ΒΙΟΛΟΓΙΑ. Γεράςιμοσ Λυμπεράτοσ

Transcript

1 ΒΙΟΛΟΓΙΑ Γεράςιμοσ Λυμπεράτοσ

2 Κυτταρικι Βιολογία Πριν 170 χρόνια αποδείχτθκε ότι όλα τα ζμβια όντα αποτελοφνται από κφτταρα Κφτταρα: μικρζσ μονάδεσ που περιβάλλονται από μεμβράνεσ γεμάτεσ με ζνα πυκνό υδατικό διάλυμα χθμικϊν ουςιϊν Οι οργανιςμοί είναι δφο ειδϊν: Πολυκφτταροι Μονοκφτταροι Τα κφτταρα ζχουν δφο ιδιαιτερότθτεσ: Αυξάνουν Διαιροφνται ςτα δφο δθμιουργϊντασ αντίγραφο του εαυτοφ τουσ

3 Κυτταρικι ποικιλότθτα Μζγεκοσ: Ζνα βακτθριακό κφτταρο είναι λίγα μm Ζνα ωάριο βατράχου είναι 1 mm Περίβλθμα: Άλλα μόνο εφπλαςτθ κυτταρικι μεμβράνθ Άλλα αμετάβλθτα τοιχϊματα

4 Κυτταρικι ποικιλότθτα (Σχιμα και Κίνθςθ) νευρικό Πρωτόηωο με βλεφαρίδεσ Φυτικό κφτταρο Βακτιριο με μαςτίγιο Ανκρϊπινο λευκοκφτταρο που καταβροχκίηει ερυκροκφτταρο

5 Κυτταρικι ποικιλότθτα Χθμικζσ απαιτιςεισ και δραςτθριότθτεσ Άλλα απαιτοφν οξυγόνο, για άλλα είναι δθλθτιριο Άλλα χρειάηονται μόνο αζρα, φωσ και νερό, ενϊ άλλα κζλουν πολφπλοκο μείγμα οργανικϊν και ανόργανων ουςιϊν ωσ κρεπτικά ςυςτατικά Οι πολυκφτταροι οργανιςμοί ζχουν κφτταρα με εξειδίκευςθ ςτισ λειτουργίεσ

6 Παρόμοια βαςικι χθμεία Όλα τα κφτταρα αποτελοφνται από τα ίδια είδθ μορίων που ςυμμετζχουν ςτουσ ίδιουσ τφπουσ χθμικϊν αντιδράςεων Σε όλα τα κφτταρα οι γενετικζσ οδθγίεσ είναι αποκθκευμζνεσ ςε μόρια DNA και γράφονται και χρθςιμοποιοφνται με τον ίδιο βαςικό μθχανιςμό Όλα τα ζμβια όντα αποτελοφν εξζλιξθ από ζνα κοινό «πρόγονο» πριν διςεκατομμφρια χρόνια Τα νζα ζμβια όντα δθμιουργοφνται μζςω μεταλλάξεων που δθμιουργεί νζο γονιδίωμα

7 Μικροςκόπιο Φωτονικό μικροςκόπιο: το 1665 ο Robert Hook εξζταςε με μικροςκόπιο φελλό και είδε ότι αποτελείται από καλάμουσ που ονόμαςε «κφτταρα» Το 1930 αναπτφςςεται το θλεκτρονικό μικροςκόπιο (δζςμθ θλεκτρονίων αντί για φωσ) που κάνει ορατζσ λεπτομζρειεσ ςε επίπεδο νανομζτρων

8 Δομή: SEM 1:50 1:200 1:2000 1:10000 SEM ΕΙΧΗΜΥΘ

9 Κυτταρικι κεωρία Matthias Schleiden (1838) και Τheodor Schwann (1839) «oι οργανιςμοί, ανϊτεροι και κατϊτεροι, αποτελοφνται από ζνα ι περιςςότερα κφτταρα» Δαρβίνοσ (1859) κεωρία τθσ εξζλιξθσ των ειδϊν

10 Δφο είδθ κυττάρων Προκαρυωτικά (δεν ζχουν πυρινα) Ευκαρυωτικά (ζχουν πυρινα)

11 Το προκαρυωτικό κφτταρο Συνικωσ είναι βακτιρια (προκαρυϊτθσ=βακτιριο) Διάςταςθ λίγα μm Συνικωσ ςφαιρικά, ραβδόςχθμα ι ςπειροειδι

12 Συχνά ζχουν κυτταρικό τοίχωμα (cell wall) Από κάτω ζχουν κυτταρικι μεμβράνθ που περικλείει το κυτταρόπλαςμα (cytoplasm) Συχνά ζχουν τθν ικανότθτα να κινθκοφν Αναπαράγονται με διχοτόμθςθ

13 Οι προκαρυϊτεσ χωρίηονται ςε επί μζρουσ κατθγορίεσ ανάλογα με: Α. Τθν βαςικι μορφολογικι τουσ δομι ( ράβδοι, κόκκοι, ςπείρεσ) Β. Τθν πθγι ενζργειασ: χθμειότροφα ι φωτότροφα Γ. Τθν πθγι άνκρακα: ετερότροφα ι αυτότροφα Δ. Το περιβάλλον που απαντϊνται φυςικά. Ε. Αν απαιτοφν οξυγόνο (αερόβια), ζλλειψθ οξυγόνου (αναερόβια) ι είναι προαιρετικά αερόβια (επαμφοτερίηοντα). ΣΤ. Αν ζχουν δυνατότθτα φωτοςφνκεςθσ ι όχι. Η. Αν ςχθματίηουν ενδοςπόρουσ Θ. κετικά ι αρνθτικά ςτθν αντίδραςθ Gramm (προςβολι των μικροβίων με διάλυμα κρυςταλλικοφ ιϊδουσ και ιωδίου. Το διάλυμα προςδίδει ζνα μπλε χρϊμα το οποίο απομακρφνεται με αικανόλθ για τα αρνθτικά κατά Gramm βακτιρια, ενϊ παραμζνει για τα κετικά). Θ ςυμπεριφορά αυτι ςχετίηεται με τθν δομι του κυτταρικοφ τοιχϊματοσ. Θ. τθ βζλτιςτθ κερμοκραςία (ψυχρόφιλα, μεςόφιλα ι κερμόφιλα) Ι. το βζλτιςτο ph (οξεόφιλα, ουδετερόφιλα ι βαςόφιλα)

14 Βακτιρια Ευβακτιρια (τα πιο ςυνικθ) Αρχαιοβακτιρια ι αρχαία (ηουν ςε αντίξοεσ ςυνκικεσ)

15 προκαρυωτικό κφτταρο Κυτταροπλασματική Μεμβράνη Κυτταρικό Τοίχωμα κυτταρόπλαςμα DNA Ριβοσωμάτια Κενοτόπια

16 Συςτατικά προκαρυωτικοφ κυττάρου κυτταρικό τοίχωμα: προςδίδει ςτακερό ςχιμα, και το προςτατεφει από τθν οςμωτικι πίεςθ. κυτταροπλαςματικι μεμβράνθ: ζλεγχοσ του τι ειςζρχεται και εξζρχεται ςτο κφτταρο. Οριςμζνα κφτταρα (αρνθτικά κατά Gramm) ζχουν δφο μεμβράνεσ, θ μία εκ των οποίων περιβάλλει το κυτταρικό τοίχωμα. Θ κυτταροπλαςματικι μεμβράνθ επιτρζπει τθ διζλευςθ μικρϊν ενϊςεων, εκτόσ από τισ περιπτϊςεισ που το κφτταρο είναι εφοδιαςμζνο με ειδικό μθχανιςμό εκβολισ μεγαλομοριακϊν ενϊςεων. κυτταρόπλαςμα ι πρωτόπλαςμα: πλοφςιο υδατικό διάλυμα που περιζχει όλα τα απαραίτθτα ςυςτατικά για τθν λειτουργία και ανάπτυξθ του κυττάρου. χρωμόςωμα, το υλικό που περιζχει τθν γενετικι πλθροφορία που επιτρζπει τθν διαιϊνιςθ του είδουσ με τθν μετάδοςι τθσ από γενεά ςε γενεά (ζνα μόνο κυκλικό μόριο DNA). ριβοςωμάτια: κζςεισ αντιδράςεων για τθν παραγωγι των πρωτεϊνϊν. κενοτόπια: οργανίδια που χρθςιμεφουν για τθν αποκικευςθ ουςιϊν (χωρίσ να εκτίκεται ςε αυτζσ άμεςα το κυτταρόπλαςμα). τα φωτοςυνκετικά κφτταρα ζχουν επί πλζον φωτοςυνκετικζσ μεμβράνεσ που περιζχουν τθν απαραίτθτθ για τθν φωτοςφνκεςθ χλωροφφλλθ.

17 Pseudomonas fluorescens

18 Bacillus subtilis

19

20 Nitrosomonas europaea

21

22 Nitrobacter

23 Methanobacterium thermoautotrophicum

24

25 Το ευκαρυωτικό κφτταρο Μεγαλφτερο και πολυπλοκότερο από το προκαρυωτικό Μονοκφτταροι οργανιςμοί (π.χ. αμοιβάδεσ και ηυμομφκθτεσ) ι πολυκφτταρα ακροίςματα (είδθ μυκιτων και κφτταρα φυτικϊν και ηωϊκϊν ιςτϊν) Περιζχει πυρινα και διάφορα εξειδικευμζνα οργανίδια

26 Ευκαρυωτικό κφτταρο

27 Θ αποκικθ πλθροφοριϊν του κυττάρου Πυρθνικό περίβλθμα (δφο ομόκεντρεσ μεμβράνεσ) Το DNA είναι οργανωμζνο ςε χρωμοςϊματα Ο πυρινασ (nucleus)

28 Παράγουν ενζργεια (ATP) από τισ τροφζσ Αλλαντοειδζσ ι ςκωλθκόμορφο ςχιμα Μικοσ 1-πολλά μm Εςωτερικι (διακλαδιςμζνθ) και εξωτερικι μεμβράνθ Περιζχουν το δικό τουσ DNA και αναπαράγονται αυτόνομα (εξζλιξθ προκαρυϊτθ) Παράγουν ενζργεια καταναλϊνοντασ οξυγόνο και απελευκερϊνοντασ CO 2 (αναπνοι) Τα μιτοχόνδρια

29 Μεγάλα πράςινα οργανίδια των κυττάρων φυτϊν και αλγϊν Στοίβεσ μεμβρανϊν που περιζχουν πράςινθ χρωςτικι (χλωροφφλλθ) Κάνουν φωτοςφνκεςθ (δεςμεφουν θλιακι ενζργεια και απελευκερϊνουν οξυγόνο) Περιζχουν το δικό τουσ DNA και αναπαράγονται αυτόνομα Οι χλωροπλάςτεσ

30 Ενδοπλαςματικό δίκτυο και Σφςτθμα μεμβρανϊν όπου ςυντίκενται τα ςυςτατικά τθσ κυτταρικισ μεμβράνθσ Στα ριβοςωμάτια ςυντίκενται οι πρωτεΐνεσ ριβοςωμάτια

31 Άλλα οργανίδια Θ ςυςκευι Golgi (ςφνκεςθ και ςυςκευαςία μορίων που προορίηονται για απζκκριςθ) Λυςοςωμάτια (ενδοκυτταρικι πζψθ και αποδόμθςθ ανεπικφμθτων ουςιϊν) Υπεροξειςωμάτια (παραγωγι και αποδόμθςθ Θ 2 Ο 2 ) Μεταφορικά κυςτίδια

32 Ειςαγωγι και εξαγωγι με κυςτίδια

33 Ζυμομφκθτεσ (Ζφμεσ) είναι ςυνικωσ ςχετικά μικροί ευκαρυωτικοί οργανιςμοί (5-30 μm διάμετρο) αναπαράγονται με διχοτόμθςθ, εκβλάςτθςθ, αλλά και αμφιγονικά (ζνωςθ δφο απλοειδϊν κυττάρων) είναι ιδιαίτερα γνωςτοί για τθν παραςκευι αλκοολοφχων ποτϊν (παραγωγι μπφρασ, κραςιοφ κ.λ.π.)

34 Saccharomyces cerevisiae

35

36 Ευρωτομφκθτεσ: ςχθματίηουν πολυπφρθνεσ αποικίεσ (με κοινό κυτταρικό τοίχωμα) που ονομάηονται μυκθτφλλια, και είναι ιδιαίτερα ςθμαντικά για τθν παραςκευι αντιβιοτικϊν (π.χ. το Penicillium chrysogenum παράγει το γνωςτό αντιβιοτικό Πενικιλίνθ). επίςθσ ο οργανιςμόσ Aspergillus Niger είναι ιδιαίτερα χριςιμοσ για τθν παραςκευι κιτρικοφ οξζοσ.

37 Penicillium chrysogenum

38 Pleurotus ostreatus

39 Φφκθ: μονοκφτταροι ι πολυκφτταροι οργανιςμοί που παίρνουν ενζργεια είτε με φωτοςφνκεςθ (καταναλϊνοντασ CO 2 και παράγοντασ O 2 ) είτε με αναπνοι (καταναλϊνοντασ O 2 και παράγοντασ CO 2 ). προκειμζνου να αποφευχκεί θ ανάπτυξι τουσ, ςυνικωσ φροντίηουμε τθν ζλλειψθ (απομάκρυνςθ) αηϊτου και φωςφόρου, ι φωτόσ. το μζγεκοσ τουσ ποικίλει από 1 μm μζχρι αρκετά μζτρα.

40 Πρωτόηωα είναι ςυνικωσ μονοκφτταροι οργανιςμοί. μποροφν να κεωρθκοφν πρόδρομοι των ηϊων. ςυνικωσ τρζφονται με βακτιρια μζγεκοσ: μm.

41 Amoeba proteus

42 Κφτταρα φυτικϊν και ηωικϊν ιςτϊν από βιοτεχνολογικι άποψθ παίηουν ιδιαίτερα ςθμαντικό ρόλο, κυρίωσ για τθν παραςκευι εμβολίων και φαρμάκων. θ καλλιζργεια τουσ είναι πιο επίπονθ και απαιτεί τθν ανάπτυξθ μόνιμων και ςτακερϊν κυττάρων που ζχουν τθν δυνατότθτα να αναπτφςςονται in vitro (δθλαδι ςε δοκιμαςτικό ςωλινα, εκτόσ του φυςικοφ τουσ περιβάλλοντοσ που είναι ο ιςτόσ) ζχουν παραλλαγμζνα χαρακτθριςτικά (μορφολογία κ.λ.π.)

43 Ιοί Mικροςκοπικοί οργανιςμοί που μποροφν να αναπτυχκοφν μόνο παραςιτικά ςε βάροσ άλλων κυττάρων. Tυπικό φάςμα μεγζκουσ: 0,01 μm-0,3 μm.