1

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2Ο

ΚΥΤΤΑΡΟ : Η ΘΕΜΕΛΙΩΔΗΣ ΜΟΝΑΔΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

βιολογία β΄ λυκείου

2

Κυτταρική θεωρία

Όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα και από κυτταρικά παράγωγα.

Όλα τα κύτταρα δομούνται από τις ίδιες χημικές ενώσεις και εκδηλώνουν παρόμοιες μεταβολικές διεργασίες.

Η λειτουργία των οργανισμών είναι το αποτέλεσμα της συλλογικής δράσης και αλληλεπίδρασης των κυττάρων που τους αποτελούν.

Κάθε κύτταρο προέρχεται από τη διαίρεση προϋπάρχοντος κυττάρου.

3

Κύτταρα

100 περίπου διαφορετικά είδη κυττάρων στον άνθρωπο – καθένα με τη δική του χαρακτηριστική μορφή και λειτουργία (σελ. 46)

Τυπικό κύτταρο: κύτταρο που συγκεντρώνει όλα τα τυπικά γνωρίσματα (σελ. 58 -59: τυπικό ζωικό και φυτικό κύτταρο)

Τρισδιάστατες δομές που σφύζουν από δραστηριότητα – Πάντα σε κίνηση («Τα πάντα ρει» & «Αρμονίη αφανής φανερής κρείττων» – Ηράκλειτος)

4Μέγεθος κυττάρων

1. Εισαγωγή χρήσιμων ουσιών + Αποβολή άχρηστων ουσιών: Μέσω της εξωτερικής επιφάνειας Όσο μεγαλύτερη η επιφάνεια, τόσο μεγαλύτερη η δυνατότητα ανταλλαγής ουσιών με περιβάλλον

2. Ανταλλαγή ουσιών – μηνυμάτων Επικοινωνία με περιβάλλον + Αντίληψη μεταβολών σε αυτό Αυτό πρέπει να γίνει με ταχύτητα (άρα μικρό όγκο για έγκαιρη μεταβίβαση μηνυμάτων στο εσωτερικό)

3. Σχήμα κυττάρων τέτοιο, ώστε ταυτόχρονα μεγαλύτερη δυνατή επιφάνεια και μικρότερος δυνατός όγκος

5Κυτταρικές μεμβράνες

Μεμβράνες στο κύτταρο: το οριοθετούν από το εξωτερικό περιβάλλον – περιβάλλουν τον πυρήνα του (πυρηνικός φάκελος) – διασχίζουν το κυτταρόπλασμα (ενδοπλασματικό δίκτυο – σύμπλεγμα Golgi) – διαμερισματοποιούν το εσωτερικό του

Χωρίς μεμβράνη: ριβοσώματαΔιπλή (στοιχειώδης) μεμβράνη: πυρήνας,

μιτοχόνδρια, χλωροπλάστεςΑπλή (στοιχειώδης) μεμβράνη: όλα τα

υπόλοιπα οργανίδια

6

Δομή πλασματικής μεμβράνης (1)

Μοντέλου ρευστού μωσαϊκού (Σίνγκερ & Νίκολσον – 1972) Απλή Στοιχειώδης μεμβράνη

Διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων ανάμεσα στα οποία παρεμβάλλονται πρωτεΐνες και χοληστερόλη

Πρωτεΐνες: στην επιφάνεια μεμβράνης ή βυθίζονται στο εσωτερικό ή τη διαπερνούν κάθετα (σαν μωσαϊκό)

Πρωτεΐνες και λιπίδια συνδέονται με σάκχαρα Γλυκοπρωτεΐνες - Γλυκολιπίδια

7

[ΣΧΗΜΑΤΙΚΑ]

8

Δομή πλασματικής μεμβράνης (2)

Υδρόφιλα τμήματα λιπιδίων προς ενδοκυτταρικό & εξωκυτταρικό περιβάλλον – Υδρόφοβα τμήματα προς το εσωτερικό της κατασκευής

Έλξεις μεταξύ υδρόφιλων και υδρόφοβων τμημάτων: σταθερότητα στη μεμβράνη, χωρίς στατικότητα

«Ρευστό μωσαϊκό»: δυνατότητα περισσότερων λιπιδίων και αρκετών πρωτεϊνών για πλάγια ολίσθηση (και σπάνια κάθετη μετατόπιση – σελ. 49)

Διατήρηση ρευστότητας σημαντική – Στερεοποιημένες μεμβράνες ΜΗ λειτουργικές, γιατί πολλές πρωτεΐνες αδρανοποιούνται (χοληστερόλη: σημαντικός ρόλος στη διατήρηση ρευστότητας)

Προβολή βίντεο

9

Συστατικά – Λειτουργίες Μεμβρανών (σελ. 49)

Πρωτεΐνες: 1. Δομικά συστατικά, 2. Λειτουργικός ρόλος (έλεγχος εισόδου – εξόδου ουσιών, μεταβίβαση μηνυμάτων στο εσωτερικό του κυτ.)

Λειτουργίες μεμβρανών:1. Έλεγχος είδους ουσιών που

εισέρχονται – εξέρχονται2. Υποδοχή & Ερμηνεία μηνυμάτων από

περιβάλλον κυτ.

10

Μεταφορά ουσιών δια μέσου της πλασματικής μεμβράνης (σελ. 50)

Δομή μεμβράνης εκλεκτικά διαπερατή (καθορίζει ποιες ουσίες τη διαπερνούν εύκολα και ποιες δύσκολα ή καθόλου)

Τρεις τύποι μεταφοράς ουσιών διαμέσου μεμβράνης:

1. Παθητική μεταφορά (διάχυση – όσμωση) χωρίς κατανάλωση ενέργειας

2. Ενεργητική μεταφορά καταν. ενέργειας3. Ενδοκύττωση – Εξωκύττωση κατ.

ενεργειας Προβολή βίντεο

11

Παθητική μεταφορά (διάχυση – ώσμωση)

Διάχυση: Τάση των μορίων να διασπείρονται από περιοχές υψηλής συγκέντρωσης προς περιοχές χαμηλής συγκέντρωσηςΠ.χ. Συγκέντρωση Ο2 στο εξωκυτ. περιβάλλον υψηλή, λόγω κατανάλωσής του στο εσωτερικό (αντιδράσεις μεταβολισμού) Μόρια Ο2 προς το εσωτερικό (αντίθετα το CO2)

Ώσμωση: Ειδική περίπτωση διάχυσης μορίων (κυρίως νερού) μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης.

Σημαντική διαδικασία για το κύτταρο, αφού η μεμβράνη επιτρέπει τη διέλευση μορίων νερού, αλλά περιορίζει μερικώς ή εντελώς τις ουσίες μεγάλου μεγέθους.

12

ΔΙΑΧΥΣΗ

ΩΣΜΩΣΗ (βλ. και φωτό σελίδων 50 – 51)

13

14

ΕΝΕΡΓΗΤΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ (Αντλία Να – Κ)

Αν υπήρχε μόνο παθητική μεταφορά στα κύτταρα, αργά ή γρήγορα θα είχαμε εξίσωση συγκεντρώσεων.

Συγκέντρωση μέσα των ιόντων K+ > συγκέντρωση έξω – αντίθετα για ιόντα Na+ (διατήρηση αυτού συνεχώς)

Άρα: Μηχανισμός ενεργητικής μεταφοράς ιόντων από περιοχή μικρής συγκέντρωσης προς περιοχή μεγάλης – Απαραίτητη προϋπόθεση: ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Αντλία Na+ - K+ (σελ. 53): Διαμεμβρανική πρωτεΐνη που για κάθε 3 Na+ που εξάγει, εισάγει ταυτόχρονα 2 Κ+.

Σε όλα τα ζωικά κύτταρα, ειδική λειτουργία στα νευρικά κύτταρα

Και άλλοι παρόμοιοι μηχανισμοί: α. κατανάλωση ενέργειας και β. καθοριστικός ο ρόλος πρωτεϊνών μεμβράνης

15

Αντλία Na+ - K+ (σχήμα βίντεο)

16

ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΥΣΙΩΝ ΜΕΓΑΛΟΥ Μ.Β. : Ενδοκύττωση

Ουσίες μεγάλου Μ.Β. (πρωτεΐνες – πολυσακχαρίτες – μικρόβια) διαμέσου μεμβράνης (εκτός από ιόντα και μικρομοριακές ουσίες)

ΕΝΔΟΚΥΤΤΩΣΗ:1. Ουσία στο εσωτερικό εγκόλπωσης (προεκβολές

κυτταροπλάσματος: ψευδοπόδια)2. Ένωση άκρων ψευδοποδίων Περικλείουν

εισαγόμενη ουσία 3. Περίφιξη πλασματικής μεμβράνης και αποκοπή

Κυστίδιο στο κυτταρόπλασμα (προβολή βίντεο ενδοκυτ. και Paramecium!)

ΚΑΙ σε μονοκύτταρους Οργανισμούς (π.χ. πρωτόζωα αμοιβάδα και Didinium) ΚΑΙ σε κύτταρα ανθρώπου (φαγοκύτταρα ΦΑΓΟΚΥΤΤΑΡΩΣΗ)

17

Εξωκύττωση

Αντίστροφη διαδικασία από ενδοκύττωση – και οι δυο διαδικασίες: Κατανάλωση Ενέργειας

Απομάκρυνση άχρηστων υπολειμμάτων τροφών, τοξικών ουσιών ή ουσιών που έχουν παραχθεί και θα χρησιμοποιηθούν αλλού (π.χ. ορμόνες)

Πορεία:1. Κλείσιμο αποβαλλομένης ουσίας σε κυστίδιο2. Προσέγγιση κυστιδίου στη μεμβράνη, που το

περιβάλλει3. Περίσφιξη μεμβράνης στο σημείο αυτό και

απελευθέρωση ουσίας προς τα έξω…4. Προβολή βίντεο (ενδοκύττωση – εξωκύττωση)

18

Πλασματική μεμβράνη ως δέκτης μηνυμάτων

Ανάμεσα σε κύτταρα και το περιβάλλον τους (άλλα κύτταρα ή το μεσοκυττάριο ή τη μεσοκυττάρια ουσία): διαρκής ανταλλαγή μηνυμάτων ώστε:

1. Να αναγνωρίζονται μεταξύ τους (ως ίδια ή ξένα).2. Να συντονίζουν τη δράση τους (ενιαία λειτουργία).3. Να τροποποιούν τη λειτουργία τους (προσαρμογή σε

μεταβολές περιβάλλοντος). Κύριος ρόλος σ’ αυτό:

Γλυκοπρωτεΐνες + Γλυκολιπίδια (είδος σακχάρων διαφέρει ανάμεσα σε κύτταρα άλλους είδους ή ιστού)

Χημικές ουσίες – μηνύματα: μέσα στο κύτταρο ή πρόσδεση σε κατάλληλη πρωτεΐνη - υποδοχέα(σελ. 55)

19

ΚΥΤΤΑΡΟ

Κυτταρόπλασμα: «ημίρρευστη» μάζα του κυττάρου, όπου βρίσκεται ένα πλήθος διαφορετικών δομών, τα οργανίδια όλα υπακούουν στις «εντολές» που εκπορεύονται από τον…

…Πυρήνα:1. Το πιο ευδιάκριτο οργανίδιο των ευκαρ. κυτ.2. Κατά κανόνα 1 σε κάθε κυτ., όμως Paramecium

(2) ή μυϊκά (πολλούς) ή ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια (0)

3. Σχήμα συνήθως σφαιρικό ή ωοειδές4. Διάμετρος περίπου 5 μm (αλλά ποικίλλει)

20

21

Πυρηνική μεμβράνη - Πυρηνόπλασμα

Πυρηνική μεμβράνη (ή πυρηνικός φάκελος):

1. Δύ0 (2) στοιχειώδεις μεμβράνες (εσωτ. – εξωτ.)

2. Κατά διαστήματα υπάρχουν πόροι (από συνένωση εσωτ. και εξωτ.), οι πυρηνικοί πόροι: έλεγχος μακρομορίων που ανταλλάσσονται μεταξύ πυρήνα – κυτταροπλάσματος (video: Ribosomes)

Πυρηνόπλασμα: ημίρρευστη ουσία με όλο σχεδόν το DNA του κυττάρου (το υπόλοιπο?), έναν ή περισσότερους πυρηνίσκους και πρωτεΐνες (π.χ. ένζυμα)

22

Πυρηνίσκος

Εύκολα διακριτή: πυκνή υφή και σφαιρικό σχήμα

Αποτελείται από RNA και DNA

Δεν περιβάλλεται από στοιχειώδη μεμβράνη

Εδώ συντίθεται το rRNA

Αντικατάσταση του πρόσφατα από τον όρο: ετεροχρωματίνη

23

Ρόλοι πυρήνα (σελ. 61)

1. Φύλαξη γενετικού υλικού (με βάση αυτό: καθορισμός ιδιοτήτων κυττάρου και έλεγχος κυτταρικών δραστηριοτήτων)

2. Αυτοδιπλασιασμός γενετικού υλικού Μεταβίβαση γενετικών πληροφοριών αναλλοίωτων από γενιά σε γενιά

3. Σύνθεση διαφόρων ειδών RNA από το DNA Κύτταρα που έχουν χάσει τον πυρήνα τους

φυσικά (ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια) ή τεχνητά:Α. μικρός αριθμός μεταβολικών διεργασιώνΒ. περιορισμένη διάρκεια ζωής

24

Οι μεμβράνες του κυττάρου συγκροτούν ένα ενιαίο δομικά και λειτουργικά σύνολο, το ενδομεμβρα-νικό σύστημα: ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi, υπεροξειδιοσώματα, λυσοσώματα & κενοτόπια.

25

Ενδοπλασματικό δίκτυο (1)

Πολυδαίδαλο (δηλαδή πολύπλοκο) σύνολο αγωγών και κύστεων που διασχίζει το κυτταρόπλασμα

Μεμβράνες του: >50% των μεμβρανών του κυττάρου

Σύνδεση με πλασματική μεμβράνη, πυρηνικό φάκελο ή/και μεμβράνες υπολοίπων οργανιδίων

Λόγω συνδέσεων: Λειτουργία ως κοινός αγωγός Μεταφορά ουσιών μεταξύ τμημάτων/οργανιδίων κυτταροπλάσματος ή πυρήνα & εξωκυτ. περιβάλ.

Ένζυμα στις επιφάνειές του Διαφορετικές περιοχές, άρα… διαφορετικές μεταβολικές αντιδράσεις

26

27

Αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο (ΑΕΔ)

Ριβοσώματα στην επιφάνειά τουΣχηματισμοί από rRNA και πρωτεΐνες χωρίς

στοιχειώδη μεμβράνη, που πρωτεϊνοσυνθέτουν

Συντιθέμενες πρωτεΐνες εισέρχονται στο εσωτερικό του ΑΕΔ, όπου ίσως τροποποιηθούν (π.χ. προσθήκη σακχάρων)

Ριβοσώματα και ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα, μέσα σε μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες (ημιαυτόνομα οργανίδια που συνθέτουν πρωτεΐνες, ανεξάρτητα από το κύτταρο και τον πυρήνα του)

28

ΑΕΔ (φωτογραφίες)

29

ΑΕΔ – ΛΕΔ (λείο ενδοπλασματικό δίκτυο)

30

Λείο ενδοπλασματικό δίκτυο (ΛΕΔ)

Συνέχεια του ΑδρούΔιαφέρει από ΑΕΔ, γιατί δεν περιέχει ριβοσώματα

1. Σύνθεση λιπιδίων2. Εξουδετέρωση τοξικών ουσιών

(όπως των τοξινών και του αλκοόλ)

31

Σχέση συμπλέγματος Golgi με ΕΔ (σε παγκρεατική αδενοκυψέλη)

32

Σύμπλεγμα Golgi (1)

Αποτελείται από ομάδες παράλληλων πεπλατυσμένων σάκων από στοιχειώδη μεμβράνη

Συγκέντρωση και τροποποίηση πρωτεϊνών από ΑΕΔ

Μεταφορά πρωτεϊνών μεταξύ οργανιδίων με φυσική τους σύνδεση ή με κυστίδια δηλ…

33

Σύμπλεγμα Golgi (2)

1. … πρωτεΐνες από ριβοσώματα του ΑΕΔ Συγκέντρωση μέσα σε κυστίδια που αποκόπτονται από ΑΕΔ και συγχωνεύονται στις μεμβράνες του συμπλέγματος Golgi

2. Τελική χημική επεξεργασία: προσθήκη μη πρωτεϊνικών μορίων (σακχάρων ή λιπιδίων)

3. Πακετάρισμα πάλι σε κυστίδια4. Μεταφορά «τελικών πρωτεϊνών» σε άλλο

σημείο του κυττάρου ή σε άλλο σημείο του οργανισμού (εξωκύττωση)

34

Λυσοσώματα (εικ. σελ. 63)

Σφαιρικά οργανίδια – Απλή στοιχειώδη μεμβράνη

Υδρολυτικά ένζυμα Πέψη μεγαλομοριακών ουσιών ενδοκυτταρικής ή εξωκυτταρικής προέλευσης ή / και μικροβίων (ενδοκύττωση)

Αν ήταν ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα Θα το διασπούσαν με τα συστατικά του

Φυτικά κύτταρα: ως λυσοσώματα λειτουργούν κάποια χυμοτόπια

35

Υπεροξειδιοσώματα (εικ. σελ. 63)

Μικρά σφαιρικά κυστίδια – Απλή στοιχειώδη μεμβράνη

Οξειδωτικά ένζυμα (μεταβολικές διεργασίες)

1. Σε ηπατικά και νεφρικά κύτταρα εκεί μετατρέπεται το αλκοόλ σε ακεταλδεΰδη (αποτοξίνωση)

2. Μετατροπή Η2Ο2 σε Ο2 και Η2Ο (τοξικό)

36

Κενοτόπια

Κενοτόπιο: Κάθε κυστίδιο που περιβάλλεται από στοιχειώδη μεμβράνη και περιέχει ένα υδατώδες υγρό

Πεπτικά κενοτόπια (ζωικό κύτταρο): δημιουργία κατά την ενδοκύττωση μικροοργανισμών και σωματιδίων τροφής (κυστίδια + λυσοσώματα)

Χυμοτόπια (φυτικό κύτταρο):1. Αποθήκες θρεπτικών ουσιών (π.χ.

σακχαρόζης), χρωστικών και ιόντων διαλυμένων σε Η2Ο

2. Αποθήκευση άχρηστων προϊόντων του μεταβολισμού

37

Μιτοχόνδρια - Χλωροπλάστες

Ενέργεια για διατήρηση δομής και λειτουργικότητας

Εισαγωγή ενέργειας από περιβάλλον + Μετατροπή της σε κατάλληλη μορφή για παραγωγή έργου στα κύτταρα Επιβίωση

Εξειδικευμένα οργανίδια: Μιτοχόνδρια - Χλωροπλάστες

Ημιαυτόνομα οργανίδια: περιέχουν DNA, ένζυμα και ριβοσώματα Παραγωγή και πρωτεϊνών και διπλασιασμός ανεξάρτητα από κύτταρο

38

Μιτοχόνδρια

39

Ένζυμα σε μιτοχόνδρια

40

Μιτοχόνδρια (εικόνες)

41

Μιτοχόνδριο σε σπερματοζωάριο!

42

Χλωροπλάστες (πράσινα τμήματα φυτών)

43

Χλωροπλάστες σε τομή φυτικών κυττάρων!

44

Ντουέτο χλωροπλαστών!

1. Διπλή στοιχειώδη μεμβράνη

2. Εσωτερικά: ρευστή μάζα, το στρώμα, όπου υπάρχουν τα θυλακοειδή, που σχηματίζουν σωρούς, τα grana, όπου υπάρχουν μόρια χλωροφύλλης

3. Μεμονωμένες μεμβρανώδεις δομές, τα ελασμάτια, που συνδέουν τα grana μεταξύ τους

45

Χλωροπλάστης (αναλυτικά)

46

Πλαστίδια

Χλωροπλάστες: ανήκουν σε ευρύτερη κατηγορία οργανιδίων των φυτικών κυττάρων, τα πλαστίδια

Αμυλοπλάστες (άχρωμοι): σε κύτταρα ριζών – αποθήκες αμύλου

Χρωμοπλάστες: σε άνθη, φύλλα και καρπούς – περιέχουν χρωστικές

47

Διάφοροι χρωμοπλάστες

48

Χρωμοπλάστες κόκκινης πιπεριάς!!!

49

Αμυλοπλάστες

50

Κυτταρικός σκελετός

Σύγχρονες τεχνικές μικροσκοπίας Κυτταρόπλασμα διασχίζεται από ένα πολύμορφο πλέγμα ινιδίων, που συγκροτούν τον κυτταρικό σκελετό

Μικροϊνίδια – Μακροϊνίδια – Ενδιάμεσα ινίδια – Μικροσωληνίσκοι:

1. Μηχανική υποστήριξη κυττάρων2. Διατήρηση και μεταβολή κυτταρικού

σχήματος3. Συγκράτηση των οργανιδίων στη θέση τους4. Κίνηση των οργανιδίων στο εσωτερικό

κυττάρου5. Κίνηση του ίδιου του κυττάρου

51

52

53

Κεντροσωμάτιο

Μόνο σε ζωικά κύτταραΣχηματίζεται από μικροσωληνίσκουςΑποτελείται από δύο κεντρίλλιαΣυμβάλλει στην κυτταρική διαίρεση (σελ. 67)

54

Κυτταρικό τοίχωμα

Φυτικά κύτταρα – Στοιχείο διάκρισής τους από ζωικά

Σχετικά ανθεκτικό περίβλημα από διάφορους πολυσακχαρίτες – Κυριότερος η κυτταρίνη

Ιδιότητες:1. Συμπαγές, ανθεκτικό σε ισχυρές πιέσεις2. Προστασία φυτικού κυττάρου από διάρρηξη

σε υποτονικό περιβάλλον3. Ελαστικότητα «Σκελετική» υποστήριξη σε

όλο το φυτό

55

56

Κυτταρικό τοίχωμα σε φύκη!

57

Κόκκοι γύρης!

58

Μαργαρίτα!