cell all el

Created Πέμπτη 26 Μαρτίου 2026

Κύτταρο

Στη βιολογία, η μικρότερη μονάδα που μπορεί να ζήσει από μόνη της και που αποτελεί όλους τους ζωντανούς οργανισμούς και τους ιστούς του σώματος. Ένα κύτταρο έχει τρία κύρια μέρη: την κυτταρική μεμβράνη, τον πυρήνα και το κυτταρόπλασμα. Η κυτταρική μεμβράνη περιβάλλει το κύτταρο και ελέγχει τις ουσίες που εισέρχονται και εξέρχονται από αυτό. Ο πυρήνας είναι μια δομή μέσα στο κύτταρο που περιέχει τον πυρηνίσκο (nucleolus) και το μεγαλύτερο μέρος του DNA του κυττάρου. Είναι επίσης το σημείο όπου παράγεται το μεγαλύτερο μέρος του RNA. Το κυτταρόπλασμα είναι το υγρό στο εσωτερικό του κυττάρου. Περιέχει άλλα μικροσκοπικά κυτταρικά οργανίδια με συγκεκριμένες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένου του συμπλέγματος Golgi, των μιτοχονδρίων και του ενδοπλασματικού δικτύου. Το κυτταρόπλασμα είναι ο χώρος όπου λαμβάνουν χώρα οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις και όπου συντίθεται η πλειονότητα των πρωτεϊνών. Το ανθρώπινο σώμα διαθέτει περισσότερα από 30 τρισεκατομμύρια κύτταρα. [Wikipedia]

Κύτταρο (βιολογία)

Το cell (κύτταρο) (από το λατινικό cella, που σημαίνει «μικρό δωμάτιο») είναι η βασική δομική, λειτουργική και βιολογική μονάδα όλων των γνωστών ζωντανών οργανισμών. Τα κύτταρα είναι η μικρότερη μονάδα ζωής που μπορεί να πολλαπλασιάζεται ανεξάρτητα και συχνά αποκαλούνται «δομικά στοιχεία της ζωής». Η μελέτη των κυττάρων ονομάζεται κυτταρική βιολογία.

Κυτταρική Βιολογία

Η κυτταρική βιολογία (cell biology) (παλαιότερα κυτταρολογία (cytology), από τα ελληνικά κύτος, «περιέχω») είναι ένας κλάδος της βιολογίας που μελετά τα κύτταρα – τις φυσιολογικές τους ιδιότητες, τη δομή τους, τα οργανίδια που περιέχουν, τις αλληλεπιδράσεις τους με το περιβάλλον, τον κύκλο ζωής τους, τη διαίρεση, τον θάνατο και τη λειτουργία τους. Αυτό γίνεται τόσο σε μικροσκοπικό όσο και σε μοριακό επίπεδο. Η έρευνα στην κυτταρολογία περιλαμβάνει τόσο τη μεγάλη ποικιλία μονοκύτταρων οργανισμών, όπως βακτήρια και πρωτόζωα, όσο και τα πολλά εξειδικευμένα κύτταρα σε πολυκύτταρους οργανισμούς, όπως οι άνθρωποι, τα φυτά και τα σφουγγάρια. [Wikipedia]

Τι είναι ένα κύτταρο;

URL: https://web.archive.org/web/20260120210241/https://www.yourgenome.org/theme/what-is-a-cell/

Όλα τα έμβια όντα αποτελούνται από κύτταρα. Αποτελούν τα βασικά δομικά στοιχεία της ζωής. Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από τρισεκατομμύρια κύτταρα, καθένα από τα οποία διαθέτει τη δική του εξειδικευμένη λειτουργία.

• Τα κύτταρα είναι οι βασικές δομές όλων των ζωντανών οργανισμών.
• Διαφορετικά κύτταρα έχουν διαφορετικές λειτουργίες – όπως η πρόσληψη θρεπτικών ουσιών από την τροφή, η παροχή δομής στο σώμα ή η καταπολέμηση λοιμώξεων.
• Τα κύτταρα μπορούν να ομαδοποιούνται για να σχηματίζουν ιστούς. Με τη σειρά τους, οι ιστοί ομαδοποιούνται για να σχηματίζουν όργανα, όπως η καρδιά και ο εγκέφαλος.

Στο εσωτερικό του κυττάρου

• Τα περισσότερα κύτταρα περιέχουν λειτουργικές δομές που ονομάζονται οργανίδια. Αυτά επιτελούν σημαντικές λειτουργίες, όπως η σύνθεση πρωτεϊνών, η επεξεργασία χημικών ουσιών και η παραγωγή ενέργειας.
• Στο κέντρο του κυττάρου βρίσκεται ο πυρήνας, ο οποίος λειτουργεί ως «κέντρο ελέγχου» και συντονίζει τις δραστηριότητες του κυττάρου.
• Ο πυρήνας αποθηκεύει επίσης το γονιδίωμα. Αυτό περιέχει τις γενετικές οδηγίες που χρειάζεται ένα κύτταρο για να εκτελεί τη λειτουργία του.

Εικονογράφηση που απεικονίζει τις δομές ενός ζωικού κυττάρου. Πηγή εικόνας: Laura Olivares Boldú / Wellcome Connecting Science

Διαφορετικές μορφές ζωής έχουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων

Όλα τα έμβια όντα αποτελούνται από κύτταρα

Ωστόσο, διαφορετικές μορφές ζωής — όπως τα ζώα, τα φυτά και τα βακτήρια — έχουν διαφορετικούς τύπους κυττάρων.

Επειδή τα ζώα και τα φυτά έχουν πολύ διαφορετικούς τρόπους ζωής, τα κύτταρά τους πρέπει να διαφέρουν με διάφορους τρόπους.

Για παράδειγμα, τα φυτικά κύτταρα διαθέτουν ένα ειδικό κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο τα καθιστά πολύ άκαμπτα και ικανά να απορροφούν νερό από το έδαφος.

Τα ζώα και τα φυτά ονομάζονται πολυκύτταροι οργανισμοί.

Αυτό συμβαίνει επειδή αποτελούνται από πολλά κύτταρα.

Τα βακτηριακά κύτταρα διαφέρουν πολύ από τα ζωικά και τα φυτικά κύτταρα.

Για παράδειγμα, το DNA τους δεν αποθηκεύεται σε πυρήνα — αντίθετα, βρίσκεται ελεύθερο μέσα στο κύτταρο. Τα βακτήρια είναι μονοκύτταροι οργανισμοί.

Δομές κοινές σε όλα τα κύτταρα

5.10: Case Study Tired Conclusion and Chapter Summary - Biology LibreTexts

Αν και τα κύτταρα παρουσιάζουν ποικιλομορφία, όλα τα κύτταρα έχουν ορισμένα κοινά μέρη. Αυτά περιλαμβάνουν την πλασματική μεμβράνη, το κυτταρόπλασμα, τα ριβοσώματα και το DNA.

• Η πλασματική μεμβράνη (ονομάζεται επίσης κυτταρική μεμβράνη) είναι ένα λεπτό περίβλημα από φωσφολιπίδια που περιβάλλει ένα κύτταρο. Αποτελεί το φυσικό όριο μεταξύ του κυττάρου και του περιβάλλοντός του, οπότε μπορεί να θεωρηθεί ως το «δέρμα» του κυττάρου.
• Το κυτταρόπλασμα αναφέρεται σε όλο το κυτταρικό υλικό στο εσωτερικό της πλασματικής μεμβράνης. Το κυτταρόπλασμα αποτελείται από μια υδαρή ουσία που ονομάζεται κυτταρόλυμα/κυτταροδιάλυμα/κυτοσόλιο (cytosol) και περιέχει άλλες κυτταρικές δομές, όπως τα ριβοσώματα.
• Τα ριβοσώματα είναι δομές στο κυτταρόπλασμα όπου συντίθενται οι πρωτεΐνες.
• Το DNA είναι ένα νουκλεϊκό οξύ που βρίσκεται στα κύτταρα. Περιέχει τις γενετικές οδηγίες που χρειάζονται τα κύτταρα για να συνθέτουν πρωτεΐνες.

Αυτά τα μέρη είναι κοινά σε όλα τα κύτταρα, από οργανισμούς τόσο διαφορετικούς όσο τα βακτήρια και οι άνθρωποι. Πώς κατέληξαν όλοι οι γνωστοί οργανισμοί να έχουν τόσο παρόμοια κύτταρα; Οι ομοιότητες δείχνουν ότι όλη η ζωή στη Γη έχει κοινή εξελικτική ιστορία.

Σύνοψη

• Τα κύτταρα είναι οι βασικές μονάδες δομής και λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών. Είναι οι μικρότερες μονάδες που μπορούν να επιτελέσουν τις διαδικασίες της ζωής.
• Τα πρώτα κύτταρα από έναν οργανισμό (φελλός) παρατηρήθηκαν από τον Hooke τον 17ο αιώνα. Λίγο αργότερα, ο μικροσκοπιστής van Leeuwenhoek παρατήρησε πολλά άλλα ζωντανά κύτταρα.
• Στις αρχές του 19ου αιώνα, οι Schwann και Schleiden διατύπωσαν τη θεωρία ότι τα κύτταρα είναι τα βασικά δομικά στοιχεία όλων των ζωντανών οργανισμών. Περίπου το 1850, ο Virchow παρατήρησε τη διαίρεση των κυττάρων και πρόσθεσε ότι τα ζωντανά κύτταρα προέρχονται μόνο από άλλα ζωντανά κύτταρα. Αυτές οι ιδέες οδήγησαν στη κυτταρική θεωρία, η οποία δηλώνει ότι όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα, όλες οι λειτουργίες της ζωής λαμβάνουν χώρα στα κύτταρα και όλα τα κύτταρα προέρχονται από άλλα κύτταρα.
• Μόλις τη δεκαετία του 1950 οι επιστήμονες μπόρεσαν να δουν τι υπάρχει στο εσωτερικό του κυττάρου. Η εφεύρεση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου τους επέτρεψε να παρατηρήσουν οργανίδια και άλλες δομές μικρότερες από τα κύτταρα.
• Υπάρχει ποικιλία στα κύτταρα, αλλά όλα τα κύτταρα διαθέτουν πλασματική μεμβράνη, κυτταρόπλασμα, ριβοσώματα και DNA. Αυτές οι ομοιότητες δείχνουν ότι όλη η ζωή στη Γη έχει έναν κοινό πρόγονο στο απώτερο παρελθόν.

Σύνοψη Κεφαλαίου

Σε αυτό το κεφάλαιο, έμαθες πολλά στοιχεία για τα κύτταρα. Συγκεκριμένα, έμαθες ότι:

• Τα κύτταρα είναι οι βασικές μονάδες δομής και λειτουργίας των ζωντανών οργανισμών.
• Τα πρώτα κύτταρα, από φελλό, παρατηρήθηκαν από τον Hooke τον 17ο αιώνα. Λίγο αργότερα, ο van Leeuwenhoek παρατήρησε άλλα ζωντανά κύτταρα.
• Στις αρχές του 19ου αιώνα, οι Schwann και Schleiden διατύπωσαν τη θεωρία ότι τα κύτταρα είναι τα βασικά δομικά στοιχεία όλων των ζωντανών οργανισμών. Περίπου το 1850, ο Virchow παρατήρησε τη διαίρεση των κυττάρων και πρόσθεσε ότι τα ζωντανά κύτταρα προέρχονται μόνο από άλλα ζωντανά κύτταρα. Αυτές οι ιδέες οδήγησαν στην κυτταρική θεωρία, η οποία δηλώνει ότι όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα, όλες οι λειτουργίες της ζωής λαμβάνουν χώρα στα κύτταρα και όλα τα κύτταρα προέρχονται από άλλα κύτταρα.
• Η εφεύρεση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου τη δεκαετία του 1950 επέτρεψε στους επιστήμονες να δουν για πρώτη φορά οργανίδια και άλλες δομές στο εσωτερικό των κυττάρων.
• Υπάρχει ποικιλία στα κύτταρα, αλλά όλα τα κύτταρα διαθέτουν πλασματική μεμβράνη, κυτταρόπλασμα, ριβοσώματα και DNA.
  • Η πλασματική μεμβράνη αποτελείται κυρίως από μια διπλοστιβάδα μορίων φωσφολιπιδίων και σχηματίζει ένα φράγμα μεταξύ του κυτταροπλάσματος στο εσωτερικό του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Επιτρέπει μόνο σε ορισμένες ουσίες να εισέρχονται ή να εξέρχονται από το κύτταρο. Ορισμένα κύτταρα έχουν προεκτάσεις της πλασματικής μεμβράνης με άλλες λειτουργίες, όπως μαστίγια (flagella) ή κροσσούς (cilia).
  • Το κυτταρόπλασμα είναι ένα παχύρρευστο διάλυμα που γεμίζει το κύτταρο και περικλείεται από την κυτταρική μεμβράνη. Βοηθά να δίνεται σχήμα στο κύτταρο, συγκρατεί τα οργανίδια και παρέχει χώρο για πολλές από τις βιοχημικές αντιδράσεις μέσα στο κύτταρο. Το υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος ονομάζεται κυτταρόλυμα.
  • Τα ριβοσώματα είναι μικρές δομές όπου συντίθενται οι πρωτεΐνες.
• Τα κύτταρα είναι συνήθως πολύ μικρά ώστε να έχουν επαρκή λόγο επιφάνειας προς όγκο για τη διατήρηση φυσιολογικών κυτταρικών διεργασιών. Κύτταρα με διαφορετικές λειτουργίες συχνά έχουν διαφορετικά σχήματα.
• Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν διαθέτουν πυρήνα. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν πυρήνα καθώς και άλλα οργανίδια. Ένα οργανίδιο είναι μια δομή μέσα στο κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου που περιβάλλεται από μεμβράνη και επιτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία.
• Ο κυτταροσκελετός είναι ένα ιδιαίτερα οργανωμένο πλέγμα πρωτεϊνικών ινιδίων (filaments) και σωληνίσκων (tubules) που διασχίζουν το κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Προσδίδει δομή στο κύτταρο και βοηθά στη συγκράτηση κυτταρικών δομών, όπως τα οργανίδια, στη θέση τους.
• Ο πυρήνας είναι το μεγαλύτερο οργανίδιο σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο και θεωρείται το κέντρο ελέγχου του κυττάρου. Περιέχει DNA και ελέγχει την έκφραση των γονιδίων, συμπεριλαμβανομένου του ποιες πρωτεΐνες παράγει το κύτταρο.
• Το μιτοχόνδριο είναι ένα οργανίδιο που καθιστά διαθέσιμη την ενέργεια στα κύτταρα. Σύμφωνα με την ευρέως αποδεκτή ενδοσυμβιωτική θεωρία, τα μιτοχόνδρια εξελίχθηκαν από προκαρυωτικά κύτταρα που κάποτε ήταν ελεύθεροι οργανισμοί και μόλυναν ή ενσωματώθηκαν σε μεγαλύτερα προκαρυωτικά κύτταρα.
• Το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER) είναι ένα οργανίδιο που βοηθά στη σύνθεση και μεταφορά πρωτεϊνών και λιπιδίων. Το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο (RER) φέρει ριβοσώματα στην επιφάνειά του. Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο (SER) δεν έχει ριβοσώματα.
• Το σύμπλεγμα Golgi είναι ένα μεγάλο οργανίδιο που επεξεργάζεται τις πρωτεΐνες και τις προετοιμάζει για χρήση τόσο μέσα όσο και έξω από το κύτταρο. Συμμετέχει επίσης στη μεταφορά λιπιδίων μέσα στο κύτταρο.
• Τα κυστίδια (vesicles) και τα κενοτόπια (vacuoles) είναι σακοειδή οργανίδια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποθήκευση και μεταφορά υλικών μέσα στο κύτταρο ή ως χώροι για βιοχημικές αντιδράσεις. Τα λυσοσώματα και τα υπεροξειδιοσώματα/υπεροξεισώματα (peroxisomes) είναι κυστίδια που διασπούν ξένες ουσίες, νεκρά κύτταρα ή τοξίνες.
• Τα κεντριόλια είναι οργανίδια που βρίσκονται κοντά στον πυρήνα και βοηθούν στην οργάνωση των χρωμοσωμάτων πριν από τη διαίρεση του κυττάρου, ώστε κάθε θυγατρικό κύτταρο να λαμβάνει τον σωστό αριθμό χρωμοσωμάτων.
• Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι με τους οποίους οι ουσίες μπορούν να διασχίσουν την πλασματική μεμβράνη του κυττάρου: η παθητική μεταφορά, η οποία δεν απαιτεί ενέργεια, και η ενεργητική μεταφορά, η οποία απαιτεί ενέργεια.
• Δεν απαιτείται ενέργεια για την παθητική μεταφορά, επειδή αυτή συμβαίνει όταν οι ουσίες μετακινούνται φυσικά από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Τύποι παθητικής μεταφοράς στα κύτταρα περιλαμβάνουν:
  • Απλή διάχυση, που είναι η κίνηση μιας ουσίας λόγω διαφορών στη συγκέντρωση χωρίς καμία βοήθεια από άλλα μόρια. Έτσι εισέρχονται και εξέρχονται από το κύτταρο πολύ μικρά, υδρόφοβα μόρια, όπως το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα.
  • Όσμωση, που είναι η διάχυση μορίων νερού μέσω της μεμβράνης.
  • Διευκολυνόμενη διάχυση (facilitated diffusion), που είναι η μετακίνηση μιας ουσίας διαμέσου της μεμβράνης λόγω διαφορών συγκέντρωσης αλλά μόνο με τη βοήθεια πρωτεϊνών μεταφοράς στη μεμβράνη, όπως οι πρωτεΐνες-δίαυλοι ή οι πρωτεΐνες-φορείς. Έτσι εισέρχονται και εξέρχονται από το κύτταρο μεγάλα ή υδρόφιλα μόρια και φορτισμένα ιόντα.
• Η ενεργητική μεταφορά απαιτεί ενέργεια για τη μετακίνηση ουσιών διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης, συχνά επειδή οι ουσίες μετακινούνται από περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης σε περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης ή λόγω του μεγάλου μεγέθους τους. Δύο παραδείγματα ενεργητικής μεταφοράς είναι η αντλία νατρίου-καλίου και η μεταφορά με κυστίδια.
  • Η αντλία νατρίου-καλίου μετακινεί ιόντα νατρίου έξω από το κύτταρο και ιόντα καλίου μέσα στο κύτταρο, και τα δύο ενάντια σε βαθμίδα συγκέντρωσης, ώστε να διατηρούνται οι κατάλληλες συγκεντρώσεις και των δύο ιόντων μέσα και έξω από το κύτταρο και έτσι να ελέγχεται το δυναμικό της μεμβράνης.
  • Η μεταφορά με κυστίδια χρησιμοποιεί κυστίδια για να μετακινεί μεγάλα μόρια προς το εσωτερικό ή το εξωτερικό των κυττάρων.
• Η ενέργεια είναι η ικανότητα παραγωγής έργου και απαιτείται από κάθε ζωντανό κύτταρο για την εκτέλεση των διεργασιών της ζωής.
• Η μορφή ενέργειας που χρειάζονται τα έμβια όντα είναι η χημική ενέργεια και προέρχεται από την τροφή. Η τροφή αποτελείται από οργανικά μόρια που αποθηκεύουν ενέργεια στους χημικούς τους δεσμούς.
• Οι οργανισμοί χρησιμοποιούν κυρίως γλυκόζη και ATP για ενέργεια. Η γλυκόζη είναι η συμπαγής και σταθερή μορφή ενέργειας που μεταφέρεται στο αίμα και προσλαμβάνεται από τα κύτταρα. Το ATP περιέχει λιγότερη ενέργεια και χρησιμοποιείται για την τροφοδότηση των κυτταρικών διεργασιών.
• Η κυτταρική αναπνοή είναι η αερόβια διεργασία με την οποία τα ζωντανά κύτταρα διασπούν μόρια γλυκόζης, απελευθερώνουν ενέργεια και σχηματίζουν μόρια ATP. Συνολικά, αυτή η τριφασική διαδικασία περιλαμβάνει τη γλυκόζη και το οξυγόνο που αντιδρούν για να σχηματίσουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό.
  • Το πρώτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, που ονομάζεται γλυκόλυση, λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Σε αυτό το στάδιο, ένζυμα διασπούν ένα μόριο γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος (pyruvate), απελευθερώνοντας ενέργεια που μεταφέρεται στο ATP.
  • Το δεύτερο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, που ονομάζεται κύκλος του Krebs, λαμβάνει χώρα στη μήτρα ενός μιτοχονδρίου. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, δύο κύκλοι οδηγούν στο να σχηματιστούν όλα τα άτομα άνθρακα από τα δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος σε διοξείδιο του άνθρακα και η ενέργεια από τους χημικούς τους δεσμούς να αποθηκευτεί συνολικά σε 16 μόρια φορείς ενέργειας (συμπεριλαμβανομένων 4 από τη γλυκόλυση).
  • Το τρίτο στάδιο της κυτταρικής αναπνοής, η οξειδωτική φωσφορυλίωση, λαμβάνει χώρα στην εσωτερική μεμβράνη του μιτοχονδρίου. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από μόριο σε μόριο κατά μήκος μιας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων. Μέρος της ενέργειας των ηλεκτρονίων χρησιμοποιείται για την άντληση ιόντων υδρογόνου διαμέσου της μεμβράνης, δημιουργώντας ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό που οδηγεί στη σύνθεση πολύ περισσότερων μορίων ATP.
  • Και στα τρία στάδια της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής μαζί, μπορούν να παραχθούν έως και 36 μόρια ATP από ένα μόνο μόριο γλυκόζης.
• Ορισμένοι οργανισμοί μπορούν να παράγουν ATP από γλυκόζη μέσω αναερόβιας αναπνοής, η οποία δεν απαιτεί οξυγόνο. Πολλά ανθρώπινα κύτταρα πραγματοποιούν επίσης ζύμωση, η οποία επίσης δεν απαιτεί οξυγόνο. Πραγματοποιείται για την ανακύκλωση του NADH πίσω σε NAD⁺. Υπάρχουν δύο τύποι: η αλκοολική ζύμωση και η ζύμωση γαλακτικού οξέος. Και οι δύο ξεκινούν με τη γλυκόλυση.
  • Η αλκοολική ζύμωση πραγματοποιείται από μονοκύτταρους οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των ζυμών και ορισμένων βακτηρίων. Χρησιμοποιούμε την αλκοολική ζύμωση σε αυτούς τους οργανισμούς για την παραγωγή βιοκαυσίμων, ψωμιού και κρασιού.
  • Η ζύμωση γαλακτικού οξέος πραγματοποιείται από ορισμένα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων των βακτηρίων του γιαουρτιού, καθώς και από τα μυϊκά μας κύτταρα όταν καταπονούνται έντονα και γρήγορα.
  • Η αναερόβια αναπνοή παράγει πολύ λιγότερο ATP από ό,τι η αερόβια κυτταρική αναπνοή, αλλά έχει το πλεονέκτημα ότι είναι πολύ ταχύτερη.

Biology4Kids.com

URL: https://web.archive.org/web/20240808051951/http://www.biology4kids.com/files/cell_main.html

Τα κύτταρα είναι το σημείο εκκίνησης

Ζωικό Κύτταρο

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη αποτελούνται από κύτταρα. Η βασική ιδέα της κυτταρικής θεωρίας είναι ότι τα κύτταρα αποτελούν τη βασική δομική μονάδα όλων των οργανισμών. Τα κύτταρα είναι μικρά διαμερίσματα που περιέχουν τον βιολογικό εξοπλισμό που είναι απαραίτητος για να διατηρείται ένας οργανισμός ζωντανός και λειτουργικός. Τα έμβια όντα μπορεί να είναι μονοκύτταρα ή μπορεί να είναι πολύ σύνθετα, όπως ο άνθρωπος.

Υπάρχουν μικρότερα συστατικά που αποτελούν τα κύτταρα, όπως τα μακρομόρια και τα οργανίδια. Μια πρωτεΐνη είναι παράδειγμα μακρομορίου, ενώ ένα μιτοχόνδριο είναι παράδειγμα οργανιδίου. Τα κύτταρα μπορούν επίσης να συνδέονται για να σχηματίζουν μεγαλύτερες δομές. Μπορούν να ομαδοποιούνται ώστε να σχηματίζουν τους ιστούς του στομάχου και τελικά ολόκληρο το πεπτικό σύστημα. Ωστόσο, με τον ίδιο τρόπο που τα άτομα αποτελούν τη βασική μονάδα όταν μελετάμε την ύλη, τα κύτταρα αποτελούν τη βασική μονάδα της βιολογίας και των οργανισμών.

Σε μεγαλύτερους οργανισμούς, ο κύριος σκοπός ενός κυττάρου είναι η οργάνωση. Τα κύτταρα περιέχουν ποικιλία συστατικών και κάθε τύπος κυττάρου έχει διαφορετικό σκοπό. Με τη διαίρεση των λειτουργιών μεταξύ διαφορετικών ομάδων κυττάρων, είναι ευκολότερο για έναν οργανισμό να επιβιώνει και να αναπτύσσεται.

Αν αποτελούσουν από ένα μόνο κύτταρο, θα ήσουν πολύ περιορισμένο. Δεν υπάρχουν μεμονωμένα κύτταρα τόσο μεγάλα όσο μια αγελάδα. Τα κύτταρα αντιμετωπίζουν προβλήματα λειτουργίας όταν γίνονται πολύ μεγάλα. Επίσης, αν ήσουν μόνο ένα κύτταρο, δεν θα μπορούσες να έχεις νευρικό σύστημα, ούτε μύες για κίνηση, και η χρήση του διαδικτύου θα ήταν αδύνατη. Τα τρισεκατομμύρια κύτταρα στο σώμα σου καθιστούν δυνατό τον τρόπο ζωής σου.

Ένα όνομα, πολλοί τύποι

Υπάρχουν πολλοί τύποι κυττάρων. Στο μάθημα της βιολογίας, συνήθως θα ασχοληθείς με φυτικού τύπου κύτταρα και ζωικού τύπου κύτταρα. Λέμε «ζωικού τύπου», επειδή ένα ζωικό κύτταρο μπορεί να είναι οτιδήποτε, από έναν μικροσκοπικό μικροοργανισμό μέχρι ένα νευρικό κύτταρο στον εγκέφαλό σου. Τα μαθήματα βιολογίας συχνά χρησιμοποιούν μικροσκόπιο για να παρατηρήσουν μονοκύτταρους μικροοργανισμούς από νερό λίμνης. Μπορεί να δεις ύδρα, αμοιβάδες ή ευγλήνα.

Τα φυτικά κύτταρα είναι ευκολότερο να αναγνωριστούν, επειδή διαθέτουν μια προστατευτική δομή που ονομάζεται κυτταρικό τοίχωμα, το οποίο αποτελείται από κυτταρίνη. Τα φυτά έχουν τοίχωμα, ενώ τα ζώα όχι. Τα φυτά διαθέτουν επίσης οργανίδια όπως ο πράσινος χλωροπλάστης ή μεγάλα κενοτόπια γεμάτα νερό. Οι χλωροπλάστες είναι η βασική δομή στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Τα κύτταρα είναι μοναδικά για κάθε τύπο οργανισμού. Αν εξετάσεις πολύ απλούς οργανισμούς, θα διαπιστώσεις ότι υπάρχουν κύτταρα χωρίς καθορισμένο πυρήνα (προκαρυωτικά) και άλλα κύτταρα με εκατοντάδες πυρήνες (πολυπύρηνα).

Οι άνθρωποι διαθέτουν εκατοντάδες διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Υπάρχουν ερυθρά αιμοσφαίρια που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά οξυγόνου (O₂) σε όλο το σώμα και άλλα κύτταρα εξειδικευμένα για τον καρδιακό μυ. Παρόλο που τα κύτταρα μπορεί να διαφέρουν πολύ μεταξύ τους, βασικά αποτελούν διαμερίσματα που περιβάλλονται από κάποιο είδος μεμβράνης.

Δομή του Κυττάρου

Κυτταρική Μεμβράνη

Σύμφωνα με την κυτταρική θεωρία, τα κύτταρα είναι η κύρια μονάδα οργάνωσης στη βιολογία. Είτε είσαι ένα μόνο κύτταρο είτε μια γαλάζια φάλαινα με τρισεκατομμύρια κύτταρα, εξακολουθείς να αποτελείσαι από κύτταρα. Όλα τα κύτταρα περιβάλλονται από μια κυτταρική μεμβράνη που κρατά τα συστατικά στο εσωτερικό. Όταν σκέφτεσαι μια μεμβράνη, φαντάσου ότι είναι σαν μια μεγάλη πλαστική σακούλα με μερικές μικροσκοπικές τρύπες. Αυτή η «σακούλα» συγκρατεί όλα τα συστατικά και τα υγρά του κυττάρου στο εσωτερικό και κρατά οτιδήποτε επιβλαβές έξω από το κύτταρο. Οι τρύπες υπάρχουν για να επιτρέπουν σε ορισμένα πράγματα να εισέρχονται και να εξέρχονται από το κύτταρο.

Εύκαμπτα «δοχεία»

Η κυτταρική μεμβράνη δεν είναι μια στερεή δομή. Αποτελείται από εκατομμύρια μικρότερα μόρια που δημιουργούν ένα εύκαμπτο και πορώδες «δοχείο». Οι πρωτεΐνες και τα φωσφολιπίδια αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της δομής της μεμβράνης. Τα φωσφολιπίδια σχηματίζουν τη βασική «σακούλα». Οι πρωτεΐνες βρίσκονται γύρω από τις οπές και βοηθούν στη μετακίνηση μορίων μέσα και έξω από το κύτταρο. Υπάρχουν επίσης πρωτεΐνες προσκολλημένες στις εσωτερικές και εξωτερικές επιφάνειες της μεμβράνης.

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν το μοντέλο του ρευστού μωσαϊκού για να περιγράψουν την οργάνωση των φωσφολιπιδίων και των πρωτεϊνών. Το μοντέλο δείχνει ότι τα μόρια φωσφολιπιδίων έχουν σχήμα με μια «κεφαλή» και μια «ουρά». Το τμήμα της κεφαλής του μορίου «αγαπά» το νερό (υδρόφιλο), ενώ η ουρά όχι (υδρόφοβη). Επειδή οι ουρές θέλουν να αποφεύγουν το νερό, τείνουν να προσκολλώνται μεταξύ τους και να αφήνουν τις κεφαλές στραμμένες προς τις υδαρείς περιοχές μέσα και έξω από το κύτταρο. Οι δύο επιφάνειες των μορίων δημιουργούν τη λιπιδική διπλοστιβάδα.

Ενσωματωμένες στη μεμβράνη

Τι γίνεται με τις πρωτεΐνες της μεμβράνης; Οι επιστήμονες έχουν δείξει ότι πολλές πρωτεΐνες «επιπλέουν» μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα. Ορισμένες είναι μόνιμα προσκολλημένες, ενώ άλλες συνδέονται μόνο προσωρινά. Κάποιες βρίσκονται μόνο στην εσωτερική ή εξωτερική στοιβάδα της μεμβράνης, ενώ οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες διαπερνούν ολόκληρη τη δομή. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες που διασχίζουν τη διπλοστιβάδα είναι πολύ σημαντικές για την ενεργητική μεταφορά ιόντων και μικρών μορίων.

Διαφορετικές μεμβράνες του κυττάρου

Καθώς μαθαίνεις περισσότερα για τα κυτταρικά οργανίδια, θα διαπιστώσεις ότι όλα διαθέτουν μεμβράνη. Οι μεμβράνες των οργανιδίων δεν έχουν την ίδια χημική σύσταση με την κυτταρική μεμβράνη. Περιέχουν διαφορετικά λιπίδια και πρωτεΐνες που τις καθιστούν μοναδικές. Η μεμβράνη που περιβάλλει ένα λυσόσωμα είναι διαφορετική από τη μεμβράνη γύρω από το ενδοπλασματικό δίκτυο.

Ορισμένα οργανίδια έχουν δύο μεμβράνες. Ένα μιτοχόνδριο διαθέτει εξωτερική και εσωτερική μεμβράνη. Η εξωτερική μεμβράνη περιέχει τα μέρη του μιτοχονδρίου. Η εσωτερική μεμβράνη περιέχει πεπτικά ένζυμα που διασπούν την τροφή. Παρόλο που μιλάμε συνεχώς για μεμβράνες, πρέπει να θυμάσαι ότι όλες βασίζονται στη βασική δομή της φωσφολιπιδικής διπλοστιβάδας, αλλά παρουσιάζουν πολλές παραλλαγές μέσα στο κύτταρο.

Δομή Κυττάρου – Πρωτεΐνες Μεμβράνης

Πρωτεΐνες Μεμβράνης – Ανώμαλες Επιφάνειες

Έχουμε μια σελίδα για τη βασική δομή της κυτταρικής μεμβράνης (https://web.archive.org/web/20240625134847/http://www.biology4kids.com/files/cell_membrane.html) και άλλων μεμβρανών μέσα στο κύτταρο. Αυτές είναι βασικές διπλοστιβάδες από λιπίδια που περιβάλλουν το κύτταρο και τα οργανίδια. Η λιπιδική διπλοστιβάδα δεν είναι ομαλή, επειδή υπάρχουν διάφορες πρωτεΐνες προσκολλημένες στην επιφάνεια ή ενσωματωμένες στη μεμβράνη. Όταν κοιτάς την κυτταρική μεμβράνη, θα βρεις εκατομμύρια ενσωματωμένα μόρια πρωτεΐνης. Κάθε τύπος πρωτεΐνης έχει συγκεκριμένο σκοπό. Παραδείγματα πρωτεϊνών μεμβράνης περιλαμβάνουν κανάλια ιόντων, υποδοχείς πρωτεΐνες και πρωτεΐνες που επιτρέπουν στα κύτταρα να συνδέονται μεταξύ τους.

Μια Ιστορία Δύο Τύπων

Θα μάθεις για δύο τύπους πρωτεϊνών μεμβράνης: περιφερειακές πρωτεΐνες και ολοκληρωμένες (integral) πρωτεΐνες. Οι περιφερειακές πρωτεΐνες έχουν πιο αδύναμες και προσωρινές συνδέσεις με τη μεμβράνη. Κάποιες απλώς κάθονται στην επιφάνεια, προσδεδεμένες με μερικούς ιοντικούς δεσμούς, ενώ άλλες μπορεί να έχουν μικρά τμήματα που εισχωρούν στην υδρόφοβη περιοχή της διπλοστιβάδας. Όταν κοιτάς ολόκληρη τη μεμβράνη, υπάρχουν περισσότερες περιφερειακές πρωτεΐνες σε σχέση με τις ολοκληρωμένες.

Όπως μπορείς να φανταστείς από το όνομα, οι ολοκληρωμένες πρωτεΐνες είναι μόνιμα συνδεδεμένες με την κυτταρική μεμβράνη. Είναι «σκληροί εργάτες» και έχουν μεγάλα τμήματα ενσωματωμένα στην υδρόφοβη (μεσαία) στρώση της μεμβράνης.

Οι διαμεμβρανικές (transmembrane) πρωτεΐνες είναι ολοκληρωμένες πρωτεΐνες που διαπερνούν τη μεμβράνη και μπορούν να λειτουργήσουν ως δρόμοι για ιόντα και μόρια. Οι πολυτοπικές διαμεμβρανικές πρωτεΐνες διασχίζουν τη μεμβράνη πολλές φορές. Κάποιες είναι υποδοχείς, ενώ άλλες σχηματίζουν κανάλια. Η κίνηση ιόντων που δεν απαιτεί ενέργεια ονομάζεται παθητική μεταφορά, ενώ τα συστήματα ενεργητικής μεταφοράς χρησιμοποιούν ενέργεια για να μετακινήσουν μόρια. Η ενεργητική μεταφορά χρησιμοποιείται τακτικά όταν οι πρωτεΐνες της μεμβράνης αντλούν ιόντα ενάντια στο βαθμωτό δυναμικό συγκέντρωσης.

Ανακάλυψη Δομών

Αυτή η δομή της μεμβράνης με ενσωματωμένες πρωτεΐνες και λιπιδική διπλοστιβάδα ανακαλύφθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Δύο επιστήμονες, οι Singer και Nicolson, ανέπτυξαν πρώτοι τη θεωρία του «Μοντέλου Ρευστού Μωσαϊκού». Χρησιμοποίησαν διάφορες μεθόδους, όπως την τεχνική ψυκτοτεμαχισμού (freeze-fracture) και ηλεκτρονικά μικρογραφήματα, για να εξετάσουν λεπτομερώς την κυτταρική μεμβράνη και τη δομή της. Στη συνέχεια αναγνώρισαν τις πρωτεΐνες που κάθονταν στην επιφάνεια, ήταν βυθισμένες στη μεμβράνη και εκείνες που διαπερνούσαν τη μεμβράνη ολόκληρη.

Δομή Κυττάρου – Κυτταρικά Τοιχώματα

URL: https://web.archive.org/web/20240531022849/http://www.biology4kids.com/files/cell_wall.html

Κυτταρικό Τοίχωμα – Ποιος είναι ο σκοπός του;

Οι κυτταρικές μεμβράνες περιβάλλουν κάθε κύτταρο που θα μελετήσεις. Τα κυτταρικά τοιχώματα, φτιαγμένα από κυτταρίνη, βρίσκονται μόνο γύρω από τα φυτικά κύτταρα και μερικούς άλλους οργανισμούς. Η κυτταρίνη είναι ένα εξειδικευμένο σάκχαρο που ταξινομείται ως δομικός υδατάνθρακας και δεν χρησιμοποιείται για ενέργεια. Αν ένα φυτικό κύτταρο είναι σαν ένα μπαλόνι γεμάτο νερό, το κυτταρικό τοίχωμα είναι σαν ένα χαρτονένιο κουτί που προστατεύει το μπαλόνι. Το μπαλόνι προστατεύεται από τον εξωτερικό κόσμο μέσω μιας δομής που παρέχει ασφάλεια και στήριξη.

Ενώ πολλά σάκχαρα, όπως η γλυκόζη, διαλύονται στο νερό (H₂O), η κυτταρίνη δεν διαλύεται στο νερό και μπορεί να σχηματίσει μακριές αλυσίδες που στηρίζουν τα φυτά. Όταν τρως φυτικό υλικό, δεν μπορείς καν να χωνέψεις ή να διασπάσεις την κυτταρίνη για ενέργεια. Οι αγελάδες και άλλα φυτοφάγα έχουν ειδικά βακτήρια στο στομάχι τους για να διασπάσουν τους πολυμερείς δεσμούς της κυτταρίνης.

Ενώ τα κυτταρικά τοιχώματα προστατεύουν τα κύτταρα, επιτρέπουν επίσης στα φυτά να μεγαλώνουν σε μεγάλα ύψη. Εσύ έχεις ένα σκελετό που σε στηρίζει. Ένα δέντρο σε ύψος 30 μέτρων (κόκκινη σεκόγια) δεν έχει. Χρησιμοποιεί τα ισχυρά κυτταρικά τοιχώματα για να διατηρήσει το σχήμα του. Για συνολική στήριξη, τα πυκνά κύτταρα στον κορμό επιτρέπουν σε ένα δέντρο να φτάσει σε πολύ μεγάλο ύψος. Τα κυτταρικά τοιχώματα είναι ελαστικά σε μικρότερα φυτά, φύλλα και λεπτούς βλαστούς. Οι άνεμοι μπορούν να τα σπρώξουν πλάγια και αυτά αναπηδούν πίσω. Τα μεγάλα δέντρα σε υψηλούς ανέμους χρειάζονται δύναμη και ταλαντεύονται ελάχιστα (εκτός από την κορυφή).

Μια Άλλη Τρύπα στο Τοίχωμα

Τρύπες στο κυτταρικό τοίχωμα. Πλασμοδέσματα.

Ένα κυτταρικό τοίχωμα δεν είναι ένα αδιαπέραστο φρούριο γύρω από το ευαίσθητο φυτικό κύτταρο. Υπάρχουν μικρές τρύπες, που ονομάζονται πλασμοδέσματα, στα κυτταρικά τοιχώματα μεταξύ των φυτικών κυττάρων. Οι κυτταρικές μεμβράνες των γειτονικών κυττάρων μπορούν να συνδεθούν μέσω αυτών των οπών. Οι συνδέσεις επιτρέπουν τη μεταφορά θρεπτικών ουσιών, αποβλήτων και ιόντων (συμπλασμικά μονοπάτια) (symplastic pathways). Μόρια μπορούν επίσης να περάσουν μέσα από τους χώρους των κυτταρικών τοιχωμάτων, παρακάμπτοντας τα κύτταρα εντελώς (αποπλασμικά μονοπάτια) (apoplastic pathways).

Είναι καλό που τα θρεπτικά συστατικά μπορούν να κινούνται από κύτταρο σε κύτταρο, αλλά υπάρχει και ένα πρόβλημα με όλες αυτές τις τρύπες. Τα κύτταρα μπορεί να χάσουν νερό. Τα φυτά χάνουν μεγάλες ποσότητες νερού στο μέσο της ημέρας ή σε πολύ ζεστές ημέρες. Όταν ο αέρας θερμανθεί και η πίεση του υδρατμού μειωθεί, τα φυτά χάνουν νερό μέσω της διαπνοής. Το νερό διαφεύγει μέσα από πόρους στην επιφάνεια του φυτού που ονομάζονται στομάτια. Ακόμα και όταν τα φυτικά κύτταρα χάνουν νερό, το βασικό σχήμα διατηρείται από τα κυτταρικά τοιχώματα. Το φυτό μπορεί να σκύψει ή να μαραθεί, αλλά ανακάμπτει όταν το νερό επιστρέψει στο σύστημα. Θα φαίνεται ακριβώς όπως στην αρχή.

Κυτταρικά Τοιχώματα σε Άλλα Είδη

Μπορεί να ακούσεις για κυτταρικά τοιχώματα σε άλλα είδη. Τα βακτήρια έχουν μια δομή που ονομάζεται κυτταρικό τοίχωμα. Οι μύκητες και κάποια πρωτόζωα επίσης έχουν κυτταρικά τοιχώματα. Δεν είναι ίδια με τα φυτικά κυτταρικά τοιχώματα από κυτταρίνη. Τα άλλα τοιχώματα μπορεί να φτιάχνονται από πρωτεΐνες ή από μια ουσία που ονομάζεται χιτίνη. Η χιτίνη είναι ένας ακόμη δομικός υδατάνθρακας. Όλα εξυπηρετούν τον ίδιο σκοπό: την προστασία και τη διατήρηση της δομής, αλλά είναι πολύ διαφορετικά μόρια.

Κυτταρικές Συνδέσεις και Επικοινωνία

URL: https://web.archive.org/web/20240531022843/http://www.biology4kids.com/files/cell_connect.html

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί επικοινωνούν με τον έναν ή τον άλλον τρόπο. Όταν αρχίσεις να εξετάζεις τον κόσμο σε κυτταρικό επίπεδο, δεν θα βρεις επικοινωνία με γραφή ή λέξεις. Η κυτταρική επικοινωνία γίνεται σε μοριακό επίπεδο. Αυτή η ενότητα αναφέρεται σε κύτταρα μέσα σε έναν μεγαλύτερο οργανισμό που βρίσκονται κοντά το ένα στο άλλο. Δεν καλύπτουμε την επικοινωνία μεταξύ μονοκύτταρων οργανισμών. Αυτοί συμπεριφέρονται με διαφορετικούς τρόπους.

Χασματικές Συνάψεις (Gap Junctions)

Οι χασμοσυνδέσεις είναι ένας τύπος κυτταρικής σύνδεσης. Όταν δύο κύτταρα βρίσκονται ακριβώς το ένα δίπλα στο άλλο, οι κυτταρικές τους μεμβράνες μπορεί πραγματικά να εφάπτονται. Μια χασμοσύνδεση είναι ένα άνοιγμα από το ένα κύτταρο στο άλλο. Δεν είναι μεγάλο άνοιγμα, αλλά είναι αρκετά μεγάλο ώστε το κυτταρόπλασμα να μπορεί να μετακινηθεί από το ένα κύτταρο στο άλλο. Οι συνδέσεις αυτές ονομάζονται δίαυλοι (channels) και λειτουργούν σαν σήραγγες για την κίνηση μορίων.

Δεσμοσώματα (Desmosomes)

Τα δεσμοσώματα είναι ένας δεύτερος τύπος κυτταρικής σύνδεσης. Συνδέουν φυσικά τα κύτταρα όπως και οι χασμοσυνδέσεις, αλλά δεν δημιουργείται άνοιγμα. Πρωτεΐνες που συνδέουν τη μεμβράνη ενός κυττάρου με τον γείτονά του δημιουργούν τα δεσμοσώματα. Θα βρεις δεσμοσώματα στα κύτταρα του δέρματός σου. Όλες αυτές οι πρωτεΐνες συγκρατούν το δέρμα σου ενωμένο. Η απόσταση μεταξύ των κυττάρων, όσο μικρή κι αν είναι, είναι περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από εκείνη στις χασμοσυνδέσεις.

Σφιχτές Συνδέσεις (Tight Junctions)

Ο τελευταίος τύπος σύνδεσης που θα παρουσιάσουμε είναι οι σφιχτές συνδέσεις. Οι σφιχτές συνδέσεις δημιουργούνται όταν δύο μεμβράνες ουσιαστικά ενώνονται σε μία. Δημιουργούν ένα πολύ ισχυρό φράγμα μεταξύ δύο κυττάρων. Τα κύτταρα έχουν κάποια απόσταση με τα δεσμοσώματα. Οι χασμοσυνδέσεις επιτρέπουν τη διέλευση μορίων. Οι σφιχτές συνδέσεις σχηματίζουν συμπαγή τοιχώματα. Αυτοί οι τύποι συνδέσεων βρίσκονται συχνά σε σημεία όπου μια περιοχή πρέπει να προστατεύεται από το περιεχόμενο άλλων περιοχών.

Κυτταρόπλασμα – Υγρό Πλήρωσης

URL: https://web.archive.org/web/20240531022836/http://www.biology4kids.com/files/cell_cytoplasm.html

Το κυτταρόπλασμα (cytoplasm) είναι το υγρό που γεμίζει ένα κύτταρο. Οι επιστήμονες παλαιότερα αποκαλούσαν αυτό το υγρό πρωτόπλασμα. Στα πρώτα στάδια, δεν γνώριζαν για τους πολλούς διαφορετικούς τύπους υγρών μέσα στο κύτταρο. Υπάρχει ειδικό υγρό στα μιτοχόνδρια, στο ενδοπλασματικό δίκτυο, στο σύμπλεγμα Golgi και στον πυρήνα. Τα μόνα δύο «πλάσματα» που έχουν απομείνει είναι το κυτταρόπλασμα (το υγρό του κυττάρου που ονομάζεται επίσης κυτοσόλιο) και το νουκλεόπλασμα (το υγρό στον πυρήνα). Καθένα από αυτά τα υγρά έχει πολύ διαφορετική σύσταση.

Τα οργανίδια του κυττάρου αιωρούνται μέσα στο κυτοσόλιο. Θα μάθεις ότι τα μικροϊνίδια (microfilaments) και οι μικροσωληνίσκοι (microtubules) δημιουργούν έναν «σκελετό» του κυττάρου και το κυτοσόλιο γεμίζει τους χώρους. Το κυτταρόπλασμα περιέχει πολλά διαφορετικά μόρια διαλυμένα σε διάλυμα. Θα βρεις ένζυμα, λιπαρά οξέα, σάκχαρα και αμινοξέα που χρησιμοποιούνται για να διατηρείται το κύτταρο σε λειτουργία. Προϊόντα αποβλήτων επίσης διαλύονται πριν προσληφθούν από τα κενοτόπια ή αποβληθούν έξω από το κύτταρο.

Ειδικά Υγρά στον Πυρήνα

Το νουκλεόπλασμα έχει κάπως διαφορετική σύσταση. Το νουκλεόπλασμα μπορεί να βρεθεί μόνο μέσα στον πυρήνα. Δεν περιέχει μεγάλα οργανίδια σε αιώρηση. Το νουκλεόπλασμα είναι το αιωρηματικό υγρό που συγκρατεί τη χρωματίνη και τον πυρηνίσκο του κυττάρου. Δεν είναι πάντοτε παρόν στον πυρήνα. Όταν το κύτταρο διαιρείται, η πυρηνική μεμβράνη διαλύεται και το νουκλεόπλασμα απελευθερώνεται. Αφού ο πυρήνας του κυττάρου ανασχηματιστεί, το νουκλεόπλασμα γεμίζει ξανά τον χώρο.

Περισσότερο από Απλή Πλήρωση

Το κυτοσόλιο σε ένα κύτταρο κάνει περισσότερα από το να αιωρεί απλώς τα οργανίδια. Χρησιμοποιεί τα διαλυμένα ένζυμά του για να διασπά όλα αυτά τα μεγαλύτερα μόρια. Τα προϊόντα μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν από τα οργανίδια του κυττάρου. Η γλυκόζη μπορεί να υπάρχει στο κυτοσόλιο, αλλά τα μιτοχόνδρια δεν μπορούν να τη χρησιμοποιήσουν άμεσα ως καύσιμο. Το κυτοσόλιο διαθέτει ένζυμα που διασπούν τη γλυκόζη σε μόρια πυροσταφυλικού οξέος (pyruvate), τα οποία στη συνέχεια μεταφέρονται στα μιτοχόνδρια.

Κυτταρικός Πυρήνας – Διοικώντας το Κύτταρο

Ο κυτταρικός πυρήνας λειτουργεί σαν ο εγκέφαλος του κυττάρου. Βοηθά στον έλεγχο της θρέψης, της κίνησης και της αναπαραγωγής. Αν κάτι συμβαίνει σε ένα κύτταρο, είναι πολύ πιθανό ο πυρήνας να το γνωρίζει. Ο πυρήνας δεν βρίσκεται πάντα στο κέντρο του κυττάρου. Θα είναι ένα μεγάλο σκοτεινό σημείο κάπου μέσα στη μάζα του κυτταροπλάσματος (κυτοσολίου). Πιθανότατα δεν θα τον βρεις κοντά στην άκρη του κυττάρου, επειδή αυτό θα μπορούσε να είναι ένα επικίνδυνο σημείο για να βρίσκεται. Αν δεν θυμάσαι, το κυτταρόπλασμα είναι το υγρό που γεμίζει τα κύτταρα.

Ζωή Πριν από τον Πυρήνα

Δεν έχουν όλα τα κύτταρα πυρήνα. Η βιολογία διακρίνει τους τύπους κυττάρων σε ευκαρυωτικά (εκείνα με καθορισμένο πυρήνα) και προκαρυωτικά (εκείνα χωρίς καθορισμένο πυρήνα). Μπορεί να έχεις ακούσει για τη χρωματίνη και το DNA. Δεν χρειάζεσαι πυρήνα για να έχεις DNA. Αν δεν έχεις καθορισμένο πυρήνα, το DNA σου πιθανότατα «επιπλέει» μέσα στο κύτταρο σε μια περιοχή που ονομάζεται νουκλεοειδές. Ένας καθορισμένος πυρήνας που συγκρατεί τον γενετικό κώδικα είναι ένα εξελιγμένο χαρακτηριστικό σε ένα κύτταρο.

Σημαντικά Συστατικά στο Περίβλημα

Δομή του πυρήνα. Τα στοιχεία που χαρακτηρίζουν ένα ευκαρυωτικό κύτταρο είναι ο καθορισμένος πυρήνας και άλλα οργανίδια. Το πυρηνικό περίβλημα περιβάλλει τον πυρήνα και όλο το περιεχόμενό του. Το πυρηνικό περίβλημα είναι μια μεμβράνη παρόμοια με την κυτταρική μεμβράνη που περιβάλλει ολόκληρο το κύτταρο. Υπάρχουν πόροι και ανοίγματα που επιτρέπουν στο RNA και στις πρωτεΐνες να διέρχονται, ενώ το πυρηνικό περίβλημα συγκρατεί όλη τη χρωματίνη και τον πυρηνίσκο στο εσωτερικό.

Συμπύκνωση της Χρωματίνης σε Χρωμοσώματα

Όταν το κύτταρο βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας, υπάρχει στον πυρήνα κάτι που ονομάζεται χρωματίνη. Η χρωματίνη αποτελείται από DNA, RNA και πυρηνικές πρωτεΐνες. Το DNA και το RNA είναι τα νουκλεϊκά οξέα μέσα στο κύτταρο. Όταν το κύτταρο πρόκειται να διαιρεθεί, η χρωματίνη γίνεται πολύ συμπαγής· συμπυκνώνεται. Όταν η χρωματίνη συσπειρώνεται, μπορείς να δεις τα χρωμοσώματα. Θα βρεις επίσης τον πυρηνίσκο μέσα στον πυρήνα. Όταν τον παρατηρείς στο μικροσκόπιο, μοιάζει σαν ένας πυρήνας μέσα στον πυρήνα. Αποτελείται από RNA και πρωτεΐνη. Δεν περιέχει σχεδόν καθόλου DNA.

Χρωμοσώματα – Φέρνοντας στο Προσκήνιο τα Γονίδια

Τα χρωμοσώματα είναι εκείνα που καθορίζουν τι είναι οι οργανισμοί. Μεταφέρουν όλες τις πληροφορίες που χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν ένα κύτταρο να αναπτυχθεί, να ευημερήσει και να αναπαραχθεί. Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA. Τμήματα του DNA σε συγκεκριμένα πρότυπα ονομάζονται γονίδια. Τα γονίδιά σου σε καθορίζουν ως άτομο. Θα βρεις τα χρωμοσώματα και το γενετικό υλικό στον πυρήνα ενός κυττάρου. Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, το DNA «επιπλέει» στο κυτταρόπλασμα σε μια περιοχή που ονομάζεται νουκλεοειδές.

Χαλαρή και Σφιχτή Μορφή

Τα χρωμοσώματα δεν είναι πάντα ορατά. Συνήθως βρίσκονται αποσπειρωμένα και ως χαλαρές ίνες που ονομάζονται χρωματίνη. Όταν έρθει η στιγμή το κύτταρο να αναπαραχθεί, συμπυκνώνονται και τυλίγονται πολύ σφιχτά. Το σφιχτά τυλιγμένο DNA είναι το χρωμόσωμα. Τα χρωμοσώματα μοιάζουν κάπως με μακριά, μαλακά, λευκά «λουκάνικα». Συνήθως βρίσκονται σε ζεύγη.

Συμπλήρωση των Συνόλων

Οι επιστήμονες μετρούν μεμονωμένες ίνες χρωμοσωμάτων. Μετρούν τα άτομα· δεν έχουν όλοι οι οργανισμοί ζεύγη. Πιθανότατα έχεις 46 χρωμοσώματα (23 ζεύγη). Τα μπιζέλια έχουν μόνο 12. Ένας σκύλος έχει 78. Ο αριθμός των χρωμοσωμάτων ΔΕΝ σχετίζεται με τη νοημοσύνη ή την πολυπλοκότητα ενός οργανισμού. Υπάρχει ένα καραβιδάκι με 200 χρωμοσώματα. Αυτό το κάνει πέντε φορές πιο έξυπνο ή πιο πολύπλοκο από εσένα; Όχι. Υπάρχουν ακόμη και οργανισμοί του ίδιου είδους με διαφορετικούς αριθμούς χρωμοσωμάτων. Συχνά θα βρεις φυτά του ίδιου είδους με πολλαπλά σύνολα χρωμοσωμάτων.

Λειτουργία και Τύποι Κυττάρων

Τα χρωμοσώματα συνεργάζονται με άλλα νουκλεϊκά οξέα στο κύτταρο για να κατασκευάσουν πρωτεΐνες και να βοηθήσουν στη κυτταρική διαίρεση. Πιθανότατα θα βρεις mRNA στον πυρήνα μαζί με το DNA. Το tRNA βρίσκεται έξω από τον πυρήνα, στο κυτοσόλιο. Όταν τα χρωμοσώματα είναι ορατά, τα κύτταρα με δύο πλήρη σύνολα χρωμοσωμάτων ονομάζονται διπλοειδή (46 στον άνθρωπο). Τα περισσότερα κύτταρα είναι διπλοειδή. Κύτταρα με μόνο ένα σύνολο (23 στον άνθρωπο) ονομάζονται απλοειδή κύτταρα. Τα απλοειδή απαντώνται συνήθως σε κύτταρα που συμμετέχουν στη σεξουαλική αναπαραγωγή, όπως το σπερματοζωάριο ή το ωάριο. Τα απλοειδή κύτταρα δημιουργούνται μέσω μιας κυτταρικής διαίρεσης που ονομάζεται μείωση.

Κεντριόλια – Οργάνωση των Χρωμοσωμάτων

URL: https://web.archive.org/web/20240531022838/http://www.biology4kids.com/files/cell_centriole.html

Κάθε ζωικό κύτταρο έχει δύο μικρά οργανίδια που ονομάζονται κεντριόλια. Βρίσκονται εκεί για να βοηθούν το κύτταρο όταν έρθει η στιγμή να διαιρεθεί. Συμμετέχουν τόσο στη διαδικασία της μίτωσης όσο και στη διαδικασία της μείωσης. Συνήθως βρίσκονται κοντά στον πυρήνα, αλλά δεν μπορούν να παρατηρηθούν όταν το κύτταρο δεν διαιρείται. Και από τι αποτελούνται τα κεντριόλια; Από μικροσωληνίσκους.

Δομή Κεντριολίου

Ένα κεντριόλιο είναι ένα μικρό σύνολο μικροσωληνίσκων διατεταγμένων με συγκεκριμένο τρόπο. Υπάρχουν εννέα ομάδες μικροσωληνίσκων. Όταν δύο κεντριόλια βρίσκονται το ένα δίπλα στο άλλο, συνήθως σχηματίζουν ορθή γωνία. Τα κεντριόλια βρίσκονται σε ζεύγη και κινούνται προς τους πόλους (αντίθετα άκρα) του πυρήνα όταν έρθει η στιγμή της κυτταρικής διαίρεσης. Κατά τη διάρκεια της διαίρεσης, μπορείς επίσης να δεις ομάδες νηματίων συνδεδεμένων με τα κεντριόλια. Αυτά τα νημάτια ονομάζονται μιτωτική άτρακτος (mitotic spindle).

Χαλάρωση Όταν Δεν Υπάρχει Εργασία

Ήδη αναφέραμε ότι θα βρεις τα κεντριόλια κοντά στον πυρήνα. Δεν θα δεις σαφώς καθορισμένα κεντριόλια όταν το κύτταρο δεν διαιρείται. Θα δεις μια συμπυκνωμένη και πιο σκούρα περιοχή του κυτταροπλάσματος που ονομάζεται κεντρόσωμα. Όταν έρθει η στιγμή για κυτταρική διαίρεση, τα κεντριόλια εμφανίζονται και μετακινούνται προς αντίθετα άκρα του πυρήνα. Κατά τη διάρκεια της διαίρεσης θα δεις τέσσερα κεντριόλια. Ένα ζεύγος κινείται προς κάθε κατεύθυνση.

Η μεσόφαση είναι το χρονικό διάστημα κατά το οποίο το κύτταρο βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Όταν έρθει η στιγμή για να διαιρεθεί ένα κύτταρο, τα κεντριόλια διπλασιάζονται. Κατά την πρόφαση, τα κεντριόλια κινούνται προς αντίθετα άκρα του πυρήνα και αρχίζει να εμφανίζεται μια μιτωτική άτρακτος από νημάτια. Αυτά τα νημάτια συνδέονται στη συνέχεια με τα πλέον ορατά χρωμοσώματα. Κατά την ανάφαση, τα χρωμοσώματα διαχωρίζονται και έλκονται προς κάθε κεντριόλιο. Όταν ολόκληρο το κύτταρο αρχίζει να διαχωρίζεται στην τελόφαση, τα χρωμοσώματα αρχίζουν να αποσπειρώνονται και νέα πυρηνικά περιβλήματα αρχίζουν να εμφανίζονται. Τα κεντριόλια έχουν ολοκληρώσει το έργο τους.

Ριβοσώματα – Ομάδες Κατασκευής Πρωτεϊνών

URL: https://web.archive.org/web/20240531022840/http://www.biology4kids.com/files/cell_ribos.html

Τα κύτταρα χρειάζεται να κατασκευάζουν πρωτεΐνες. Τα ένζυμα, που αποτελούνται από πρωτεΐνες, χρησιμοποιούνται για να επιταχύνουν βιολογικές διεργασίες. Άλλες πρωτεΐνες υποστηρίζουν τις λειτουργίες του κυττάρου και βρίσκονται ενσωματωμένες σε μεμβράνες. Οι πρωτεΐνες αποτελούν ακόμη και το μεγαλύτερο μέρος των μαλλιών σου. Όταν ένα κύτταρο χρειάζεται να κατασκευάσει πρωτεΐνες, αναζητά ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα είναι οι «κατασκευαστές» ή οι συνθέτες πρωτεϊνών του κυττάρου. Είναι σαν εργάτες οικοδομής που συνδέουν ένα αμινοξύ τη φορά και δημιουργούν μακριές αλυσίδες.

Ριβοσώματα ελεύθερα και στο αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο

Τα ριβοσώματα είναι ιδιαίτερα, επειδή βρίσκονται τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Ενώ μια δομή όπως ο πυρήνας υπάρχει μόνο στα ευκαρυωτικά, κάθε κύτταρο χρειάζεται ριβοσώματα για να κατασκευάζει πρωτεΐνες. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν οργανίδια με μεμβράνη στα προκαρυωτικά, τα ριβοσώματα αιωρούνται ελεύθερα στο κυτοσόλιο.

Τα ριβοσώματα βρίσκονται σε πολλά σημεία μέσα σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο. Μπορεί να τα βρεις να αιωρούνται στο κυτοσόλιο. Αυτά τα ελεύθερα ριβοσώματα κατασκευάζουν πρωτεΐνες που θα χρησιμοποιηθούν μέσα στο κύτταρο. Άλλα ριβοσώματα βρίσκονται πάνω στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Το ενδοπλασματικό δίκτυο με προσκολλημένα ριβοσώματα ονομάζεται αδρό ΕΔ (rough ER). Φαίνεται «τραχύ» στο μικροσκόπιο. Τα προσκολλημένα ριβοσώματα κατασκευάζουν πρωτεΐνες που θα χρησιμοποιηθούν μέσα στο κύτταρο και πρωτεΐνες που προορίζονται για εξαγωγή έξω από το κύτταρο. Υπάρχουν επίσης ριβοσώματα προσκολλημένα στο πυρηνικό περίβλημα. Αυτά τα ριβοσώματα συνθέτουν πρωτεΐνες που απελευθερώνονται στον περιπυρηνικό χώρο.

Δύο Τμήματα Συνθέτουν το Σύνολο

Υπομονάδες ριβοσώματος

Κάθε ριβόσωμα αποτελείται από δύο τμήματα ή υπομονάδες. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, οι επιστήμονες έχουν αναγνωρίσει τις υπομονάδες 60-S (μεγάλη) και 40-S (μικρή). Αν και τα ριβοσώματα έχουν ελαφρώς διαφορετικές δομές σε διαφορετικά είδη, οι λειτουργικές τους περιοχές είναι πολύ παρόμοιες.

Για παράδειγμα, τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν ριβοσώματα που είναι λίγο μικρότερα από εκείνα των ευκαρυωτικών. Το μοντέλο 60-S/40-S ισχύει για τα ευκαρυωτικά κύτταρα, ενώ τα προκαρυωτικά κύτταρα έχουν ριβοσώματα που αποτελούνται από υπομονάδες 50-S και 30-S. Είναι μια μικρή διαφορά, αλλά μία από τις πολλές που θα βρεις στους δύο διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει αυτή τη διαφορά στη δομή των ριβοσωμάτων για να αναπτύξουν φάρμακα που μπορούν να σκοτώσουν προκαρυωτικούς μικροοργανισμούς που προκαλούν ασθένειες. Υπάρχουν ακόμη και δομικές διαφορές μεταξύ των ριβοσωμάτων που βρίσκονται στα μιτοχόνδρια και των ελεύθερων ριβοσωμάτων.

Συνδυάζοντας Αμινοξέα

Ριβοσώματα που συμμετέχουν στην κατασκευή πρωτεϊνών

Πότε χρησιμοποιούνται τα ριβοσώματα στη διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών; Όταν το κύτταρο χρειάζεται να κατασκευάσει μια πρωτεΐνη, δημιουργείται mRNA στον πυρήνα. Το mRNA στη συνέχεια εξέρχεται από τον πυρήνα και κατευθύνεται προς τα ριβοσώματα. Όταν έρθει η στιγμή για τη σύνθεση της πρωτεΐνης, οι δύο υπομονάδες ενώνονται και συνδυάζονται με το mRNA. Οι υπομονάδες προσκολλώνται στο mRNA και ξεκινούν τη σύνθεση της πρωτεΐνης.

Η διαδικασία κατασκευής πρωτεϊνών είναι αρκετά απλή. Πρώτα, χρειάζεται ένα αμινοξύ. Ένα άλλο νουκλεϊκό οξύ που υπάρχει στο κύτταρο είναι το μεταφορικό RNA (tRNA). Το tRNA συνδέεται με τα αμινοξέα που αιωρούνται μέσα στο κύτταρο. Με το mRNA να παρέχει τις οδηγίες, το ριβόσωμα συνδέεται με ένα tRNA και αποσπά ένα αμινοξύ. Στη συνέχεια, το tRNA απελευθερώνεται πίσω στο κύτταρο και συνδέεται με ένα άλλο αμινοξύ. Το ριβόσωμα κατασκευάζει μια μακριά αλυσίδα αμινοξέων (πολυπεπτιδική αλυσίδα) που τελικά θα αποτελέσει μέρος μιας μεγαλύτερης πρωτεΐνης.

Μιτοχόνδρια – Θέτοντας σε Λειτουργία τον «Σταθμό Ενέργειας»

URL: https://web.archive.org/web/20240531022846/http://www.biology4kids.com/files/cell_mito.html

Τα μιτοχόνδρια είναι γνωστά ως τα «εργοστάσια ενέργειας» του κυττάρου. Είναι οργανίδια που λειτουργούν σαν ένα πεπτικό σύστημα το οποίο προσλαμβάνει θρεπτικά συστατικά, τα διασπά και δημιουργεί ενεργειακά πλούσια μόρια για το κύτταρο. Οι βιοχημικές διεργασίες του κυττάρου είναι γνωστές ως κυτταρική αναπνοή. Πολλές από τις αντιδράσεις που εμπλέκονται στην κυτταρική αναπνοή λαμβάνουν χώρα στα μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια είναι τα «εργαζόμενα» οργανίδια που διατηρούν το κύτταρο γεμάτο ενέργεια.

Τα μιτοχόνδρια είναι μικρά οργανίδια που αιωρούνται ελεύθερα σε όλο το κύτταρο. Ορισμένα κύτταρα έχουν αρκετές χιλιάδες μιτοχόνδρια, ενώ άλλα δεν έχουν καθόλου. Τα μυϊκά κύτταρα χρειάζονται πολλή ενέργεια, γι’ αυτό έχουν πολλά μιτοχόνδρια. Οι νευρώνες (κύτταρα που μεταδίδουν νευρικές ώσεις) δεν χρειάζονται τόσα πολλά. Αν ένα κύτταρο «αισθανθεί» ότι δεν λαμβάνει αρκετή ενέργεια για να επιβιώσει, μπορούν να δημιουργηθούν περισσότερα μιτοχόνδρια. Μερικές φορές ένα μιτοχόνδριο μπορεί να μεγαλώσει ή να συγχωνευθεί με άλλα μιτοχόνδρια. Όλα εξαρτώνται από τις ανάγκες του κυττάρου.

Δομή Μιτοχονδρίου

Εγκάρσια τομή μιτοχονδρίου. Μεμβράνες, μήτρα.

Τα μιτοχόνδρια έχουν σχήμα που μεγιστοποιεί την αποδοτικότητά τους. Αποτελούνται από δύο μεμβράνες. Η εξωτερική μεμβράνη καλύπτει το οργανίδιο και το περιβάλλει σαν «δέρμα». Η εσωτερική μεμβράνη αναδιπλώνεται πολλές φορές και δημιουργεί στρωματοποιημένες δομές που ονομάζονται πτυχώσεις (cristae). Το υγρό που περιέχεται στο μιτοχόνδριο ονομάζεται μήτρα (matrix).

Η αναδίπλωση της εσωτερικής μεμβράνης αυξάνει την επιφάνεια στο εσωτερικό του οργανιδίου. Επειδή πολλές από τις χημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στην εσωτερική μεμβράνη, η αυξημένη επιφάνεια δημιουργεί περισσότερο χώρο για να πραγματοποιηθούν αντιδράσεις. Αν έχεις περισσότερο χώρο για να δουλέψεις, μπορείς να κάνεις περισσότερη δουλειά. Παρόμοιες στρατηγικές αύξησης επιφάνειας χρησιμοποιούνται από τις μικρολάχνες (microvilli) στο έντερό σου.

Τι υπάρχει στη μήτρα; Δεν είναι καθόλου όπως στις ταινίες. Τα μιτοχόνδρια είναι ιδιαίτερα επειδή έχουν τα δικά τους ριβοσώματα και DNA που «επιπλέουν» στη μήτρα. Υπάρχουν επίσης δομές που ονομάζονται κοκκία (granules), τα οποία μπορεί να ελέγχουν τις συγκεντρώσεις ιόντων. Οι κυτταρικοί βιολόγοι εξακολουθούν να ερευνούν τη λειτουργία αυτών των κοκκίων.

Χρήση Οξυγόνου για την Απελευθέρωση Ενέργειας

Πώς πραγματοποιείται η κυτταρική αναπνοή στα μιτοχόνδρια; Η μήτρα είναι γεμάτη με νερό και πρωτεΐνες (ένζυμα). Αυτές οι πρωτεΐνες λαμβάνουν οργανικά μόρια, όπως το πυροσταφυλικό οξύ και το ακετυλο-CoA, και τα «χωνεύουν» χημικά. Πρωτεΐνες ενσωματωμένες στην εσωτερική μεμβράνη και ένζυμα που συμμετέχουν στον κύκλο του κιτρικού οξέος τελικά απελευθερώνουν μόρια νερού (H₂O) και διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) από τη διάσπαση του οξυγόνου (O₂) και της γλυκόζης (C₆H₁₂O₆). Τα μιτοχόνδρια είναι τα μόνα σημεία στο κύτταρο όπου το οξυγόνο ανάγεται και τελικά διασπάται σε νερό.

Τα μιτοχόνδρια συμμετέχουν επίσης στον έλεγχο της συγκέντρωσης των ιόντων ασβεστίου (Ca²⁺) μέσα στο κύτταρο. Συνεργάζονται πολύ στενά με το ενδοπλασματικό δίκτυο για να περιορίζουν την ποσότητα ασβεστίου στο κυτοσόλιο.

Χλωροπλάστες – Δείξε μου το Πράσινο

URL: https://web.archive.org/web/20240531022845/http://www.biology4kids.com/files/cell_chloroplast.html

Εγκάρσια τομή χλωροπλάστη με επισημάνσεις. Μεμβράνες, στρωματικές λαμέλλες, θυλακοειδές, στρώμα, σάκχαρα.

Οι χλωροπλάστες είναι οι παραγωγοί τροφής του κυττάρου. Τα οργανίδια αυτά βρίσκονται μόνο στα φυτικά κύτταρα και σε ορισμένους πρώτιστους οργανισμούς όπως τα φύκη. Τα ζωικά κύτταρα δεν έχουν χλωροπλάστες. Οι χλωροπλάστες λειτουργούν μετατρέποντας τη φωτεινή ενέργεια του Ήλιου σε σάκχαρα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τα κύτταρα. Ολόκληρη αυτή η διαδικασία ονομάζεται φωτοσύνθεση και εξαρτάται από τα μικρά πράσινα μόρια χλωροφύλλης σε κάθε χλωροπλάστη.

Τα φυτά αποτελούν τη βάση όλης της ζωής στη Γη. Ταξινομούνται ως οι παραγωγοί του κόσμου. Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα φυτά δημιουργούν σάκχαρα και απελευθερώνουν οξυγόνο (O₂). Το οξυγόνο που απελευθερώνεται από τους χλωροπλάστες είναι το ίδιο οξυγόνο που αναπνέεις κάθε μέρα. Τα μιτοχόνδρια λειτουργούν προς την αντίθετη κατεύθυνση. Χρησιμοποιούν οξυγόνο στη διαδικασία απελευθέρωσης χημικής ενέργειας από τα σάκχαρα.

Ειδικές Δομές

Συνδέσεις μεταξύ των θυλακοειδών στοιβών μέσω των στρωματικών ελασματίων.

Θα δούμε τα βασικά σημεία της δομής ενός χλωροπλάστη. Δύο μεμβράνες περιβάλλουν και προστατεύουν τα εσωτερικά μέρη του χλωροπλάστη. Ονομάζονται, εύστοχα, εξωτερική και εσωτερική μεμβράνη. Η εσωτερική μεμβράνη περιβάλλει το στρώμα και τα κοκκία (grana) (στοίβες θυλακοειδών). Μία στοίβα θυλακοειδών ονομάζεται κοκκίο (granum).

Τα μόρια χλωροφύλλης βρίσκονται στην επιφάνεια κάθε θυλακοειδούς και συλλαμβάνουν τη φωτεινή ενέργεια από τον Ήλιο. Καθώς δημιουργούνται μόρια πλούσια σε ενέργεια από τις φωτοεξαρτώμενες αντιδράσεις, μετακινούνται στο στρώμα όπου ο άνθρακας (C) μπορεί να δεσμευτεί και να συντεθούν σάκχαρα.

Οι στοίβες των θυλακοειδών συνδέονται με στρωματικά ελασμάτια (stroma lamellae). Τα ελασμάτια λειτουργούν σαν ο «σκελετός» του χλωροπλάστη, διατηρώντας όλους τους σάκους σε ασφαλή απόσταση μεταξύ τους και μεγιστοποιώντας την αποδοτικότητα του οργανιδίου. Αν όλα τα θυλακοειδή ήταν επικαλυπτόμενα και συσσωρευμένα, δεν θα υπήρχε αποτελεσματικός τρόπος σύλληψης της ενέργειας του Ήλιου.

Παραγωγή Τροφής

Διαδικασία κατά την οποία ο χλωροπλάστης παράγει τροφή με την ενέργεια του Ήλιου.

Ο σκοπός του χλωροπλάστη είναι να παράγει σάκχαρα που τροφοδοτούν τη «μηχανή» του κυττάρου. Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα φυτό λαμβάνει ενέργεια από τον Ήλιο και δημιουργεί σάκχαρα. Όταν η ενέργεια του Ήλιου φτάνει σε έναν χλωροπλάστη και στα μόρια χλωροφύλλης, η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική ενέργεια που βρίσκεται σε ενώσεις όπως το ATP και το NADPH.

Αυτές οι πλούσιες σε ενέργεια ενώσεις μετακινούνται στο στρώμα, όπου ένζυμα δεσμεύουν τα άτομα άνθρακα από το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂). Οι μοριακές αντιδράσεις τελικά δημιουργούν σάκχαρο και οξυγόνο (O₂). Τα φυτά και τα ζώα χρησιμοποιούν στη συνέχεια τα σάκχαρα (γλυκόζη) για τροφή και ενέργεια. Τα ζώα αναπνέουν επίσης το αέριο οξυγόνο που απελευθερώνεται.

Διαφορετικά Μόρια Χλωροφύλλης

Δεν είναι όλη η χλωροφύλλη ίδια. Διάφοροι τύποι χλωροφύλλης μπορούν να συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση. Θα ακούσεις συχνότερα για τη χλωροφύλλη a και b. Όλες οι χλωροφύλλες είναι παραλλαγές του πράσινου και έχουν μια κοινή χημική δομή που ονομάζεται δακτύλιος πορφυρίνης.

Υπάρχουν και άλλα μόρια που είναι επίσης φωτοσυνθετικά. Μπορεί κάποια μέρα να ακούσεις για τα καροτενοειδή στα καρότα, τη φυκοκυανίνη στα βακτήρια, τη φυκοερυθρίνη στα φύκη ή τη φουκοξανθίνη στα καφέ φύκη. Αν και αυτές οι ενώσεις μπορεί να συμμετέχουν στη φωτοσύνθεση, δεν είναι όλες πράσινες ούτε έχουν την ίδια δομή με τη χλωροφύλλη. Τα βοηθητικά χρωστικά, όπως τα καροτενοειδή και η φουκοξανθίνη, μεταβιβάζουν την απορροφημένη φωτεινή ενέργεια σε γειτονικά μόρια χλωροφύλλης αντί να τη χρησιμοποιούν τα ίδια.

Ενδοπλασματικό Δίκτυο – Ολοκληρώνοντας τη «Συσκευασία»

Ένα άλλο οργανίδιο στο κύτταρο είναι το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER). Ενώ η λειτουργία του πυρήνα είναι να δρα ως ο «εγκέφαλος» του κυττάρου, το ER λειτουργεί ως σύστημα παραγωγής και συσκευασίας. Συνεργάζεται στενά με το σύμπλεγμα Golgi, τα ριβοσώματα, το mRNA και το tRNA.

Δομικά, το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι ένα δίκτυο μεμβρανών που βρίσκεται σε όλο το κύτταρο και συνδέεται με τον πυρήνα. Οι μεμβράνες διαφέρουν ελαφρώς από κύτταρο σε κύτταρο και η λειτουργία του κυττάρου καθορίζει το μέγεθος και τη δομή του ER. Για παράδειγμα, ορισμένα κύτταρα, όπως τα προκαρυωτικά ή τα ερυθρά αιμοσφαίρια, δεν διαθέτουν καθόλου ER. Κύτταρα που συνθέτουν και εκκρίνουν πολλές πρωτεΐνες χρειάζονται μεγάλη ποσότητα ER. Μπορεί κανείς να εξετάσει κύτταρα από το πάγκρεας ή το ήπαρ ως καλά παραδείγματα κυττάρων με εκτεταμένες δομές ER.

Τραχύ και Λείο

Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι ER. Τόσο το τραχύ ER όσο και το λείο ER έχουν τους ίδιους τύπους μεμβρανών, αλλά έχουν διαφορετικά σχήματα. Το τραχύ ER μοιάζει με φύλλα ή δίσκους από «ανώμαλες» μεμβράνες, ενώ το λείο ER μοιάζει περισσότερο με σωλήνες. Το τραχύ ER ονομάζεται «τραχύ» επειδή έχει ριβοσώματα προσκολλημένα στην επιφάνειά του.

Λείο Ενδοπλασματικό Δίκτυο

Οι διπλές μεμβράνες του λείου και του τραχύ ER σχηματίζουν σάκους που ονομάζονται δεξαμενές/κιστέρνες (cisternae). Τα πρωτεϊνικά μόρια συντίθενται και συλλέγονται στον κιστερνικό χώρο/αυλό (lumen). Όταν συντεθούν αρκετές πρωτεΐνες, συγκεντρώνονται και αποκόπτονται σχηματίζοντας κυστίδια. Τα κυστίδια συχνά μετακινούνται προς το σύμπλεγμα Golgi για περαιτέρω συσκευασία και διανομή των πρωτεϊνών.

Το λείο ER (SER) λειτουργεί ως οργανίδιο αποθήκευσης. Είναι σημαντικό στη δημιουργία και αποθήκευση λιπιδίων και στεροειδών. Τα στεροειδή είναι ένας τύπος οργανικών μορίων με δακτυλιοειδή δομή που χρησιμοποιούνται για πολλούς σκοπούς σε έναν οργανισμό. Δεν σχετίζονται πάντα με την αύξηση της μυϊκής μάζας ενός αρσιβαρίστα. Τα κύτταρα στο σώμα σου που εκκρίνουν έλαια διαθέτουν επίσης περισσότερο SER από τα περισσότερα κύτταρα.

Το σαρκοπλασματικό δίκτυο (SR) είναι μια παραλλαγή του SER. Μπορεί να αποθηκεύει πολλά ιόντα σε διάλυμα που το κύτταρο θα χρειαστεί αργότερα. Όταν ένα κύτταρο χρειάζεται να ενεργήσει άμεσα, δεν είναι πρακτικό να αναζητά στο περιβάλλον επιπλέον ιόντα που μπορεί να υπάρχουν ή όχι. Είναι ευκολότερο να τα έχει αποθηκευμένα για άμεση χρήση. Για παράδειγμα, όταν κινείσαι και τα μυϊκά σου κύτταρα είναι ενεργά, χρειάζονται ιόντα ασβεστίου (Ca). Το SR μπορεί να απελευθερώσει αυτά τα ιόντα αμέσως. Όταν βρίσκεσαι σε ηρεμία, μπορεί να τα αποθηκεύσει για μελλοντική χρήση.

Τραχύ Ενδοπλασματικό Δίκτυο και Σύνθεση Πρωτεϊνών

Το τραχύ ER (RER) αναφέρθηκε επίσης στην ενότητα για τα ριβοσώματα και είναι πολύ σημαντικό για τη σύνθεση και τη συσκευασία των πρωτεϊνών. Τα ριβοσώματα είναι προσκολλημένα στη μεμβράνη του ER, καθιστώντας το «τραχύ». Το RER είναι επίσης συνδεδεμένο με τον πυρηνικό φάκελο που περιβάλλει τον πυρήνα. Αυτή η άμεση σύνδεση μεταξύ του περιπυρηνικού χώρου και του αυλού του ER επιτρέπει τη μετακίνηση μορίων μέσω και των δύο μεμβρανών.

Η διαδικασία της σύνθεσης πρωτεϊνών ξεκινά όταν το mRNA μετακινείται από τον πυρήνα σε ένα ριβόσωμα στην επιφάνεια του RER. Καθώς το ριβόσωμα κατασκευάζει την αλυσίδα αμινοξέων, η αλυσίδα ωθείται μέσα στον κιστερνικό χώρο του RER. Όταν οι πρωτεΐνες ολοκληρωθούν, συγκεντρώνονται και το RER αποκόπτει ένα κυστίδιο. Αυτό το κυστίδιο, μια μικρή μεμβρανική «φυσαλίδα», μπορεί να μετακινηθεί προς την κυτταρική μεμβράνη ή το σύμπλεγμα Golgi. Μερικές από τις πρωτεΐνες θα χρησιμοποιηθούν μέσα στο κύτταρο και άλλες θα αποσταλούν στον μεσοκυττάριο χώρο.

Σύμπλεγμα Golgi – Συσκευάζοντας τα Πράγματα

Η συσκευή Golgi ή σύμπλεγμα Golgi βρίσκεται στα περισσότερα κύτταρα. Είναι ένα ακόμη οργανίδιο συσκευασίας, όπως το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER). Ονομάστηκε από τον Camillo Golgi, έναν Ιταλό βιολόγο. Προφέρεται «Γκόλτζι», με μαλακό ήχο στο «g». Αν και τα στρώματα μεμβρανών μπορεί να μοιάζουν με το τραχύ ER, έχουν πολύ διαφορετική λειτουργία.

Βάση των Κυστιδίων

Η συσκευή Golgi συλλέγει απλά μόρια και τα συνδυάζει για να δημιουργήσει πιο σύνθετα μόρια. Στη συνέχεια παίρνει αυτά τα μεγάλα μόρια, τα συσκευάζει σε κυστίδια και είτε τα αποθηκεύει για μελλοντική χρήση είτε τα αποστέλλει έξω από το κύτταρο. Είναι επίσης το οργανίδιο που κατασκευάζει τα λυσοσώματα (μηχανές πέψης του κυττάρου). Τα σύμπλοκα Golgi στα φυτά μπορούν επίσης να δημιουργούν σύνθετα σάκχαρα και να τα αποστέλλουν μέσω εκκριτικών κυστιδίων. Τα κυστίδια δημιουργούνται με τον ίδιο τρόπο όπως και στο ER. Αποσπώνται από τις μεμβράνες και κινούνται ελεύθερα μέσα στο κύτταρο.

Η συσκευή Golgi αποτελείται από μια σειρά μεμβρανών σε σχήμα που μοιάζει με στοίβες από τηγανίτες. Η κάθε μεμβράνη είναι παρόμοια με την κυτταρική μεμβράνη, καθώς διαθέτει δύο στιβάδες. Η μεμβράνη περιβάλλει μια περιοχή υγρού όπου αποθηκεύονται και τροποποιούνται τα σύνθετα μόρια (πρωτεΐνες, σάκχαρα, ένζυμα). Επειδή το σύμπλεγμα Golgi απορροφά κυστίδια από το τραχύ ER, θα βρεις επίσης ριβοσώματα σε αυτές τις «στοίβες τηγανίτας».

Συνεργασία με το Τραχύ ER

Διαδικασία κατά την οποία η συσκευή Golgi σχηματίζει κυστίδια

Το σύμπλεγμα Golgi συνεργάζεται στενά με το τραχύ ER. Όταν μια πρωτεΐνη παράγεται στο ER, δημιουργείται κάτι που ονομάζεται μεταβατικό κυστίδιο. Αυτό το κυστίδιο ή «σάκος» κινείται μέσα στο κυτταρόπλασμα προς τη συσκευή Golgi και απορροφάται από αυτήν. Αφού το Golgi ολοκληρώσει την επεξεργασία των μορίων μέσα στο κυστίδιο, δημιουργείται ένα εκκριτικό κυστίδιο το οποίο απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα. Από εκεί, το κυστίδιο μετακινείται προς την κυτταρική μεμβράνη και τα μόρια απελευθερώνονται έξω από το κύτταρο.

Κενοτόπια – Τα Κουτιά Αποθήκευσης των Κυττάρων

Αυτό το φυτό μπορεί να μην φαίνεται υγιές, αλλά χρειαζόταν μόνο λίγο νερό.

Τα κενοτόπια είναι φυσαλίδες αποθήκευσης που βρίσκονται μέσα στα κύτταρα. Υπάρχουν τόσο στα ζωικά όσο και στα φυτικά κύτταρα, αλλά είναι πολύ μεγαλύτερα στα φυτικά. Τα κενοτόπια μπορεί να αποθηκεύουν τρόφιμα ή ποικίλα θρεπτικά συστατικά που χρειάζεται ένα κύτταρο για να επιβιώσει. Μπορούν ακόμη και να αποθηκεύουν απόβλητα, ώστε το υπόλοιπο κύτταρο να προστατεύεται από μόλυνση. Τελικά, αυτά τα απόβλητα θα απομακρύνονται από το κύτταρο.

Η δομή των κενοτοπίων είναι σχετικά απλή. Υπάρχει μια μεμβράνη που περιβάλλει μια μάζα υγρού. Μέσα σε αυτό το υγρό βρίσκονται θρεπτικά συστατικά ή απόβλητα. Τα φυτά μπορεί επίσης να χρησιμοποιούν τα κενοτόπια για την αποθήκευση νερού. Αυτές οι μικρές «σακούλες νερού» βοηθούν στη στήριξη του φυτού. Σχετίζονται στενά με αντικείμενα που ονομάζονται κυστίδια και βρίσκονται σε όλο το κύτταρο.

Στα φυτικά κύτταρα, τα κενοτόπια είναι πολύ μεγαλύτερα από ό,τι στα ζωικά. Όταν ένα φυτικό κύτταρο έχει σταματήσει να μεγαλώνει, υπάρχει συνήθως ένα πολύ μεγάλο κενοτόπιο. Μερικές φορές αυτό το κενοτόπιο μπορεί να καταλαμβάνει πάνω από το μισό του όγκου του κυττάρου. Το κενοτόπιο κρατά μεγάλες ποσότητες νερού ή τροφής. Μην ξεχνάς ότι τα κενοτόπια μπορούν επίσης να συγκρατούν τα απόβλητα του φυτού. Αυτά τα απόβλητα διασπώνται σταδιακά σε μικρά κομμάτια που δεν βλάπτουν το κύτταρο. Τα κενοτόπια κρατούν πράγματα που μπορεί να χρειαστεί το κύτταρο, όπως ένα σακίδιο πλάτης.

Βοηθώντας στη Στήριξη

Τα κενοτόπια βοηθούν τα φυτά να διατηρούν τη δομή τους. Παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη στήριξη των φυτών. Τα φυτά χρησιμοποιούν τα κυτταρικά τοιχώματα για να παρέχουν στήριξη και να περιβάλλουν τα κύτταρα. Το μέγεθος του κυττάρου μπορεί να αυξάνεται ή να μειώνεται ανάλογα με την ποσότητα νερού που υπάρχει. Τα φυτικά κύτταρα δεν συρρικνώνονται λόγω αλλαγών στον όγκο του κυτταροπλάσματος. Το μεγαλύτερο μέρος του όγκου ενός φυτικού κυττάρου εξαρτάται από το υλικό στα κενοτόπια.

Τα κενοτόπια προσλαμβάνουν και χάνουν νερό ανάλογα με το πόσο νερό είναι διαθέσιμο για το φυτό. Ένα φυλλώδες φυτό που «κρεμάει» έχει χάσει μεγάλο μέρος του νερού του και τα κενοτόπια συρρικνώνονται. Παρόλα αυτά, διατηρεί τη βασική δομή του λόγω των κυτταρικών τοιχωμάτων. Όταν το φυτό βρει νέα πηγή νερού, τα κενοτόπια γεμίζουν ξανά και το φυτό ανακτά τη δομή του.

Μικρονημάτια – Ινώδεις Πρωτεΐνες

URL: https://web.archive.org/web/20240531022836/http://www.biology4kids.com/files/cell_microfilament.html

Θα βρείτε μικρονημάτια στα περισσότερα κύτταρα. Είναι οι συνεργάτες των μικροσωληναρίων (microtubules). Είναι μακριές, λεπτές και ινώδεις πρωτεΐνες (κυρίως ακτίνη) σε σύγκριση με τα πιο στρογγυλά, σωληνοειδή μικροσωληνάρια. Δεν μπορούμε να πούμε ότι βρίσκονται εδώ ή εκεί – είναι παντού μέσα στο κύτταρο. Συνεργάζονται με τα μικροσωληνάρια για να σχηματίσουν τη δομή που επιτρέπει σε ένα κύτταρο να διατηρεί το σχήμα του, να κινείται και να μετακινεί τα οργανίδιά του.

Δημιουργώντας τον Κυτταροσκελετό

Όλα τα μικρονημάτια και τα μικροσωληνάρια συνδυάζονται για να σχηματίσουν τον κυτταροσκελετό του κυττάρου. Ο κυτταροσκελετός διαφέρει από το κυτταρόπλασμα (κυτταρόλυμα). Ο κυτταροσκελετός παρέχει δομή. Το κυτταρόπλασμα είναι απλώς υγρό. Ο κυτταροσκελετός συνδέεται με κάθε οργανίδιο και κάθε μέρος της κυτταρικής μεμβράνης. Σκεφτείτε μια αμοιβάδα. Όλα τα μέρη συνεργάζονται ώστε το «πόδι» να φτάσει προς την τροφή. Στη συνέχεια, τα λυσοσώματα και τα υπεροξειδιοσώματα αποστέλλονται για να ξεκινήσει η πέψη. Η κίνηση της κυτταρικής μεμβράνης, των οργανιδίων και του κυτταροπλάσματος σχετίζεται άμεσα με τα σωληνάρια και τα νημάτια.

Ακτίνη και Μυοσίνη στους Μυϊκούς Ιστούς

Θα βρείτε επίσης πολλά μικρονημάτια στους μυϊκούς ιστούς. Εκεί ονομάζονται μυοϊνίδια (myofibrils). Οι δύο πρωτεΐνες, μυοσίνη και ακτίνη, συνεργάζονται για να επιτρέψουν στις μυϊκές ίνες να συστέλλονται και να χαλαρώνουν. Οι δύο πρωτεΐνες χρειάζονται η μία την άλλη και μαζί ονομάζονται ακτομυοσίνη (actomyosin). Αν συνδυάσετε αυτά τα νήματα πρωτεΐνης με κάποια ιόντα στο μυϊκό κύτταρο, δημιουργείται μια ισχυρή σύσπαση. Οι ομάδες ακτομυοσίνης που συστέλλονται ονομάζονται σαρκομέρια. Όλα τα μυϊκά κύτταρα συνεργάζονται για να συστέλλουν έναν μυ.

Ρόλος στην Κίνηση των Κυττάρων

Τα κύτταρα κινούνται με διάφορους τρόπους. Μόλις μιλήσαμε για τη σύσπαση ενός μυϊκού κυττάρου, που είναι ένα ακραίο παράδειγμα. Όταν μελετήσετε μονοκύτταρους οργανισμούς, θα καταλάβετε ότι χρειάζονται να κινούνται. Μπορεί να χρειαστεί να γλιστρήσουν από μια περιοχή σε άλλη. Τα μικρονημάτια συχνά βρίσκονται αγκυρωμένα σε πρωτεΐνες της κυτταρικής μεμβράνης. Μερικές φορές τα μικρονημάτια αιωρούνται ελεύθερα και συνδέονται με άλλα νημάτια και σωληνάρια. Αυτές οι πρωτεΐνες πρόσδεσης επιτρέπουν στα μικρονημάτια να σπρώχνουν και να τραβούν την κυτταρική μεμβράνη, βοηθώντας έτσι το κύτταρο να κινηθεί.

Μικροσωληνάρια – Παχιοί Πρωτεϊνικοί Σωλήνες

URL: https://web.archive.org/web/20240531022845/http://www.biology4kids.com/files/cell_microtubule.html

Τα μικροσωληνάρια συνήθως συζητούνται μαζί με τα μικρονημάτια. Αν και και τα δύο είναι πρωτεΐνες που βοηθούν στον καθορισμό της δομής και της κίνησης του κυττάρου, είναι πολύ διαφορετικά μόρια. Ενώ τα μικρονημάτια είναι λεπτά, τα μικροσωληνάρια είναι παχιά, ισχυρά ελικοειδή που αποτελούνται από χιλιάδες υπομονάδες. Αυτές οι υπομονάδες είναι φτιαγμένες από την πρωτεΐνη που ονομάζεται τουβουλίνη (tubulin). Και ναι, πήραν το όνομά τους επειδή μοιάζουν με σωλήνα.

Στοιχεία του Κυτταροσκελετού

Όλα τα μικρονημάτια και τα μικροσωληνάρια συνδυάζονται για να σχηματίσουν τον κυτταροσκελετό του κυττάρου. Ο κυτταροσκελετός διαφέρει από το κυτταρόπλασμα (κυτταρόλυμα). Ο κυτταροσκελετός παρέχει δομή. Το κυτταρόπλασμα είναι απλώς υγρό. Ο κυτταροσκελετός συνδέεται με κάθε οργανίδιο και κάθε μέρος της κυτταρικής μεμβράνης. Σκεφτείτε μια αμοιβάδα. Όλα τα μέρη συνεργάζονται ώστε το «πόδι» να φτάσει προς την τροφή. Στη συνέχεια, τα λυσοσώματα και τα υπεροξειδιοσώματα αποστέλλονται για να ξεκινήσει η πέψη. Η κίνηση της κυτταρικής μεμβράνης, των οργανιδίων και του κυτταροπλάσματος σχετίζεται άμεσα με τα σωληνάρια και τα νημάτια.

Μετακίνηση Χρωμοσωμάτων

Τα μικροσωληνάρια έχουν πολλές περισσότερες χρήσεις πέρα από τη δομή του κυττάρου. Είναι επίσης πολύ σημαντικά στη διαίρεση των κυττάρων. Συνδέονται με τα χρωμοσώματα, βοηθούν στο πρώτο τους διαχωρισμό και στη συνέχεια μετακινούνται σε κάθε νέο θυγατρικό κύτταρο. Αποτελούν μέρος ενός μικρού ζεύγους οργανιδίων που ονομάζονται κεντριόλια, τα οποία έχουν τον ειδικό σκοπό να βοηθούν το κύτταρο να διαιρεθεί. Μόλις το κύτταρο ολοκληρώσει τη διαίρεση, τα μικροσωληνάρια χρησιμοποιούνται σε άλλες λειτουργίες.

Μετακίνηση Οργανισμών

Πέρα από τον ρόλο τους στην εσωτερική κίνηση του κυττάρου, τα μικροσωληνάρια συνεργάζονται για να σχηματίσουν μεγαλύτερες δομές που λειτουργούν στο εξωτερικό των κυττάρων. Μπορούν να συνδυαστούν σε πολύ συγκεκριμένες διατάξεις για να σχηματίσουν κροσσούς (cilia) και μαστίγια (flagella). Οι κροσσοί είναι μικρές τρίχες που μπορεί να δείτε στο εξωτερικό ενός παραμείσιου ή άλλων πρωτοζώων. Κουνιούνται μπρος-πίσω για να βοηθήσουν το κύτταρο να κινηθεί. Τα μαστίγια είναι μακριές, παχιές ουρές. Κουνιούνται και περιστρέφονται μερικές φορές, σπρώχνοντας το κύτταρο προς τα εμπρός.

Λυσοσώματα – Μικρά Πακέτα Ενζύμων

URL: https://web.archive.org/web/20240531022840/http://www.biology4kids.com/files/cell_lysosome.html

Απλή Δομή ενός Λυσοσώματος

Θα βρείτε οργανίδια που ονομάζονται λυσοσώματα σε σχεδόν κάθε ζωικό ευκαρυωτικό κύτταρο. Τα λυσοσώματα περιέχουν ένζυμα που δημιουργήθηκαν από το κύτταρο. Ο σκοπός του λυσοσώματος είναι η πέψη. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν για να χωνέψουν τροφή ή να διασπάσουν το κύτταρο όταν αυτό πεθάνει. Τι δημιουργεί ένα λυσόσωμα; Θα πρέπει να επισκεφθείτε το σύμπλεγμα Golgi για αυτή την απάντηση.

Ένα λυσόσωμα είναι βασικά ένα εξειδικευμένο κυστίδιο (vesicle) που περιέχει ποικιλία ενζύμων. Οι πρωτεΐνες-ένζυμα δημιουργούνται αρχικά στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο (rough ER). Αυτές οι πρωτεΐνες πακετάρονται σε ένα κυστίδιο και αποστέλλονται στο σύμπλεγμα Golgi. Το Golgi εκτελεί την τελική του εργασία για να δημιουργήσει τα πεπτικά ένζυμα και αποσπά ένα μικρό, πολύ συγκεκριμένο κυστίδιο. Αυτό το κυστίδιο είναι το λυσόσωμα. Από εκεί, τα λυσοσώματα επιπλέουν στο κυτταρόπλασμα μέχρι να χρειαστούν. Τα λυσοσώματα είναι οργανίδια με μία μόνο μεμβράνη.

Δράση των Λυσοσωμάτων

Πέψη από λυσοσώματα

Δεδομένου ότι τα λυσοσώματα είναι μικρές μηχανές πέψης, τίθενται σε λειτουργία όταν το κύτταρο απορροφά ή καταναλώνει τροφή. Μόλις το υλικό βρεθεί μέσα στο κύτταρο, τα λυσοσώματα προσκολλώνται και απελευθερώνουν τα ένζυμά τους. Τα ένζυμα διασπούν πολύπλοκα μόρια που μπορεί να περιλαμβάνουν σύνθετα σάκχαρα και πρωτεΐνες. Αλλά τι γίνεται αν η τροφή είναι περιορισμένη και το κύτταρο λιμοκτονεί; Τα λυσοσώματα λειτουργούν ακόμη και αν δεν υπάρχει τροφή για το κύτταρο. Όταν σταλεί το σχετικό σήμα, τα λυσοσώματα μπορούν πραγματικά να χωνέψουν τα οργανίδια του κυττάρου για να πάρουν θρεπτικά συστατικά.

Γιατί δεν Χωνεύουν το Κύτταρο;

Υπάρχει κάτι που οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να καταλάβουν. Αν το λυσόσωμα περιέχει πολλούς τύπους ενζύμων, πώς μπορεί να επιβιώσει το ίδιο το λυσόσωμα; Τα λυσοσώματα είναι σχεδιασμένα να διασπούν πολύπλοκα μόρια και μέρη του κυττάρου. Γιατί λοιπόν τα ένζυμα δεν καταστρέφουν τη μεμβράνη που περιβάλλει το λυσόσωμα;

Υπεροξειδιοσώματα ή Υπεροξεισώματα – Άλλο ένα Πακέτο Ενζύμων

URL: https://web.archive.org/web/20240531022847/http://www.biology4kids.com/files/cell_peroxisome.html

See also: https://el.wikipedia.org/wiki/Υπεροξειδιόσωμα

Υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους τα υπεροξειδιοσώματα μοιάζουν με τα λυσοσώματα. Είναι μικρά κυστίδια που βρίσκονται γύρω από το κύτταρο. Έχουν μία μεμονωμένη μεμβράνη που περιέχει πεπτικά ένζυμα για τη διάσπαση τοξικών ουσιών μέσα στο κύτταρο. Διαφέρουν από τα λυσοσώματα στον τύπο των ενζύμων που περιέχουν. Τα υπεροξειδιοσώματα κρατούν ένζυμα που χρειάζονται οξυγόνο (οξειδωτικά ένζυμα), ενώ τα λυσοσώματα έχουν ένζυμα που λειτουργούν σε περιοχές φτωχές σε οξυγόνο και με χαμηλό pH.

Απορρόφηση Θρεπτικών Συστατικών

Τα υπεροξειδιοσώματα απορροφούν θρεπτικά συστατικά που έχει αποκτήσει το κύτταρο. Είναι ιδιαίτερα γνωστά για την πέψη λιπαρών οξέων. Παίζουν επίσης ρόλο στον τρόπο που οι οργανισμοί διασπούν το αλκοόλ (αιθανόλη). Επειδή κάνουν αυτή τη δουλειά, θα περίμενε κανείς τα ηπατικά κύτταρα να έχουν περισσότερα υπεροξειδιοσώματα από τα περισσότερα άλλα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος. Επιπλέον, συμμετέχουν στη σύνθεση χοληστερόλης και στην πέψη των αμινοξέων.

Δημιουργία Υπεροξειδίου του Υδρογόνου

Τα υπεροξειδιοσώματα λειτουργούν με πολύ συγκεκριμένο τρόπο. Τα ένζυμά τους επιτίθενται σε πολύπλοκα μόρια και τα διασπούν σε μικρότερα μόρια. Ένα από τα παραπροϊόντα της πέψης είναι το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H₂O₂). Τα υπεροξειδιοσώματα έχουν εξελιχθεί ώστε να μπορούν να περιέχουν αυτό το υπεροξείδιο και να το διασπούν σε νερό (H₂O) και οξυγόνο (O₂). Το νερό είναι αβλαβές για το κύτταρο και το οξυγόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην επόμενη πεπτική αντίδραση.

Μυστήρια του Υπεροξειδιοσώματος

Τα υπεροξειδιοσώματα έχουν μία μεμβράνη που περιβάλλει τα πεπτικά ένζυμα και τα επικίνδυνα παραπροϊόντα της δράσης τους (υπεροξείδιο του υδρογόνου). Τα πρωτεϊνικά ένζυμα συνήθως δημιουργούνται από τα ριβοσώματα που επιπλέουν μέσα στο κύτταρο. Στη συνέχεια εισάγονται τα ένζυμα στο κυστίδιο του υπεροξειδιοσώματος. Τα υπεροξειδιοσώματα συνεχίζουν να μεγαλώνουν μέχρι να διαιρεθούν σε δύο. Από πού προέρχεται η μεμβράνη; Οι επιστήμονες εξακολουθούν να ερευνούν την απάντηση. Μπορεί να προέρχεται από το ενδοπλασματικό δίκτυο, αλλά μπορεί να δημιουργείται με τρόπο διαφορετικό από τα λυσοσώματα.

Κοιτάζοντας τις Λειτουργίες των Κυττάρων

URL: https://web.archive.org/web/20240531022326/http://www.biology4kids.com/files/cell2_main.html

Τα κύτταρα υπάρχουν σε πολλά μεγέθη. Όλα τα κύτταρα έχουν έναν σκοπό. Αν δεν κάνουν τίποτα παραγωγικό, δεν χρειάζονται πια. Στο μεγάλο πλαίσιο, ο σκοπός ενός κυττάρου είναι πολύ πιο σημαντικός από το να λειτουργεί απλώς ως μικρό οργανωτικό κομμάτι. Είχαν τον σκοπό τους πολύ πριν αρχίσουν να συνεργάζονται σε ομάδες και να δημιουργούν πιο εξελιγμένους οργανισμούς. Όταν είναι μόνα τους, ο κύριος σκοπός ενός κυττάρου είναι να επιβιώσει.

Ακόμα και αν ήσουν ένα μόνο κύτταρο, θα είχες σκοπό. Θα έπρεπε να επιβιώσεις. Θα κινούσουν (πιθανότατα σε υγρό) και απλώς θα προσπαθούσες να μείνεις ζωντανό. Θα είχες όλα τα κομμάτια σου μέσα σου. Αν έλειπε κάποιο κομμάτι που χρειαζόσουν για να επιβιώσεις, θα πέθαινες. Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτά τα κομμάτια οργανίδια. Τα οργανίδια είναι ομάδες πολύπλοκων μορίων που βοηθούν ένα κύτταρο να επιβιώσει.

Όλα τα Κύτταρα Δεν Δημιουργούνται Ίσα

Τα κύτταρα έχουν διαφορετικά συστατικά. Με τον ίδιο τρόπο που τα κύτταρα επιβιώνουν με διαφορετικούς τρόπους, όλα τα κύτταρα έχουν διαφορετικούς τύπους και ποσότητες οργανιδίων. Όσο μεγαλύτερο γίνεται ένα κύτταρο, τόσα περισσότερα οργανίδια θα χρειάζεται. Έχει νόημα αν το σκεφτείς. Αν είσαι ένα μεγάλο κύτταρο, θα χρειάζεσαι περισσότερο φαγητό από ένα μικρό κύτταρο. Θα χρειαστεί επίσης να μετατρέψεις αυτό το φαγητό σε ενέργεια. Ένα μεγαλύτερο κύτταρο θα χρειαστεί να φάει περισσότερο και μπορεί να έχει περισσότερα μιτοχόνδρια για να μετατρέψει αυτή την τροφή σε ενέργεια.

Αν και μπορεί να έχουν σκοπό, τα πιο εξελιγμένα κύτταρα δυσκολεύονται να επιβιώσουν μόνα τους. Ένα κύτταρο από τον εγκέφαλό σου δεν θα μπορούσε να επιβιώσει για πολύ σε ένα πιάτο Πέτρι. Δεν έχει τα κατάλληλα κομμάτια για να ζήσει μόνο του. Έχει όμως την ικανότητα να μεταδίδει ηλεκτρικά σήματα σε όλο το σώμα σου. Μια αμοιβάδα θα μπορούσε να επιβιώσει για πάντα σε ένα πιάτο, να αναπτυχθεί και να αναπαραχθεί. Από την άλλη, αυτή η αμοιβάδα δεν θα σε βοηθήσει ποτέ να μεταδώσεις ηλεκτρικά ερεθίσματα. Το εγκεφαλικό κύτταρο είναι πολύ πιο εξελιγμένο και έχει συγκεκριμένες ικανότητες και οργανίδια. Τα πιο απλά κύτταρα έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να επιβιώσουν μόνα τους, ενώ τα πολύπλοκα κύτταρα μπορούν να εκτελέσουν πιο εξελιγμένες λειτουργίες.

Παθητική Μεταφορά – Επιλέγοντας τον Εύκολο Δρόμο

Διευκολυνόμενη Διάχυση

Ενώ η ενεργητική μεταφορά απαιτεί ενέργεια και έργο, η παθητική μεταφορά δεν απαιτεί τίποτα από αυτά. Υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τύποι αυτής της εύκολης κίνησης μορίων. Μπορεί να είναι τόσο απλή όσο η ελεύθερη κίνηση μορίων, όπως η ώσμωση ή η διάχυση. Μπορεί επίσης να υπάρχουν πρωτεΐνες στην κυτταρική μεμβράνη που λειτουργούν ως κανάλια για να βοηθήσουν την κίνηση. Και φυσικά υπάρχει μια ενδιάμεση διαδικασία μεταφοράς όπου πολύ μικρά μόρια μπορούν να περάσουν μέσα από ημιπερατή μεμβράνη.

Μερικές φορές χρησιμοποιούνται πρωτεΐνες για να βοηθήσουν στην πιο γρήγορη μετακίνηση μορίων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διευκολυνόμενη διάχυση. Μπορεί να είναι τόσο απλή όσο η εισαγωγή ενός μορίου γλυκόζης. Δεδομένου ότι η κυτταρική μεμβράνη δεν επιτρέπει στη γλυκόζη να περάσει μέσω διάχυσης, χρειάζονται «βοηθοί». Το κύτταρο μπορεί να παρατηρήσει τα εξωτερικά υγρά να κυκλοφορούν με ελεύθερα μόρια γλυκόζης. Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης τότε αρπάζουν ένα μόριο και μετακινούν τη θέση τους για να φέρουν το μόριο μέσα στο κύτταρο. Πρόκειται για μια εύκολη περίπτωση παθητικής μεταφοράς, γιατί η γλυκόζη κινείται από υψηλότερη σε χαμηλότερη συγκέντρωση – δηλαδή κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης. Αν χρειαζόταν να αφαιρεθεί γλυκόζη, το κύτταρο θα απαιτούσε ενέργεια.

Αφήνοντας τη Διαφορά Συγκέντρωσης να Κάνει τη Δουλειά

Μερικές φορές τα κύτταρα βρίσκονται σε περιβάλλον όπου υπάρχει μεγάλη διαφορά συγκέντρωσης. Για παράδειγμα, η συγκέντρωση μορίων οξυγόνου μπορεί να είναι πολύ υψηλή έξω από το κύτταρο και πολύ χαμηλή μέσα. Τα μόρια οξυγόνου είναι τόσο μικρά που μπορούν να περάσουν μέσα από το λιπιδικό διπλό στρώμα και να εισέλθουν στο κύτταρο. Αυτή η διαδικασία δεν απαιτεί καθόλου ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, είναι καλό για το κύτταρο, γιατί τα κύτταρα χρειάζονται οξυγόνο για να επιβιώσουν. Μπορεί επίσης να συμβεί με άλλα μόρια που θα μπορούσαν να σκοτώσουν το κύτταρο.

Ώσμωση

Κίνηση Μορίων Νερού

Ένα ακόμη μεγάλο παράδειγμα παθητικής μεταφοράς είναι η ώσμωση. Αυτή είναι μια διαδικασία ειδική για το νερό. Συνήθως, τα κύτταρα βρίσκονται σε ένα περιβάλλον όπου υπάρχει μία συγκέντρωση ιόντων έξω και μία μέσα. Επειδή οι συγκεντρώσεις τείνουν να εξισωθούν, το κύτταρο μπορεί να αντλεί ιόντα μέσα και έξω για να επιβιώσει. Η ώσμωση είναι η κίνηση του νερού διαμέσου της μεμβράνης.

Για να επιβιώσει ένα κύτταρο, οι συγκεντρώσεις ιόντων πρέπει να είναι ίδιες και στις δύο πλευρές της κυτταρικής μεμβράνης. Αν το κύτταρο δεν αντλήσει όλα τα επιπλέον ιόντα του για να εξισώσει τις συγκεντρώσεις, το νερό θα μπει μέσα. Αυτό μπορεί να είναι πολύ επικίνδυνο. Το κύτταρο μπορεί να φουσκώσει και να σπάσει. Το κλασικό παράδειγμα αυτού του τύπου φουσκώματος συμβαίνει όταν τα ερυθρά αιμοσφαίρια τοποθετούνται σε νερό. Το νερό μπαίνει στα κύτταρα, αυτά διογκώνονται και τελικά σπάνε (ΜΠΑΜ!).

Ενεργητική Μεταφορά – Ενέργεια για Μεταφορά

Κίνηση από Χαμηλές σε Υψηλές Συγκεντρώσεις

Η ενεργητική μεταφορά περιγράφει τι συμβαίνει όταν ένα κύτταρο χρησιμοποιεί ενέργεια για να μεταφέρει κάτι. Δεν αναφερόμαστε εδώ σε φαγοκύτωση (κατάποση κυττάρου) ή πινοκύτωση (κατανάλωση υγρών από κύτταρο). Μιλάμε για τη μετακίνηση μεμονωμένων μορίων διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης. Τα υγρά μέσα και έξω από τα κύτταρα περιέχουν διαφορετικές ουσίες. Μερικές φορές το κύτταρο πρέπει να δουλέψει και να χρησιμοποιήσει ενέργεια για να διατηρήσει την κατάλληλη ισορροπία ιόντων και μορίων.

Πρωτεΐνες στη Μεμβράνη

Η ενεργητική μεταφορά συνήθως γίνεται διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης. Υπάρχουν χιλιάδες πρωτεΐνες ενσωματωμένες στο λιπιδικό διπλό στρώμα του κυττάρου. Αυτές οι πρωτεΐνες κάνουν το μεγαλύτερο μέρος της δουλειάς στην ενεργητική μεταφορά. Τοποθετούνται έτσι ώστε ένα τμήμα τους να βρίσκεται στο εσωτερικό του κυττάρου και ένα τμήμα στο εξωτερικό. Μόνο όταν διασχίσουν το διπλό στρώμα μπορούν να μεταφέρουν μόρια και ιόντα μέσα και έξω από το κύτταρο. Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης είναι πολύ συγκεκριμένες. Μια πρωτεΐνη που μεταφέρει γλυκόζη δεν θα μεταφέρει ιόντα ασβεστίου (Ca). Υπάρχουν εκατοντάδες τύποι αυτών των πρωτεϊνών σε πολλά κύτταρα του σώματός σας.

Συχνά, οι πρωτεΐνες πρέπει να δουλέψουν ενάντια σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης. Ο όρος αυτός σημαίνει ότι αντλούν κάτι (συνήθως ιόντα) από περιοχές χαμηλής σε περιοχές υψηλής συγκέντρωσης. Αυτό συμβαίνει πολύ στους νευρώνες. Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης αντλούν συνεχώς ιόντα μέσα και έξω για να προετοιμάσουν τη μεμβράνη του νευρώνα ώστε να μεταδώσει ηλεκτρικά σήματα.

Διακοπή της Μεταφοράς

Ακόμα και αν αυτές οι πρωτεΐνες δουλεύουν για να κρατήσουν το κύτταρο ζωντανό, η δραστηριότητά τους μπορεί να σταματήσει. Υπάρχουν δηλητήρια που εμποδίζουν τις πρωτεΐνες της μεμβράνης να μεταφέρουν τα μόριά τους. Αυτά τα δηλητήρια ονομάζονται αναστολείς. Μερικές φορές οι πρωτεΐνες καταστρέφονται και άλλες φορές απλώς φράσσονται.

Φανταστείτε ότι είστε ένα κύτταρο και έχετε δέκα πρωτεΐνες που δουλεύουν για να αντλούν ασβέστιο μέσα στο κύτταρο. Τι θα συνέβαινε αν ένα δηλητήριο ερχόταν και μπλόκαρε οκτώ από αυτές; Δεν θα μπορούσατε να επιβιώσετε με μόνο δύο αντλίες σε λειτουργία και θα πεθαίνατε σιγά-σιγά. Θα ήταν σαν να προσπαθείτε να αναπνεύσετε με το στόμα και τη μύτη σας κλειστά.

Φαγοκύτωση – Ώρα για Φαγητό!

Απλά, τα κύτταρα χρειάζονται τροφή και υγρά όπως κι εσείς. Η φαγοκύτωση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα κύτταρο «τρώει». Είναι ένας τύπος ενδοκύτωσης. Η ενδοκύτωση συμβαίνει όταν ένα κύτταρο παίρνει κάτι από το περιβάλλον του. Η φαγοκύτωση αφορά την περίπτωση που το κύτταρο παίρνει στερεό. Η πινοκύτωση είναι η πράξη της λήψης υγρού. Ολόκληρο το κύτταρο συμμετέχει στη διαδικασία. Δεν πρόκειται απλώς για μερικές πρωτεΐνες της μεμβράνης που παίρνουν λίγα μόρια όπως στην ενεργητική μεταφορά.

Η φαγοκύτωση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα κύτταρο καταπίνει ένα μεγάλο αντικείμενο που θα χωνέψει αργότερα. Το κλασικό παράδειγμα είναι μια αμοιβάδα που τρώει ένα βακτήριο. Αρχικά, το κύτταρο εντοπίζει το βακτήριο λόγω χημικών ουσιών στο περιβάλλον. Στη συνέχεια, το κύτταρο κινείται προς το θήραμα. Μόλις έρθει σε επαφή, η αμοιβάδα τυλίγει αργά τη μεμβράνη της γύρω από το αντικείμενο. Όταν οι μεμβράνες επεκτείνονται προς το θήραμα, ονομάζονται ψευδοπόδια. Όταν η κυτταρική μεμβράνη περιβάλλει πλήρως το αντικείμενο, αυτό έχει ουσιαστικά κλειστεί σε ένα νέο κυστίδιο.

Το τελικό βήμα είναι η πέψη του θηράματος. Αν το κύτταρο δεν ενεργήσει γρήγορα, το βακτήριο θα μπορούσε να αρχίσει να αναπαράγεται. Τα λυσοσώματα προσκολλώνται γρήγορα στο κυστίδιο της τροφής και απελευθερώνουν πεπτικά ένζυμα. Η δράση των ενζύμων ονομάζεται οξειδωτική έκρηξη (oxidative burst). Στη συνέχεια η τροφή διασπάται και η αμοιβάδα απορροφά τα θρεπτικά συστατικά. Τα υπολείμματα παραμένουν στο κυστίδιο και μπορούν μετά να απελευθερωθούν έξω από το κύτταρο.

Κυνήγι για Δείπνο

Η ικανότητα να εντοπίζουν και να καταναλώνουν τροφή ήταν μια τεράστια επιτυχία για τα κύτταρα. Μόλις η διαδικασία τελειοποιήθηκε, οι μονοκύτταροι οργανισμοί μπορούσαν να καταναλώνουν αντικείμενα σχεδόν ίσα με το μέγεθός τους. Επίσης, μπόρεσαν να γίνουν ανεξάρτητοι από διαδικασίες όπως η διάχυση και η ενεργητική μεταφορά. Συνολικά, τα κύτταρα μπορούσαν να αναπτυχθούν γρηγορότερα και μεγαλύτερα. Αυτή η ταχύτερη ανάπτυξη σήμαινε ότι η αναπαραγωγή του κυττάρου απαιτούσε λιγότερο χρόνο.

Πινοκύτωση – Μια Φορά Ακόμη

URL: https://web.archive.org/web/20240531022336/http://www.biology4kids.com/files/cell2_pinocytosis.html

Απλά, τα κύτταρα χρειάζονται τροφή και υγρά όπως κι εσείς. Η φαγοκύτωση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα κύτταρο «τρώει». Είναι ένας τύπος ενδοκύτωσης. Η ενδοκύτωση συμβαίνει όταν ένα κύτταρο παίρνει κάτι από το περιβάλλον του. Η φαγοκύτωση αφορά την περίπτωση που το κύτταρο παίρνει στερεό. Η πινοκύτωση είναι η πράξη της λήψης υγρού. Ολόκληρο το κύτταρο συμμετέχει στη διαδικασία. Δεν πρόκειται απλώς για μερικές πρωτεΐνες της μεμβράνης που παίρνουν λίγα μόρια όπως στην ενεργητική μεταφορά.

Χρειάζεται Ενυδάτωση

Σχεδόν όλα τα κύτταρα πραγματοποιούν κάποιο είδος πινοκύτωσης. Η διαδικασία δεν απαιτεί από το κύτταρο να κυνηγήσει θήραμα όπως στη φαγοκύτωση. Πρόκειται για την εισαγωγή σταγόνων υγρού που βρίσκονται έξω από το κύτταρο. Όλα τα κύτταρα πρέπει να το κάνουν αυτό. Υπάρχουν ακόμη και διαφορετικά στυλ πινοκύτωσης. Τα κύτταρα έχουν συγκεκριμένα στυλ ανάλογα με τις δομές που διαθέτουν.

Η βασική πινοκύτωση περιλαμβάνει ένα κύτταρο που παίρνει πολύ μικρές σταγόνες εξωκυτταρικών υγρών. Πολλά οργανίδια αποσπούν κυστίδια στο κυτταρόπλασμα. Στην πινοκύτωση, η κυτταρική μεμβράνη τυλίγει μια σταγόνα και την αποσπά ώστε να εισέλθει στο κύτταρο. Τα μόρια μέσα στα νεοδημιουργημένα κυστίδια μπορούν στη συνέχεια να χωνευτούν ή να απορροφηθούν στο κυτταρόπλασμα.

Η πινοκύτωση είναι μια διαδικασία που συμβαίνει συνεχώς. Μια αμοιβάδα μπορεί να σχηματίσει τα κυστίδια εύκολα καθώς κινείται. Ένα κύτταρο με πολλές μικρολάχνες (microvilli) (όπως στο έντερό σας) αποσπά συνεχώς μικρά κυστίδια γεμάτα υγρό. Αυτοί οι τύποι κυττάρων δεν κινούνται, οπότε πρέπει να είναι πιο αποδοτικοί.

Μίτωση – Όταν τα Κύτταρα Χωρίζονται

Τελικά, τα κύτταρα χρειάζεται να αντιγράφονται. Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι αναπαραγωγής: η μίτωση και η μείωση. Αυτό το μάθημα θα μιλήσει για τη μίτωση.

Η μεγάλη ιδέα που πρέπει να θυμάστε είναι ότι η μίτωση είναι η απλή αντιγραφή ενός κυττάρου και όλων των τμημάτων του. Αντιγράφει το DNA του και τα δύο νέα κύτταρα (θυγατρικά κύτταρα) έχουν τα ίδια μέρη και τον ίδιο γενετικό κώδικα. Δύο ταυτόσημα αντίγραφα προέρχονται από ένα αρχικό. Ξεκινάς με ένα, παίρνεις δύο που είναι τα ίδια. Καταλαβαίνετε την ιδέα.

Πέρα από την ιδέα ότι δημιουργούνται δύο ταυτόσημα κύτταρα, υπάρχουν συγκεκριμένα βήματα στη διαδικασία. Υπάρχουν πέντε (5) βασικές φάσεις στον κύκλο ζωής ενός κυττάρου. Πρέπει να θυμάστε τον όρο PMATI (προφέρεται ΠιΜαΤι). Το PMATI είναι το ακρωνύμιο για τις φάσεις της ύπαρξης ενός κυττάρου και αναλύεται ως εξής:

ΠΡΟΦΑΣΗ – ΜΕΤΑΦΑΣΗ – ΑΝΑΦΑΣΗ – ΤΕΛΟΦΑΣΗ – ΜΕΣΟΦΑΣΗ

Πρόφαση και Μετάφαση

Ας δούμε τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια αυτών των φάσεων. Πάντα θυμάστε – PMATI!

Οι Φάσεις

Πρόφαση: Ένα κύτταρο καταλαβαίνει ότι ήρθε η ώρα να διαιρεθεί. Πρώτα πρέπει να προετοιμάσει τα πάντα. Χρειάζεται να αντιγράψει το DNA, να φέρει ορισμένα μέρη στη σωστή θέση (κεντριόλια) και γενικά να προετοιμάσει το κύτταρο για τη διαδικασία της μιτωτικής διαίρεσης.

Μετάφαση: Τώρα όλα τα μέρη ευθυγραμμίζονται για τον μεγάλο διαχωρισμό. Το DNA τοποθετείται κατά μήκος ενός κεντρικού άξονα και τα κεντριόλια (centrioles) στέλνουν εξειδικευμένα σωληνάρια (tubules) που συνδέονται με το DNA. Το DNA (χρωματίνη) έχει τώρα συμπυκνωθεί σε χρωμοσώματα. Δύο νήματα ενός χρωμοσώματος συνδέονται στο κέντρο με κάτι που ονομάζεται κεντρομερίδιο (centromere). Τα σωληνάρια συνδέονται στην πραγματικότητα με το κεντρομερίδιο και όχι απευθείας με το DNA.

Ανάφαση και Τελόφαση

Ανάφαση: Ξεκινάμε! Ο διαχωρισμός αρχίζει. Τα μισά χρωμοσώματα τραβιούνται προς τη μία πλευρά του κυττάρου, και τα υπόλοιπα προς την άλλη. Όταν τα χρωμοσώματα φτάσουν στις πλευρές του κυττάρου, είναι ώρα να προχωρήσουμε στην τελόφαση.

Τελόφαση: Τώρα η διαίρεση ολοκληρώνεται. Αυτή είναι η στιγμή που η κυτταρική μεμβράνη κλείνει και χωρίζει το κύτταρο σε δύο μέρη. Έχετε δύο ξεχωριστά κύτταρα, το καθένα με το μισό DNA του αρχικού.

Μεσόφαση: Αυτή είναι η κανονική κατάσταση ενός κυττάρου. Μπορείτε να τη θεωρήσετε την «κατάσταση ανάπαυσης» όσον αφορά τη διαίρεση. Το κύτταρο συνεχίζει τις καθημερινές του λειτουργίες, εξασφαλίζοντας ότι έχει όλα τα θρεπτικά συστατικά και την ενέργεια που χρειάζεται. Παράλληλα, προετοιμάζεται για την επόμενη διαίρεση. Αντιγράφει τα νουκλεϊκά του οξέα, ώστε όταν έρθει ξανά η πρόφαση, όλα τα μέρη να είναι έτοιμα.

Μείωση – Είναι για τη Σεξουαλική Αναπαραγωγή

URL: https://web.archive.org/web/20240531022334/http://www.biology4kids.com/files/cell2_meiosis.html

Ποιες είναι οι βασικές ιδέες εδώ; Υπάρχουν δύο κυτταρικές διαιρέσεις. Η μίτωση έχει μία διαίρεση ενώ η μείωση έχει δύο διαιρέσεις. Πρέπει να θυμάστε ακόμα το PMATI, αλλά τώρα το κάνετε δύο φορές. Πρέπει επίσης να θυμάστε ότι δημιουργούνται τέσσερα κύτταρα εκεί όπου υπήρχε αρχικά ένα. Δηλαδή τέσσερα (4) κύτταρα με το μισό DNA από αυτό που χρειάζεται ένα κύτταρο. Όταν ένα κύτταρο περνάει από μείωση, δεν ενδιαφέρεται να δημιουργήσει ένα ακόμα λειτουργικό κύτταρο.

Η μείωση συμβαίνει όταν είναι ώρα να αναπαραχθεί ένας οργανισμός. Τα βήματα της μείωσης είναι πολύ απλά. Όταν τα αναλύσεις, είναι απλώς δύο PMATI στη σειρά. Οι επιστήμονες λένε Μείωση I και Μείωση II, αλλά στην ουσία είναι δύο PMATI. Η μεσόφαση που συμβαίνει μεταξύ των δύο διαδικασιών είναι πολύ σύντομη και το DNA δεν αντιγράφεται.

Όπως είπαμε, η μείωση συμβαίνει όταν είναι ώρα αναπαραγωγής. Η μείωση είναι η σπουδαία διαδικασία που ανακατεύει τα γονίδια του κυττάρου. Τα φυτά το κάνουν, τα ζώα το κάνουν, και ακόμα και οι μύκητες το κάνουν (μερικές φορές). Αντί να δημιουργηθούν δύο νέα κύτταρα με ίσο αριθμό χρωμοσωμάτων (όπως στη μίτωση), το κύτταρο κάνει μια δεύτερη διαίρεση λίγο μετά την πρώτη.

Η δεύτερη διαίρεση μειώνει τον αριθμό των χρωμοσωμάτων στο μισό. Όταν έχεις το μισό αριθμό χρωμοσωμάτων, το κύτταρο λέγεται απλοειδές. Απλοειδές σημαίνει το μισό από τον κανονικό αριθμό. Διπλοειδές είναι το αντίθετο (δύο σειρές). Τα φυσιολογικά κύτταρα θεωρούνται διπλοειδή κύτταρα.

Βήμα Ένα

ΜΕΙΩΣΗ I: Αυτό στην ουσία είναι σαν το PMATI μιας κανονικής μίτωσης. Ζεύγη χρωμοσωμάτων τοποθετούνται στο κέντρο του κυττάρου και μετά τραβιούνται προς κάθε πλευρά. Η μείωση είναι λίγο διαφορετική γιατί συμβαίνει κάτι που ονομάζεται επιχιασμός (crossing-over) με το DNA.

Αυτός ο επιχιασμός είναι μια ανταλλαγή γονιδίων. Τα γονίδια ανακατεύονται, δεν προκύπτει τέλειο αντίγραφο όπως στη μίτωση. Το κύτταρο διαιρείται, αφήνοντας δύο νέα κύτταρα με ένα ζεύγος χρωμοσωμάτων το καθένα. Κανονικά, το κύτταρο θα συνέχιζε τις καθημερινές του λειτουργίες και αργά θα αντιγράψει τα χρωμοσώματα για άλλη μια μιτωτική διαίρεση. Επειδή πρόκειται για μείωση, υπάρχει πολύ σύντομη μεσόφαση και η διαίρεση ξεκινά ξανά.

Βήμα Δύο

ΜΕΙΩΣΗ II: Στην Πρόφαση II, το DNA που παραμένει στο κύτταρο αρχίζει να συμπυκνώνεται και να σχηματίζει σύντομα χρωμοσώματα. Κάθε ζεύγος χρωμοσωμάτων έχει ένα κεντρομερίδιο. Τα κεντριόλια ξεκινούν επίσης την πορεία τους προς τις αντίθετες πλευρές του κυττάρου. Στη Μετάφαση II, όλα τα χρωμοσώματα ευθυγραμμίζονται κατά μήκος του κέντρου του κυττάρου και τα κεντριόλια είναι στη θέση τους για τη διαίρεση. Στην Ανάφαση II, τα χρωμοσώματα χωρίζονται και κινούνται στις αντίθετες πλευρές του κυττάρου. Κάθε ένα χωρίζεται σε δύο κομμάτια. Δεν διαιρούν το DNA μεταξύ των νέων κυττάρων, απλώς χωρίζουν το υπάρχον DNA. Κάθε θυγατρικό κύτταρο θα πάρει το μισό DNA που χρειάζεται για να γίνει λειτουργικό κύτταρο.

Στην Τελόφαση II, το DNA έχει μετακινηθεί πλήρως στις πλευρές και η κυτταρική μεμβράνη αρχίζει να συσπάται. Όταν τελειώσει όλη η διαδικασία, μένετε με τέσσερα απλοειδή κύτταρα που ονομάζονται γαμέτες. Ο τελικός σκοπός των γαμετών θα είναι να βρουν άλλους γαμέτες με τους οποίους μπορούν να συνδυαστούν. Όταν γίνει αυτό, θα σχηματίσουν έναν νέο οργανισμό.

ΚΥΤΤΑΡΟ – Η ΒΑΣΙΚΗ ΜΟΝΑΔΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

URL: https://web.archive.org/web/20251114022831/https://lisacruz2.tripod.com/id28.html

Εισαγωγή

Το κύτταρο είναι μια μικροσκοπική, δομική και λειτουργική μονάδα των ζωντανών οργανισμών, ικανή για ανεξάρτητη ύπαρξη (π.χ. Αμοιβάδα). Όλα τα ζωντανά όντα αποτελούνται από κύτταρα. Ορισμένα λειτουργικά κύτταρα συνενώνονται για να σχηματίσουν έναν ιστό, και οι ιστοί συλλογικά σχηματίζουν όργανα. Στους πιο πολύπλοκους ζωντανούς οργανισμούς, τα όργανα συνεργάζονται για σκοπούς επιβίωσης ως σύστημα. Ωστόσο, σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, το κύτταρο είναι η λειτουργική μονάδα και όλη η βιολογία περιστρέφεται γύρω από τη δραστηριότητα του κυττάρου.

Η μελέτη του κυττάρου είναι αδύνατη χωρίς το μικροσκόπιο. Το πρώτο απλό μικροσκόπιο κατασκευάστηκε από τον Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723), ο οποίος μελέτησε τη δομή των βακτηρίων, των πρωτοζώων, των σπερματοζωαρίων, των ερυθρών αιμοσφαιρίων κ.ά. Ο όρος «κύτταρο» πρωτοχρησιμοποιήθηκε από τον Robert Hooke το 1665 για να περιγράψει τις κενές δομές σαν κηρήθρα που παρατηρούσε σε λεπτές τομές φελλού. Εντυπωσιάστηκε από τα μικροσκοπικά διαμερίσματα του φελλού, καθώς του θύμιζαν τα δωμάτια σε ένα μοναστήρι, που είναι γνωστά ως cells. Επομένως, αναφέρθηκε στις μονάδες αυτές ως «κύτταρα».

Το 1838, ο Γερμανός βοτανολόγος Matthias Schleiden πρότεινε ότι όλα τα φυτά αποτελούνται από φυτικά κύτταρα. Στη συνέχεια, το 1839, ο συνάδελφός του, ανατόμος Theodore Schwann, μελέτησε και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλα τα ζώα αποτελούνται επίσης από ζωικά κύτταρα. Οι Schwann και Schleiden μελέτησαν διάφορους ιστούς φυτών και ζώων και πρότειναν τη «θεωρία του κυττάρου» το 1839, η οποία δήλωνε ότι «όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα». Ωστόσο, η πραγματική φύση του κυττάρου ήταν ακόμη αμφίβολη. Η θεωρία του κυττάρου επαναδιατυπώθηκε το 1858 από τον Rudolf Virchow.

Στη θεωρία του, είπε ότι όλα τα ζωντανά όντα αποτελούνται από κύτταρα και ότι όλα τα κύτταρα προέρχονται από προϋπάρχοντα κύτταρα. Ο Γερμανός βιολόγος Schulze ανακάλυψε το 1861 ότι τα κύτταρα δεν είναι κενά όπως είχε παρατηρήσει ο Hooke, αλλά περιέχουν μια «ουσία» της ζωής που ονομάζεται πρωτόπλασμα.

Κατά τη δεκαετία του 1950, οι επιστήμονες ανέπτυξαν την ιδέα ότι όλοι οι οργανισμοί μπορούν να ταξινομηθούν σε προκαρυωτικά ή ευκαρυωτικά κύτταρα. Για παράδειγμα, στα προκαρυωτικά κύτταρα δεν υπάρχει πυρήνας, ενώ στα ευκαρυωτικά υπάρχει. Μια άλλη σημαντική διαφορά είναι ότι τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν εσωτερικά οργανίδια. Τα βακτήρια και οι κυανοβακτήρια ανήκουν στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, ενώ τα πρωτόζωα, οι μύκητες, τα ζώα και τα φυτά ανήκουν στους ευκαρυωτικούς.

Σύγχρονη θεωρία του κυττάρου

Οι σύγχρονοι βιολόγοι έχουν προσθέσει ορισμένα στοιχεία στην αρχική θεωρία του κυττάρου, η οποία τώρα δηλώνει ότι:

1. Όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα.
2. Νέα κύτταρα παράγονται πάντα από προϋπάρχοντα κύτταρα.
3. Το κύτταρο είναι δομική και λειτουργική μονάδα όλων των ζωντανών οργανισμών.
4. Το κύτταρο περιέχει κληρονομικές πληροφορίες που μεταβιβάζονται από κύτταρο σε κύτταρο κατά τη διαίρεση.
5. Όλα τα κύτταρα είναι βασικά ίδια σε χημική σύνθεση και μεταβολικές δραστηριότητες.

Δομή του κυττάρου

Τόσο τα προκαρυωτικά όσο και τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν βασικά χαρακτηριστικά όπως η πλασματική μεμβράνη και το κυτταρόπλασμα. Η πλασματική μεμβράνη είναι η εξωτερική επιφάνεια του κυττάρου, που το διαχωρίζει από το περιβάλλον. Το κυτταρόπλασμα είναι το υδατικό περιεχόμενο μέσα στην πλασματική μεμβράνη.

Πλασματική μεμβράνη: Είναι όπως οποιαδήποτε άλλη μεμβράνη στο κύτταρο, αλλά παίζει πολύ σημαντικό ρόλο. Δημιουργεί τα όρια του κυττάρου, γι’ αυτό και ονομάζεται και κυτταρική μεμβράνη. Αποτελείται κυρίως από πρωτεΐνες και φωσφολιπίδια. Τα φωσφολιπίδια βρίσκονται σε δύο στρώματα, που ονομάζονται διπλοστιβάδα. Οι πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες στο λιπιδικό στρώμα ή προσκολλημένες στην επιφάνειά του. Η πλασματική μεμβράνη είναι ελαστική και πολύ ρευστή λόγω των πρωτεϊνών και των λιπιδίων. Η κύρια λειτουργία της είναι ως «φύλακας»: επιτρέπει σε ορισμένες ουσίες να εισέλθουν ή να εξέλθουν από το κύτταρο.

Κυτταρόπλασμα και οργανίδια: Το κυτταρόπλασμα είναι η ημι-στερεή ουσία που υπάρχει στο κύτταρο και δίνει δομή, μέγεθος, σχήμα και θεμέλιο στο κύτταρο. Περιβάλλεται από την πλασματική μεμβράνη. Μέσα στο κυτταρόπλασμα βρίσκονται μικροσκοπικά σώματα, τα οργανίδια, που εκτελούν διάφορες λειτουργίες απαραίτητες για την επιβίωση του κυττάρου.

Ενδοπλασματικό δίκτυο (ER): Είναι ένα από τα σημαντικά οργανίδια του κυτταροπλάσματος. Αποτελείται από μια σειρά μεμβρανών που εκτείνονται σε όλο το κυτταρόπλασμα στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, στο ER υπάρχουν υπομικροσκοπικά σώματα, τα ριβοσώματα, που συμμετέχουν στην παραγωγή πρωτεϊνών.

Αδρό ER: Σ’ αυτό το ER τα ριβοσώματα βρίσκονται στην επιφάνεια. Το ενδοπλασματικό δίκτυο είναι υπεύθυνο για τη σύνθεση πρωτεϊνών στο κύτταρο. Τα ριβοσώματα είναι υπο-οργανίδια όπου τα αμινοξέα συνδέονται για να σχηματίσουν πρωτεΐνες. Οι χώροι ανάμεσα στις πτυχώσεις της μεμβράνης του ER ονομάζονται δεξαμενές/κιστέρνες (cisternae).

Λείο ER: Αυτός ο τύπος ER δεν έχει ριβοσώματα.

Άλλο οργανίδιο είναι το σώμα Golgi ή σύμπλεγμα Golgi (G.A.). Το σώμα Golgi αποτελείται από μια σειρά επίπεδων σάκων, συνήθως κυρτωμένων στις άκρες. Οι πρωτεΐνες που έχουν σχηματιστεί στο ER επεξεργάζονται στο G.A. Μετά την επεξεργασία, το τελικό προϊόν απελευθερώνεται από το G.A. Τότε, το G.A. διογκώνεται και αποσπάται για να σχηματίσει μια σταγόνα-κυστίδιο γνωστή ως εκκριτικό κυστίδιο. Τα κυστίδια κινούνται προς την κυτταρική μεμβράνη και είτε ενσωματώνουν το περιεχόμενο πρωτεϊνών στη μεμβράνη, είτε το απελευθερώνουν εκτός κυττάρου.

Άλλο οργανίδιο σχετικό με το Golgi είναι το λυσόσωμα, που προέρχεται από το σώμα Golgi. Το λυσόσωμα είναι ένας σάκος ενζύμων στο κυτταρόπλασμα, που χρησιμοποιείται για την πέψη μέσα στο κύτταρο. Τα ένζυμα αυτά διασπούν τα σωματίδια τροφής που εισέρχονται στο κύτταρο και καθιστούν το προϊόν διαθέσιμο για χρήση. Υπάρχουν επίσης οργανίδια στο κυτταρόπλασμα, τα υπεροξειδιοσώματα, που παράγουν ένζυμα για την αποικοδόμηση λιπαρών μορίων.

Μιτοχόνδρια: Είναι άλλο ένα οργανίδιο του κυττάρου. Ονομάζεται «ενεργειακό κέντρο του κυττάρου», γιατί αποθηκεύει και απελευθερώνει την ενέργεια του κυττάρου. Η ενέργεια χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη).

Πυρήνας: Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν πυρήνα, ενώ τα ευκαρυωτικά έχουν πυρήνα στο κυτταρόπλασμα. Ο πυρήνας περιέχει κυρίως DNA (δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ). Το DNA οργανώνεται σε γραμμικές μονάδες που ονομάζονται χρωματίνη. Τα γονίδια είναι οι λειτουργικές περιοχές μέσα στο χρωμόσωμα. Κάθε χρωμόσωμα περιέχει περίπου 1.000.000 γονίδια. Η χρωματίνη είναι περιτυλιγμένη γύρω από πυρηνικές πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες. Όταν η χρωματίνη είναι περιτυλιγμένη, σχηματίζονται χρωμοσώματα. Τα γονίδια περιέχουν τον κώδικα για όλες τις πρωτεΐνες σε κύτταρο ζώου ή φυτού. Ο πυρήνας περιβάλλεται από εξωτερική μεμβράνη που ονομάζεται πυρηνική μεμβράνη, η οποία μοιάζει με την πλασματική σε λειτουργία. Είναι επίσης διπλή, με δύο λιπιδικά στρώματα παρόμοια με αυτά της πλασματικής μεμβράνης. Οι πόροι στη μεμβράνη επιτρέπουν την επικοινωνία του πυρήνα με το κυτταρόπλασμα.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν πυρήνα αλλά διαθέτουν DNA που υπάρχει ελεύθερο στο κυτταρόπλασμα. Στα βακτήρια, ένα μονοβρογχικό χρωμόσωμα αποτελείται από 4.000 γονίδια.

Στα φυτικά κύτταρα υπάρχουν οργανίδια που ονομάζονται χλωροπλάστες, οι οποίοι δίνουν στα φυτά το πράσινο χρώμα. Οι χλωροπλάστες συμμετέχουν στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.

Κατά τη φωτοσύνθεση, οι χλωροπλάστες μετατρέπουν την ενέργεια του ηλιακού φωτός σε ενέργεια μορίων υδατανθράκων. Η ηλιακή ενέργεια έρχεται υπό μορφή φωτονίων, δηλαδή πακέτων ενέργειας που μετατρέπονται σε ενέργεια υδατανθράκων. Οι χλωροπλάστες περιέχουν το πράσινο χρωστικό χλωροφύλλη. Επειδή τα μόρια χλωροφύλλης απορροφούν τις περισσότερες ακτινοβολίες εκτός από το πράσινο, αντανακλούν πράσινο φως και φαίνονται πράσινα στα μάτια μας. Η χλωροφύλλη βρίσκεται συνήθως στα μέρη του φυτού που δέχονται φως, π.χ. τα φύλλα και ο βλαστός. Αντίθετα, οι ρίζες δεν έχουν χλωροπλάστες, γι’ αυτό δεν είναι πράσινες.

Κυτταροσκελετός: Είναι ένα διασυνδεδεμένο σύστημα ινών και νήματος που δίνουν δομή στο κύτταρο. Τα κύρια στοιχεία του είναι τα μικροσωληνάρια, τα μικρονημάτια και τα ενδιάμεσα νήματα. Όλα αποτελούνται από πρωτεΐνες.

Κεντριόλιο: Άλλο οργανίδιο κυλινδρικού σχήματος που εμφανίζεται σε ζεύγη. Συμμετέχει στη διαίρεση του κυττάρου.

Κενοτόπιο (Vacuole): Στα φυτικά κύτταρα, το κενοτόπιο καταλαμβάνει περίπου 75% του όγκου. Αποθηκεύει θρεπτικά στοιχεία και τοξικά απόβλητα. Αν η πίεση αυξηθεί, μπορεί να αυξήσει το μέγεθος του κυττάρου, προκαλώντας πρήξιμο ή και καταστροφή αν υπερβεί τα όρια.

Πολλά κύτταρα έχουν προσαρτημένες δομές, τα μαστίγια (flagella) ή τους κροσσούς (cilia). Τα μαστίγια υπάρχουν στα μονοκύτταρα φυτά και πρωτόζωα, ενώ οι κροσσοί στα ζωικά κύτταρα. Τα μαστίγια είναι μακριές τρίχες που βοηθούν στην κίνηση, π.χ. στα σπερματοζωάρια. Οι κροσσοί είναι μικρότεροι και πιο πολυάριθμοι. Κινούνται κυματικά για να μετακινούν το κύτταρο (προκαρυώτες όπως. παραμέσια) ή υγρά γύρω από αυτό (π.χ. επιθηλιακά κύτταρα αναπνευστικού). Αυτά τα κύτταρα βοηθούν στην απομάκρυνση σωματιδίων από τον σωλήνα.

Κυτταρικό τοίχωμα: Τα φυτικά κύτταρα έχουν κυτταρικό τοίχωμα έξω από την πλασματική μεμβράνη. Στα βακτήρια είναι παχύ και άκαμπτο, δίνοντας σχήμα. Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς διαφέρει ανά είδος. Στους μύκητες είναι φτιαγμένο από χιτίνη, ενώ στα φυτικά κύτταρα από κυτταρίνη. Το κυτταρικό τοίχωμα στηρίζει και προστατεύει το κύτταρο από μηχανική πίεση. Δεν είναι ημιπερατή μεμβράνη όπως η πλασματική. Στον άνθρωπο, το ανοσοποιητικό αναγνωρίζει το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων ως ξένο και το καταστρέφει.

Κίνηση μέσω της πλασματικής μεμβράνης

Η κυτταρική μεμβράνη διαχωρίζει το κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον. Για επικοινωνία και επιβίωση (π.χ. λήψη τροφής, μεταλλικών στοιχείων) πραγματοποιείται κίνηση στο κυτταρόπλασμα και στην πλασματική μεμβράνη. Η κίνηση αυτή γίνεται με διάφορους μηχανισμούς:

Ώσμωση: Μια μέθοδος κίνησης μέσω της μεμβράνης είναι η ώσμωση. Η ώσμωση είναι η κίνηση του νερού. Η ώσμωση συχνά λαμβάνει χώρα διαμέσου μιας ημιπερατής μεμβράνης. Μια ημιπερατή μεμβράνη επιτρέπει μόνο σε ορισμένα μόρια να περάσουν, ενώ κρατά άλλα μόρια έξω. Η ώσμωση είναι στην ουσία ένας τύπος διάχυσης που περιλαμβάνει μόνο μόρια νερού.

Διάχυση: Μια άλλη μέθοδος κίνησης μέσω της μεμβράνης είναι η διάχυση. Η διάχυση είναι η κίνηση μορίων από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Αυτή η κίνηση συμβαίνει λόγω των μορίων, τα οποία συγκρούονται συνεχώς μεταξύ τους. Η συνολική αποτελεσματική ορμή των μορίων κατευθύνεται από την περιοχή υψηλής συγκέντρωσης προς την περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης.

Η διάχυση είναι η τυχαία κίνηση των μορίων. Η ανταλλαγή μορίων (που λαμβάνει χώρα από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης προς μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης) οδηγεί στο σχηματισμό βαθμίδας συγκέντρωσης. Τα φαινόμενα διάχυσης μπορούν να παρατηρηθούν αν αφήσουμε μια σταγόνα χρώματος σε νερό. Το χρώμα της σταγόνας διαχέεται σε όλο το νερό.

Διευκολυνόμενη διάχυση: Μια τρίτη μέθοδος είναι η διευκολυνόμενη διάχυση, η οποία λαμβάνει χώρα διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης. Αυτός ο τύπος διάχυσης είναι πολύ εξειδικευμένος. Συμβαίνει μόνο στις περιπτώσεις όπου συγκεκριμένες πρωτεΐνες στη μεμβράνη επιτρέπουν μόνο σε ορισμένα μόρια να περάσουν. Αυτές οι πρωτεΐνες μεμβράνης επιτρέπουν την κίνηση προς την κατεύθυνση που η διάχυση θα λάμβανε κανονικά χώρα, δηλαδή από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης μορίων προς μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης μορίων. Δεν απαιτείται ενέργεια για τη διευκολυνόμενη διάχυση.

Ενεργητική μεταφορά: Μια τέταρτη μέθοδος κίνησης διαμέσου της μεμβράνης είναι η ενεργητική μεταφορά. Όταν συμβαίνει ενεργητική μεταφορά, μια πρωτεΐνη μετακινεί μια ουσία διαμέσου της μεμβράνης, συνήθως από μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης. Όπως γνωρίζετε, αυτή η κίνηση γίνεται αντίθετα προς τη βαθμίδα συγκέντρωσης, επομένως απαιτείται ενέργεια. Κανονικά, το κύτταρο παίρνει την ενέργειά του από το ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη). Για παράδειγμα, στους καρδιακούς μυς συμβαίνει ενεργητική μεταφορά. Σε αυτά τα κύτταρα, τα ιόντα νατρίου μεταφέρονται συνεχώς έξω από το κύτταρο. Το κυτταρικό διαμέρισμα είναι μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης ιόντων νατρίου. Η συσσώρευση ηλεκτρικά φορτισμένων ιόντων επιτρέπει αλλαγές στην τάση πάνω από την κυτταρική μεμβράνη, που επηρεάζει τη σύσπαση των μυϊκών κυττάρων.

Ενδοκύτωση: Αυτή είναι ένας άλλος μηχανισμός κίνησης διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης. Σε αυτόν τον τύπο, ένα μικρό τμήμα της πλασματικής μεμβράνης περιβάλλει σωματίδια ή μικρούς όγκους υγρού, οι οποίοι βρίσκονται στην επιφάνεια ή κοντά στο κύτταρο. Η περιέλιξη της μεμβράνης βυθίζεται τότε στο κυτταρόπλασμα και αποσπάται από τη μεμβράνη, σχηματίζοντας ένα κυστίδιο που μετακινείται μέσα στο κυτταρόπλασμα. Όταν το κυστίδιο περιέχει σωματιδιακή ουσία, η διαδικασία ονομάζεται φαγοκύτωση. Όταν το κυστίδιο περιέχει υγρά ή σταγόνες υγρών, η διαδικασία ονομάζεται πινοκύτωση.

Δομή και Λειτουργία του Κυττάρου

URL: https://web.archive.org/web/20260223060723/https://training.seer.cancer.gov/anatomy/cells_tissues_membranes/cells/

Τα κύτταρα, οι μικρότερες δομές ικανές να διατηρήσουν τη ζωή και να αναπαραχθούν, αποτελούν όλα τα ζωντανά όντα, από μονοκύτταρα φυτά μέχρι ζώα με πολλά δισεκατομμύρια κύτταρα. Το ανθρώπινο σώμα, που αποτελείται από πολυάριθμα κύτταρα, ξεκινά ως ένα μόνο, νεοσχηματισμένο γονιμοποιημένο κύτταρο.

Σχεδόν όλα τα ανθρώπινα κύτταρα είναι μικροσκοπικά σε μέγεθος. Για να αποκτήσετε μια ιδέα για το πόσο μικρό είναι ένα κύτταρο, σύμφωνα με μια εκτίμηση, ένα μέσο σώμα ενήλικα αποτελείται από 100 τρισεκατομμύρια κύτταρα!

Δομή του Κυττάρου

URL: https://web.archive.org/web/20260204074256/https://training.seer.cancer.gov/anatomy/cells_tissues_membranes/cells/structure.html

Οι ιδέες για τη δομή του κυττάρου έχουν αλλάξει σημαντικά με τα χρόνια. Οι πρώτοι βιολόγοι θεωρούσαν τα κύτταρα ως απλές μεμβρανικές σακούλες που περιέχουν υγρό και λίγα αιωρούμενα σωματίδια. Οι σημερινοί βιολόγοι γνωρίζουν ότι τα κύτταρα είναι απείρως πιο πολύπλοκα από αυτό.

Υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη, μεγέθη και σχήματα κυττάρων στο σώμα. Για περιγραφικούς σκοπούς, εισάγεται η έννοια του «γενικευμένου κυττάρου». Περιλαμβάνει χαρακτηριστικά από όλα τα είδη κυττάρων. Ένα κύτταρο αποτελείται από τρία μέρη: την κυτταρική μεμβράνη, τον πυρήνα και, ανάμεσά τους, το κυτταρόπλασμα. Μέσα στο κυτταρόπλασμα βρίσκονται περίπλοκες διατάξεις λεπτών ινών και εκατοντάδων ή ακόμη και χιλιάδων μικροσκοπικών αλλά διακριτών δομών που ονομάζονται οργανίδια.

Κυτταρική Μεμβράνη

Κάθε κύτταρο στο σώμα περιβάλλεται από μια κυτταρική (πλασματική) μεμβράνη. Η κυτταρική μεμβράνη διαχωρίζει το υλικό έξω από το κύτταρο, το εξωκυτταρικό, από το υλικό μέσα στο κύτταρο, το ενδοκυτταρικό. Διατηρεί την ακεραιότητα του κυττάρου και ελέγχει τη διέλευση υλικών μέσα και έξω από το κύτταρο. Όλα τα υλικά μέσα σε ένα κύτταρο πρέπει να έχουν πρόσβαση στην κυτταρική μεμβράνη (το όριο του κυττάρου) για την απαιτούμενη ανταλλαγή.

Η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από διπλό στρώμα μορίων φωσφολιπιδίων. Οι πρωτεΐνες στην κυτταρική μεμβράνη παρέχουν δομική υποστήριξη, σχηματίζουν κανάλια για τη διέλευση υλικών, λειτουργούν ως θέσεις υποδοχέων, δρουν ως μεταφορείς μορίων και παρέχουν δείκτες αναγνώρισης.

Πυρήνας και Πυρηνίσκος

Ο πυρήνας, που σχηματίζεται από μια πυρηνική μεμβράνη γύρω από υγρό πυρηνοπλάσμα, είναι το κέντρο ελέγχου του κυττάρου. Νήματα χρωματίνης στον πυρήνα περιέχουν δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA), το γενετικό υλικό του κυττάρου. Ο πυρηνίσκος είναι μια πυκνή περιοχή ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) στον πυρήνα και είναι ο τόπος σχηματισμού των ριβοσωμάτων. Ο πυρήνας καθορίζει πώς θα λειτουργήσει το κύτταρο, καθώς και τη βασική δομή του.

Κυτταρόπλασμα

Το κυτταρόπλασμα είναι το ζελοειδές υγρό μέσα στο κύτταρο. Αποτελεί το μέσο για χημικές αντιδράσεις. Παρέχει μια πλατφόρμα πάνω στην οποία μπορούν να λειτουργούν τα άλλα οργανίδια μέσα στο κύτταρο. Όλες οι λειτουργίες για την επέκταση, την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή του κυττάρου πραγματοποιούνται στο κυτταρόπλασμα. Μέσα στο κυτταρόπλασμα, τα υλικά κινούνται με διάχυση, μια φυσική διαδικασία που λειτουργεί μόνο για μικρές αποστάσεις.

Οργανίδια Κυτταροπλάσματος

Τα οργανίδια του κυτταροπλάσματος είναι «μικρά όργανα» που αιωρούνται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Κάθε τύπος οργανιδίου έχει συγκεκριμένη δομή και συγκεκριμένο ρόλο στη λειτουργία του κυττάρου. Παραδείγματα οργανιδίων κυτταροπλάσματος είναι τα μιτοχόνδρια, τα ριβοσώματα, το ενδοπλασματικό δίκτυο, το σύμπλεγμα Golgi και τα λυσοσώματα.

Λειτουργία του Κυττάρου

URL: https://web.archive.org/web/20260116155128/https://www.training.seer.cancer.gov/anatomy/cells_tissues_membranes/cells/function.html

Τα δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά των διαφόρων τύπων κυττάρων καθορίζονται από τη φύση των πρωτεϊνών που περιέχονται σε αυτά. Τα κύτταρα διαφόρων τύπων έχουν διαφορετικές λειτουργίες επειδή η δομή και η λειτουργία του κυττάρου συνδέονται στενά. Είναι προφανές ότι ένα κύτταρο που είναι πολύ λεπτό δεν είναι κατάλληλο για προστατευτική λειτουργία. Τα οστεοκύτταρα δεν διαθέτουν την κατάλληλη δομή για τη μετάδοση νευρικών παλμών. Όπως υπάρχουν πολλοί τύποι κυττάρων, έτσι υπάρχουν και ποικίλες λειτουργίες κυττάρων. Οι γενικευμένες λειτουργίες των κυττάρων περιλαμβάνουν την κίνηση ουσιών διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης, τη διαίρεση του κυττάρου για τη δημιουργία νέων κυττάρων και τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Κίνηση ουσιών διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης

Η επιβίωση του κυττάρου εξαρτάται από τη διατήρηση της διαφοράς μεταξύ εξωκυτταρικού και ενδοκυτταρικού υλικού. Οι μηχανισμοί κίνησης διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης περιλαμβάνουν απλή διάχυση, ώσμωση, διήθηση, ενεργητική μεταφορά, ενδοκύτωση και εξωκύτωση.

Η απλή διάχυση είναι η κίνηση σωματιδίων (διαλυμάτων) από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Η ώσμωση είναι η διάχυση του διαλύτη ή των μορίων νερού διαμέσου μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης. Η διήθηση χρησιμοποιεί πίεση για να ωθήσει ουσίες μέσω μιας μεμβράνης. Η ενεργητική μεταφορά μετακινεί ουσίες αντίθετα προς τη βαθμίδα συγκέντρωσης, από περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης σε περιοχή υψηλής συγκέντρωσης. Απαιτεί έναν μεταφορέα μορίων και καταναλώνει ενέργεια. Η ενδοκύτωση αναφέρεται στο σχηματισμό κυστιδίων για τη μεταφορά σωματιδίων και σταγονιδίων από έξω προς το εσωτερικό του κυττάρου. Τα εκκριτικά κυστίδια μεταφέρονται από το εσωτερικό στο εξωτερικό του κυττάρου με την εξωκύτωση.

Διαίρεση Κυττάρου

Εικονογράφηση που δείχνει τα διάφορα στάδια της μίτωσης

Η διαίρεση του κυττάρου είναι η διαδικασία με την οποία σχηματίζονται νέα κύτταρα για ανάπτυξη, επισκευή και αντικατάσταση στο σώμα. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει τη διαίρεση του πυρηνικού υλικού και τη διαίρεση του κυτταροπλάσματος. Όλα τα κύτταρα στο σώμα (σωματικά κύτταρα), εκτός από εκείνα που παράγουν ωάρια και σπερματοζωάρια (γαμέτες), αναπαράγονται με μίτωση. Τα ωάρια και τα σπερματοζωάρια παράγονται μέσω ενός ειδικού τύπου πυρηνικής διαίρεσης που ονομάζεται μείωση, κατά την οποία ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μειώνεται στο ήμισυ. Η διαίρεση του κυτταροπλάσματος ονομάζεται κυτταροκίνηση.

Τα σωματικά κύτταρα αναπαράγονται με μίτωση, που έχει ως αποτέλεσμα δύο κύτταρα ίδια με το αρχικό κύτταρο. Η μεσόφαση είναι η περίοδος μεταξύ διαδοχικών κυτταρικών διαιρέσεων και αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του κυτταρικού κύκλου. Τα διαδοχικά στάδια της μίτωσης είναι η πρόφαση, η μετάφαση, η ανάφαση και η τελόφαση. Η κυτταροκίνηση, δηλαδή η διαίρεση του κυτταροπλάσματος, συμβαίνει κατά την τελόφαση.

Η μείωση είναι ένας ειδικός τύπος κυτταρικής διαίρεσης που συμβαίνει κατά την παραγωγή των γαμετών, δηλαδή των ωαρίων και των σπερματοζωαρίων. Αυτά τα κύτταρα έχουν μόνο 23 χρωμοσώματα, δηλαδή το ήμισυ του αριθμού που υπάρχει στα σωματικά κύτταρα, έτσι ώστε κατά τη γονιμοποίηση το νέο κύτταρο να έχει ξανά 46 χρωμοσώματα, 23 από το ωάριο και 23 από το σπερματοζωάριο.

Αντιγραφή DNA και Σύνθεση Πρωτεϊνών

Οι πρωτεΐνες που συντίθενται στο κυτταρόπλασμα λειτουργούν ως δομικά υλικά, ένζυμα που ρυθμίζουν χημικές αντιδράσεις, ορμόνες και άλλες ζωτικές ουσίες. Το DNA στον πυρήνα κατευθύνει τη σύνθεση πρωτεϊνών στο κυτταρόπλασμα. Ένα γονίδιο είναι το τμήμα ενός μορίου DNA που ελέγχει τη σύνθεση ενός συγκεκριμένου μορίου πρωτεΐνης. Το αγγελιοφόρο RNA (mRNA) μεταφέρει την γενετική πληροφορία από το DNA στον πυρήνα στις θέσεις σύνθεσης πρωτεϊνών στο κυτταρόπλασμα.

Cell sparknotes

Εισαγωγή στο Κύτταρο

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intro/summary/

Ο σκοπός αυτού του οδηγού είναι να παρέχει μια επισκόπηση των βασικών δομικών στοιχείων των ζωντανών κυττάρων. Εξετάζοντας αυτές τις δομές, θα συζητήσουμε επίσης τις λειτουργίες τους.

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα. Το κύτταρο είναι μια μικρή, περιβαλλόμενη από μεμβράνη, δομή που περιέχει όλα τα χημικά στοιχεία και μόρια που βοηθούν στη στήριξη της ζωής ενός οργανισμού. Η κατανόηση της δομής των κυττάρων είναι ένα από τα πρώτα βήματα για την κατανόηση των σύνθετων κυτταρικών αλληλεπιδράσεων που καθοδηγούν και παράγουν τη ζωή.

Τα κύτταρα μπορούν να θεωρηθούν ως τα δομικά στοιχεία των οργανισμών. Ορισμένοι οργανισμοί αποτελούνται από ένα μόνο κύτταρο. Άλλοι, όπως εμείς, αποτελούνται από εκατομμύρια κύτταρα που συνεργάζονται για να εκτελέσουν τις πιο σύνθετες λειτουργίες που μας διαφοροποιούν από τα βακτήρια. Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι οι άνθρωποι κατάγονται από ένα μόνο κύτταρο, αλλά αυτή είναι μια κοινή πεποίθηση στον επιστημονικό κόσμο. Πριν κατανοήσουμε πώς πολλά κύτταρα μπορούν να συνεργαστούν για να δημιουργήσουν σύνθετες βιολογικές λειτουργίες, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ποιες βιολογικές λειτουργίες μπορούν τα μεμονωμένα κύτταρα να εκτελέσουν μόνα τους για να διατηρήσουν τη ζωή.

Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι κυττάρων με διαφοροποιημένες δομές. Οι μονοκύτταροι οργανισμοί έχουν διαφορετική δομή κυττάρου από τους πολυκύτταρους οργανισμούς και τα φυτικά κύτταρα έχουν διαφορετικές δομές από τα ζωικά κύτταρα. Αυτές οι διαφορές αντικατοπτρίζουν τις διαφορές στις λειτουργίες που κάθε κατηγορία κυττάρων πρέπει να εκτελεί. Ενώ η έμφαση αυτού του οδηγού θα είναι στις δομές που συνθέτουν τους σύνθετους πολυκύτταρους οργανισμούς, θα ξεκινήσουμε την συζήτησή μας για τη δομή του κυττάρου με μια δομή που είναι καθολική για όλα τα κύτταρα, τις μεμβράνες.

Μεμβράνες Κυττάρου

Εισαγωγή

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/summary/

Οι κυτταρικές μεμβράνες είναι πολύ σημαντικές δομές για τα κύτταρα, επειδή λειτουργούν ως φραγμός μεταξύ των συστατικών του κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Η κυτταρική μεμβράνη δεν είναι μόνο υπεύθυνη για τη δημιουργία ενός τοιχώματος ανάμεσα στο εσωτερικό και το εξωτερικό του κυττάρου, αλλά πρέπει επίσης να λειτουργεί ως ένα όριο μέσω του οποίου επιλεγμένα μόρια μπορούν να εισέρχονται και να εξέρχονται από το κύτταρο όταν είναι απαραίτητο. Η κυτταρική μεμβράνη είναι αυτή που ορίζει το κύτταρο και διατηρεί τα συστατικά του διακριτά από άλλα κύτταρα ή οργανισμούς.

Η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από ένα διπλό στρώμα λιπαρών μορίων που ονομάζεται λιπιδική διπλοστιβάδα, μέσα στο οποίο είναι ενσωματωμένες πρωτεΐνες της μεμβράνης. Η δομή της λιπιδικής διπλοστιβάδας εμποδίζει την ελεύθερη διέλευση των περισσότερων μορίων προς και από το κύτταρο. Θα ξεκινήσουμε τη συζήτησή μας για τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης εξετάζοντας τη δομή και τις ιδιότητες της λιπιδικής διπλοστιβάδας. Στη συνέχεια θα προχωρήσουμε στον ρόλο των μεμβρανικά δεσμευμένων πρωτεϊνών και, τέλος, θα εξετάσουμε τις δομές μεταφοράς της μεμβράνης.

Η λιπιδική διπλοστιβάδα

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/section1/

Δομή της λιπιδικής διπλοστιβάδας

Η λιπιδική διπλοστιβάδα αποτελεί καθολικό συστατικό όλων των κυτταρικών μεμβρανών. Ο ρόλος της είναι κρίσιμος, επειδή τα δομικά της στοιχεία παρέχουν τον φραγμό που ορίζει τα όρια ενός κυττάρου. Η δομή ονομάζεται «λιπιδική διπλοστιβάδα» επειδή αποτελείται από δύο στρώματα λιπαρών μορίων οργανωμένων σε δύο φύλλα. Η λιπιδική διπλοστιβάδα έχει συνήθως πάχος περίπου πέντε νανόμετρα και περιβάλλει όλα τα κύτταρα, παρέχοντας τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης.

Λιπίδια και φωσφολιπίδια

Η δομή της λιπιδικής διπλοστιβάδας εξηγεί τη λειτουργία της ως φραγμού. Τα λιπίδια είναι λίπη, όπως το λάδι, που είναι αδιάλυτα στο νερό. Υπάρχουν δύο σημαντικές περιοχές ενός λιπιδίου που παρέχουν τη δομή της λιπιδικής διπλοστιβάδας. Κάθε μόριο λιπιδίου περιέχει μια υδρόφιλη περιοχή, που ονομάζεται επίσης πολική κεφαλή, και μια υδρόφοβη ή μη πολική περιοχή ουράς.

Σχήμα %: Βασική δομή λιπιδίου

Η υδρόφιλη περιοχή έλκεται από υδατικά περιβάλλοντα, ενώ η υδρόφοβη περιοχή απωθείται από τέτοιες συνθήκες. Επειδή ένα μόριο λιπιδίου περιέχει τόσο πολικές όσο και μη πολικές περιοχές, ονομάζεται αμφιπαθές μόριο.

Η πιο άφθονη κατηγορία λιπιδικών μορίων που βρίσκεται στις κυτταρικές μεμβράνες είναι το φωσφολιπίδιο. Η πολική κεφαλή του μορίου του φωσφολιπιδίου περιέχει μια φωσφορική ομάδα. Φέρει επίσης δύο μη πολικές αλυσίδες λιπαρών οξέων ως ουρά.

Σχήμα %: Δομή φωσφολιπιδίου

Η ουρά των λιπαρών οξέων αποτελείται από μια αλυσίδα ατόμων άνθρακα και υδρογόνου. Παρουσιάζει μια κάμψη σε μία από τις αλυσίδες λόγω της παρουσίας διπλού δεσμού.

Η διπλοστιβάδα

Τα φωσφολιπίδια οργανώνονται σε διπλοστιβάδα ώστε να αποκρύπτουν τις υδρόφοβες ουρές τους και να εκθέτουν τις υδρόφιλες περιοχές στο νερό. Αυτή η οργάνωση είναι αυθόρμητη, δηλαδή αποτελεί φυσική διεργασία και δεν απαιτεί ενέργεια. Αυτή η δομή σχηματίζει το στρώμα που λειτουργεί ως τοίχωμα μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου.

Σχήμα %: Λιπιδική διπλοστιβάδα

Ιδιότητες της λιπιδικής διπλοστιβάδας

Όπως ήδη αναφέρθηκε, η σημαντικότερη ιδιότητα της λιπιδικής διπλοστιβάδας είναι ότι αποτελεί μια εξαιρετικά αδιαπέραστη δομή. Αδιαπέραστη σημαίνει απλώς ότι δεν επιτρέπει στα μόρια να διέρχονται ελεύθερα μέσα από αυτήν. Μόνο το νερό και τα αέρια μπορούν να περάσουν εύκολα μέσα από τη διπλοστιβάδα. Αυτή η ιδιότητα σημαίνει ότι μεγάλα μόρια και μικρά πολικά μόρια δεν μπορούν να διασχίσουν τη διπλοστιβάδα, και συνεπώς την κυτταρική μεμβράνη, χωρίς τη βοήθεια άλλων δομών.

Μια άλλη σημαντική ιδιότητα της λιπιδικής διπλοστιβάδας είναι η ρευστότητά της. Η λιπιδική διπλοστιβάδα περιέχει λιπιδικά μόρια και, όπως θα συζητήσουμε αργότερα, περιέχει επίσης πρωτεΐνες. Η ρευστότητα της διπλοστιβάδας επιτρέπει σε αυτές τις δομές να έχουν κινητικότητα μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα. Αυτή η ρευστότητα είναι βιολογικά σημαντική, επηρεάζοντας τη μεταφορά μέσω της μεμβράνης. Η ρευστότητα εξαρτάται τόσο από τη συγκεκριμένη δομή των αλυσίδων λιπαρών οξέων όσο και από τη θερμοκρασία (η ρευστότητα αυξάνεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες).

Από δομική άποψη, η λιπιδική διπλοστιβάδα είναι ασύμμετρη: η σύσταση σε λιπίδια και πρωτεΐνες σε καθεμία από τις δύο στοιβάδες είναι διαφορετική.

Ασκήσεις

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/problems/

Άσκηση: Προσδιορίστε τη λιπιδική διπλοστιβάδα στο ακόλουθο διάγραμμα ενός κυττάρου.

Λύση: Η λιπιδική διπλοστιβάδα είναι το εξωτερικότερο στρώμα που περιβάλλει το κύτταρο.

Άσκηση: Ποια είναι η κύρια λειτουργία της λιπιδικής διπλοστιβάδας;

Η λιπιδική διπλοστιβάδα λειτουργεί ως φραγμός μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου. Είναι εξαιρετικά αδιαπέραστη και δεν επιτρέπει στα περισσότερα μόρια να διέρχονται ελεύθερα μέσα από αυτήν προς ή από το κύτταρο.

Άσκηση: Γιατί η δομή ονομάζεται λιπιδική διπλοστιβάδα;

Ονομάζεται λιπιδική διπλοστιβάδα επειδή αποτελείται από δύο στρώματα λιπαρών, δηλαδή λιπιδικών, μορίων.

Άσκηση: Συμπληρώστε τα κενά.

Ένα μόριο φωσφολιπιδίου περιέχει δύο διακριτές περιοχές. Η __ περιοχή έλκεται από το νερό και η _ περιοχή απωθείται από το νερό. Ως αποτέλεσμα της ύπαρξης τόσο πολικών όσο και μη πολικών περιοχών, ταξινομείται ως ___ μόριο.

Υδρόφιλη. Υδρόφοβη. Αμφιπαθές.

Άσκηση: Είναι οι δύο στοιβάδες της λιπιδικής διπλοστιβάδας ίδιες ως προς τη σύσταση;

Όχι. Ως αποτέλεσμα της ρευστότητας της διπλοστιβάδας, δομές όπως τα λιπίδια και οι πρωτεΐνες μπορούν να κινούνται ελεύθερα μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα.

Πρωτεΐνες μεμβράνης

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/section2/

Εκτός από τη λιπιδική διπλοστιβάδα, η κυτταρική μεμβράνη περιέχει επίσης έναν αριθμό πρωτεϊνών. Έχουμε ήδη αναφέρει την παρουσία ορισμένων πρωτεϊνών στην κυτταρική μεμβράνη. Σε αυτή την ενότητα θα συζητήσουμε τις διαφορετικές κατηγορίες πρωτεϊνών που βρίσκονται εκεί. Ενώ η λιπιδική διπλοστιβάδα παρέχει τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης, οι πρωτεΐνες της μεμβράνης επιτρέπουν πολλές από τις αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα μεταξύ των κυττάρων. Όπως αναφέραμε στην προηγούμενη ενότητα, οι πρωτεΐνες της μεμβράνης είναι ελεύθερες να κινούνται μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα ως αποτέλεσμα της ρευστότητάς της. Αν και αυτό ισχύει για τις περισσότερες πρωτεΐνες, μπορούν επίσης να περιορίζονται σε συγκεκριμένες περιοχές της διπλοστιβάδας με τη βοήθεια ενζύμων. Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης επιτελούν ποικίλες λειτουργίες και αυτή η ποικιλία αντικατοπτρίζεται στους σημαντικά διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνών που συνδέονται με τη λιπιδική διπλοστιβάδα.

Κατηγοριοποιήσεις των πρωτεϊνών της μεμβράνης

Οι πρωτεΐνες γενικά διακρίνονται σε μικρότερες κατηγορίες: ενσωματωμένες πρωτεΐνες, περιφερειακές πρωτεΐνες και λιπιδιο-δεσμευμένες πρωτεΐνες.

Ενσωματωμένες πρωτεΐνες

Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα. Δεν μπορούν να απομακρυνθούν εύκολα από την κυτταρική μεμβράνη χωρίς τη χρήση ισχυρών απορρυπαντικών που καταστρέφουν τη λιπιδική διπλοστιβάδα. Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες επιπλέουν σχετικά ελεύθερα μέσα στη διπλοστιβάδα, όπως τα ωκεάνια ρεύματα στη θάλασσα. Επιπλέον, οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες είναι συνήθως διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, εκτεινόμενες διαμέσου της λιπιδικής διπλοστιβάδας, έτσι ώστε το ένα άκρο να έρχεται σε επαφή με το εσωτερικό του κυττάρου και το άλλο με το εξωτερικό. Το τμήμα της ενσωματωμένης πρωτεΐνης που βρίσκεται στο υδρόφοβο εσωτερικό της διπλοστιβάδας είναι επίσης υδρόφοβο και αποτελείται από μη πολικά αμινοξέα. Όπως και στη λιπιδική διπλοστιβάδα, τα εκτεθειμένα άκρα της ενσωματωμένης πρωτεΐνης είναι υδρόφιλα.

Σχήμα %: Πρωτεΐνες μεμβράνης

Όταν μια πρωτεΐνη διασχίζει τη λιπιδική διπλοστιβάδα, υιοθετεί μια διαμόρφωση άλφα-έλικας. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες μπορούν είτε να διασχίζουν τη λιπιδική διπλοστιβάδα μία φορά είτε πολλαπλές φορές. Οι πρώτες αναφέρονται ως πρωτεΐνες μίας διέλευσης και οι δεύτερες ως πρωτεΐνες πολλαπλών διελεύσεων. Ως αποτέλεσμα της δομής τους, οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες είναι η μόνη κατηγορία πρωτεϊνών που μπορεί να επιτελεί λειτουργίες τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό του κυττάρου.

Περιφερειακές πρωτεΐνες

Οι περιφερειακές πρωτεΐνες είναι προσκολλημένες στο εξωτερικό της λιπιδικής διπλοστιβάδας. Διαχωρίζονται εύκολα από τη λιπιδική διπλοστιβάδα και μπορούν να απομακρυνθούν χωρίς να προκαλέσουν καμία βλάβη σε αυτήν. Οι περιφερειακές πρωτεΐνες είναι λιγότερο κινητικές μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα.

Λιπιδιο-δεσμευμένες πρωτεΐνες

Οι λιπιδιο-δεσμευμένες πρωτεΐνες βρίσκονται εξ ολοκλήρου εντός των ορίων της λιπιδικής διπλοστιβάδας.

Η επιφάνεια του κυττάρου

Η πρωτεϊνο-λιπιδική κυτταρική μεμβράνη καλύπτεται στην εξωτερική της επιφάνεια από ένα στρώμα αλυσίδων υδατανθράκων. Αυτό το στρώμα ονομάζεται κυτταρικός μανδύας ή γλυκοκάλυκας. Η ακριβής σύσταση και κατανομή αυτών των αλυσίδων είναι ιδιαίτερα ποικίλη. Πιστεύεται ότι οι αλυσίδες αυτές παρέχουν στο κύτταρο προστασία από βλάβες. Ο γλυκοκάλυκας απαντάται μόνο στην επιφάνεια των κυττάρων ανώτερων οργανισμών.

Σχήμα %: Λεπτομερής απεικόνιση μιας κυτταρικής μεμβράνης (φωσφολιπιδική διπλοστιβάδα και συνδεδεμένες πρωτεΐνες)

Δομές Υπεύθυνες για τη Μεταφορά μέσω της Μεμβράνης

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/section3/

Έχουμε συζητήσει πώς η λιπιδική διπλοστιβάδα λειτουργεί ως αποτελεσματικός φραγμός, επιτρέποντας μόνο σε έναν πολύ μικρό αριθμό μη πολικών μορίων να εισέρχονται ή να εξέρχονται ελεύθερα από ένα κύτταρο. Ενώ ως επί το πλείστον αυτή η επιλεκτικότητα αποτελεί μια πολύτιμη λειτουργία και επιτρέπει στο κύτταρο να διατηρεί την ακεραιότητά του, τα κύτταρα χρειάζεται να μεταφέρουν ορισμένα μεγάλα, πολικά μόρια όπως αμινοξέα, σάκχαρα και νουκλεοτίδια διαμέσου των μεμβρανών τους. Ως αποτέλεσμα, οι κυτταρικές μεμβράνες απαιτούν συγκεκριμένες δομές που επιτρέπουν τη μεταφορά ορισμένων μορίων.

Μεταφορά μέσω της μεμβράνης

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους τα μόρια μπορούν να περάσουν από τη μία πλευρά μιας κυτταρικής μεμβράνης στην άλλη. Ορισμένοι από αυτούς τους τρόπους, όπως η διάχυση και η όσμωση, είναι φυσικές διεργασίες που δεν απαιτούν κατανάλωση ενέργειας από το κύτταρο και ονομάζονται παθητική μεταφορά. Άλλες μέθοδοι μεταφοράς απαιτούν κυτταρική ενέργεια και ονομάζονται ενεργητική μεταφορά. Εκτός από αυτές τις δύο μορφές μεταφοράς, υπάρχουν και άλλες μορφές όπως η ενδοκύττωση και η εξωκύττωση, οι οποίες θα συζητηθούν αργότερα και δεν απαιτούν το ίδιο σύνολο μεμβρανικών πρωτεϊνών για τη λειτουργία τους.

Παθητική μεταφορά

Η διάχυση είναι το φυσικό φαινόμενο κατά το οποίο τα μη πολικά μόρια ρέουν φυσικά από μια περιοχή υψηλότερης συγκέντρωσης προς μια περιοχή χαμηλότερης συγκέντρωσης. Η όσμωση είναι μια παρόμοια διαδικασία, αλλά αναφέρεται ειδικά στα μόρια του νερού. Και οι δύο αυτές κατηγορίες μορίων, όπως έχουμε ήδη συζητήσει, είναι ικανές να διαπερνούν τη λιπιδική διπλοστιβάδα. Όπως φαίνεται στο σχήμα %, ούτε η διάχυση ούτε η όσμωση απαιτούν κατανάλωση ενέργειας.

Ενεργητική μεταφορά

Η ενεργητική μεταφορά λαμβάνει χώρα όταν ένα κύτταρο αντλεί ενεργά ένα μόριο διαμέσου της μεμβράνης του, ενάντια στη φυσική κατεύθυνση που υπαγορεύεται από τη διάχυση, την όσμωση ή την πολικότητα. Όπως φαίνεται στο σχήμα %, τέτοια μεταφορά απαιτεί ενέργεια.

Σχήμα %: Πρωτεΐνες ενεργητικής και παθητικής μεταφοράς

Πρωτεΐνες μεταφοράς

Τόσο η παθητική όσο και η ενεργητική μεταφορά πραγματοποιούνται με τη βοήθεια διαμεμβρανικών πρωτεϊνών που λειτουργούν ως μεταφορείς. Το σχήμα % παρουσιάζει τις δύο κύριες κατηγορίες πρωτεϊνών μεταφοράς: τις πρωτεΐνες-φορείς και τις πρωτεΐνες-διαύλους. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι πρωτεΐνες-φορείς μεσολαβούν στην ενεργητική μεταφορά, ενώ οι πρωτεΐνες-δίαυλοι μεσολαβούν στην παθητική μεταφορά. Οι πρωτεΐνες-φορείς δημιουργούν ένα άνοιγμα στη λιπιδική διπλοστιβάδα μέσω μιας αλλαγής διαμόρφωσης κατά τη δέσμευση του μορίου. Οι πρωτεΐνες-δίαυλοι σχηματίζουν υδρόφιλους πόρους διαμέσου της λιπιδικής διπλοστιβάδας. Όταν αυτοί οι πόροι είναι ανοικτοί, επιτρέπουν σε συγκεκριμένα μόρια να διέρχονται. Υπάρχει και μια άλλη κατηγορία πρωτεϊνών μεταφοράς που ονομάζονται ιονοφόρα. Αυτές είναι μικρές, υδρόφοβες πρωτεΐνες που αυξάνουν τη διαπερατότητα της διπλοστιβάδας για συγκεκριμένα ιόντα.

Οι πρωτεΐνες μεταφοράς είναι κρίσιμες για τη ζωή του κυττάρου και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ κυττάρων. Επιτρέπουν τη σωστή κατανομή ιόντων και μορίων στους πολυκύτταρους οργανισμούς. Επιπλέον, μπορούν να συμβάλλουν στη διατήρηση των κατάλληλων επιπέδων pH εντός και εκτός του κυττάρου, να διευκολύνουν την επικοινωνία μεταξύ κυττάρων και να συμμετέχουν σε πολλές άλλες ουσιώδεις λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης πρωτεϊνών.

Ασκήσεις

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/cellmembranes/problems_2/

Άσκηση: Θα βρείτε το ίδιο σύνολο πρωτεϊνών μεμβράνης σε κάθε κυτταρική μεμβράνη;

Όχι. Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης επιτελούν μια σειρά από λειτουργίες μέσα στα κύτταρα· ως αποτέλεσμα, διαφορετικές πρωτεΐνες είναι απαραίτητες σε διαφορετικές περιοχές των κυττάρων, ανάλογα με τη λειτουργία του κυττάρου και τις αλληλεπιδράσεις στις οποίες μπορεί να συμμετέχει.

Άσκηση: Ποια είναι τα ονόματα των δύο κύριων κατηγοριών πρωτεϊνών της μεμβράνης και πώς θα μπορούσατε να τις διακρίνετε μεταξύ τους;

Οι δύο κύριες κατηγορίες πρωτεϊνών της μεμβράνης είναι οι ενσωματωμένες έναντι των περιφερειακών πρωτεϊνών. Δεδομένου ότι οι περιφερειακές πρωτεΐνες αποσπώνται εύκολα από τη λιπιδική διπλοστιβάδα, θα μπορούσε κανείς να επεξεργαστεί ένα κύτταρο με ένα ήπιο απορρυπαντικό που δεν διαταράσσει την κυτταρική μεμβράνη και στη συνέχεια να εξετάσει αν η συγκεκριμένη πρωτεΐνη παραμένει συνδεδεμένη με τη λιπιδική διπλοστιβάδα ή απομακρύνεται.

Άσκηση: Ποιο είναι το όνομα της διαμόρφωσης που υιοθετούν οι πρωτεΐνες της μεμβράνης στις περιοχές που διασχίζουν τη λιπιδική διπλοστιβάδα;

Αυτή η διαμόρφωση ονομάζεται άλφα-έλικα. Είναι η ίδια δομή που υιοθετεί φυσικά το DNA.

Άσκηση: Ποια κατηγορία πρωτεϊνών, οι ενσωματωμένες ή οι περιφερειακές, είναι πιο ελεύθερες να κινούνται μέσα στη λιπιδική διπλοστιβάδα;

Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες μπορούν να θεωρηθούν ως παγόβουνα που επιπλέουν σε μια θάλασσα λιπιδικής διπλοστιβάδας. Είναι σχετικά κινητικές μέσα στην κυτταρική μεμβράνη.

Άσκηση: Η επιφάνεια του κυττάρου καλύπτεται από ένα επιπλέον σύνολο μορίων. Ποιο όνομα δίνεται σε αυτές τις δομές και ποια είναι η λειτουργία τους στο κύτταρο;

Η επιφάνεια του κυττάρου καλύπτεται από έναν κυτταρικό μανδύα ή γλυκοκάλυκα, ο οποίος αποτελείται από αλυσίδες υδατανθράκων. Αυτές βοηθούν στην προστασία του κυττάρου από βλάβες.

Διαφορές Κυττάρων

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/celldifferences/summary/

Δομικές διαφορές σε διακριτές κατηγορίες κυττάρων

Μέχρι τώρα έχουμε περιγράψει τη δομή και τη λειτουργία των ευκαρυωτικών ζωικών κυττάρων. Όπως έχουμε αναφέρει προηγουμένως, υπάρχουν διαφορετικές κατηγορίες κυττάρων. Σε αυτή τη σύντομη ενότητα θα συζητήσουμε τις κύριες κυτταρικές διαφορές μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων, καθώς και μεταξύ ζωικών και φυτικών κυττάρων. Η ποικιλία μεταξύ των διαφόρων κυττάρων είναι αποτέλεσμα των διαφορετικών λειτουργιών και της πολυπλοκότητας αυτών των κυττάρων.

Επειδή τα φυτά μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ενέργεια αντί να λαμβάνουν ενέργεια μέσω της κατανάλωσης τροφής όπως κάνουμε εμείς οι άνθρωποι, τα φυτικά κύτταρα απαιτούν επιπλέον δομές που μπορούν να επιτελέσουν αυτή τη λειτουργία. Ενώ οι περισσότερες δομές μεταξύ ζωικών και φυτικών κυττάρων είναι ίδιες, υπάρχουν ορισμένες επιπλέον δομές που επιτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες στα φυτικά κύτταρα και είναι περιττές στα ζωικά κύτταρα.

Σε αντίθεση με τα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα προκαρυωτικά κύτταρα στερούνται οργανιδίων που περιβάλλονται από μεμβράνη. Τέτοια οργάνωση είναι απαραίτητη στα ευκαρυωτικά κύτταρα επειδή οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί είναι συχνά πολυκύτταροι και τα κύτταρά τους επικοινωνούν με τη βοήθεια συγκεκριμένων δομών που περιβάλλονται από μεμβράνη. Επειδή τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν σχηματίζουν τέτοια πολύπλοκα δίκτυα, ένα ενιαίο διαμέρισμα που περιέχει όλα τα απαραίτητα βιομόρια για τη ζωή είναι επαρκές.

Θα ξεκινήσουμε τη συζήτησή μας αντιπαραβάλλοντας τα φυτικά και τα ζωικά κύτταρα και στη συνέχεια θα προχωρήσουμε στις δομικές διαφορές μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων.

Κύτταρα Φυτών

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/celldifferences/section1/

Σχήμα %: Γενικευμένο Κύτταρο Φυτού

Δομικά, τα φυτικά και τα ζωικά κύτταρα είναι πολύ παρόμοια επειδή και τα δύο είναι ευκαρυωτικά κύτταρα. Και τα δύο περιέχουν οργανίδια που περιβάλλονται από μεμβράνη, όπως ο πυρήνας, τα μιτοχόνδρια, το ενδοπλασματικό δίκτυο, το σύμπλεγμα Golgi, τα λυσοσώματα και τα υπεροξειδιοσώματα. Και τα δύο περιέχουν επίσης παρόμοιες μεμβράνες, κυτταρόπλασμα και στοιχεία του κυτταροσκελετού. Οι λειτουργίες αυτών των οργανιδίων είναι εξαιρετικά παρόμοιες μεταξύ των δύο κατηγοριών κυττάρων (τα υπεροξειδιοσώματα εκτελούν πρόσθετες σύνθετες λειτουργίες στα φυτικά κύτταρα που σχετίζονται με την κυτταρική αναπνοή). Ωστόσο, οι λίγες διαφορές που υπάρχουν μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων είναι πολύ σημαντικές και αντικατοπτρίζουν διαφορά στις λειτουργίες κάθε κυττάρου.

Τα φυτικά κύτταρα μπορούν να είναι μεγαλύτερα από τα ζωικά κύτταρα. Το κανονικό εύρος μεγέθους για ένα ζωικό κύτταρο κυμαίνεται από 10 έως 30 μικρόμετρα, ενώ για ένα φυτικό κύτταρο εκτείνεται από 10 έως 100 μικρόμετρα. Πέρα από το μέγεθος, οι κύριες δομικές διαφορές μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων βρίσκονται σε μερικές επιπλέον δομές που βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα. Αυτές οι δομές περιλαμβάνουν: χλωροπλάστες, κυτταρικό τοίχωμα και κενοτόπια.

Σχήμα %: Φυτικό Κύτταρο έναντι Ζωικού Κυττάρου

Χλωροπλάστες

Στα ζωικά κύτταρα, τα μιτοχόνδρια παράγουν την πλειονότητα της ενέργειας του κυττάρου από την τροφή. Δεν έχουν την ίδια λειτουργία στα φυτικά κύτταρα. Τα φυτικά κύτταρα χρησιμοποιούν το φως του ήλιου ως πηγή ενέργειας· το φως πρέπει να μετατραπεί σε ενέργεια εντός του κυττάρου μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται φωτοσύνθεση. Οι χλωροπλάστες είναι οι δομές που εκτελούν αυτή τη λειτουργία. Είναι σχετικά μεγάλοι, διπλού περιβλήματος δομές (περίπου 5 μικρόμετρα σε διάμετρο) που περιέχουν την ουσία χλωροφύλλη, η οποία απορροφά το φως του ήλιου. Πρόσθετες μεμβράνες εντός του χλωροπλάστη περιέχουν τις δομές που πραγματικά εκτελούν τη φωτοσύνθεση.

Οι χλωροπλάστες πραγματοποιούν τη μετατροπή ενέργειας μέσω ενός σύνθετου συνόλου αντιδράσεων, παρόμοιων με αυτές που εκτελούν τα μιτοχόνδρια στα ζώα. Η δομή του διπλού περιβλήματος των χλωροπλαστών θυμίζει επίσης τα μιτοχόνδρια. Η εσωτερική μεμβράνη περικλείει μια περιοχή που ονομάζεται στρώμα (stroma), η οποία είναι ανάλογη με τη μήτρα (matrix) των μιτοχονδρίων και περιέχει DNA, RNA, ριβοσώματα και διάφορα ένζυμα. Οι χλωροπλάστες, ωστόσο, περιέχουν μια τρίτη μεμβράνη και γενικά είναι μεγαλύτεροι από τα μιτοχόνδρια.

Κυτταρικό Τοίχωμα

Μια άλλη δομική διαφορά στα φυτικά κύτταρα είναι η παρουσία ενός σκληρού κυτταρικού τοιχώματος που περιβάλλει την κυτταρική μεμβράνη. Αυτό το τοίχωμα μπορεί να έχει πάχος από 0,1 έως 10 μικρόμετρα και αποτελείται από λιπίδια και σάκχαρα. Το ανθεκτικό τοίχωμα προσδίδει επιπλέον σταθερότητα και προστασία στο φυτικό κύτταρο.

Κενοτόπια (Vacuoles)

Τα κενοτόπια είναι μεγάλα οργανίδια γεμάτα υγρό που βρίσκονται μόνο στα φυτικά κύτταρα. Μπορούν να καταλαμβάνουν έως και το 90% του όγκου ενός κυττάρου και διαθέτουν μια μόνο μεμβράνη. Η κύρια λειτουργία τους είναι να γεμίζουν χώρο μέσα στο κύτταρο, αλλά μπορούν επίσης να εκτελούν πεπτικές λειτουργίες παρόμοιες με τα λυσοσώματα (τα οποία επίσης υπάρχουν στα φυτικά κύτταρα). Τα κενοτόπια περιέχουν έναν αριθμό ενζύμων που εκτελούν διάφορες λειτουργίες, και το εσωτερικό τους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποθήκευση θρεπτικών ουσιών ή, όπως προαναφέρθηκε, για διάσπαση ανεπιθύμητων ουσιών.

Ασκήσεις

Άσκηση: Ποια από τα παρακάτω κυτταρικά συστατικά δεν μοιράζονται μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων;

• Μιτοχόνδρια
• Πυρήνας
• Χλωροπλάστες
• Κενοτόπια (Vacuoles)
• Κυτταρική μεμβράνη
• Ενδοπλασματικό Δίκτυο
• Σύμπλεγμα Golgi
• Λυσοσώματα
• Υπεροξειδιοσώματα
• Κυτταρικό τοίχωμα

Στη λίστα, όλες οι δομές μοιράζονται μεταξύ φυτικών και ζωικών κυττάρων εκτός από τους χλωροπλάστες, τα κενοτόπια και το κυτταρικό τοίχωμα.

Άσκηση: Γιατί οι χλωροπλάστες βρίσκονται στα φυτικά κύτταρα και όχι στα ζωικά κύτταρα;

Τα φυτικά κύτταρα χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για ενέργεια. Για να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά το φως, πρέπει να μετατραπεί μέσα στο κύτταρο. Οι χλωροπλάστες είναι οι δομές που επιτελούν αυτή τη λειτουργία. Τα ζωικά κύτταρα δεν χρησιμοποιούν αυτόν τον ειδικό μηχανισμό για ενέργεια και επομένως δεν χρειάζονται την πρόσθετη δομή.

Άσκηση: Ποιο είναι το όνομα της διαδικασίας με την οποία τα φυτικά κύτταρα μετατρέπουν το ηλιακό φως σε ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιήσει το κύτταρο για βιολογικές λειτουργίες;

Φωτοσύνθεση

Άσκηση: Ποιο είναι γενικά μεγαλύτερο, ένα ζωικό ή ένα φυτικό κύτταρο;

Τα φυτικά κύτταρα είναι γενικά μεγαλύτερα από τα ζωικά κύτταρα. Μπορούν να φτάσουν σε διάμετρο έως και 100 μικρόμετρα.

Άσκηση: Τα κενοτόπια (vacuoles) μοιάζουν περισσότερο με ποιο άλλο οργανίδιο που βρίσκεται και στα φυτικά και στα ζωικά κύτταρα; Γιατί;

Τα κενοτόπια μοιάζουν περισσότερο με τα λυσοσώματα, επειδή και τα δύο έχουν πεπτικές λειτουργίες μέσα στο κύτταρο. Τα κενοτόπια και τα λυσοσώματα περιέχουν ένζυμα που μπορούν να διασπάσουν ανεπιθύμητα μόρια μέσα στο κύτταρο.

Προκαρυωτικά Κύτταρα

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/celldifferences/section2/

Σε αντίθεση με τα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν διαθέτουν οργανίδια περιβαλλόμενα από μεμβράνη. Ωστόσο, ενώ τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι λιγότερο δομικά πολύπλοκα από τα ευκαρυωτικά, είναι χημικά πιο πολύπλοκα, αφού όλα τα βιομόρια του προκαρυωτικού κυττάρου αιωρούνται μαζί. Αυτά τα βιομόρια πρέπει να αλληλεπιδρούν μόνο με άλλα κατάλληλα μόρια για να εκτελέσουν βιολογικές λειτουργίες.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν ένα ενιαίο διαμέρισμα περιβαλλόμενο από την κυτταρική μεμβράνη. Σε αυτόν τον χώρο βρίσκονται DNA, RNA, ριβοσώματα και άλλα μόρια. Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν καθορισμένο πυρήνα (ο οποίος είναι ο χώρος όπου αποθηκεύονται το DNA και το RNA στα ευκαρυωτικά κύτταρα), μιτοχόνδρια, ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi κ.ά. Εκτός από την έλλειψη οργανιδίων, τα προκαρυωτικά κύτταρα επίσης δεν διαθέτουν κυτταροσκελετό. Να θυμάστε ότι, εκτός από το ρόλο του ως δομική υποστήριξη του εσωτερικού του κυττάρου, ο κυτταροσκελετός εμπλέκεται και στη μεταφορά οργανιδίων μέσα στο κύτταρο. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν οργανίδια προς μεταφορά στα προκαρυωτικά κύτταρα, μια τέτοια λειτουργία είναι περιττή.

Όπως και το ευκαρυωτικό κύτταρο, το προκαρυωτικό κύτταρο είναι γεμάτο με κυτταρόπλασμα (κυτταροδιάλυμα). Το κυτταρόπλασμα των προκαρυωτικών περιέχει ένζυμα που διεξάγουν τις αναπνευστικές διεργασίες που στα ευκαρυωτικά κύτταρα πραγματοποιούνται στα μιτοχόνδρια. Επίσης, τα ριβοσώματα των προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων διαφέρουν ελαφρώς, αντανακλώντας μικρές διαφορές στη διαδικασία επεξεργασίας του DNA σε προκαρυωτικά έναντι ευκαρυωτικών.

Ενδοκυτταρικά Συστατικά

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intracellularcomponents/summary/

Εισαγωγή στα Ενδοκυτταρικά Συστατικά

Τώρα που έχουμε συζητήσει το ένα καθολικό δομικό στοιχείο των κυττάρων, την κυτταρική μεμβράνη, θα ξεκινήσουμε την ανασκόπηση των συγκεκριμένων ενδοκυτταρικών συστατικών που βρίσκονται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, ή πολυκύτταρους οργανισμούς. Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί διαφέρουν από τους προκαρυωτικούς στο επίπεδο της δομικής τους πολυπλοκότητας. Ενώ οι πιο απλοί προκαρυωτικοί οργανισμοί περιέχουν όλο το γενετικό τους υλικό, όπως DNA και RNA, μέσα στην κυτταρική μεμβράνη, οι ευκαρυωτικοί διαθέτουν ενδοκυτταρικά διαμερίσματα που περικλείουν διαφορετικές δομές, τα οποία ονομάζονται οργανίδια, τα οποία περιέχουν διαφορετικά μόρια και ένζυμα που εκτελούν διάφορες λειτουργίες μέσα και μεταξύ των κυττάρων.

Σε αυτή την ενότητα θα συζητήσουμε τη λειτουργία, τη δομή και τη θέση των ενδοκυτταρικών διαμερισμάτων που βρίσκονται στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Με την κατανόηση αυτών των αρχών μπορούμε να δούμε πώς αυτά τα συστατικά είναι απαραίτητα για τη ζωή του κυττάρου. Ενώ τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν αυξημένη δομική πολυπλοκότητα, τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι σε θέση να εκτελέσουν τις περισσότερες από τις ίδιες διεργασίες με την απλή τους δομή. Θα συζητήσουμε ποια σημασία έχουν τα διάφορα συστατικά για τη ζωή των ευκαρυωτικών κυττάρων.

Θα ξεκινήσουμε τη συζήτησή μας για τα ενδοκυτταρικά συστατικά των ευκαρυωτικών κυττάρων με τη δομική λειτουργία του κυτταροσκελετού και του κυτταροπλάσματος (κυτταροδιάλυμα). Στη συνέχεια, θα συζητήσουμε τη βιολογική λειτουργία διαφόρων οργανιδίων, συμπεριλαμβανομένων του πυρήνα του κυττάρου, των μιτοχονδρίων, των υπεροξειδιοσωμάτων, του ενδοπλασματικού δικτύου, του συμπλέγματος Golgi, των λυσοσωμάτων, των ενδοσωμάτων και των σχετικών δομών. Ο πυρήνας και τα μιτοχόνδρια φιλοξενούν το DNA και παρέχουν ενέργεια στο κύτταρο, αντίστοιχα. Τα υπεροξειδιοσώματα και τα λυσοσώματα είναι υπεύθυνα για την αποδόμηση μορίων μέσα στο κύτταρο. Το ενδοπλασματικό δίκτυο, το σύμπλεγμα Golgi και τα ενδοσώματα συμμετέχουν στη μεταφορά ενδοκυτταρικών συστατικών.

Ο Κυτταροσκελετός και το Κυτταροδιάλυμα

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intracellularcomponents/section1/

Σε αυτή την ενότητα θα συζητήσουμε τα ενδοκυτταρικά συστατικά που δεν είναι οργανίδια. Ο κυτταροσκελετός και το κυτταροδιάλυμα είναι δομικά στοιχεία που βοηθούν στην παροχή δομής στο κύτταρο. Ο κυτταροσκελετός αποτελείται από πρωτεϊνικά νημάτια και βρίσκεται σε όλο το εσωτερικό ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Το κυτταροδιάλυμα (cytosol) είναι το κύριο συστατικό του κυτταροπλάσματος (cytoplasm), του υγρού που γεμίζει το εσωτερικό του κυττάρου. Το κυτταρόπλασμα περιλαμβάνει όλα όσα υπάρχουν στο κύτταρο εκτός από τον κυτταροσκελετό και τα οργανίδια περιβαλλόμενα από μεμβράνη. Και οι δύο δομές, ο κυτταροσκελετός και το κυτταροδιάλυμα, είναι «γεμιστικά» στοιχεία που δεν περιέχουν απαραίτητα βιολογικά μόρια, αλλά εκτελούν δομικές λειτουργίες μέσα στο κύτταρο.

Το Κυτταροδιάλυμα (Cytosol)

Το εσωτερικό ενός κυττάρου αποτελείται από οργανίδια, τον κυτταροσκελετό και το κυτταροδιάλυμα. Το κυτταροδιάλυμα συχνά αποτελεί πάνω από το 50% του όγκου ενός κυττάρου. Εκτός από το ότι παρέχει δομική υποστήριξη, το κυτταροδιάλυμα είναι ο χώρος όπου πραγματοποιείται η σύνθεση πρωτεϊνών και φιλοξενεί τα κεντροσώματα και τα κεντριόλια. Αυτά τα οργανίδια θα συζητηθούν πιο αναλυτικά μαζί με τον κυτταροσκελετό.

Ο Κυτταροσκελετός

Ο κυτταροσκελετός μοιάζει με τη λιπιδική διπλοστιβάδα στο ότι βοηθά στη δομική υποστήριξη του εσωτερικού του κυττάρου, όπως η λιπιδική διπλοστιβάδα παρέχει δομή στην κυτταρική μεμβράνη. Ο κυτταροσκελετός επιτρέπει επίσης στο κύτταρο να προσαρμόζεται. Συχνά, ένα κύτταρο αναδιοργανώνει τα ενδοκυτταρικά του συστατικά, οδηγώντας σε αλλαγή του σχήματός του. Ο κυτταροσκελετός είναι υπεύθυνος για τη διαμεσολάβηση αυτών των αλλαγών. Παρέχοντας «τροχιές» μέσω των πρωτεϊνικών του νηματίων, ο κυτταροσκελετός επιτρέπει στα οργανίδια να μετακινούνται εντός του κυττάρου. Επιπλέον, διευκολύνοντας την ενδοκυτταρική μετακίνηση οργανιδίων, ο κυτταροσκελετός μπορεί να κινήσει και ολόκληρα κύτταρα σε πολυκύτταρους οργανισμούς. Με αυτόν τον τρόπο, συμμετέχει και στην διακυτταρική επικοινωνία.

Ο κυτταροσκελετός αποτελείται από τρεις διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνικών νηματίων: ακτίνη, μικροσωληνίσκους (microtubules) και ενδιάμεσα νημάτια (intermediate filaments).

Ακτίνη

Η ακτίνη είναι το κύριο συστατικό των νηματίων ακτίνης (actin filaments), τα οποία είναι διπλονήματα, λεπτά και ευέλικτα. Έχουν διάμετρο περίπου 5 έως 9 νανόμετρα. Η ακτίνη είναι η πιο άφθονη πρωτεΐνη στα περισσότερα ευκαρυωτικά κύτταρα. Οι περισσότερες μοριακές μονάδες ακτίνης συνεργάζονται για να παρέχουν στήριξη και δομή στην πλασματική μεμβράνη και γι’ αυτό βρίσκονται κοντά στην κυτταρική μεμβράνη.

Μικροσωληνίσκοι (Microtubules)

Οι μικροσωληνίσκοι είναι μακριές, κυλινδρικές δομές που αποτελούνται από την πρωτεΐνη τουβουλίνη (tubulin) και οργανώνονται γύρω από ένα κεντροσωμάτιο (centrosome), ένα οργανίδιο που συνήθως βρίσκεται στο κέντρο του κυττάρου κοντά στον πυρήνα. Σε αντίθεση με τα μόρια ακτίνης, οι μικροσωληνίσκοι λειτουργούν χωριστά, παρέχοντας τροχιές πάνω στις οποίες μπορούν να μετακινηθούν τα οργανίδια από το κέντρο του κυττάρου προς τα έξω.

Οι μικροσωληνίσκοι (Microtubules) είναι πολύ πιο σκληροί από τα μόρια ακτίνης και έχουν μεγαλύτερη διάμετρο: 25 νανόμετρα. Το ένα άκρο κάθε μικροσωληνίσκου είναι εγκλωβισμένο στο κεντροσωμάτιο (centrosome)· ο μικροσωληνίσκος αναπτύσσεται προς τα έξω από εκεί. Οι μικροσωληνίσκοι είναι σχετικά ασταθείς και περνούν από μια διαδικασία συνεχούς ανάπτυξης και διάσπασης. Τα κεντριόλια (centrioles) είναι μικροί σχηματισμοί μικροσωληνίσκων που βρίσκονται στο κέντρο ενός κεντροσωματίου. Ορισμένες πρωτεΐνες χρησιμοποιούν τους μικροσωληνίσκους ως τροχιές για την τοποθέτηση οργανιδίων μέσα στο κύτταρο.

Ενδιάμεσα νημάτια (Intermediate filaments)

Τα ενδιάμεσα νημάτια είναι η τελική κατηγορία πρωτεϊνών που συνθέτουν τον κυτταροσκελετό. Αυτές οι δομές είναι σχοινόμορφες και ινώδεις, με διάμετρο περίπου 10 νανόμετρα. Δεν βρίσκονται σε όλα τα ζωικά κύτταρα, αλλά σε εκείνα όπου υπάρχουν σχηματίζουν ένα δίκτυο γύρω από τον πυρήνα, συχνά ονομαζόμενο πυρηνική λάμινα (nuclear lamina). Άλλοι τύποι ενδιάμεσων νηματίων εκτείνονται μέσα στο κυτταροδιάλυμα (cytosol). Τα νημάτια βοηθούν στην αντίσταση σε μηχανικό στρες και στην αύξηση της κυτταρικής σταθερότητας.

Αυτοί οι τρεις τύποι πρωτεϊνών είναι διακριτοί στη δομή και στη συγκεκριμένη λειτουργία τους, αλλά όλοι συνεργάζονται για να παρέχουν ενδοκυτταρική δομή. Εξαιτίας της μεγάλης τους ποικιλίας, είναι πολύ δύσκολο να μελετηθούν οι συγκεκριμένες λειτουργίες των συστατικών του κυτταροσκελετού.

Προβλήματα

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intracellularcomponents/problems/

Πρόβλημα: Ποιες είναι οι κύριες λειτουργίες του κυτταροδιαλύματος (cytosol) και του κυτταροσκελετού;

Το κυτταροδιάλυμα είναι ο χώρος όπου πραγματοποιείται η σύνθεση πρωτεϊνών, ενώ ο κυτταροσκελετός βοηθά στην παροχή ενδοκυτταρικής δομής και στη μετακίνηση οργανιδίων μέσα στα κύτταρα.

Πρόβλημα: Επισημάνετε τις θέσεις του κυτταροσκελετού και του κυτταροδιαλύματος στο παρακάτω διάγραμμα.

Σχήμα %: Κύτταρο

Το κυτταροδιάλυμα είναι υγρό που γεμίζει το εσωτερικό του κυττάρου. Ο κυτταροσκελετός αποτελείται από πρωτεϊνικά νημάτια που βρίσκονται μέσα στο κυτταροδιάλυμα.

Πρόβλημα: Με ποιον τρόπο η λειτουργία του κυτταροσκελετού είναι παρόμοια με τη λειτουργία της λιπιδικής διπλοστιβάδας;

Η λιπιδική διπλοστιβάδα παρέχει δομή στην κυτταρική μεμβράνη. Ομοίως, ο κυτταροσκελετός βοηθά στην παροχή δομής στο εσωτερικό του κυττάρου.

Πρόβλημα: Το κυτταροδιάλυμα αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος ποιου ενδοκυτταρικού συστατικού;

Τού κυτταροπλάσματος (cytoplasm).

Πρόβλημα: Ονομάστε τις τρεις πρωτεΐνες που συνθέτουν τον κυτταροσκελετό. Ποια από αυτές είναι υπεύθυνη για το σχηματισμό της πυρηνικής λάμινας;

Οι τρεις τύποι πρωτεϊνικών νηματίων είναι μοριακές μονάδες ακτίνης (actin), μικροσωληνίσκοι (microtubules) και ενδιάμεσα νημάτια (intermediate filaments). Τα ενδιάμεσα νημάτια σχηματίζουν την πυρηνική λάμινα.

Ευκαρυωτικά Οργανίδια: Ο Πυρήνας του Κυττάρου, τα Μιτοχόνδρια και τα Υπεροξειδιοσώματα

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intracellularcomponents/section2/

Θα ξεκινήσουμε τώρα τη συζήτησή μας για τα ενδοκυτταρικά οργανίδια. Όπως αναφέραμε, μόνο τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν ενδοκυτταρικούς υποδιαμερισμούς, οπότε η συζήτησή μας θα εξαιρέσει τα προκαρυωτικά κύτταρα. Θα επικεντρωθούμε επίσης στα ζωικά κύτταρα, καθώς τα φυτικά κύτταρα διαθέτουν επιπλέον εξειδικευμένες δομές. Σε αυτή την ενότητα θα συζητήσουμε τη σημασία του πυρήνα του κυττάρου, των μιτοχονδρίων, των υπεροξειδιοσωμάτων, του ενδοπλασματικού δικτύου, του συμπλέγματος Golgi και των λυσοσωμάτων.

Ο Πυρήνας του Κυττάρου

Ο πυρήνας του κυττάρου είναι ένα από τα μεγαλύτερα οργανίδια που βρίσκονται στα κύτταρα και έχει επίσης σημαντικό βιολογικό ρόλο. Αποτελεί περίπου το 10% του συνολικού όγκου του κυττάρου και βρίσκεται κοντά στο κέντρο των ευκαρυωτικών κυττάρων. Η σημασία του έγκειται στη λειτουργία του ως αποθηκευτικός χώρος για το DNA, το γενετικό μας υλικό.

Ο πυρήνας αποτελείται από δύο μεμβράνες που σχηματίζουν ένα πορωδές πυρηνικό περίβλημα (nuclear envelope), το οποίο επιτρέπει μόνο σε επιλεγμένα μόρια να εισέλθουν ή να εξέλθουν από τον πυρήνα.

Το DNA που βρίσκεται στον πυρήνα είναι συσκευασμένο σε δομές που ονομάζονται χρωμοσώματα. Τα χρωμοσώματα περιέχουν DNA και πρωτεΐνες και μεταφέρουν όλη την γενετική πληροφορία ενός οργανισμού. Ο πυρήνας υποστηρίζεται από ενδιάμεσα νημάτια, τα οποία σχηματίζουν τόσο την περιβάλλουσα πυρηνική λάμινα όσο και έρχονται σε άμεση επαφή με το ενδοπλασματικό δίκτυο. Ο πυρήνας είναι επίσης ο χώρος σύνθεσης DNA και RNA.

Σχήμα %: Θέση του πυρήνα, των μιτοχονδρίων και των υπεροξειδιοσωμάτων σε ένα κύτταρο.

Μιτοχόνδρια

Τα μιτοχόνδρια, με την ειδική διπλή μεμβρανική δομή τους, παράγουν τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), ένα μόριο που παρέχει ενέργεια στους οργανισμούς.

Σχήμα %: Δομή μιτοχονδρίου

Η εσωτερική και εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων σχηματίζουν δύο υποδιαμερίσματα: τον εσωτερικό χώρο μήτρας (internal matrix space) και τον ενδιάμεσο χώρο μεταξύ των μεμβρανών (intermembrane space). Οι λίγες πρωτεΐνες που βρίσκονται στα μιτοχόνδρια εντοπίζονται στην εσωτερική μεμβράνη. Τα μιτοχόνδρια συνθέτουν ATP με την ενέργεια που παρέχεται από την αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων και τη διαδικασία που ονομάζεται οξειδωτική φωσφορυλίωση (oxidative phosphorylation).

Υπεροξειδιοσώματα

Τα υπεροξειδιοσώματα είναι μονομεμβρανικές δομές που βρίσκονται σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Είναι μικρές, μεμβρανικές δομές που χρησιμοποιούν μοριακό οξυγόνο για να οξειδώσουν οργανικά μόρια. Αυτή η δομή είναι ένα από τα κύρια οργανίδια που χρησιμοποιούν οξυγόνο, το άλλο είναι τα μιτοχόνδρια.

Τα υπεροξειδιοσώματα περιέχουν οξειδωτικά ένζυμα και άλλα ένζυμα που βοηθούν στην παραγωγή και αποικοδόμηση του υπεροξειδίου του υδρογόνου (H₂O₂).

Λόγω της διαφορετικής ενζυμικής τους σύνθεσης, τα υπεροξειδιοσώματα είναι ποικιλόμορφες δομές. Η κύρια λειτουργία τους είναι να βοηθούν στη διάσπαση λιπαρών οξέων. Εκτελούν επίσης ειδικές λειτουργίες σε φυτικά κύτταρα, τις οποίες θα συζητήσουμε αργότερα.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intracellularcomponents/section2/page/2/

Το ενδοπλασματικό δίκτυο, ή ER, αποτελεί μια πολύ σημαντική κυτταρική δομή λόγω της λειτουργίας του στη σύνθεση πρωτεϊνών και λιπιδίων. Για παράδειγμα, το ER είναι ο χώρος παραγωγής όλων των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών. Επειδή σχεδόν όλες οι πρωτεΐνες που εκκρίνονται από ένα κύτταρο διέρχονται από αυτό, το ER είναι επίσης σημαντικό για την κυτταρική διακίνηση. Εκτός από αυτούς τους κύριους ρόλους, το ER συμμετέχει σε έναν αριθμό άλλων βιολογικών διαδικασιών. Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι ER: το τραχύ ER και το λείο ER (RER).

Το τραχύ ER ονομάζεται έτσι επειδή καλύπτεται με ριβοσώματα, τις δομές που είναι υπεύθυνες για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το λείο ER δεν διαθέτει αυτά τα ριβοσώματα και είναι πιο άφθονο σε κύτταρα που εξειδικεύονται στη σύνθεση και τον μεταβολισμό λιπιδίων.

Εικόνα %: Το ενδοπλασματικό δίκτυο

Εκτός από τη σύνθεση πρωτεϊνών και λιπιδίων, το ER πραγματοποιεί επίσης μετασυνθετικές τροποποιήσεις. Μία από αυτές περιλαμβάνει την προσθήκη αλυσίδων σακχάρων στις πρωτεΐνες, αν και η ακριβής λειτουργία αυτής της προσθήκης είναι άγνωστη. Μια άλλη σημαντική τροποποίηση είναι η δίπλωση των πρωτεϊνών (protein folding), της οποίας η ονομασία είναι αρκετά αυτοεξηγητική. Ένας ακόμη ρόλος του ER είναι η πρόσληψη ασβεστίου από το κυτταροδιάλυμα. Τέλος, το ER μπορεί να εκκρίνει πρωτεΐνες στο κύτταρο που προορίζονται συνήθως για το σύμπλεγμα Golgi.

Εικόνα %: Η θέση του ενδοπλασματικού δικτύου, του συμπλέγματος Golgi και των λυσοσωμάτων σε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο.

Το σύμπλεγμα Golgi

Το σύμπλεγμα Golgi βρίσκεται συνήθως κοντά στον πυρήνα του κυττάρου. Αποτελείται από μια σειρά στρωμάτων που ονομάζονται σωροί Golgi (Golgi stacks). Οι πρωτεΐνες από το ER εισέρχονται και εξέρχονται πάντοτε από το ίδιο σημείο στο Golgi. Η πρόσθια επιφάνεια (cis face) του Golgi είναι το σημείο εισόδου των πρωτεϊνών. Μια πρωτεΐνη διασχίζει τους σωρούς Golgi μέχρι την αντίθετη επιφάνεια (trans face), από όπου εκκρίνεται σε άλλα μέρη του κυττάρου.

Εικόνα %: Δομή του συμπλέγματος Golgi

Στο Golgi, προστίθενται περισσότερες αλυσίδες σακχάρων στις πρωτεΐνες ενώ άλλες αφαιρούνται. Οι σωροί Golgi ταξινομούν επίσης τις πρωτεΐνες για έκκριση. Μετά την ταξινόμηση, η μεμβράνη του Golgi αποκολλάται σχηματίζοντας κυστίδια έκκρισης που μεταφέρουν τις πρωτεΐνες στον συγκεκριμένο προορισμό τους στο κύτταρο. Ο προορισμός μιας πρωτεΐνης υποδεικνύεται συχνά από μια ειδική αλληλουχία αμινοξέων στο άκρο της. Μια εκκρινόμενη πρωτεΐνη συνήθως επιστρέφει στο ER, στη πλασματική μεμβράνη για να γίνει διαμεμβρανική πρωτεΐνη, ή στη δομή που θα συζητήσουμε στη συνέχεια, τα λυσοσώματα.

Λυσοσώματα

Τα λυσοσώματα είναι χώροι μοριακής διάσπασης που βρίσκονται σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Είναι μικρά, μονήρους μεμβράνης κυστίδια που περιέχουν όξινα ένζυμα και διασπούν μόρια, και βρίσκονται σε όλο το ευκαρυωτικό κύτταρο. Ως τέτοια, τα λυσοσώματα λειτουργούν σαν το «καλάθι απορριμμάτων» του κυττάρου, απομακρύνοντας κυτταρικά υπολείμματα. Πρωτεΐνες που δεν έχουν διπλωθεί σωστά ή έχουν σημαντικές μεταλλάξεις μπορούν να σταλούν στα λυσοσώματα για διάσπαση, αντί να καταλαμβάνουν χώρο στο κύτταρο. Τα υπολείμματα πρωτεϊνών και άλλα μόρια μπορούν να φτάσουν στα λυσοσώματα με διάφορους τρόπους.

Όροι

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/intracellularcomponents/terms/

Ακτίνη (Actin): Μια πολύ άφθονη πρωτεΐνη στα ευκαρυωτικά κύτταρα που αποτελεί το κύριο συστατικό των νημάτων ακτίνης.

Νήματα ακτίνης (Actin Filaments): Περίπου 5-9 νανόμετρα σε διάμετρο. Παρέχουν δομική υποστήριξη στην πλασματική μεμβράνη. Ως πρωτεΐνη του κυτταροσκελετού επιτρέπουν την κίνηση των οργανιδίων μέσα στο κύτταρο.

Κεντρομερίδιο (Centromere): Μια στρογγυλή δομή που συγκρατεί τα αδελφικά χρωματίδια μαζί.

Κεντρόσωμα (Centrosome): Μια περιοχή του κυττάρου κοντά στον πυρήνα από την οποία αναπτύσσονται τα μικροσωληνάρια. Τα κεντροσώματα δεν βρίσκονται σε όλα τα κύτταρα. Αποτελούνται από δύο κεντριόλια.

Χρωμόσωμα (Chromosome): Μια δομή αποτελούμενη από DNA και πρωτεΐνες που περιέχει όλο το γενετικό υλικό ενός κυττάρου. Βρίσκεται στον πυρήνα του κυττάρου.

Κυτταρόπλασμα (Cytoplasm): Το υγρό που βρίσκεται στον κύριο χώρο των ευκαρυωτικών κυττάρων. Περιλαμβάνει τα πάντα εκτός του πυρήνα, των οργανιδίων και του κυτταροσκελετού. Κύριο συστατικό του είναι το κυτταρόλυμα (cytosol).

Κυτταροσκελετός (Cytoskeleton): Ένα σύστημα πρωτεϊνικών νημάτων που βρίσκονται σε όλο το κυτταρόπλασμα των ευκαρυωτικών κυττάρων και παρέχουν δομή στο κύτταρο. Αποτελείται από ακτίνη, ενδιάμεσα νημάτια και μικροσωληνάρια.

Κυτταρόλυμα (Cytosol): Το κύριο συστατικό του κυτταροπλάσματος που γεμίζει τον κύριο χώρο των ευκαρυωτικών κυττάρων.

Ενδοπλασματικό δίκτυο (Endoplasmic reticulum): Ένα οργανίδιο με μεμβράνη που βρίσκεται σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Έρχεται σε άμεση επαφή με τον πυρήνα και, επειδή καλύπτεται με ριβοσώματα, αποτελεί τον χώρο σύνθεσης λιπιδίων και πρωτεϊνών. Υπάρχουν δύο τύποι: λείο και τραχύ.

Ενδοσωμάτιο (Endosome): Ένα οργανίδιο με μεμβράνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Είναι υπεύθυνο για τη μεταφορά μορίων προς τα λυσοσώματα για πέψη.

Ευκαρυωτικό (Eukaryote): Οργανισμός που αποτελείται από ένα ή περισσότερα κύτταρα με καθορισμένα ενδοκυτταρικά στοιχεία, συμπεριλαμβανομένου πυρήνα και κυτταρολύματος. Περιλαμβάνει όλους τους οργανισμούς εκτός από βακτήρια και ιούς.

Σύμπλεγμα Golgi (Golgi apparatus): Ένα οργανίδιο με μεμβράνη κοντά στον πυρήνα σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Υπεύθυνο για ταξινόμηση και συσκευασία πρωτεϊνών για έκκριση σε διάφορους προορισμούς του κυττάρου.

Ενδιάμεσα νημάτια (Intermediate filament): Ένα από τα τρία συστατικά πρωτεΐνης του κυτταροσκελετού. Ινώδες πρωτεϊνικό νήμα περίπου 10 νανόμετρα σε διάμετρο. Σχηματίζει την πυρηνική λαμίνα που προστατεύει τον πυρήνα.

Διάστημα μεταξύ μεμβρανών (Intermembrane space): Ο χώρος μεταξύ εξωτερικής και εσωτερικής μεμβράνης σε ένα μιτοχόνδριο.

Λυσοσώματα (Lysosome): Ένα οργανίδιο με μεμβράνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Περιέχουν οξέα και ένζυμα που διασπούν ανεπιθύμητα μόρια.

Μήτρα (Matrix): Ο χώρος εντός της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων.

Μικροσωληνάρια (Microtubule): Ένα από τα τρία συστατικά του κυτταροσκελετού. Μακριά, κυλινδρική δομή περίπου 25 νανόμετρα σε διάμετρο. Επεκτείνονται από το κεντρόσωμα σε όλα τα μέρη του κυττάρου, σχηματίζοντας «γραμμές» για την κίνηση οργανιδίων. Μπορεί να είναι μικροσωληνάρια κινητοχώρια (kinetochore) ή μη κινητοχώρια. Τα κινητοχώρια δεσμεύονται σε αδελφικά χρωματίδια κατά τη μίτωση, τα μη κινητοχώρια όχι.

Μιτοχόνδρια (Mitochondria): Οργανίδιο μέσα στο κύτταρο. Μεγάλο μέρος της κυτταρικής αναπνοής πραγματοποιείται εντός αυτού.

Πυρήνας (Nucleus): Μεγάλο οργανίδιο με διπλή μεμβράνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Περιέχει DNA και RNA.

Οργανίδιο (Organelle): Υποκυτταρική δομή με μεμβράνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Παραδείγματα: πυρήνας, μιτοχόνδρια, ER, σύμπλεγμα Golgi.

Υπεροξειδιοσώματα (Peroxisome): Μικρό οργανίδιο με μεμβράνη σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Περιέχει οξειδωτικά ένζυμα που οξειδώνουν οργανικά μόρια και επεξεργάζονται το υπεροξείδιο του υδρογόνου.

Προκαρυωτικό (Prokaryote): Οργανισμός που συνήθως αποτελείται από ένα, αλλά μερικές φορές περισσότερα, κύτταρα χωρίς καθορισμένα υποκυτταρικά διαμερίσματα. Όλο το απαραίτητο υλικό περιέχεται μέσα στη μεμβράνη του κυττάρου. Περιλαμβάνει όλα τα βακτήρια και στενούς συγγενείς τους.

Ριβόσωμα (Ribosome): Μόριο αποτελούμενο από ριβοσωμικό RNA και πρωτεΐνες, και βρίσκεται στο ενδοπλασματικό δίκτυο. Υπεύθυνο για τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο (Rough endoplasmic reticulum): ER καλυμμένο με ριβοσώματα και εμπλέκεται στη σύνθεση πρωτεϊνών.

Λείο ενδοπλασματικό δίκτυο (Smooth endoplasmic reticulum): Γυμνό ER χωρίς ριβοσώματα, πιο εμπλεκόμενο στη σύνθεση λιπιδίων.

Περαιτέρω Ανάγνωση

URL: https://www.sparknotes.com/biology/cellstructure/review/bibliography/

Alberts, Bruce et al. Molecular Biology of the Cell. Third edition. Garland Publishing, Inc. New York, 1994.

Grifiths, JF et al. Modern Genetic Analysis. Freeman Publishing, Inc. New York, 1999.

Losick, Richard. Biological Sciences 10: Introduction to Molecular Biology. Harvard University, Department of Molecular and Cellular Biology, 1999.

Voet, Donald and Judith Voet. Biochemistry. John Wiley & Sons, Inc, New York, 1995.