Δομές κοινές σε όλα τα κύτταρα

 ===== Δομές κοινές σε όλα τα κύτταρα =====

[5.10: Case Study Tired Conclusion and Chapter Summary - Biology LibreTexts](https://bio.libretexts.org/Courses/Butte_College/BC%3A_BIOL_2_-_Introduction_to_Human_Biology_(Grewal)/Text/05%3A_Cells/5.10%3A_Case_Study_Tired_Conclusion_and_Chapter_Summary)

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.