Βιολογία (Β Λυκείου) - Βιβλίο Μαθητή (Εμπλουτισμένο)
 

κεφάλαιο 2

2.3 ΜΙΑ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ
      ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ
      ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ

Αν παρατηρήσουμε ένα ευκαρυωτικό κύτταρο στο οπτικό μικροσκόπιο, δε θα δούμε τίποτε περισσότερο από μια οριοθετημένη ομογενή μάζα,

μέσα στην οποία συνήθως διακρίνεται ο πυρήνας. Κάτι τέτοιο περίπου έβλεπαν και οι πρωτοπόροι της βιολογικής έρευνας με τα ατελή μικροσκόπια της εποχής τους. Αυτό τους έκανε να πιστεύουν ότι η ημίρρευστη μάζα του κυττάρου είναι η βασική ουσία της έμβιας ύλης, η ουσία δηλαδή από την οποία απορρέουν όλες οι ζωτικές λειτουργίες. Γι' αυτό άλλωστε την ονόμασαν πρωτόπλασμα.

 

 

 

 

 

 

εικόνα

Αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο                                                   Μιτοχόνδριο                                                  Λείο ενδοπλασματικό δίκτυο

εικόνα                                  εικόνα                                 εικόνα

Τυπικό ζωικό κύτταρο.

Σήμερα, χάρη στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο και στις σύγχρονες μεθόδους βιοχημικής ανάλυσης, γνωρίζουμε ότι τα κύτταρα έχουν πολύπλοκη εσωτερική οργάνωση. Στο κυτταρόπλασμά τους, όπως έχει καθιερωθεί πλέον να ονομάζεται το πρωτόπλασμα, υπάρχει ένα πλήθος διαφορετικών δομών, που ονομάζονται οργανίδια. Καθένα από αυτά είναι ικανό για μια συγκεκριμένη λειτουργία.

Κάποια οργανίδια έχουν αναλάβει την αξιοποίηση, προς όφελος του κυττάρου, ενέργειας που μπορούν να δεσμεύσουν από το εξωτερικό περιβάλλον. Άλλα παράγουν πρωτεΐνες, άλλα είναι υπεύθυνα για την κίνηση των κυττάρων κ.ο.κ. Όποια κι αν είναι όμως η λειτουργία που έχουν αναλάβει να κάνουν, υπακούουν πάντα στις εντολές που εκπορεύονται από το ίδιο «κέντρο ελέγχου», τον πυρήνα του κυττάρου.

 

 

 

 

 

εικόνα

 

εικόνα                               εικόνα                               εικόνα

Τυπικό φυτικό κύτταρο.

Πυρήνας MΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ ΠΥΡΗΝΩΝ ΦΥΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Ο πυρήνας είναι το πιο ευδιάκριτο οργανίδιο των ευ- καρυωτικών κυττάρων. Κατά κανόνα υπάρχει ένας πυρήνας σε κάθε κύτταρο. Υπάρχουν ωστόσο και κύτταρα με δύο πυρήνες, όπως το κύτταρο του πρωτόζωου Παραμέτσιουμ (Paramecium), ή κύτταρα με πολυάριθμους πυρήνες, όπως ορισμένα μυϊκά. Υπάρχουν όμως και κύτταρα, όπως είναι τα ερυθρά αιμοσφαίρια, που κατά τη διάρκεια της διαφοροποίησής τους χάνουν τον πυρήνα τους.

Το σχήμα του πυρήνα είναι συνήθως σφαιρικό ή ωοειδές και η διάμετρος του, αν και ποικίλλει, προσεγγίζει τα 5 μm. Σε μερικά κύτταρα βρίσκεται περίπου στο κέντρο τους, σε άλλα όμως δε φαίνεται να έχει σταθερή θέση.

 

Ο πυρήνας περιβάλλεται από τον πυρηνικό φάκελο ή πυρηνική μεμβράνη, που αποτελείται από δύο στοιχειώδεις μεμβράνες, μια εσωτερική και μια εξωτερική. Η παρατήρηση του πυρηνικού φακέλου με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο δείχνει ότι κατά διαστήματα παρουσιάζει πόρους, που σχηματίζονται από τη συνένωση της εσωτερικής με την εξωτερική μεμβράνη. Οι πυρηνικοί πόροι παίζουν σημαντικό ρόλο στην επικοινωνία του πυρήνα με το κυτταρόπλασμα, γιατί ελέγχουν τα μακρομόρια που ανταλλάσσονται μεταξύ τους.

Το εσωτερικό του πυρήνα καταλαμβάνεται από το πυρηνόπλασμα. Είναι μια ημίρρευστη ουσία, στην οποία περιέχονται το σύνολο σχεδόν του DNA του ευκαρυωτικού κυττάρου, ένας ή περισσότεροι πυρηνίσκοι και διάφορες χημικές ενώσεις (νουκλεοτίδια, ένζυμα, πρωτεΐνες κ.ά.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

εικόνα

Ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη η οποία ονομάζεται πυρηνική μεμβράνη ή πυρηνικός φάκελος. Στην επιφάνειά της διακρίνονται οι πυρηνικοί πόροι (Σχηματική απεικόνηση και φωτογραφία από μικροσκόπιο).

διάφορες χημικές ενώσεις (νουκλεοτίδια, ένζυμα, πρωτεΐνες κ.ά.).

Ο πυρηνίσκος είναι μια δομή που διακρίνεται εύκολα στο μικροσκόπιο από το σφαιρικό σχήμα της και την πυκνή υφή της. Αποτελείται κυρίως από RNA και DNA και δεν περιβάλλεται από στοιχειώδη μεμβράνη. Σ' αυτόν συντίθεται το rRNA (συστατικό των ριβοσωμάτων).

Ο ρόλος του πυρήνα για τη ζωή των κυττάρων είναι σημαντικός, αφού:
α. Φυλάσσει το γενετικό υλικό (DNA). Με βάση τις πληροφορίες που είναι καταγραμμένες σ' αυτό καθορίζονται οι ιδιότητες του κυττάρου, και κατ' επέκταση του οργανισμού, και ελέγχονται όλες οι κυτταρικές δραστηριότητες,
β. Είναι το οργανίδιο στο οποίο διπλασιάζεται το γενετικό υλικό, με τρόπο που εξασφαλίζει τη μεταβίβαση των γενετικών πληροφοριών, αναλλοίωτων, από κύτταρο σε κύτταρο αλλά και από γενιά σε γενιά,
γ. Είναι το οργανίδιο στο εσωτερικό του οποίου συντίθενται τα διάφορα είδη RNA από γενετικές πληροφορίες που φέρει το DNA.

Λεπτομέρειες για τις διαδικασίες αυτές θα γνωρίσουμε σε επόμενο κεφάλαιο.

Κάτι που δείχνει τη μεγάλη σημασία του πυρήνα για τη ζωή του κυττάρου είναι το γεγονός ότι κύτταρα τα οποία έχασαν τον πυρήνα τους κατά τη διαφοροποίησή τους (π.χ. ερυθρά αιμοσφαίρια) ή κύτταρα από τα οποία αφαιρέθηκε τεχνητά ο πυρήνας δεν αναπαράγονται και εμφανίζουν μικρό αριθμό μεταβολικών διεργασιών και περιορισμένη διάρκεια ζωής.

Ενδομεμβρανικό σύστημα

Σύμφωνα με την αντίληψη που επικρατεί στη σύγχρονη Βιολογία, οι μεμβράνες του κυττάρου συγκροτούν ένα ενιαίο δομικά και λειτουργικά σύνολο, το ενδομεμβρανικό σύστημα. Το σύστημα αυτό περιλαμβάνει τα ακόλουθα οργανίδια: ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi, λυσοσώματα, υπεροξειδιοσώματα και κενοτόπια.

• Ενδοπλασματικό δίκτυο: Είναι ένα πολυδαίδαλο σύνολο αγωγών και κύστεων το οποίο διασχίζει το κυτταρόπλασμα. Οι μεμβράνες του, που αποτελούν το 50% και πλέον των στοιχειωδών μεμβρανών του κυττάρου, συχνά εμφανίζονται συνδεδεμένες με την πλασματική μεμβράνη, τον πυρηνικό φάκελο ή τις μεμβράνες των υπόλοιπων οργανιδίων. Λόγω αυτών των συνδέσεων το ενδοπλασματικό δίκτυο λειτουργεί ως ένας κοινός αγωγός, που επιτρέπει τη μεταφορά ουσιών μεταξύ των διάφορων τμημάτων του

κυτταροπλάσματος και, ίσως, μεταξύ του πυρήνα και του εξωκυτταρικού περιβάλλοντος.

Οι μεμβράνες του παρέχουν επιφάνειες στις οποίες εδράζονται ένζυμα. Σε διαφορετικές περιοχές εδράζονται ένζυμα που εξυπηρετούν διαφορετικές αντιδράσεις του μεταβολισμού.

Στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο παρουσιάζεται με δύο μορφές, το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο και το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο. Το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο φέρει στην εξωτερική επιφάνεια των μεμβρανών του μικρούς σχηματισμούς, τα ριβοσώματα. Οι σχηματισμοί αυτοί δεν περιβάλλονται από μεμβράνη και αποτελούνται από rRNA και πρωτεΐνες. Στα ριβοσώματα γίνεται η πρωτεϊνοσύνθεση. Στη συνέχεια οι πρωτεΐνες που συντίθενται εισέρχονται στο εσωτερικό των αγωγών. Εκεί ενδέχεται να υποστούν τροποποιήσεις (π.χ. προσθήκη σακχάρων). Ριβοσώματα υπάρχουν όχι μόνο στην επιφάνεια των μεμβρανών του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου, αλλά και ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα, καθώς επίσης και στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες. Τα οργανίδια αυτά έχουν τη δυνατότητα να συνθέτουν, ανεξάρτητα από το κύτταρο, πρωτεΐνες που τους είναι απαραίτητες.

Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο, αν και αποτελεί συνέχεια του αδρού, διαφέρει από αυτό, γιατί δε φέρει ριβοσώματα και γιατί έχει περισσότερο σωληνοειδή εμφάνιση. Η λειτουργία του σχετίζεται με τη σύνθεση λιπιδίων και την εξουδετέρωση τοξικών ουσιών.

• Σύμπλεγμα Golgi: Αποτελείται από ομάδες παράλληλων πεπλατυσμένων σάκων από στοιχειώδη μεμβράνη. Είναι το οργανίδιο που συγκεντρώνει και τροποποιεί τις πρωτεΐνες που παράγονται στο αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο.

Η μεταφορά των πρωτεϊνών από το ενδοπλασματικό δίκτυο προς το σύμπλεγμα Golgi γίνεται είτε μέσω της φυσικής σύνδεσης των μεμβρανών των δύο οργανιδίων είτε με τη βοήθεια κυστιδίων. Στη δεύτερη περίπτωση, που είναι και η συνηθέστερη, οι πρωτεΐνες που έχουν παραχθεί στα ριβοσώματα του αδρού ενδοπλασματικού δικτύου συγκεντρώνονται και κλείνονται σε κυστίδια, τα οποία αποκόπτονται από το αδρό ενδοπλασματικό δίκτυο και συγχωνεύονται με τις μεμβράνες του συμπλέγματος Golgi. Εκεί υποβάλλονται σε μια τελική χημική επεξεργασία (προσθήκη μη πρωτεϊνικών μορίων). Τελικά «πακετάρονται» και πάλι σε κυστίδια Όσα από τα κυστίδια αυτά περιέχουν πρωτεΐνες, που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σε άλλα σημεία του οργανισμού, εξάγονται με τη διαδικασία της εξωκύττωσης. Τα υπόλοιπα μεταφέρουν τις πρωτεΐνες που περιέχουν εκεί όπου τις χρειάζεται το κύτταρο.

 

 

εικόναεικόνα

εικόνα

Σχηματική απεικόνιση και φωτογραφία από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο: (α) αδρού ενδοπλασματικού δικτύου, (β) λείου ενδοπλασματικού δικτύου, και (γ) συστήματος Golgi.

 

 

εικόνα

Ενδομεμβρανικό σύστημα του κυττάρου (πορεία παραγωγής και διάθεσης των πρωτεϊνών).

• Λυσοσώματα: Τα λυσοσώματα είναι σφαιρικά οργανίδια που περιβάλλονται από απλή στοιχειώδη μεμβράνη. Περιέχουν υδρολυτικά ένζυμα που βοηθούν στην πέψη μεγαλομοριακών ουσιών ενδοκυτταρικής ή εξωκυτταρικής προέλευσης, αλλά και μικροοργανισμών, που πιθανόν έχουν εισβάλει στο κύτταρο (ζωικό) με τη διαδικασία της ενδοκύττωσης. Αν τα δραστικότατα αυτά ένζυμα δε βρίσκονταν στο εσωτερικό των λυσοσωμάτων, αλλά ήταν ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα, τότε γρήγορα θα διασπούσαν και τα συστατικά του ίδιου του κυττάρου, οπότε θα το κατέστρεφαν. Στα φυτικά κύτταρα ως λυσοσώματα λειτουργούν ορισμένα χυμοτόπια.

• Υπεροξειδιοσώματα: Είναι μικρά σφαιρικά κυστίδια που περιβάλλονται από απλή στοιχειώδη μεμβράνη και περιέχουν οξειδωτικά ένζυμα, που βοηθούν διάφορες μεταβολικές διεργασίες. Ειδικά στα υπεροξειδιοσώματα των ηπατικών και νεφρικών κυττάρων γίνεται και η μετατροπή του οινοπνεύματος σε ακεταλδεΰδη. Εξασφαλίζεται έτσι η αποτοξίνωση του οργανισμού μας από το οινόπνευμα που καταναλώνουμε. Μια άλλη πολύ σημαντική προσφορά των υπεροξειδιοσωμάτων για τη ζωή του κυττάρου, και κατ' επέκταση του οργανισμού, είναι και η μετατροπή του υπεροξειδίου του υδρογόνου (Η202) σε οξυγόνο και νερό. Η μετατροπή αυτή είναι αναγκαία, γιατί το υπεροξείδιο του υδρογόνου που παράγεται κατά τις αντιδράσεις μεταβολισμού είναι ιδιαίτερα τοξικό.

εικόνα

Ο ρόλος των λυσοσωμάτων στην ενδοκυτταρική πέψη.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Η... ΑΛΛΗ ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΛΥΣΟΣΩΜΑΤΩΝ

Η δράση των λυσοσωμάτων εκδηλώνεται στη φαγοκυττάρωση, στην αυτοφαγία και στην αυτόλυση. Η φαγοκυττάρωση έχει ήδη αναφερθεί. Με την αυτοφαγία τα κύτταρα καλύπτουν τις ενεργειακές ανάγκες τους, όταν βρίσκονται σε συνθήκες ασιτίας. Τα λυσοσώματα περικυκλώνουν ένα οργανίδιο, οι μεμβράνες τους ενώνονται και έτσι δημιουργείται ένα κυστίδιο, που περιέχει το παγιδευμένο οργανίδιο. Τα υδρολυτικά ένζυμα, που απελευθερώνονται στο εσωτερικό του κυστιδίου, διασπούν τα μακρομόρια του οργανιδίου και τα μονομερή, που προκύπτουν από τη διάσπαση, επιστρέφουν στο κυτταρόπλασμα. Κατά την αυτόλυση, το ίδιο το κύτταρο απελευθερώνει τα υδρολυτικά ένζυμα των λυσοσωμάτων στο κυτταρόπλασμά του και έτσι λύεται. Η αυτόλυση είναι η προγραμματισμένη «αυτοκτονία» των κυττάρων. Για παράδειγμα, κατά τη μετατροπή του γυρίνου σε βάτραχο η ουρά αποκόπτεται, με καταστροφή των κυττάρων της, λόγω αυτόλυσης.

Λύση μιτοχονδρίου με τη βοήθεια των λυσοσωμάτων.

εικόνα

• Κενοτόπια: Με τον όρο κενοτόπιο αναφερόμαστε σε κάθε κυστίδιο που περιβάλλεται από απλή στοιχειώδη μεμβράνη και περιέχει ένα υδατώδες υγρό. Στα ζωικά κύτταρα υπάρχουν διάφορα είδη κενοτοπίων. Παράδειγμα αποτελούν τα πεπτικά κενοτόπια, που δημιουργούνται κατά την ενδοκύττωση μικροοργανισμών και σωματιδίων τροφής.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα κενοτόπια των φυτικών κυττάρων, που ονομάζονται χυμοτόπια. Τα χυμοτόπια αποτελούν συνήθως αποθήκες θρεπτικών ουσιών (π.χ, σακχαρόζης), χρωστικών ή ιόντων διαλυμένων στο υδατώδες υγρό. Σε ορισμένες περιπτώσεις αποθηκεύουν επίσης άχρηστα προϊόντα του μεταβολισμού.

Χλωροπλάστες και μιτοχόνδρια - Οι μετατροπείς ενέργειας των κυττάρων

Τα κύτταρα χρειάζονται ενέργεια, για να διατηρήσουν τη δομή και τη λειτουργικότητά τους. Την ενέργεια αυτή την αντλούν συνεχώς από το περιβάλλον τους. Δεν αρκεί όμως μόνο η εισαγωγή ενέργειας στα κύτταρα. Χρειάζεται και η μετατροπή της σε μορφή τέτοια, που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τα κύτταρα για την παραγωγή έργου (μηχανικού, χημικού, μεταφοράς ουσιών κ.τλ.), από το οποίο εξαρτάται η επιβίωση τους.

Τα οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου τα εξειδικευμένα στη μετατροπή της εξωτερικής ενέργειας σε χρησιμοποιήσιμη μορφή είναι οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια.

• Χλωροπλάστες: Υπάρχουν μόνο στα κύτταρα των πράσινων τμημάτων των φυτών. Στα οργανίδια αυτά γίνεται η φωτοσύνθεση.

Οι χλωροπλάστες περιβάλλονται από διπλή στοιχειώδη μεμβράνη. Στο εσωτερικό τους υπάρχει μια ρευστή μάζα, το στρώμα, στο οποίο περιέχονται πεπλατυσμένα κυστίδια, τα θυλακοειδή, που στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο, ώστε να σχηματίσουν σωρούς, τα grana, στα οποία περιέχονται μόρια χλωροφύλλης. Υπάρχουν επίσης μεμονωμένες μεμβρανώδεις δομές, τα ελασμάτια, που συνδέουν τα grana μεταξύ τους.

Στο στρώμα του χλωροπλάστη βρίσκεται και DNA, όπως επίσης ένζυμα και ριβοσώματα, που του επιτρέπουν να διαιρείται και να δίνει θυγατρικά οργανίδια, αλλά και να συνθέτει μερικές από τις πρωτεΐνες του, χωρίς να εξαρτάται ολοκληρωτικά από το γενετικό υλικό του πυρήνα.

Οι χλωροπλάστες ανήκουν σε μια ευρύτερη κατηγορία οργανιδίων των φυτικών κυττάρων, που ονομάζονται πλαστίδια, Στα πλαστίδια ανήκουν και οι άχρωμοι αμυλοπλάστες, που βρίσκονται στα κύτταρα των ριζών

 

 

εικόνα

Η οργάνωση του χλωροπλάστη: (α) ηλεκτρονική μικροφωτογραφία και (β) σχηματική απεικόνιση

των φυτών και αποτελούν αποθήκες αμύλου, καθώς επίσης οι χρωμοπλάστες, που περιέχουν χρωστικές και βρίσκονται στα άνθη, στα φύλλα και στους καρπούς.

• Μιτοχόνδρια: Τα μιτοχόνδρια υπάρχουν σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα (φωτοσυνθετικά και μη), με εξαίρεση τα ώριμα ερυθρά αιμοσφαίρια. Είναι τα οργανίδια στα οποία γίνεται μετατροπή της ενέργειας σε μορφή που να μπορεί να αξιοποιηθεί για τις διάφορες λειτουργίες του κυττάρου.

Το σχήμα των μιτοχονδρίων ποικίλλει (επίμηκες, σφαιρικό ή ωοειδές), όπως ποικίλλει και ο αριθμός τους στους διάφορους τύπους κυττάρων. Γενικώς, κύτταρα που έχουν υψηλές απαιτήσεις σε χημική ενέργεια, όπως τα μυϊκά, έχουν και πάρα πολλά μιτοχόνδρια, ενώ κύτταρα με μικρότερες ενεργειακές απαιτήσεις έχουν μικρότερο αριθμό μιτοχονδρίων.

Όπως οι χλωροπλάστες, έτσι και τα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από διπλή στοιχειώδη μεμβράνη. Η εξωτερική μεμβράνη είναι λεία, ενώ η εσωτερική παρουσιάζει αναδιπλώσεις προς το εσωτερικό του μιτοχονδρίου. Στις αναδιπλώσεις αυτές εντοπίζονται διάφορα ένζυμα. Όπως στους χλωροπλάστες, έτσι και στα μιτοχόνδρια ο χώρος μέσα από την εσωτερική μεμβράνη καλύπτεται από μια παχύρρευστη μάζα, τη μήτρα του μιτοχονδρίου.

Στη μήτρα του μιτοχονδρίου, όπως και στο στρώμα του χλωροπλάστη, υπάρχουν DNA, ένζυμα και ριβοσώματα.

Τα οργανίδια δηλαδή αυτά διαθέτουν τον απαραίτητο εξοπλισμό, που τους εξασφαλίζει μια σχετική γενετική αυτοδυναμία. Χάρη σ' αυτό το μηχανισμό μπορούν να παράγουν ορισμένες πρωτεΐνες και να διπλασιάζονται ανεξάρτητα από το διπλασιασμό του κυττάρου.

εικόνα

Η οργάνωση του μιτοχονδρίου: (α) ηλεκτρονική μικροφωτογραφία και (β) σχηματική απεικόνιση

 

εικόνα

 

Η σχετική γενετική αυτοδυναμία που διαθέτουν τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες οδήγησε στην υπόθεση ότι πρόκειται για προκαρυωτικούς οργανισμούς, οι οποίοι σε ένα από τα πρώιμα στάδια της εξέλιξης εισέδυσαν στο ευκαρυωτικό κύτταρο και έκτοτε συμβιώνουν με αυτό.

Κυτταρικός σκελετός

Πριν από λίγες μόλις δεκαετίες οι βιολόγοι αντιλαμβάνονταν το εσωτερικό του κυττάρου ως μια ημίρρευστη άμορφη μάζα, μέσα στην οποία αιωρούνταν ή επέπλεαν τα οργανίδια. Οι σύγχρονες όμως τεχνικές της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας έχουν αποκαλύψει ότι το κυτταρόπλασμα των ευκαρυωτικών κυττάρων διασχίζεται από ένα πολύμορφο πλέγμα ινιδίων, τα οποία συγκροτούν τον κυτταρικό σκελετό.

Χάρη στον κυτταρικό σκελετό, που αποτελείται από μικροϊνίδια, μακροϊνίδια, ενδιάμεσα ινίδια και μικροσωληνίσκους, τα κύτταρα υποστηρίζονται μηχανικά. Μπορούν έτσι να διατηρούν το σχήμα τους, όπως μπορούν και να το μεταβάλλουν. Χάρη στον κυτταρικό σκελετό τα οργανίδια συγκρατούνται στη θέση τους, αλλά και βοηθούνται στην κίνηση τους στο εσωτερικό του κυττάρου. Στα ζωικά κύτταρα σχηματίζεται από μικροσωληνίσκους το κεντροσωμάτιο, το οποίο αποτελείται από δύο κεντρίλια και συμβάλλει στην κυτταρική διαίρεση.

Τέλος ο κυτταρικός σκελετός βοηθά την κίνηση και του ίδιου του κυττάρου, όταν αυτό είναι απαραίτητο.

 

εικόνα

Ο κυτταρικός σκελετός στηρίζει και συγκρατεί τα οργανίδια του κυττάρου στη θέση τους. Τα ινίδια, που τον αποτελούν, διατρέχουν το κύτταρο απ' άκρη σ' άκρη: (α) σχηματική απεικόνιση τμήματος του κυτταρικού σκελετού και (β) φωτογραφία από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Κυτταρικό τοίχωμα

Παρά το ότι η πλασματική μεμβράνη θεωρείται το εξωτερικό σύνορο του κυττάρου, πολλά κύτταρα διαθέτουν και πρόσθετα περιβλήματα. Από τα σημαντικότερα είναι το κυτταρικό τοίχωμα των φυτικών κυττάρων, το οποίο αποτελεί στοιχείο διάκρισης ανάμεσα στα φυτικά και στα ζωικά κύτταρα. Είναι ένα σχετικά ανθεκτικό εξωτερικό περίβλημα, που αποτελείται από

διάφορους πολυσακχαρίτες. Ο κυριότερος από αυτούς είναι η κυτταρίνη.

Το κυτταρικό τοίχωμα είναι συμπαγές και ικανό να ανθίσταται σε ισχυρές πιέσεις. Προστατεύει έτσι το φυτικό κύτταρο από διάρρηξη, όταν βρίσκεται σε υποτονικό περιβάλλον, και, επειδή του προσδίδει ανθεκτικότητα και ελαστικότητα, προσφέρει «σκελετική» υποστήριξη σε ολόκληρο το φυτό.

 

 

ΔΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΥ ΣΚΕΛΕΤΟΥ

Μικροσωληνίσκοι: Υπάρχουν σε όλα τα είδη των ευκαρυωτικών κυττάρων και εμφανίζονται με τη μορφή κοίλων κυλίνδρων. Το τοίχωμα τους αποτελείται από δύο είδη πρωτεϊνών (τουμπουλίνη α και β). Στα ζωικά κύτταρα οι μικροσωληνίσκοι συμμετέχουν στο σχηματισμό της μιτωτικής ατράκτου και του κεντροσωματίου. Η μιτωτική άτρακτος και το κεντροσωμάτιο, το οποίο έχει τη δυνατότητα να αυτοδιπλασιάζεται, παίζουν σημαντικό ρόλο στη διαίρεση των ζωικών κυττάρων.

εικόνα              εικόνα
Κεντροσωμάτιο

Κατά τη διαίρεση των φυτικών κυττάρων οι μικροσωληνίσκοι συγκροτούν το φραγμοπλάστη, ο οποίος προσδιορίζει τη θέση των θυγατρικών κυτταρικών τοιχωμάτων. Τέλος, αποτελούν τα κύρια δομικά συστατικά των βλεφαρίδων και των μαστιγίων, που υπάρχουν σε ορισμένα κύτταρα και εξυπηρετούν την κίνηση ή τη σύλληψη της τροφής.

Μικροϊνίδια: Αντίθετα από τους μικροσωληνίσκους, τα μικροϊνίδια είναι συμπαγείς κύλινδροι και έχουν μικρότερη διάμετρο. Αποτελούνται από μία πρωτεΐνη (ακτίνη) και συμβάλλουν στις κυτταρικές κινήσεις. Τα μικροϊνίδια είναι περισσότερο γνωστά από το ρόλο τους στη σύσπαση των μυϊκών κυττάρων.

Ενδιάμεσα ινίδια: Όπως φαίνεται και από την ονομασία τους, έχουν διάμετρο ενδιάμεση της διαμέτρου των μικροσωληνίσκων και των μικροινιδίων. Αν και δεν είναι γνωστή στις λεπτομέρειές της η λειτουργία τους, πιστεύεται ότι και αυτά συμβάλλουν στη διατήρηση του σχήματος των κυττάρων και στη συγκράτηση των οργανιδίων σε καθορισμένες θέσεις.

 

 

Πίνακας: διαφορές μεταξύ ευκαρυωτικών κυττάρων

ΟΡΓΑΝΙΔΙΟ/ΔΟΜΗ
ΚΥΤΤΑΡΟ
ΦΥΤΙΚΟ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ
(φωτοσυνθετικό)
ΖΩΙΚΟ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ
Πλασματική μεμβράνη
+
+
Κυτταρικό τοίχωμα
+
-
Πυρήνας
+
+
Χρωμοσώματα
+
+
Ριβοσώμα
+
+
Ενδοπλασματικό δίκτυο
+
+
Σύμπλεγμα Golgi
+
+
Λυσοσώματα
-
(μερικά χυμοτόπια
λειτουργούν ως λυσοσώματα)
+
Υπεροξειδιοσώματα
+
+
Χυμοτόπια
+
-
Χλωροπλάστες
+
-
Μιτοχόνδρια
+
+
Κεντροσωμάτιο
-
+

εικόνα


ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Η θεμελιώδης δομική και λειτουργική μονάδα όλων των οργανισμών είναι το κύτταρο. Η λειτουργία των οργανισμών είναι το αποτέλεσμα της συλλογικής δράσης και αλληλεπίδρασης των κυττάρων που τους αποτελούν. Το κύτταρο έχει σχετικά μικρό όγκο και περιβάλλεται από την πλασματική μεμβράνη. Η πλασματική μεμβράνη: α) Ελέγχει το είδος των ουσιών που εισέρχονται ή εξέρχονται από το κύτταρο. Αυτό επιτυγχάνεται είτε με παθητική διάχυση είτε με ενεργητική μεταφορά ή με ενδοκύττωση και εξωκύττωση. β) Συμμετέχει στην υποδοχή και ερμηνεία μηνυμάτων από το περιβάλλον.

Ένα τυπικό κύτταρο περιέχει στο κυτταρόπλασμά του: Τον πυρήνα, που περιβάλλεται από τον πυρηνικό φάκελο και φέρει στο εσωτερικό του το γενετικό υλικό. Το ενδομεμβρανικό σύστημα, που περιλαμβάνει τα οργανίδια: ενδοπλασματικό δίκτυο (αδρό και λείο), σύμπλεγμα Golgi, λυσοσώματα, υπεροξειδιοσώματα και κενοτόπια (πεπτικά ζωικά κύτταρα και χυμοτόπια στα φυτικά). Τους μετατροπείς ενέργειας, δηλαδή τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες. Τον κυτταρικό σκελετό, που αποτελείται από σχηματισμούς πρωτεϊνικής φύσης, τους μικροσωληνίσκους, τα μικροϊνίδια και τα ενδιάμεσα ινίδια. Τα φυτικά κύτταρα διαφέρουν από τα ζωικά, γιατί τα πρώτα περιέχουν χλωροπλάστες, περιβάλλονται από κυτταρικό τοίχωμα και στερούνται κεντροσωματίου.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ
ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ
ΑΣΚΗΣΕΙΣ
ΠΡΟΒΛHΜΑΤΑ
  1. Περιγράψτε τη δομή της πλασματικής μεμβράνης. Στην απάντησή σας να αναφερθείτε στη διευθέτηση των χημικών μορίων που συνθέτουν τη δομή αυτή και να εξηγήσετε τον τρόπο με τον οποίο η διευθέτηση αυτή επηρεάζει τη λειτουργικότητά της.
  2. Σημειώστε την ένδειξη Σ ή Λ δίπλα σε κάθε πρόταση, ανάλογα με το αν το νόημά της είναι αντίστοιχα σωστό ή λάθος.
    α) Ο πυρήνας του κυττάρου περιβάλλεται από απλή στοιχειώδη μεμβράνη,
    β) Στο λείο ενδοπλασματικό δίκτυο γίνεται το 7% της πρωτεϊνοσύνθεσης ενός ευκαρυωτικού κυττάρου.
    γ) Το σύμπλεγμα Golgi αποτελείται από ομάδες παράλληλων πεπλατυσμένων σάκων,
    δ) Τα υπεροξειδιοσώματα είναι κυτταρικά οργανίδια που δεν περιβάλλονται από καμία μεμβράνη,
    ε) Ο πυρηνίσκος του κυττάρου βρίσκεται στο εσωτερικό του μιτοχονδρίου,
    στ) Η πλασματική μεμβράνη είναι διπλή στοιχειώδης μεμβράνη,
    ζ) Στο ενδομεμβρανικό σύστημα του κυττάρου ανήκουν τα υπεροξειδιοσώματα.
    η) Το κυτταρικό τοίχωμα αποτελείται από κυτταρίνη.
    θ) Η αντλία ιόντων Κ+ - Να+ μεταφέρει τα ιόντα έξω και μέσα στο κύτταρο με διαδικασία ίδια με την ώσμωση,
    ι) Οι φυσιολόγοι διακρίνουν 5 τύπους μεταφοράς ουσιών μέσω της κυπαρικής μεμβράνης,
    κ) Κάθε μεμβράνη του κυττάρου που διαθέτει μονόστιβη δομή φωσφολιπιδίων ονομάζεται στοιχειώδης μεμβράνη.
    λ) Στο μοντέλο του υγρού μωσαϊκού η διπλοστιβάδα λιπιδίων αποτελείται από ουδέτερα λιπίδια,
    μ) Κάθε κύτταρο προέρχεται από προϋπάρχον κύτταρο.
    ν) Ευκαρυωτικό κύτταρο είναι αυτό που δε διαθέτει καθόλου πυρήνα.
  3. Σημειώστε την ένδειξη Σ ή Λ δίπλα σε κάθε πρόταση, ανάλογα με το αν το νόημά της είναι αντίστοιχα σωστό ή λάθος.
    α) Το σύστημα Golgi περιέχει DNA.
    β) Ο πυρήνας του κυττάρου περιβάλλεται από τον πυρηνικό φάκελο ο οποίος δεν έχει τη δομή στοιχειώδους μεμβράνης.
    γ) Το ενδομεμβρανικό δίκτυο περιλαμβάνει μόνο το ενδοπλασματικό δίκτυο και το σύστημα Golgi.
    δ) Στα ριβοσώματα γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών.
    ε) Το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο περιέχει υδρολυτικά ένζυμα που διασπούν τα συστατικά του κυττάρου.
    στ) Όλα τα φυτικά κύτταρα περιέχουν χλωροπλάστες.
  4. Σημειώστε την ένδειξη Σ ή Λ δίπλα σε κάθε πρόταση, ανάλογα με το αν το νόημά της είναι αντίστοιχα σωστό ή λάθος.
    α) Στο μιτοχόνδριο παράγεται ενέργεια αξιοποιήσιμη από τα κύτταρα.
    β) Τα πλαστίδια ανήκουν στην ευρύτερη κατηγορία των χλωροπλαστών.
    γ) Μία κατηγορία ριβοσωμάτων είναι οι αμυλοπλάστες.
    δ) Το εσωτερικό των χλωροπλαστών είναι ημίρευστη μάζα και λέγεται στρώμα,
    ε) Τα υπεροξειδιοσώματα είναι κυστίδια του συμπλέγματος Golgi.
    στ) Τα κύτταρα που διαθέτουν κυτταρικό τοίχωμα δε διαθέτουν κυτταρική μεμβράνη.
  5. Συχνά συναντάμε τους όρους: υδρόφοβοι δεσμοί ή έλξεις μεταξύ υδρόφοβων τμημάτων μακρομορίων. Σε ποιες περιπτώσεις αναφέρονται και ποια η σημασία τους για τα βιολογικά συστήματα.

6. Το διάγραμμα δείχνει τμήμα μιας υποτιθέμενης πλασματικής μεμβράνης, σύμφωνα με το μοντέλο του «ρευστού μωσαϊκού»:

εικόνα

α. Ονομάστε τα μόρια Α και Β που βλέπετε στο διάγραμμα.
β. Γιατί κατά τη γνώμη σας το μοντέλο περιγράφεται ως «ρευστό»;
γ. Να αναφέρετε δύο λειτουργίες της μεμβράνης που έχουν σχέση με τα μόρια Β.

7. Ένα τεχνητό κύτταρο το οποίο περιβάλλεται από ημιπερατή μεμβράνη και περιέχει ένα διάλυμα σακχαρόζης και γλυκόζης τοποθετείται μέσα σε ένα διάλυμα που περιέχει σακχαρόζη, γλυκόζη και φρουκτόζη. Αν η μεμβράνη του είναι διαπερατή από το νερό και τους μονοσακχαρίτες, αλλά είναι τελείως αδιαπέραστη στους δισακχαρίτες και οι συγκεντρώσεις των σακχάρων είναι αυτές που φαίνονται στο σχήμα, να απαντήσετε στις εξής ερωτήσεις:

εικόνα

  1. Ποιο σάκχαρο εξάγεται από το κύτταρο και γιατί;
  2. Ποιο σάκχαρο εισάγεται στο κύτταρο και γιατί;
  3. Το τεχνητό κύτταρο θα φουσκώσει ή θα συρρικνωθεί και γιατί;

8. Στους πίνακες που ακολουθούν σημειώνονται οι αρχικές και οι τελικές συγκεντρώσεις (ενδοκυτταρικές και εξωκυτταρικές) τριών ουσιών ενός αερόβιου κυττάρου που διαμετακινήθηκαν μέσω της πλασματικής μεμβράνης.

εικόνα

Να απαντήσετε στις ακόλουθες ερωτήσεις:

  1. Ποια - ες ουσία - ες μεταφέρθηκε - αν με παθητική μεταφορά (διάχυση), ποια - ες με ενεργητική μεταφορά και γιατί;
  2. Αν η παροχή οξυγόνου στο κύτταρο περιοριστεί, ποιας ή ποιων ουσιών θα επιβραδυνθεί αντίστοιχα η μεταφορά και γιατί;
  3. Να ονομάσετε μια κυτταρική λειτουργία στην οποία σημαντικό ρόλο παίζει η παθητική μεταφορά και μια κυτταρική λειτουργία στην οποία σημαντικό ρόλο παίζει η ενεργητική μεταφορά.
  1. Να περιγράψετε τον τρόπο με τον οποίο εισάγονται και εξάγονται από τα κύτταρα ουσίες μεγάλου μοριακού βάρους και σωματίδια τροφής.

9. Ποιες θα ήταν οι συνέπειες για τη ζωή ενός ζωικού κυττάρου, αν, με κάποιο τρόπο, αφαιρούσαμε από την κυτταρική μεμβράνη του τις απλές και τις σύνθετες πρωτεΐνες;

10. Σχολιάστε το ρόλο των μεμβρανών στα μιτοχόνδρια, στο ενδοπλασματικό δίκτυο και στον πυρήνα.

11. Σήμερα γνωρίζουμε ότι υπάρχει ένα σύστημα μεμβρανών το οποίο συνδέει τον πυρήνα με την πλασματική μεμβράνη. Περιγράψτε τα κυριότερα από τα οργανίδια ή τους σχηματισμούς που συμμετέχουν στο σύστημα αυτό, με αναφορά στην εσωτερική λειτουργική σχέση τους.

12.Ο πίνακας που δίνεται στη συνέχεια αναφέρεται σε ένα ηπατικό και ένα φωτοσυνθετικό φυτικό κύτταρο, καθώς και σε δομές που θα μπορούσαν να υπάρχουν σ' αυτά:

Δομή Κύτταρα
Ηπατικό Φωτοσυνθετικό
Πυρηνικός φάκελος    
Κυτταρικό τοίχωμα    
Αμυλόκοκκοι    
Χλωροπλάστες    
Σύμπλεγμα Golgi    
Ριβοσώματα    
Μιτοχόνδρια    

Αν η δομή υπάρχει σε καθένα από τα τρία είδη κυττάρων, βάλτε ένα (+) στο αντίστοιχο τετράγωνο και, αν δεν υπάρχει, βάλτε ένα (-).

13. Ονομάστε και περιγράψτε το οργανίδιο με το οποίο είναι συνδεδεμένη η κυτταρική πέψη. Ποια είναι, συνοπτικά, η πορεία της λειτουργίας αυτής;

14. Να αναφέρετε και να περιγράψετε μορφολογικά δύο κυτταρικά οργανίδια που σχετίζονται με τη μετατροπή της ενέργειας σε μορφή αξιοποιήσιμη από το κύτταρο. Ποιος είναι ο ρόλος καθενός από αυτά στη ζωή του κυττάρου;

15. Περιγράψτε τις διαδικασίες που απεικονίζονται στο διάγραμμα που ακολουθεί:

εικόνα

16. Στο διάγραμμα παρουσιάζονται οι διαδοχικές φάσεις μιας συγκεκριμένης κυτταρικής διαδικασίας:

εικόνα

α. - Ονομάστε τις δομές που σημειώνονται με τα γράμματα Α, Β, Γ, Δ, Ε.
- Σημειώστε με το γράμμα Ζ τη δομή όπου παράγεται το πρωτεϊνικό περιεχόμενο του Δ.
- Ποιος είναι ο ρόλος του Ε στη σύνθεση αυτής της πρωτεΐνης;
- Ποια είναι η λειτουργία που το Δ μπορεί να κάνει στα κύτταρα ενός οργανισμού;
β. - Ονομάστε τη διαδικασία που περιγράφεται στο διάγραμμα, με την οποία μεγαλομοριακές ενώσεις εισέρχονται στο κύτταρο.
- Αυτή η διαδικασία είναι συνήθης σε ορισμένα λευκά αιμοσφαίρια. Να υποθέσετε ένα λόγο για τον οποίο αυτή η κυτταρική λειτουργία είναι σημαντική για τον οργανισμό.
- Ονομάστε μια ομάδα οργανισμών οι οποίοι τρέφονται χρησιμοποιώντας την παραπάνω διαδικασία.

17. Ποιες είναι οι διαφορές, δομικές και λειτουργικές, ανάμεσα στα μέρη των ακόλουθων ζευγαριών κυτταρικών δομών:
α. πλασματική μεμβράνη - πυρηνική μεμβράνη,
β. μιτοχόνδριο - χλωροπλάστης,
γ. λυσοσώματα - υπεροξειδιοσώματα.

18. Από το εσωτερικό περίβλημα στομάχου θηλαστικού απομονώθηκαν κύτταρα που εκκρίνουν το ένζυμο πεψινογόνο. Τα κύτταρα αυτά διατηρήθηκαν σε κατάλληλο θρεπτικό υλικό, που περιείχε αμινοξέα σημασμένα με ραδιενεργά ισότοπα. Σε κανονικά διαστήματα λαμβάνονταν από την καλλιέργεια κύτταρα και γινόταν παρατήρησή τους στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
Στη συνέχεια βλέπετε το διάγραμμα ενός πεπτικού κυττάρου με ό,τι μπορεί να παρατηρηθεί στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Στην αριστερή πλευρά του σχήματος αναγράφεται ο χρόνος που χρειάστηκε, για να εμφανιστεί η σήμανση στα διάφορα κυτταρικά οργανίδια:

εικόνα

α. Ονομάστε τα οργανίδια Α έως και Δ.
β. Περιγράψτε συνοπτικά την ακολουθία των γεγονότων που έχουν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση της σήμανσης, σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα, στα οργανίδια Α έως Γ.
γ. Περιγράψτε συνοπτικά το ρόλο του πυρήνα στη σύνθεση του πεψινογόνου.
δ. Με ποιο τρόπο πιστεύετε ότι θα οδηγηθεί έξω από το κύτταρο το υλικό που περιέχεται στα οργανίδια Ε;
ε. Εξηγήστε γιατί είναι απαραίτητος ένας σχετικά μεγάλος αριθμός οργανιδίων Δ στα εκκριτικά κύτταρα.

19. Στην κορυφή του ανθρώπινου σπερματοζωαρίου υπάρχει μια μικρή διόγκωση, η οποία περιέχει ένζυμα που βοηθούν το σπερματοζωάριο να εισέλθει στο ωάριο. Κοντά στη μεμβράνη, προς το εσωτερικό του σπερματοζωαρίου, υπάρχουν πολλά κυστίδια. Περιγράψτε τον τρόπο με τον οποίο υποθέτετε ότι ελευθερώνονται τα ένζυμα από την κορυφή του σπερματοζωαρίου.

ΑΣ ΕΡΕΥΝΗΣΟΥΜΕ...

  1. Αξιοποιώντας όσα γνωρίζετε και όσα μπορείτε να βρείτε ανατρέχοντας σε άλλες πηγές, προσπαθήστε, με επιστημονικά στοιχεία και παραδείγματα, να αιτιολογήσετε το γεγονός ότι η κυτταρική επιφάνεια έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για ορισμένα θέματα που αφορούν την υγεία.
  2. Υπάρχει μια κληρονομική ασθένεια (glycogen cardiomyopathy). Νεαρά σε ηλικία άτομα που πάσχουν από αυτήν εμφανίζουν μυϊκή αδυναμία, η οποία επηρεάζει την καρδιά, όπως και άλλους μυς. Δείγματα προσβεβλημένων μυϊκών κυττάρων, τα οποία εξετάστηκαν, εμφανίζονται να περιέχουν πολύ μεγάλο αριθμό λυσοσωμάτων, διογκωμένα με γλυκογόνο. Προσπαθήστε, με τη βοήθεια σχετικής βιβλιογραφίας ή ειδικών επιστημόνων, να καταγράψετε τις διαφοροποιήσεις που συμβαίνουν σε κυτταρικούς μηχανισμούς, οι οποίες έχουν ως συνέπεια τα συγκεκριμένα προβλήματα.
  3. Ένα είδος αμοιβάδας, η Pelomyxa pallustris, είναι ένας μονοκύτταρος ευκαρυωτικός οργανισμός που δε διαθέτει μιτοχόνδρια. Περιέχει όμως συμβιωτικά βακτήρια, τα οποία μπορούν να ζουν σε περιβάλλον με οξυγόνο και να το χρησιμοποιούν. Μπορεί αυτή η παρατήρηση να ενισχύσει ή να αποδυναμώσει τη θεωρία που υποστηρίζει την ενδοσυμβιωτική προέλευση των ευκαρυωτικών κυττάρων; Τεκμηριώστε την απάντηση σας με επιστημονικά στοιχεία.
  4. Προσθέτουμε μια σταγόνα διαλύματος 5% NaCl πάνω σε φύλλα του υδρόβιου φυτού Elodea. Στη συνέχεια, αν παρατηρήσουμε τα φύλλα στο μικροσκόπιο, θα διαπιστώσουμε ότι υπάρχουν άχρωμες περιοχές στην περιφέρεια κάθε κυττάρου, που οφείλονται στο ότι οι κυτταρικές μεμβράνες συρρικνώνονται και αποκολλώνται από τα κυτταρικά τοιχώματα. Αξιοποιώντας τις γνώσεις σας από τη Χημεία και τη Βιολογία, προσπαθήστε να εξηγήσετε τι συνέβη στα κύτταρα αυτά.