυττάρων

Κύρια Σημεία

Σημαντικά Σημεία
  • Τα πλασμοδέσματα είναι διακυτταρικές συνδέσεις μεταξύ φυτικών κυττάρων που επιτρέπουν τη μεταφορά υλικών μεταξύ των κυττάρων.
  • Μια σφιχτή σύνδεση (tight junction) είναι μια στεγανή σφράγιση μεταξύ δύο γειτονικών ζωικών κυττάρων, η οποία αποτρέπει τη διαρροή υλικών από τα κύτταρα.
  • Τα δεσμοσώματα συνδέουν γειτονικά κύτταρα όταν οι καδερίνες (cadherins) στην πλασματική μεμβράνη συνδέονται με ενδιάμεσα ινίδια.
  • Όπως τα πλασμοδέσματα, οι χασματικές συνδέσεις (gap junctions) είναι κανάλια μεταξύ γειτονικών κυττάρων που επιτρέπουν τη μεταφορά ιόντων, θρεπτικών ουσιών και άλλων ουσιών.
Βασικοί Όροι
  • πλασμόδεσμα: Ένα μικροσκοπικό κανάλι που διασχίζει τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτικών κυττάρων και ορισμένων κυττάρων άλγης, επιτρέποντας τη μεταφορά και την επικοινωνία μεταξύ τους.
  • κοννεξόνιο (connexon): Μια δομή από έξι κοννεξίνες που σχηματίζει μια γέφυρα, το λεγόμενο χασματικό κανάλι (gap junction), μεταξύ των κυτταροπλασμάτων δύο γειτονικών κυττάρων.
  • οκλουδίνη (occludin): Μαζί με την ομάδα πρωτεϊνών κλαουδίνη (claudin), αποτελεί το κύριο συστατικό των στενών συνδέσεων.

Διακυτταρικές Συνδέσεις

Η εξωκυτταρική μήτρα επιτρέπει την κυτταρική επικοινωνία εντός των ιστών μέσω αλλαγών στη διαμόρφωση που προκαλούν χημικά σήματα, τα οποία τελικά μετασχηματίζουν δραστηριότητες εντός του κυττάρου. Ωστόσο, τα κύτταρα μπορούν επίσης να επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω άμεσης επαφής μέσω των διακυτταρικών συνδέσεων.

Υπάρχουν ορισμένες διαφορές στους τρόπους με τους οποίους τα φυτικά και ζωικά κύτταρα επικοινωνούν άμεσα. Τα πλασμοδέσματα είναι συνδέσεις μεταξύ φυτικών κυττάρων, ενώ οι επαφές των ζωικών κυττάρων πραγματοποιούνται μέσω σφιχτών συνδέσεων, χασματικών συνδέσεων και δεσμοσωμάτων.

Συνδέσεις στα Φυτικά Κύτταρα

Γενικά, μεγάλες επιφάνειες των πλασματικών μεμβρανών γειτονικών φυτικών κυττάρων δεν μπορούν να έρθουν σε επαφή, επειδή χωρίζονται από το κυτταρικό τοίχωμα που περιβάλλει κάθε κύτταρο. Πώς, λοιπόν, μπορεί ένα φυτό να μεταφέρει νερό και άλλες θρεπτικές ουσίες από τις ρίζες του, μέσω των στελεχών του, στα φύλλα; Αυτή η μεταφορά χρησιμοποιεί κυρίως τους αγγειακούς ιστούς (ξύλωμα και φλοίωμα). Ωστόσο, υπάρχουν και δομικές τροποποιήσεις που ονομάζονται πλασμοδέσματα (ενικός: πλασμόδεσμα) που διευκολύνουν την άμεση επικοινωνία στα φυτικά κύτταρα. Τα πλασμοδέσματα είναι πολυάριθμα κανάλια που περνούν μεταξύ των κυτταρικών τοιχωμάτων γειτονικών φυτικών κυττάρων και συνδέουν το κυτταρόπλασμά τους, επιτρέποντας έτσι τη μεταφορά υλικών από κύτταρο σε κύτταρο και, κατά συνέπεια, σε ολόκληρο το φυτό.

Πλασμοδέσματα: Ένα πλασμόδεσμα είναι ένα κανάλι μεταξύ των κυτταρικών τοιχωμάτων δύο γειτονικών φυτικών κυττάρων. Τα πλασμοδέσματα επιτρέπουν τη διέλευση υλικών από το κυτταρόπλασμα ενός φυτικού κυττάρου στο κυτταρόπλασμα ενός γειτονικού κυττάρου.

Συνδέσεις στα Ζωικά Κύτταρα

Η επικοινωνία μεταξύ ζωικών κυττάρων μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω τριών τύπων συνδέσεων. Ο πρώτος, η σφιχτή σύνδεση, είναι μια στεγανή σφράγιση μεταξύ δύο γειτονικών ζωικών κυττάρων. Τα κύτταρα συγκρατούνται σφιχτά μεταξύ τους μέσω πρωτεϊνών (κυρίως δύο πρωτεϊνών που ονομάζονται κλαουδίνες (claudins) και οκλουδίνες (occludins). Αυτή η στενή πρόσφυση αποτρέπει τη διαρροή υλικών μεταξύ των κυττάρων. Αυτές οι συνδέσεις βρίσκονται συνήθως στους επιθηλιακούς ιστούς που επενδύουν εσωτερικά όργανα και κοιλότητες και αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του δέρματος. Για παράδειγμα, οι στενές συνδέσεις των επιθηλιακών κυττάρων που επενδύουν την ουροδόχο κύστη αποτρέπουν τη διαρροή ούρων στον εξωκυτταρικό χώρο.

Σφιχτές Συνδέσεις: Οι σφιχτές συνδέσεις σχηματίζουν στεγανές συνδέσεις μεταξύ γειτονικών ζωικών κυττάρων. Οι πρωτεΐνες δημιουργούν την πρόσφυση των στενών συνδέσεων.

Στα ζωικά κύτταρα βρίσκονται επίσης τα δεσμοσώματα, ο δεύτερος τύπος διακυτταρικών συνδέσεων σε αυτούς τους τύπους κυττάρων. Τα δεσμοσώματα λειτουργούν σαν σημειακοί σύνδεσμοι μεταξύ γειτονικών επιθηλιακών κυττάρων, συνδέοντάς τα. Οι μικρές πρωτεΐνες που ονομάζονται καδερίνες στην πλασματική μεμβράνη συνδέονται με ενδιάμεσα ινίδια για να δημιουργήσουν τα δεσμοσώματα. Οι καδερίνες ενώνουν δύο γειτονικά κύτταρα μεταξύ τους και διατηρούν τα κύτταρα σε μορφή φύλλου σε όργανα και ιστούς που διατείνονται, όπως το δέρμα, η καρδιά και οι μύες.

Δεσμοσώματα: Ένα δεσμόσωμα σχηματίζει έναν πολύ ισχυρό σημειακό σύνδεσμο μεταξύ κυττάρων. Δημιουργείται από τη σύνδεση των καδερινών με τα ενδιάμεσα ινίδια.

Τέλος, όπως τα πλασμοδέσματα στα φυτικά κύτταρα, τα χασματικά κανάλια είναι ο τρίτος τύπος άμεσης σύνδεσης που βρίσκεται στα ζωικά κύτταρα. Αυτές οι συνδέσεις είναι κανάλια μεταξύ γειτονικών κυττάρων που επιτρέπουν τη μεταφορά ιόντων, θρεπτικών ουσιών και άλλων ουσιών που επιτρέπουν την επικοινωνία των κυττάρων. Δομικά, όμως, τα χασματικά κανάλια και τα πλασμοδέσματα διαφέρουν. Τα χασματικά κανάλια σχηματίζονται όταν μια ομάδα έξι πρωτεϊνών (οι κοννεξίνες) στην πλασματική μεμβράνη διατάσσεται σε μια επιμηκυμένη μορφή ντόνατ που ονομάζεται κοννεξόνιο. Όταν οι πόροι ("τρύπες ντόνατ") των κοννεξονίων σε γειτονικά ζωικά κύτταρα ευθυγραμμιστούν, σχηματίζεται ένα κανάλι μεταξύ των δύο κυττάρων. Τα χασματικά κανάλια είναι ιδιαίτερα σημαντικά στον καρδιακό μυ. Το ηλεκτρικό σήμα για τη συστολή του μυός μεταδίδεται αποτελεσματικά μέσω των χασματικών καναλιών, επιτρέποντας στα κύτταρα του καρδιακού μυός να συστέλλονται ταυτόχρονα.

Άδειες και Αναφορές Πηγών

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Εισαγωγή στους Ιστούς

Introduction to Tissues | Boundless Anatomy and Physiology | Study Guides

Ιστοί στα Επίπεδα Οργάνωσης

Το ανθρώπινο σώμα είναι οργανωμένο σε διάφορα επίπεδα κλίμακας που μπορούν το καθένα να εξεταστεί.

Στόχοι Μάθησης

Χαρακτηρίστε τη θέση των ιστών στα επίπεδα οργάνωσης

Κύρια Σημεία

Σημαντικά Σημεία
  • Το ανθρώπινο σώμα έχει πολλά επίπεδα δομικής οργάνωσης: άτομα, κύτταρα, ιστοί, όργανα και συστήματα οργάνων.
  • Το απλούστερο επίπεδο είναι το χημικό επίπεδο, που περιλαμβάνει μικροσκοπικά δομικά στοιχεία όπως τα άτομα.
  • Τα κύτταρα είναι οι μικρότερες λειτουργικές μονάδες της ζωής.
  • Οι ιστοί είναι ομάδες όμοιων κυττάρων που έχουν κοινή λειτουργία.
  • Ένα όργανο είναι μια δομή που αποτελείται από τουλάχιστον δύο ή περισσότερους τύπους ιστών και εκτελεί ένα συγκεκριμένο σύνολο λειτουργιών για το σώμα.
  • Πολλά όργανα που συνεργάζονται για την επίτευξη ενός κοινού σκοπού ονομάζονται σύστημα οργάνων.

Ιστοί στο Ανθρώπινο Σώμα

Το ανθρώπινο σώμα έχει πολλά επίπεδα δομικής οργάνωσης. Το απλούστερο επίπεδο είναι το χημικό επίπεδο, που περιλαμβάνει μικροσκοπικά δομικά στοιχεία όπως τα άτομα. Τα κύτταρα είναι οι μικρότερες λειτουργικές μονάδες της ζωής. Οι απλούστεροι ζωντανοί οργανισμοί είναι μονοκύτταροι, αλλά σε πολύπλοκους οργανισμούς, όπως οι άνθρωποι, τα κύτταρα υπάρχουν επίσης στο επίπεδο του ιστού.

Οι ιστοί είναι ομάδες όμοιων κυττάρων που έχουν κοινή λειτουργία. Οι τέσσερις βασικοί τύποι ιστών είναι: επιθηλιακός, μυϊκός, συνδετικός και νευρικός ιστός. Κάθε τύπος ιστού έχει έναν χαρακτηριστικό ρόλο στο σώμα:

  1. Ο επιθήλιος καλύπτει την επιφάνεια του σώματος και επενδύει τις κοιλότητες του σώματος.
  2. Ο μυϊκός ιστός παρέχει κίνηση.
  3. Ο συνδετικός ιστός υποστηρίζει και προστατεύει τα όργανα του σώματος.
  4. Ο νευρικός ιστός παρέχει έναν τρόπο ταχείας εσωτερικής επικοινωνίας μεταδίδοντας ηλεκτρικούς παλμούς.

Όργανα: Κατασκευασμένα από Ιστούς

Ένα όργανο είναι μια δομή που αποτελείται από τουλάχιστον δύο ή περισσότερους τύπους ιστών και εκτελεί ένα συγκεκριμένο σύνολο λειτουργιών για το σώμα. Το ήπαρ, το στομάχι, ο εγκέφαλος και το αίμα είναι όλα διαφορετικά όργανα και εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Κάθε όργανο είναι ένα εξειδικευμένο λειτουργικό κέντρο υπεύθυνο για μια συγκεκριμένη λειτουργία του σώματος.

Σε επίπεδο οργάνου, οι πολύπλοκες λειτουργίες γίνονται δυνατές λόγω των εξειδικευμένων δραστηριοτήτων των διαφόρων ιστών. Τα περισσότερα όργανα περιέχουν περισσότερους από έναν τύπους ιστών. Για παράδειγμα, το στομάχι αποτελείται από λείες μυϊκές ίνες για τις ανακατευτικές (churning) κινήσεις, ενώ νευρώνεται, αλλά επίσης τροφοδοτείται με αίμα, το οποίο είναι συνδετικός ιστός.

Το επόμενο επίπεδο είναι το επίπεδο του συστήματος οργάνων. Πολλά όργανα που συνεργάζονται για έναν κοινό σκοπό δημιουργούν ένα σύστημα οργάνων. Για παράδειγμα, η καρδιά και τα αιμοφόρα αγγεία του καρδιαγγειακού συστήματος κυκλοφορούν το αίμα και μεταφέρουν οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά σε όλα τα κύτταρα του σώματος.

Αυτή η απεικόνιση έχει τη μορφή πυραμίδας. Από την κορυφή προς τη βάση της πυραμίδας βλέπουμε πώς τα μόρια σχηματίζουν κύτταρα, τα κύτταρα σχηματίζουν ιστούς και οι ιστοί σχηματίζουν όργανα. Κάθε επίπεδο συνοδεύεται από εικόνα του ιστού ή του οργάνου που περιγράφει. Στην κορυφή της πυραμίδας βρίσκονται άτομα υδρογόνου και οξυγόνου. Αυτό είναι το μικρότερο επίπεδο και ονομάζεται Χημικό Επίπεδο. Εδώ τα άτομα συνδέονται για να σχηματίσουν μόρια με τρισδιάστατες δομές. Το δεύτερο μικρότερο επίπεδο είναι το επίπεδο μορίου νερού, ακολουθούμενο από το Κυτταρικό Επίπεδο. Διάφορα μόρια συνδυάζονται στο Κυτταρικό Επίπεδο για να σχηματίσουν το υγρό και τα οργανίδια ενός κυττάρου του σώματος, όπως ένα κύτταρο λείου μυός. Το Επίπεδο Ιστού οικοδομείται από τα κύτταρα—μια κοινότητα όμοιων κυττάρων σχηματίζει έναν ιστό του σώματος, όπως ο λείος μυϊκός ιστός που χρησιμοποιείται στο στομάχι. Το Επίπεδο Οργάνου ακολουθεί. Εδώ δύο ή περισσότεροι διαφορετικοί ιστοί συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα όργανο. Μια εγκάρσια όψη της ουροδόχου κύστης δείχνει πώς περιέχει σκελετικό μυ και λείο μυ. Το επίπεδο συστήματος οργάνων είναι το δεύτερο μεγαλύτερο επίπεδο. Εδώ δύο ή περισσότερα όργανα συνεργάζονται στενά για να εκτελέσουν τις λειτουργίες ενός συστήματος του σώματος. Μια εγκάρσια όψη του ουροποιητικού συστήματος δείχνει το νεφρό, τον ουρητήρα, την ουροδόχο κύστη και την ουρήθρα. Στη βάση της πυραμίδας βρίσκεται το μεγαλύτερο επίπεδο, το Επίπεδο Οργανισμού. Εδώ συντονίζονται τα πολλά επίπεδα και συστήματα για να εκτελέσουν τις λειτουργίες της καθημερινής ζωής. Η απεικόνιση δείχνει μια γυναίκα να πίνει ένα ποτήρι νερό.

Επίπεδα Οργάνωσης: Τα μόρια σχηματίζουν κύτταρα. Τα κύτταρα σχηματίζουν ιστούς, και οι ιστοί σχηματίζουν όργανα. Τα όργανα που εκτελούν συναφείς λειτουργίες ονομάζονται συστήματα οργάνων. Ένας οργανισμός αποτελείται από αλληλοσυνδεόμενα συστήματα οργάνων.

Άδειες και Αναφορές Πηγών

CC licensed content, Shared previously

CC licensed content, Specific attribution

Next: https://www.nursinghero.com/study-guides/boundless-ap/epithelial-tissue

Generated at: 2026-03-29 17:26:55