Δομή-Λειτουργία ΟΡΓΑΝΙΔΙΑ ΤΟΥ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΎ ΚΥΤΤAΡΟΥ

Transcript

1 Δομή-Λειτουργία ΟΡΓΑΝΙΔΙΑ ΤΟΥ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΎ ΚΥΤΤAΡΟΥ

2

3 Ενδοπλασματικό Δίκτυο Σύστημα μεμβρανών, που σχηματίζουν αγωγούς, οι οποίοι στην εξωτερική τους επιφάνεια φέρουν μικρούς σφαιρικούς σχηματισμούς, τα ριβοσώματα (ριβοσώματα υπάρχουν και στο κυτταρόπλασμα). Στα ριβοσώματα γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών. Στο Ε.Δ. μπορεί να γίνει μερική τροποποίηση των πρωτεϊνών Ριβοσώματα Είναι μικρά μη μεμβρανικά σφαιρικά σύμπλοκα πρωτεϊνών και rrna, που υπάρχουν είτε ελεύθερα ή στο Α.Ε.Δ. Στα ριβοσώματα πραγματοποιείται η πρωτεϊνοσύνθεση

4 Ενδοπλασματικό δίκτυο (ΕΔ) Οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου Χαρακτηριστικά o Σύμπλοκη μάζα ενδοκυτταρικών μεμβρανών που περικλείουν χώρους (lumen) γεμάτους με υγρό. oκαταλαμβάνουν το 10% του κυτταρικού χώρου oαποτελούν το 50% του συνόλου των μεμβρανών oπολλαπλά διαμερίσματα oοι μεμβράνες του ΕΔ, η πυρηνική μεμβράνη και η κυτταρική μεμβράνη συνδέονται oπλήθος ενζύμων καταλύουν διαφορετικές βιοχημικές αντιδράσεις oδύο κατηγορίες ΕΔ Αδρό ή κοκκιώδες (με ριβοσώματα) Λείο (χωρίς ριβοσώματα)

5 Οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου Ενδοπλασματικό δίκτυο Αδρό ΕΔ 1. Οριοθετούν τα ριβοσώματα 2. Συνθέτουν πρωτεΐνες Λείο ΕΔ 1. Συνθέτουν λιπίδια και στεροειδή 2. Μεταβολίζουν τους υδατάνθρακες και τα στεροειδή 3. Ρυθμίζουν την συγκέντρωση του ασβεστίου, φαρμακολογική αποτοξίνωση

6 Οργανίδια του ευκαρυωτικού κυττάρου Ενδοπλασματικό δίκτυο

7 ριβόσωμα Ενδοπλασματικό δίκτυο Σύνθεση πρωτεϊνών

8 Ενδοπλασματικό δίκτυο Σύνθεση πρωτεϊνών Η πρωτεϊνοσύνθεση στο μικροσκόπιο

9 Πρωτεϊνοσύνθεση στο Ενδοπλασματικό Δίκτυο Τo mrna έχουν στο άκρο μια αλληλουχία βάσεων τον «οδηγητή» Μετάφραση του οδηγητή και δημιουργία του πεπτιδίου οδηγητής. Πρόσδεση σε ειδικές θέσεις στην επιφάνεια του ΕΔ. Το πεπτίδιο οδηγητής αποκόπτεται με ειδική πεπτιδάση. Συνέχιση της πρωτεϊνοσύνθεσης. Είσοδος των νέων πρωτεϊνών στο χώρο του ΕΔ.

10 Συσκευή Golgi Σύστημα Golgi Το σύστημα Golgi είναι είναι ένα σύνολο πεπλατυσμένων μεμβρανικών κυστιδίων. Οι πρωτεϊνες περνούν διαμέσου του ενδοπλασματικού δικτύου στο Σύστημα Golgi, για να πάρουν την τελική μορφή τους στο χώρο. Στη συνέχεια μεταφέρονται σε διάφορα σημεία του κυττάρου, καθώς και έξω από αυτό.

11 Συσκευή Golgi Αποτελείται από ένα σύνολο πολυάριθμων αθροισμάτων δισκοειδών κυστιδίων που εμφανίζουν προς την πλευρά του ΕΔ (cis Golgi) μικρά κυστίδια, ενώ προς την πλευρά της πλασματικής μεμβράνης (trans Golgi), διογκωμένα εκκριτικά κυστίδια. Στο σύμπλεγμα Golgi φτάνουν οι νέες πρωτεΐνες και λιπίδια από το ΕΔ. Επεξεργασία και κατανομή τους στην πλασματική μεμβράνη, στα λυσοσώματα ή εκκρίνονται μέσω εκκριτικών κυστιδίων. Το σύμπλεγμα Golgi περιέχει πολλά νουκλεοτίδια και ένζυμα για την γλυκοζυλίωση λιπιδίων και πρωτεϊνών. Οι γλυκοζυλιωμένες πρωτεΐνες θα υποστούν ωρίμανση δηλαδή κόψιμο απομάκρυνση τμημάτων και τροποποίηση των αμινοξέων. Κατά τη διαδικασία της διαλογής, τα συστατικά των λυσοσωμάτων θα οργανωθούν σε λυσοσώματα, οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες θα οδεύσουν προς την πλασματική μεμβράνη, ενώ οι εκκριτικές πρωτεΐνες θα πακεταριστούν σε εκκριτικά κυστίδια.

12 Λυσόσωμα Λυσοσώματα Είναι σφαιρικά κυστίδια που περιβάλλονται από απλή μεμβράνη και περιέχουν δραστικά ένζυμα (υδρολυτικά), τα οποία βοηθούν στην πέψη μεγαλομοριακών ουσιών, αλλά και μικροοργανισμών, που πιθανόν έχουν εισβάλλει στο κύτταρο.

13 Λειτουργίες των Λυσοσωμάτων Ενδοκύττωση Φαγοκύττωση Αυτοφαγοκύττωση ΛΥΣΟΣΩΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ

14 Λυσόσωμα Λειτουργία

15 Μιτοχόνδριο- περιγραφή Μιτοχόνδριο: Έχει σχήμα ραβδοειδές και περιβάλλεται από 2 μεμβράνες. Η εσωτερική μεμβράνη σχηματίζει αναδιπλώσεις. Στα μιτοχόνδρια με τη βοήθεια ενζύμων που διαθέτουν, παράγεται ενέργεια από τη διάσπαση της γλυκόζης ή των λιπαρών οξέων. Είναι δηλαδή τα «κέντρα παραγωγής ενέργειας» του κυττάρου. Εξωτερική-εσωτερική μεμβράνη με πολλές αναδιπλώσεις Ελάσματα παράλληλες πτυχώσεις Ενδιάμεσος χώρος Μιτοχονδριακός χυμός DNA Ριβοσώματα

16 ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΝΑΠΝΟΗ Αναπνοή είναι η διαδικασία κατά την οποία οι οργανισμοί αντλούν την ενέργεια η οποία είναι αποθηκευμένη στα σύμπλοκα μόρια και την χρησιμοποιούν για την σύνθεση του ΑΤΡ Με αυτό τον τρόπο αποκτούν την αναγκαία ενέργεια για τις βιοχημικές τους οδούς Το ΑΤΡ προμηθεύει άμεσα την ενέργεια για τις βιολογικές διεργασίες όπως ενεργή μεταφορά, κίνηση και μεταβολισμό

17 ΑΤΡ- Τριφωσφορική αδενοσίνη Το ΑΤΡ περιλαμβάνει: Ένα σάκχαρο την ριβόζη, Μία βάση, την αδενίνη και 3 φωσφορικές ομάδες (PO 4 ) 3- Όταν το ΑΤΡ υδρολύεται και σχηματίζεται το ADP και μια ανόργανη φωσφορική ομάδα, απελευθερώνεται ενέργεια ίση με 30.5 Kj

18 Γιατί ΑΤΡ; Τα βιολογικά συστήματα μεταφέρουν την ενέργεια της γλυκόζης στο μόριο του ΑΤΡ Το ΑΤΡ απελευθερώνει την ενέργεια αμέσως σε μια μοναδική αντίδραση Η υδρόλυση του ΑΤΡ απελευθερώνει ένα μικρό ποσό της ενέργειας, ιδανική ποσότητα για τις αντιδράσεις που απαιτούν ενέργεια

19 Φωσφορυλίωση: Δύο τρόποι για την σύνθεση του ΑΤΡ Η προσθήκη μιας ανόργανης φωσφορικής ομάδας σε ένα μόριο ADP ονομάζεται φωσφορυλίωση Το ADP φωσφορυλιώνεται κατά την διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής Υπάρχουν δύο τρόποι φωσφορυλίωσης κατά την κυτταρική αναπνοή 1. Αντιδράσεις υποστρώματος: Γλυκόλυση και κύκλος του Krebs μια μοναδική αντίδραση εμπλέκεται στην απευθείας μεταφορά της φωσφορικήςομάδας από ένα οργανικό μόριο στο ADP προς ΑΤΡ Δεν παράγονται πολλά μόρια ΑΤΡ (2-4) 2. Οξειδωτικές αντιδράσεις: Αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων μια σειρά οξειδωτικών αντιδράσεων που παράγουν την αναγκαία ενέργεια για τον σχηματισμό του ΑΤΡ από το ADP και την φωσφορική ομάδα παράγονται πολλά μόρια ΑΤΡ (34-38)

20 Οξείδωση και Αναγωγή Οξείδωση είναι η απώλεια ηλεκτρονίων (ή ατόμων υδρογόνου Η+) από ένα άτομο ή ένα μόριο Τα οξειδωμένα άτομα ή μόρια έχουν μικρότερη ενέργεια από πριν την οξείδωση Αναγωγή είναι η προσθήκη ηλεκτρονίων Τα αναγόμενα άτομα ή μόρια έχουν μεγαλύτερη ενέργεια από πριν την αναγωγή ΟΞΕΙΔΩΣΗ είναι η απώλεια ηλεκτρονίων ΑΝΑΓΩΓΗ είναι η προσθήκη ηλεκτρονίων ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ Η βασική χημική αντίδραση της κυτταρικής αναπνοής που εμπεριέχει μεταφορά ηλεκτρονίων από μία αντιδρώσα ουσία σε μια άλλη ουσία

21 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ Οι κύριες χημικές αντιδράσεις στην κυτταρική αναπνοή περιλαμβάνουν την μεταφορά των ηλεκτρονίων από μία αντιδρώσα ουσία σε μια άλλη ουσία Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής γίνονται ταυτόχρονα: Η μία αντιδρώσα ουσία είναι οξειδωτική και ανάγεται και η άλλη ουσία είναι αναγωγική και οξειδώνεται

22 Κυτταρική αναπνοή Η κυτταρική αναπνοή λαμβάνει χώρα σε όλα τα ζωντανά κύτταρα. Τα πρώτα στάδια της αναπνοής λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα Τα τελευταία στάδια της αναπνοής διαδραματίζονται στα μιτοχόνδρια Τα μιτοχόνδρια περιλαμβάνουν εσωτερικές μεμβράνες με πολλές αναδιπλώσεις και περιέχουν τα ένζυμα της κυτταρικής αναπνοής Τα μιτοχόνδρια παρέχουν ένα μονωμένο περιβάλλον διατηρώντας τις βέλτιστες συνθήκες για την κυτταρική αναπνοή Τα μιτοχόνδρια έχουν δικό τους DNA και τα δικά τους ριβοσώματα έτσι μπορούν να κατασκευάσουν τα δικά τους αναπνευστικά ένζυμα

23 ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΡΟΦΩΝ ΛΙΠΗ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Στάδιο Ι ΛΙΠΑΡΑ ΟΞΕΑ & ΓΛΥΚΕΡΟΛΕΣ ΓΛΥΚΟΖΗ & ΑΛΛΑ ΣΑΚΧΑΡΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ Στάδιο ΙΙ ΑΚΕΤΥΛΟ ΣΥΝΕΝΖΥΜΟ Α (CoA) ATP ΑDP Ο 2 e- CoA ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΦΩΣΦΟΡΥΛΙΩΣΗ ΚΥΚΛΟΣ Crebs ή Κιτρικού οξέος Στάδιο ΙΙΙ CO 2

24 Γλυκόλυση Η γλυκόλυση πραγματοποιείται στο κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου Ένα μόριο γλυκόζης μετατρέπεται σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος Η τύχη των μορίων του πυροσταφυλικού οξέος εξαρτάται από την παρουσία/απουσία του οξυγόνου

25

26 Τύποι κυτταρικής αναπνοής Αερόβια αναπνοή- Αναερόβια αναπνοή Κατά την διάρκεια της αερόβιας αναπνοής παρουσία οξυγόνου- η γλυκόζη διασπάται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό Παράγεται ένας μεγάλος αριθμός μορίων ΑΤΡ απελευθερώνοντας την ενέργεια της γλυκόζης Κατά την διάρκεια της αναερόβιας αναπνοής απουσία οξυγόνου- η γλυκόζη μετατρέπεται σε αιθανόλη ή γαλακτικό οξύ Η απόδοση σε ΑΤΡ είναι μικρή

27 Αναερόβια αναπνοή Πραγματοποιείται με απουσία οξυγόνου στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου Δύο τύποι αναερόβιας αναπνοής Ζύμωση αλκοόλης (αιθανόλης) Ζύμωση γαλακτικού οξέος

28 Αναερόβια αναπνοή Ζύμωση αλκοόλης Πραγματοποιείται στα βακτήρια και τις ζύμες Χρησιμοποιεί την γλυκόλυση για την παραγωγή του πυροσταφυλικού οξέος Παράγεται CO 2, αιθανόλη και ενέργεια

29 Αναερόβια αναπνοή Ζύμωση του γαλακτικού οξέος Πραγματοποιείται στους ανθρώπινους μυς Χρησιμοποιεί την γλυκόλυση για την παραγωγή πυροσταφυλικού οξέος Παράγεται γαλακτικό οξύ και ενέργεια

30 Συνένζυμα Το συνένζυμο είναι ένα μόριο που ενώνεται μ ένα ειδικό ένζυμο ή υπόστρωμα και βοηθά στην κατάλυση Το σπάσιμο των δεσμών μεταξύ συνενζύμου και προϊόντος αποτελεί πολύ σημαντικό σημείο της αντίδρασης γιατί μειώνεται η συγκέντρωση του συνενζύμου αλλά και ο ρυθμός της κυτταρικής αναπνοής Τρία συνένζυμα μετέχουν στην κυτταρική αναπνοή: NAD (νικοτινάμιδο-αδένινο-δινουκλεοτίδιο) CoA (συνένζυμο Α) FAD φλαβινο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο

31 Συνένζυμα NAD, FAD και συνένζυμο CoA Το NAD μπορεί να δεχτεί ένα άτομο Η παράγοντας έτσι το αναγωγικό NADΗ Αυτό χρησιμοποιείται για την αναγέννηση του ADP στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων Το συνένζυμο CoA βοηθάει στην μετάβαση από την γλυκόλυση στον κύκλο του Crebs με την μετατροπή του πυροσταφυλικού οξέος σε συνένζυμο CoA Το FAD (όπως και το NAD) μπορεί να δεχτεί υδρογόνο και να σχηματίσει το αναγωγικό μόριο FADΗ 2

32 Αερόβια αναπνοή Στάδια Γλυκόλυση Ενδιάμεση αντίδραση (οξείδωση πυροσταφυλικού οξέος) Κύκλος του Crebs (κιτρικού οξέος) Οξειδωτική φωσφορυλίωση -Μεταφορά ηλεκτρονίων -Χημειώσμωση

33 Αερόβια αναπνοή Στάδια ΠΟΥ;

34 Διαγραμματική απεικόνιση της αερόβιας κυτταρικής αναπνοής

35 Γλυκόλυση Μέρος Ι Ένα μόριο γλυκόζης διασπάται σε δυό μόρια πυροσταφυλικού οξέος Η γλυκόλυση πραγματοποιείται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου Τα μόρια του πυροσταφυλικού οξέος εισέρχονται στα μιτοχόνδρια με ενεργή μεταφορά μέσω μεμβρανικής πρωτεΐνης

36 Αερόβια αναπνοή Μέρος ΙΙ Ενδιάμεση αντίδραση ή Οξείδωση πυροσταφυλικού οξέος Στην ενδιάμεση αντίδραση το πυροσταφυλικό οξύ μετατρέπεται στο συνένζυμο Α (CoA) Στην ενδιάμεση αντίδραση σχηματίζονται το NADH και το CO 2

37 Αερόβια αναπνοή Μέρος ΙΙ Ενδιάμεση αντίδραση ή Οξείδωση πυροσταφυλικού οξέος 1. Αντίδραση αποκαρβοξυλίωσης Απομάκρυνση CO2 2. Αναγωγή του NAD+ σε NADH 3. Σχηματισμός ακέτυλο-συνένζυμο Α

38 Αερόβια αναπνοή Μέρος ΙΙΙ Κύκλος του Crebs (κιτρικού οξέος) Τα FAD/NAD+ δέχονται ένα άτομο υδρογόνου και ένα ηλεκτρόνιο υψηλής ενέργειας και σχηματίζονται τα FADΗ 2 /NADΗ Αυτοί οι φορείς ηλεκτρονίων FADΗ 2 /NADΗ παρέχουν ηλεκτρόνια στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων

39 Αερόβια αναπνοή Μέρος ΙV Οξειδωτική φωσφορυλίωση Αυτά τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν την ενέργεια τους στις αντλίες πρωτεϊνών και στα ενεργά πρωτόνια Η+ διαμέσου της εσωτερικής μεμβράνης Το οξυγόνο είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων και σχηματίζεται νερό (προϊόν αποβολής) Η συσσώρευση πρωτονίων (πρωτονιακή βαθμίδωση) στον ενδομεμβρανικό χώρο του μιτοχονδρίου μέσω ΑΤΡάσης καλείται χημειώσμωση Η παραγωγή του ΑΤΡ πραγματοποιείται με προσθήκη φωσφορικής ομάδας στο ADP Αυτό καλείται οξειδωτική φωσφορυλίωση Παράγονται μόρια ΑΤΡ (ανά μόριο γλυκόζης)

40 Αερόβια αναπνοή Μέρος ΙV-Α Ηλεκτρονική μεταφορά Ηλεκτρονική μεταφορά Αυτά τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν την ενέργεια τους στις αντλίες πρωτεϊνών και στα ενεργά πρωτόνια Η + διαμέσου της εσωτερικής μεμβράνης Το οξυγόνο είναι ο τελικός δέκτης ηλεκτρονίων και σχηματίζεται νερό (ως προϊόν αποβολής)

41 Διάγραμμα Αλυσίδας Μεταφοράς Ηλεκτρονίων (ΑΜΗ) 1. Σύμπλοκο αφυδρογονάσης του NADH 2. Ουμπικινόνη 3. Σύμπλοκο κυτοχρώματος b-c 1 4. Κυτόχρωμα C 5. Σύμπλοκο κυτοχρωμικής οξειδάσης

42 Αερόβια αναπνοή Μέρος ΙV-Β Ηλεκτρονική μεταφορά Χημειώσμωση Η συσσώρευση πρωτονίων (πρωτονιακή βαθμίδωση) στον ενδομεμβρανικό χώρο του μιτοχονδρίου καλείται χημειώσμωση (Σύζευξη χημικών αντιδράσεων και μεταφοράς Η+ μέσω μεμβράνης) Η κλίση δυναμικού μετατρέπεται σε ΑΤΡ καθώς τα ηλεκτρόνια «ρέουν» μέσα στον μιτοχονδριακό χυμό μέσω ΑΤΡάσης / ΑΤΡ συνθετάσης

43 Συνολική παραγωγή ΑΤΡ κατά την αερόβια κυτταρική αναπνοή

44 Animations for Cellular Respiration Cellular Respiration: Glycolysis, Krebs cycle, Electron Transport [Animation] Electron Transport System and ATP Synthesis ttps:// ATP Synthase

45 Οργανίδια φυτικού κυττάρου Πλαστίδια : Χλωροπλάστες Χρωμοπλάστες Λευκοπλάστες

46

47

48 Ποιές δομές υπάρχουν μόνο στα φυτικά κύτταρα?

49

50 Εξωτερική αναπνοή των φύλλων Τα στόματα των φύλλων Τα στόματα είναι μικροσκοπικά ανοίγματα στην επιφάνεια των φύλλων που επιτρέπουν την ανταλλαγή αερίων, έτσι ώστε τα κύτταρα να μπορούν να φωτοσυνθέτουν και να αναπνέουν. Παράλληλα μέσω στομάτων γίνεται εξάτμιση του νερού κατά τη διαπνοή. Με το άνοιγμα και το κλείσιμο των στομάτων, το φυτό ελέγχει τον ρυθμό απώλειας νερού (Διαπνοή) Άνοιγμα και κλείσιμο των στομάτων Τα καταφρακτικά ή στοματικά κύτταρα χαρακτηρίζονται από ανισομερή πάχυνση των τοιχωμάτων τους, χαρακτηριστικό που επιτρέπει την αλλαγή του σχήματός τους. Το λεπτότερο και πιο ελαστικό τοίχωμα είναι συνήθως το ραχιαίο, αυτό που συνορεύει δηλαδή με τα γειτονικά επιδερμικά κύτταρα (παραστοματικά κύτταρα). Κατά την κύρτωση των ραχιαίων τοιχωμάτων, τα παχύτοιχα τοιχώματα της αντίθετης πλευράς των στοματικών κυττάρων απομακρύνονται μεταξύ τους με αποτέλεσμα ο μεσοκυττάριος χώρος να διευρύνεται (άνοιγμα στόματος).

51

52 Χλωροπλάστης Δομή-Λειτουργία Τρεις διαφορετικές μεμβράνες: Εξωτερική μεμβράνη Εσωτερική μεμβράνη Θυλακοειδής μεμβράνη

53 Χλωροπλάστης Δομή-Λειτουργία Ο χλωροπλάστης επιτελεί την πολύπλοκη αντίδραση της φωτοσύνθεσης κατά την οποία η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική

54

55

56

57

58 Ας την κάνουμε πιο απλή

59

60

61

62 Φωτεινές αντιδράσεις φωτοσύνθεσης Η ενέργεια που προέρχεται από το ηλιακό φως διεγείρει ένα ηλεκτρόνιο της πράσινης οργανικής χρωστικής χλωροφύλλη. Η χλωροφύλλη παραλαμβάνει τα ηλεκτρόνια της από το νερό (H 2 O) παράγοντας παράλληλα οξυγόνο O 2 ως παραπροϊόν

63 Φωτεινές αντιδράσεις φωτοσύνθεσης Οι χλωροφύλλες που απορροφούν το φως συγκρατούνται σε μεγάλα πολυπρωτεϊνικά σύμπλοκα τα οποία καλούνται φωτοσυστήματα Φωτοσύστημα: είναι οι μονάδες δέσμευσης της ηλιακής ενέργειας Κάθε φωτοσύστημα αποτελείται από: Σύμπλοκο αντέννα (λειτουργία κεραίας) Κέντρο φωτοχημικής αντίδρασης Αρχικός δέκτης ηλεκτρονίων

64 Λειτουργία φωτοσυστήματος Το τμήμα της κεραίας ενός φωτοσυστήματος αποτελείται από εκατοντάδες μόρια χλωροφύλλης που συλλαμβάνουν την ενέργεια του φωτός υπό μορφή διεγερμένων ηλεκτρονίων Τα διεγερμένα ηλεκτρόνια διοχετεύουν την ενέργεια σ ένα γειτονικό πρωτεϊνικό σύμπλοκο το κέντρο αντίδρασης Εκεί η ενέργεια παγιδεύεται και χρησιμοποιείται για να διεγείρει ένα ηλεκτρόνιο σ ένα ειδικό ζεύγος μορίων χλωροφύλλης

65 Φωτεινές αντιδράσεις φωτοσύνθεσης Στις αντιδράσεις αυτές λειτουργούν δύο φωτοσυστήματα P680 (II) και το P700 (I) Το αποτέλεσμα των φωτεινών αντιδράσεων είναι η σύνθεση του ΑΤΡ και του NADPH που πηγαίνουν προς τον κύκλο του Calvin (σκοτεινές αντιδράσεις)

66 Μηχανικό ανάλογο των φωτεινών αντιδράσεων της Φωτοσύνθεσης

67 Φωτεινές αντιδράσεις φωτοσύνθεσης Τα ηλεκτρόνια ρέουν κατά μήκος μιας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στη θυλακοειδή μεμβράνη. Τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται μέσω κινητών πρωτεϊνικών φορέων

68 ΣΥΝΔΕΣΗ ΦΩΤΕΙΝΩΝ ΚΑΙ ΣΚΟΤΕΙΝΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ

69 ΣΚΟΤΕΙΝΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ Περιλαμβάνουν τρία στάδια: 1 ο Στάδιο: Δέσμευση του άνθρακα της ατμόσφαιρας ως διοξείδιο του άνθρακα - CO 2 2 Ο Στάδιο: Αναγωγή του NADPH σε NADP+ 3 ο Στάδιο: Αναγέννηση της φωσφορικής ριβουλόζης

70 ΣΚΟΤΕΙΝΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗΣ Η διεργασία παρασκευής υδατανθράκων που πραγματοποιείται κατά την διάρκεια των σκοτεινών αντιδράσεων καλείται ΔΕΣΜΕΥΣΗ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (Carbon fixation)

71

72 Animations for photosynthesis Photosynthesis Light reaction, Calvin cycle, Electron Transport [Animation]

73 Πυρήνας Εγκέφαλος του κυττάρου Αποθήκευση της γενετικής πληροφορίας Παρέχει προστασία στο DNA Περιβάλλεται από το πυρηνικό φάκελλο Περιέχει τον πυρηνίσκο χώρος σύνθεσης των ριβοσωμάτων.

74 Πυρήνας Χωρίζεται από το κυτταρόπλασμα με μια διπλή μεμβράνη, την πυρηνική μεμβράνη. Η μεμβράνη αυτή επιτρέπει επιλεκτικά την ανταλλαγή διαφόρων μορίων μεταξύ του κυτταροπλάσματος και του πυρήνα. Ο πυρήνας περιέχει σχεδόν το σύνολο του γενετικού υλικού (DNA). Γενετικό υλικό υπάρχει επίσης στα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες. Στο DNA βρίσκονται αποθηκευμένες οι γενετικές πληροφορίες που ελέγχουν τη δομή και τη λειτουργία του κυττάρου. Ο πυρήνας θα μπορούσε να χαρακτηριστεί το «κέντρο ελέγχου» του κυττάρου.

75 Ο πυρήνας στο μικροσκόπιο

76 Πυρήνας Ο πυρήνας είναι συνήθως το μεγαλύτερο οργανίδιο ενός κυττάρου. Έχει, συνήθως, σχήμα σφαιρικό ή ωοειδές και αποτελεί το κέντρο ελέγχου του κυττάρου. Εκεί βρίσκεται το γενετικό υλικό (DNA) στο οποίο είναι καταγραμμένες οι πληροφορίες για όλα τα χαρακτηριστικά του οργανισμού (δομικά και λειτουργικά). Ο πυρήνας ελέγχει, επίσης, τις κυτταρικές δραστηριότητες. Περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη (πυρηνική) με ανοίγματα (πόρους), μέσω των οποίων γίνεται ανταλλαγή μορίων μεταξύ του πυρήνα και του υπόλοιπου κυττάρου. Τα περισσότερα σωματικά κύτταρα έχουν έναν απλό πυρήνα, Μερικά κύτταρα όπως τα ερυθροκύτταρα δεν διαθέτουν πυρήνα (απύρηνα), Άλλα κύτταρα όπως αυτά που αποτελούν τις σκελετικές μυϊκές ίνες, έχουν περισσότερους από έναν πυρήνα (πολυπύρηνα).

77 Πυρήνας Εξελικτική σημασία Ο σχηματισμός του πυρήνα ήταν ένα ουσιαστικό γεγονός στην εξέλιξη. Η ύπαρξη ή μη του πυρήνα είναι μια σημαντική διαφορά μεταξύ των ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών κυττάρων Ο πυρήνας προστατεύει το DNA από την καταστροφή εξαιτίας των ενζύμων του κυτταροπλάσματος Ο πυρήνας κάνει δυνατή την απόδοση της γονιδιακής μεταγραφής και μετάφρασης σε διαφορετικούς χώρους και χρόνους.

78 Δομή του πυρήνα

79 Εξωπυρηνικός χώρος Πυρήνας και η σύνδεση του με το Ενδοπλασματικό Δίκτυο

80 Πυρηνική μεμβράνη Ο πυρήνας περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη που ονομάζεται πυρηνικός φάκελος ή πυρηνική μεμβράνη ή πυρηνικό περίβλημα. Η εξωτερική μεμβράνη αποτελεί συνέχεια της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου Η επικοινωνία μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος επιτυγχάνεται με την βοήθεια των πυρηνικών πόρων, που διαθέτει η πυρηνική μεμβράνη. Οι πόροι αυτοί μεταφέρουν διάφορα μόρια από και προς τον πυρήνα με ενεργό μεταφορά χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνει η υδρόλυση του ATP. Η πυρηνική μεμβράνη περιβάλλεται από δύο δίκτυα πρωτεϊνικών ινιδίων. Τα δίκτυα αυτά βοηθούν στην στήριξη του πυρήνα. Το εσωτερικό δίκτυο ινιδίων ονομάζεται πυρηνικό έλασμα ή υμένας και αποτελείται από μια πρωτεΐνη, την λαμίνη Το εξωτερικό δίκτυο είναι λιγότερο οργανωμένο. Τα δίκτυα αυτά αποδιατάσονται σε κάθε μίτωση και αναδιατάσονται αργότερα.

81 Πυρηνικό Έλασμα ένα πλέγμα που δίνει σχήμα και σταθερότητα στο πυρηνικό φάκελο παρέχει θέσεις αγκύρωσης χρωματίνης

82 Σύνθεση συμπλόκου πυρηνικού πόρου Σύμπλοκο πόρου: περιέχει ένα ή περισσότερα ανοιχτά υδατικά κανάλια (9 nm σε διάμετρο και 15 nm μήκος) μέσα από το οποίο υδατοδιαλυτά μόρια που είναι μικρότερα από ένα ορισμένο μέγεθος μπορούν παθητικά να διαχέονται. Μεγάλα μόρια, όπως το DNA και RNA πολυμεράσες, ριβοσωματικές υπομονάδες, μεταφέρονται ενεργά (με κατανάλωση ΑΤΡ). Τα μεγάλα μόρια μεταφέρονται με τη βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών δεκτών που ονομάζονται «σινιάλα πυρηνικής εντόπισης» (μικρά πεπετίδια από 4-8 αμινοξέα κυρίως αργινίνη και λυσίνη που υπάρχουν στις προς μεταφορά ουσίες) Σύμπλοκα πόρων και μεταφορά ουσιών

83 Σύνθεση συμπλόκου πυρηνικού πόρου Κλειστή «οπή» με ριβόσωμα Ανοικτή «οπή» κοκκία συμπλόκων πυρηνικού πόρου σε οκταγωνική συμμετρία

84 Πυρηνόπλασμα Ο χώρος που περιβάλλεται από την πυρηνική μεμβράνη ονομάζεται πυρηνόπλασμα. Το πυρηνόπλασμα είναι ουσιαστικά ένα διάλυμα που περιέχει RNA και πρωτεΐνες που εξυπηρετούν τις ειδικές λειτουργίες του πυρήνα. Διαφέρει αρκετά από χημική άποψη σε σχέση με το κυτταρόπλασμα Η διαφορά οφείλεται στους πυρηνικούς πόρους που μεταφέρουν επιλεκτικά τις διάφορες ουσίες

85 Πυρηνίσκος

86 Πυρηνίσκος Ο πυρηνίσκος είναι η πλέον ευδιάκριτη δομή στον πυρήνα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Είναι η δομή στην οποία συγκεντρώνονται τα διάφορα τμήματα των χρωμοσωμάτων που περιέχουν γονίδια και τα οποία κωδικοποιούν το ριβοσωμικό RNA (ή rrna) Στη συνέχεια τα μόρια του rrna που παράγονται από τα συγκεκριμένα γονίδια συνδέονται με πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από γονίδια του DNA του πυρήνα, αλλά έχουν εξαχθεί στο κυτταρόπλασμα για να παραχθούν μέσω μετάφρασης του mrna αλλά και να τροποποιηθούν. Οι πρωτεΐνες αυτές εισέρχονται στον πυρήνα διαμέσου των πυρηνικών πόρων. Έτσι σχηματίζονται τα ριβοσώματα ριβοπρωτεϊνικά σύμπλοκα τα οποία είναι απαραίτητα στην μετάφραση του RNA Στην συνέχεια τα ριβοσώματα εξέρχονται στο κυτταρόπλασμα όπου συνδέονται στο ενδοπλασματικό δίκτυο ή παραμένουν ελεύθερα

87 Πυρηνίσκος και ο ρόλος του στη βιοσύνθεση των ριβοσωμικών υπομονάδων Είναι το οργανίδιο εντός του πυρήνα στο οποίο συγκεντρώνονται τα διάφορα τμήματα των χρωμοσωμάτων που περιέχουν γονίδια και τα οποία κωδικοποιούν το ριβοσωμικό RNA (rrna)

88 Χρωμόσωμα Τα χρωμοσώματα αποτελούν τις δομές στις οποίες βρίσκεται το DNA Τα χρωμοσώματα εκτός από DNA περιέχουν και πρωτεΐνες. Το σύμπλοκο των πρωτεϊνών με το DNA ονομάζεται χρωματίνη Η χρωματίνη συσκευάζει τα χρωμοσώματα σε πακέτα. Η δομή της χρωματίνης ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των διαφορετικών σταδίων του κύκλου του κυττάρου, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του DNA Τα χρωμοσώματα σχηματίζονται όταν τα δίκτυα ινιδίων χρωματίνης αναδιπλώνονται και συσκευάζονται με την βοήθεια ειδικών πρωτεϊνών. Περαιτέρω αναδίπλωση και συμπύκνωση της χρωματίνης κατά τη διάρκεια της μίτωσης παράγει τα ορατά μεταφασικά χρωμοσώματα Είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το DNA του κυττάρου έχει συνολικό μήκος 2 μέτρα στον άνθρωπο, χωράει στον πυρήνα του κυττάρου που έχει διάμετρο μόλις 6 μm! Αυτό οφείλεται στην εξαιρετικά μεγάλη συμπίεση του. Τα χρωμοσώματα είναι προσδεδεμένα με την βοήθεια πρωτεϊνών στο πυρηνικό περίβλημα.

89 Χρωματίνη Είδη χρωματίνης: Ευχρωματίνη: αποτελεί το 90% της χρωματίνης και είναι η ενεργή χρωματίνη δλδ περιοχή όπου γίνεται μεταγραφή RNA & Eτεροχρωματίνη: είναι πολύ συμπυκνωμένη και πιθανότατα μεταγραφικά ανενεργή. Χρωμοσωμικές πρωτεΐνες Ιστόνες Κύριες δομικές πρωτεΐνες των χρωμοσωμάτων των ευκαρυωτικών κυττάρων και αποτελούν το 50% της μάζας της χρωματίνης Διακρίνουμε 5 τύπους ιστονών που χωρίζονται σε 2 ομάδες τις: 1. Νουκλεοσωμικές: Η 2 Α, Η 2 Β, Η 3 και Η 4 2. Ιστόνες Η1 Μη ιστόνες: Είναι πρωτεΐνες που δένονται σε ειδικές αλληλουχίες DNA και έχουν συγκεκριμένη λειτουργία στην οργάνωση του DNA σε λειτουργικές περιοχές, στην έναρξη διπλασιασμού του DNA και στη ρύθμιση της μεταγραφής

90 Λειτουργικό χρωμόσωμα Χρωμόσωμα ικανό να αντιγράφεται και να διαχωρίζεται κατά την μίτωση 1. Σημεία έναρξης διπλασιασμού στα οποία οι DNA πολυμεράσες (και άλλες πρωτεΐνες) εκκινούν τη σύνθεση του DNA. 2. Κεντρομερίδιο περιοχή του DNA στην οποία θα ενωθεί το χρωμόσωμα κατά την μιτωτική άτρακτο 3. Τελομερίδια περιοχές στα άκρα του DNA απαραίτητες για τον πλήρη διπλασιασμό του

91 Το ποσό του DNA του γονιδιώματος σε διάφορους οργανισμούς δεν έχει συστηματική σχέση με την πολυπλοκότητα του οργανισμού

92 Πακετάρισμα του χρωμοσώματος Τα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα είναι κατασκευασμένα από χρωματίνη Η χρωματίνη αποτελείται από DNA και πρωτεΐνες ιστονών Το DNA περιτυλίσσεται γύρω από τις ιστόνες σχηματίζοντας το νουκλεόσωμα Το νουκλεόσωμα περιτυλίσσεται δημιουργώνας έλικες και υπερέλικες Οι συσπειρωμένες έλικες δημιουργούν τα χρωμοσώματα

93 Πακετάρισμα του χρωμοσώματος Η αναδίπλωση και η οργάνωση του DNA είναι απαραίτητη για να χωρέσει ένα τόσο μακρύ μόριο (συνολικό μήκος DNA σε κύτταρο ανθρώπου 2 μέτρα περίπου σε ένα πολύ μικρό πυρήνα (περίπου 5μ)

94 Πρωτοταγής δομή του χρωμοσώματος Νουκλεόσωμα

95 Πρωτοταγής δομή του χρωμοσώματος Νουκλεόσωμα Νουκλεόσωμα: βασική μονάδα πακεταρίσματος του DNA στη χρωματίνη Έχει μορφή κομπολογιού Κάθε νουκλεόσωμα αποτελείται από ένα κομμάτι DNA μήκους 146 ζευγών νουκλεοτιδίων το οποίο τυλίγεται δύο φορές γύρω από ένα σύμπλοκο οκτώ ιστόνων 2(Η 2 Α), 2(Η 2 Β), 2(Η 3 ) και 2(Η 4 ) Σχηματίζεται έτσι ένα οκταμερές δισκοειδές σωματίδιο με διάμετρο 10 nm

96 Δευτεροταγής δομή χρωμοσώματος Έξη νουκλεοσώματα και διάμετρο 30nm

97 Τριτοταγής δομή Διατομή ενός χρωμοσώματος σε εκτεταμένη μορφή

98 Τεταρτοταγής δομή Χρωματίδες

99 Ξετυλίγοντας ένα χρωμόσωμα.. Κάθε μόριο DNA έχει συσκευαστεί σ ένα μιτωτικό χρωμόσωμα βραχύτερο από το μόριο του DNA

100 Υπεροξειδιοσώματα Είναι σφαιρικά οργανίδια Περιέχουν οξειδωτικά ένζυμα που βοηθούν σε μεταβολικές διεργασίες. Π.χ. Διάσπαση του οινοπνεύματος, αποτοξίνωση του κυττάρου από τις ελεύθερες ρίζες

101

102 ΔΟΜΗ ΚΥΤΤΑΡΟΣΚΕΛΕΤΟΥ

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116