τα βιβλία των επιτυχιών

Transcript

1 Τα βιβλία των Εκδόσεων Πουκαμισάς συμπυκνώνουν την πολύχρονη διδακτική εμπειρία των συγγραφέων μας και αποτελούν το βασικό εκπαιδευτικό υλικό που χρησιμοποιούν οι μαθητές των φροντιστηρίων μας. Μέσα από τη διαρκή τους αξιοποίηση στις τάξεις μας διασφαλίζουμε τον εμπλουτισμό τους, τη συνεχή τους βελτίωση και την επιστημονική τους αρτιότητα, καθιστώντας τα βιβλία των Εκδόσεών μας εγγύηση για την επιτυχία των μαθητών. τα βιβλία των επιτυχιών

2 ΝΟΤΑ ΛΑΖΑΡΑΚΗ βιολογία α τόμος Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΠΟΥΔΩΝ ΥΓΕΙΑΣ

3 Σειρά: Γενικο Λυκειο Σπουδών Υγείας Βιολογία Γ Λυκείου α τόμος Νότα Λαζαράκη ISBN: SΕΤ: Σχεδιασμός έκδοσης: Γεωργία Λαμπροπούλου Στοιχειοθεσία-σελιδοποίηση: Βαρβάρα Παπαδημητρίου Προσαρμογή εξωφύλλου: Ηρώ Νικολάου Υπεύθυνη έκδοσης: Μαλβίνα Κότο Copyright 2019 ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΟΥΚΑΜΙΣΑΣ, Νότα Λαζαράκη για την ελληνική γλώσσα σε όλο τον κόσμο Κυκλοφορία έκδοσης: Ιούλιος 2019 Εικόνα εξωφύλλου: Γαλάγος (γνωστός και ως bush baby) Οι γαλάγοι είναι μικρά, χαριτωμένα, νυκτόβια πρωτεύοντα που ζουν στην Αφρική. Διαθέτουν εξαιρετική όραση και ακοή, ενώ, όποιος έχει την τύχη να τα συναντήσει στο φυσικό τους περιβάλλον, δεν θα ξεχάσει ποτέ τα μεγάλα και όμορφα μάτια τους. Τρέφονται με έντομα, μικρότερα θηλαστικά, αλλά και καρπούς. Οι γαλάγοι έχουν εκπληκτική ικανότητα στα άλματα, μπορούν να πηδήξουν κάθετα μέχρι και δύο μέτρα ύψος. Επικοινωνία με συγγραφέα: Απαγορεύεται η με οποιονδήποτε τρόπο, μέσο και μέθοδο αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, μετάφραση, διασκευή, θέση σε κυκλοφορία, παρουσίαση, διανομή και η εν γένει πάσης φύσεως χρήση και εκμετάλλευση του παρόντος έργου στο σύνολό του ή τμηματικά, καθώς και της ολικής αισθητικής εμφάνισης του βιβλίου (στοιχειοθεσίας, σελιδοποίησης κ.λπ.) και του εξωφύλλου του, σύμφωνα με τις διατάξεις της υπάρχουσας νομοθεσίας περί προστασίας πνευματικής ιδιοκτησίας και των συγγενικών δικαιωμάτων περιλαμβανομένων και των σχετικών διεθνών συμβάσεων. Αριθμός έκδοσης: 1η Αριθμός αντιτύπων: 1000 Λ. Βουλιαγμένης 46 & Αλεξιουπόλεως, ΤΚ Αργυρούπολη Τ

4 περιεχόμενα Κεφάλαιο 1: Άνθρωπος και υγεία 1.1 Παράγοντες που επηρεάζουν την υγεία του ανθρώπου Μικροοργανισμοί Μηχανισμοί άμυνας του ανθρώπινου οργανισμού-βασικές αρχές ανοσίας Ουσίες που προκαλούν εθισμό Κεφάλαιο 2: Άνθρωπος και περιβάλλον 2.1 Η έννοια του οικοσυστήματος Ροή ενέργειας Βιογεωχημικοί κύκλοι Ο ανθρώπινος πληθυσμός Κεφάλαιο 3: Εξέλιξη 3.1 Εισαγωγή Η σύγχρονη σύνθεση Τι είναι η φυλογένεση και από πού αντλούμε σχετικά στοιχεία Η εξέλιξη του ανθρώπου Απαντήσεις Απαντήσεις ασκήσεων Απαντήσεις ασκήσεων σχολικού βιβλίου...429

5 1 κεφάλαιο άνθρωπος και υγεία

6

7 Άνθρωπος και υγεία 1.1 Παράγοντες που επηρεάζουν την υγεία του ανθρώπου Ομοιόσταση Το περιβάλλον στο οποίο ζει ο άνθρωπος μεταβάλλεται διαρκώς. Ο ανθρώπινος οργανισμός διαθέτει μηχανισμούς με τους οποίους διατηρεί σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον. Οι μηχανισμοί αυτοί εξασφαλίζουν την εύρυθμη λειτουργία του οργανισμού και την επιβίωσή του. Ομοιόσταση ονομάζεται η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος, όπως η θερμοκρασία και η συγκέντρωση διάφορων συστατικών, παρά τις εξωτερικές μεταβολές. Ομοιόσταση Η διατήρηση της ομοιόστασης απαιτεί κατανάλωση ενέργειας και επιτυγχάνεται μέσω του συντονισμού της λειτουργίας διαφόρων οργάνων και της συνεργασία νευρικού και ενδοκρινικού συστήματος. Ομοιοστατικοί μηχανισμοί Οι ομοιοστατικοί μηχανισμοί του ανθρώπινου οργανισμού μεταξύ άλλων ρυθμίζουν: τη θερμοκρασία του σώματος (στη ρύθμιση της θερμοκρασίας συμβάλλει σημαντικά το δέρμα), τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα, το ph του αίματος, το οποίο πρέπει να παραμένει σταθερό στην τιμή 7,4, τα επίπεδα του CO 2 στο αίμα, το ανοσοβιολογικό σύστημα, που αποτελεί ιδιαίτερο ομοιοστατικό μηχανισμό για την αναγνώριση και την εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών. Ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος Χαρακτηριστικό παράδειγμα ομοιοστατικού μηχανισμού του ανθρώπινου οργανισμού αποτελεί ο μηχανισμός ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος στους 36,6 C, όταν το άτομο εκτίθεται σε θερμοκρασία μεγαλύτερη ή μικρότερη από αυτήν του σώματός του. Ινσουλίνη Η διατήρηση της συγκέντρωσης της γλυκόζης στο αίμα ρυθμίζεται από μία ορμόνη, την ινσουλίνη, που εκκρίνεται από ειδικά παγκρεατικά κύτταρα. Διαταραχή αυτού του ομοιοστατικού μηχανισμού προκαλεί διαβήτη. 11

8 1 Όταν το άτομο βρίσκεται σε χώρο με θερμοκρασία μεγαλύτερη από τους 36,6 C, η θερμότητα που φτάνει συνεχώς από το περιβάλλον τείνει να αυξήσει τη θερμοκρασία του σώματός του. Όμως, μία σειρά από διαδοχικές αντιδράσεις, στις οποίες κύριο ρόλο παίζει ο εγκέφαλος, αποτρέπουν την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος. Η διαδοχή αυτών των αντιδράσεων είναι: Οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος, που είναι ειδικά νευρικά σωμάτια, ανιχνεύουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Θερμοϋποδοχείς Οι θερμοϋποδοχείς μετατρέπουν την πληροφορία για το ψυχρό ή το θερμό που προέρχεται από το περιβάλλον και τον φυσικό κόσμο σε νευρική ώση. Με τη βοήθεια των νεύρων η ώση μεταφέρεται στο κατάλληλο σημείο του εγκεφάλου, όπου μέσω ενός πολύπλοκου εγκεφαλικού φαινομένου ερμηνεύεται και δημιουργείται η αντίληψη του θερμού και του ψυχρού. Μέσω των θερμοϋποδοχέων ειδοποιείται ο εγκέφαλος με ειδικά μηνύματα που αποστέλλονται στο κέντρο γενικών αισθήσεων του. Στη συνέχεια, το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας αποστέλλει μηνύματα: στους ιδρωτοποιούς αδένες, οπότε και προκαλείται έκκριση ιδρώτα. στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, τα οποία διαστέλλονται. Ο συνδυασμός αυτών των δύο αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος ως εξής: Τα αγγεία που έχουν διασταλεί φέρουν μεγάλες ποσότητες αίματος προς την επιφάνεια του δέρματος, η οποία ταυτόχρονα ψύχεται λόγω της εξάτμισης του ιδρώτα. Το αίμα που φτάνει στα αιμοφόρα αγγεία του δέρματος ψύχεται, και καθώς επιστρέφει με την κυκλοφορία στο εσωτερικό του οργανισμού, αποτρέπει την αύξηση της θερμοκρασίας του. 12

9 Άνθρωπος και υγεία Όταν το άτομο βρίσκεται σε ψυχρό περιβάλλον συμβαίνουν μία σειρά από διαδοχικές αντιδράσεις, που αποτρέπουν την πτώση της θερμοκρασίας του σώματος. Οι αντιδράσεις που αποτρέπουν τη μείωση της θερμοκρασίας του σώματος είναι: Μέσω των θερμοϋποδοχέων ειδοποιείται ο εγκέφαλος με μηνύματα που αποστέλλονται στο κέντρο γενικών αισθήσεων του. Το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας αποστέλλει μηνύματα: στους μυς, οι οποίοι συστέλλονται (ρίγος ή τρέμουλο). Από τη συστολή των μυών παράγεται θερμότητα και αυξάνεται η θερμοκρασία του σώματος. στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, τα οποία συστέλλονται. Η συστολή των αγγείων προς το εσωτερικό του σώματος μειώνει τις απώλειες θερμότητας. Κέντρο γενικών αισθήσεων Γενικές ονομάζονται οι αισθήσεις που γίνονται αντιληπτές από όλα τα σημεία του σώματος, όπως είναι ο πόνος, η πίεση, η θερμοκρασία. Τα μηνύματα για τις αισθήσεις αυτές ανιχνεύονται από το περιβάλλον μέσω κατάλληλων υποδοχέων, οι οποίοι εντοπίζονται στο δέρμα, τα σπλάχνα, τις αρθρώσεις, τους μύες. Τα μηνύματα αποστέλλονται στο κέντρο γενικών αισθήσεων, μία περιοχή του φλοιού του εγκεφάλου που είναι εξειδικευμένη για τις γενικές αισθήσεις. Ο συνδυασμός αυτών των δύο αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος. Η ομοιόσταση διαταράσσεται... Κάθε διαταραχή της ομοιόστασης είναι δυνατό να προκαλέσει την εκδήλωση διάφορων ασθενειών. Οι διαταραχές της ομοιόστασης μπορεί να οφείλονται: σε παθογόνους μικροοργανισμούς, σε ακραίες μεταβολές των περιβαλλοντικών συνθηκών (θερμοκρασία, ακτινοβολίες, διαθεσιμότητα οξυγόνου), στον τρόπο ζωής (κάπνισμα, αλκοόλ κ.λπ.). Όταν διαταράσσεται η ομοιόσταση ο οργανισμός αντιδρά για να την αποκαταστήσει. Η αδυναμία αποκατάστασης της ομοιόστασης μπορεί να οδηγήσει σε ανεπανόρθωτη βλάβη του οργανισμού, ακόμη και στον θάνατο. 13

10 1 1.2 Μικροοργανισμοί Ποιοι οργανισμοί χαρακτηρίζονται ως μικροοργανισμοί; Ενότητα Ο μικρόκοσμος και ο μακρόκοσμος, είναι ένας ενιαίος κόσμος, ο κόσμος μας! Για τον λόγο αυτό, οι ίδιοι νόμοι που διέπουν τον μακρόκοσμο, υπάρχουν και στον μικρόκοσμο. Άλλωστε γνωρίζετε ότι τόσο οι κυτταρικές δομές όσο και η βιολογική σύσταση των οργανισμών είναι κοινή, είτε αυτοί είναι μικροοργανισμοί είτε είναι οργανισμοί του μακρόκοσμου. Ο άνθρωπος χώρισε τον κόσμο σε δύο μέρη -με ένα κριτήριο εντελώς ανθρώπινο, την ικανότητά του να βλέπει- μόνον για να μπορέσει να τον μελετήσει. Μικροοργανισμοί ή μικρόβια ονομάζονται οι οργανισμοί που δεν διακρίνονται με γυμνό μάτι, διότι έχουν μέγεθος μικρότερο από 0,1mm. στο φυσικό περιβάλλον. Παράδειγμα μικροοργανισμών που περνούν όλη τη ζωή τους στο φυσικό περιβάλλον είναι τα νιτροποιητικά βακτήρια. Οι μικροοργανισμοί ζουν: στο εσωτερικό ενός άλλου οργανισμού είτε καθόλη τη διάρκεια της ζωής τους είτε ένα μέρος από αυτήν. Οι μικροοργανισμοί αυτοί ονομάζονται παράσιτα και ο οργανισμός που τους φιλοξενεί λέγεται ξενιστής. Ένας τρόπος διάκρισης των μικροοργανισμών Οι μικροοργανισμοί ανάλογα με το αν προκαλούν ή όχι διαταραχές στην υγεία του ανθρώπου διακρίνονται σε: παθογόνους, μη παθογόνους, δυνητικά παθογόνους. 14

11 Άνθρωπος και υγεία Παθογόνοι είναι οι μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούν τον άνθρωπο ως ξενιστή τους και είναι δυνατό να προκαλέσουν διαταραχές στην υγεία του. Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί είναι μη παθογόνοι, δηλαδή δεν είναι βλαβεροί για τον άνθρωπο, ενώ μερικοί είναι χρήσιμοι και απαραίτητοι διότι συμμετέχουν σε σημαντικές διεργασίες, όπως η αποικοδόμηση της νεκρής οργανικής ύλης. Επιπλέον κάποιοι άλλοι χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο για την παραγωγή ουσιών χρήσιμων σε διάφορους τομείς, όπως στην υγεία, στη διατροφή κ.λπ. Οι δυνητικά παθογόνοι μικροοργανισμοί, όπως το βακτήριο E. coli που ζει στο έντερο, είναι μικροοργανισμοί που συμβιώνουν με τον άνθρωπο. Όταν βρίσκονται σε μικρό αριθμό και δεν μεταναστεύουν σε άλλους ιστούς και όργανα, αποτελούν τη φυσιολογική μικροχλωρίδα του ανθρώπου. Οι μικροοργανισμοί αυτοί είναι ωφέλιμοι είτε διότι παράγουν χρήσιμες χημικές ουσίες, τις οποίες δεν μπορεί να συνθέσει μόνος του ο οργανισμός (π.χ. βιταμίνη Κ από την E. coli) είτε διότι συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού. Αν όμως για κάποιο λόγο αυξηθούν, όπως συμβαίνει όταν ο ξενιστής παρουσιάζει μειωμένη αντίσταση, ή βρεθούν σε άλλους ιστούς, τότε προκαλούν την εκδήλωση ασθενειών. Βιταμίνη Κ H βιταμίνη Κ αποτελεί αντιαιμορραγικό παράγοντα διότι είναι απαραίτητη για τη σύνθεση των παραγόντων πήξης VII, IX, X και της προθρομβίνης από το ήπαρ. Στο γαστρεντερικό σύστημα των νεογέννητων δεν υπάρχουν μικρόβια της εντεροχλωρίδας μέχρι τη λήψη τροφής και την είσοδο μικροβίων από το περιβάλλον. Συνεπώς, επειδή αυτή η βακτηριακή πηγή της βιταμίνης Κ δεν είναι διαθέσιμη, συνιστάται η ενδομυϊκή χορήγηση 1mg υδατοδιαλυτής βιταμίνης Κ σε όλα τα νεογνά. 15

12 Κατηγορίες παθογόνων μικροοργανισμών Το κύτταρο αποτελεί τη δομική και λειτουργική μονάδα της ζωής. Οι ιοί δεν συνιστούν κύτταρα και γι αυτό προβληματίζουν τους επιστήμονες σχετικά με την κατάταξή τους στους μικροοργανισμούς. Οι περισσότεροι επιστήμονες διατείνονται ότι οι ιοί πρέπει να μελετώνται μαζί με τους υπόλοιπους μικροοργανισμούς, αλλά να θεωρούνται μορφές ζωής παρά ζωντανοί οργανισμοί! Οι μικροοργανισμοί, ανάλογα με την κυτταρική δομή και τη μορφολογία τους διακρίνονται ως εξής: Ευκαρυωτικοί Διαθέτουν οργανωμένο πυρήνα. Σ αυτούς ανήκουν: τα πρωτόζωα οι μύκητες Προκαρυωτικοί Στερούνται οργανωμένου πυρήνα. Σ αυτούς ανήκουν: τα βακτήρια Ιοί Αποτελούν ακυτταρικές, μη αυτοτελείς μορφές ζωής. Αφρικανική τρυπανοσωμίαση Η αφρικανική τρυπανοσωμίαση ή ασθένεια του ύπνου προκαλείται από το πρωτόζωο Trypanosoma brucei. Στα πρώτα στάδια της ασθένειας παρουσιάζεται πυρετός, κνησμός, πονοκέφαλος και πόνος στις αρθρώσεις. Μερικές εβδομάδες αργότερα, στο δεύτερο στάδιο της ασθένειας, ο ασθενής παρουσιάζει σύγχυση, έλλειψη συντονισμού, μούδιασμα, υπνηλία, αδυναμία εργασίας και διαταραχές ύπνου. Ευκαρυωτικοί μικροοργανισμοί Πρωτόζωα Τα πρωτόζωα είναι μονοκύτταροι ευκαρυωτικοί οργανισμοί. Κινούνται είτε σχηματίζοντας ψευδοπόδια, όπως η αμοιβάδα, είτε με βλεφαρίδες ή μαστίγια που διαθέτουν. Τα περισσότερα πρωτόζωα αναπαράγονται μονογονικά με διχοτόμηση. 16

13 Άνθρωπος και υγεία Μερικά παθογόνα πρωτόζωα είναι: το πλασμώδιο: Μεταδίδεται από τα κουνούπια και προκαλεί την ελονοσία. το τρυπανόσωμα: Μεταδίδεται από τη μύγα τσε-τσε και προκαλεί την ασθένεια του ύπνου. η ιστολυτική αμοιβάδα: Μεταδίδεται με το μολυσμένο νερό και τροφή και προκαλεί αμοιβαδοειδή δυσεντερία. το τοξόπλασμα: Μεταδίδεται από τα κατοικίδια ζώα και προσβάλλει βασικά όργανα, όπως τους πνεύμονες, το ήπαρ και τον σπλήνα και προκαλεί αποβολές στις εγκύους. οι τριχομονάδες: Μεταδίδονται με τη σεξουαλική επαφή. Μύκητες Οι μύκητες είναι μονοκύτταροι ή πολυκύτταροι ευκαρυωτικοί οργανισμοί. Οι περισσότεροι αποτελούνται από απλούστερες νηματοειδείς δομές, τις υφές. Στο σώμα ορισμένων μυκήτων αναπτύσσονται λεπτά διακλαδιζόμενα νημάτια με πολύ μικρή διάμετρο (2-10μm) που ονομάζονται υφές. Κάθε υφή προσομοιάζει με έναν σωλήνα, στο εσωτερικό του οποίου υπάρχουν κυτταρόπλασμα και οργανίδια και περιβάλλεται από πλασματική μεμβράνη και κυτταρικό τοίχωμα. Το σύνολο των υφών ενός μύκητα μπορεί να αναπτυχθεί τόσο, ώστε να είναι μακροσκοπικά ορατό. Διαβίωση Οι μύκητες ζουν ελεύθεροι στο έδαφος, στο νερό, στον αέρα, τα τρόφιμα ή παρασιτούν σε ζωντανούς οργανισμούς. Αναπαραγωγή Η αναπαραγωγή των μυκήτων γίνεται μονογονικά με δύο τρόπους. Πολλοί από αυτούς αναπαράγονται με απλή διχοτόμηση και κάποιοι άλλοι με εκβλάστηση. Κατά την εκβλάστηση σε κάποιο σημείο του αρχικού κυττάρου σχηματίζεται ένα εξόγκωμα, το εκβλάστημα, το οποίο όταν αναπτυχθεί αρκετά είτε παραμένει ενωμένο με τον γονικό οργανισμό είτε αποκόπτεται απ αυτόν και ζει πλέον ως αυτοτελής οργανισμός. Candida albicans εκβλάστηση Μύκητες Οι μύκητες εμφανίζουν τεράστια ποικιλία και υπάρχουν παντού. Τρέφονται με οργανικές ουσίες (ανήκουν στους ετερότροφους οργανισμούς) οι οποίες προέρχονται από ζωντανούς ή νεκρούς οργανισμούς, συμβάλλοντας έτσι στην αποικοδόμηση της νεκρής οργανικής ύλης. Οι μύκητες που θα γνωρίσετε είναι: η Candida albicans τα δερματόφυτα ο μύκητας Penicillium notatum που παράγει την πενικιλίνη 17

14 1 Παθογόνοι μύκητες Οι παθογόνοι μύκητες προκαλούν στον άνθρωπο νοσήματα που ονομάζονται μυκητιάσεις. Μερικοί παθογόνοι μύκητες είναι: η Candida albicans (κάντιντα η λευκάζουσα), η οποία ανάλογα με το όργανο του σώματος που προσβάλλει είναι δυνατό να προκαλέσει πνευμονική καντιντίαση, κολπίτιδα, στοματίτιδα. τα δερματόφυτα, τα οποία αποτελούν μία ειδική κατηγορία μυκήτων που προσβάλλουν το δέρμα, ιδιαίτερα το τριχωτό μέρος της κεφαλής αλλά και τις μεσοδακτύλιες περιοχές των ποδιών, προκαλώντας ερυθρότητα και έντονο κνησμό. Προκαρυωτικοί μικροοργανισμοί DNA βακτηρίων Το DNA των βακτηρίων είναι δίκλωνο κυκλικό μόριο, μεγέθους 1mm, που αναδιπλώνεται με τη βοήθεια πρωτεϊνών και αποκτά διάμετρο 1μm. Παρά την αναδίπλωση με πρωτεΐνες, στο DNA των βακτηρίων δεν παρατηρούνται σχηματισμοί όπως τα νουκλεοσώματα, που είναι χαρακτηριστικό της οργάνωσης του πυρηνικού DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων. Δεδομένου ότι τα βακτήρια είναι κύτταρα απλοειδή, το DNA τους υπάρχει σε ένα αντίγραφο. Βακτήρια Τα βακτήρια ανήκουν στους προκαρυωτικούς οργανισμούς καθώς, δεν διαθέτουν οργανωμένο πυρήνα. Συνήθως σχηματίζουν αποικίες, οι οποίες είναι αθροίσματα μεγάλου αριθμού βακτηρίων. Το σχήμα των βακτηρίων μπορεί να είναι: σφαιρικό ελικοειδές ραβδοειδές Τα βακτήρια αντίστοιχα ονομάζονται: κόκκοι σπειρύλλια βάκιλοι Τα βακτήρια ανήκουν στους προκαρυωτικούς οργανισμούς καθώς, δεν διαθέτουν οργανωμένο πυρήνα. Συνήθως σχηματίζουν αποικίες, οι οποίες είναι αθροίσματα μεγάλου αριθμού βακτηρίων. 18

15 Άνθρωπος και υγεία Κυτταρική δομή Το γενετικό υλικό των βακτηρίων είναι DNA και βρίσκεται κατά κανόνα συγκεντρωμένο σε μία περιοχή του κυτταροπλάσματος, που ονομάζεται πυρηνική περιοχή ή πυρηνοειδές. Τα βακτήρια συχνά διαθέτουν και μερικά μικρότερα μόρια γενετικού υλικού, τα οποία ονομάζονται πλασμίδια. Πλασματική μεμβράνη Κυτταρικό τοίχωμα Κάψα DNA Κυτταρόπλασμα Ριβοσώματα Πλασμίδια Βακτήριο Βλεφαρίδες Μαστίγιο Πλασμίδια Στα πλασμίδια υπάρχουν γονίδια: ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά, μεταφοράς γενετικής πληροφορίας από βακτήριο σε βακτήριο. Ειδικά στο πλασμίδιο Ti του βακτηρίου Agrobacterium tumefaciens υπάρχουν επιπλέον γονίδια που δημιουργούν όγκους σε φυτά. Τα βακτήρια διαθέτουν πλασματική μεμβράνη, η οποία περιβάλλεται από το κυτταρικό τοίχωμα. Ορισμένα βακτήρια διαθέτουν κι ένα επιπλέον περίβλημα, την κάψα. Ορισμένα βακτήρια διαθέτουν επίσης μαστίγια ή βλεφαρίδες, με τη βοήθεια των οποίων μπορούν και κινούνται. Στο κυτταρόπλασμά τους δεν υπάρχουν μεμβρανώδη οργανίδια, όπως αυτά που παρατηρούνται στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα βακτήρια όμως διαθέτουν ριβοσώματα, που είναι μικρά σωματίδια στα οποία πραγματοποιείται η σύνθεση των πρωτεϊνών. Γεωμετρική πρόοδος Τα βακτήρια αναπαράγονται με ρυθμό γεωμετρικής προόδου. Από ένα βακτήριο E.coli σε ιδανικές συνθήκες προκύπτουν σε 24 ώρες 2 72 βακτήρια! Αναπαραγωγή Τα βακτήρια αναπαράγονται μονογονικά με απλή διχοτόμηση. Η αναπαραγωγή τους διαρκεί μικρό χρονικό διάστημα και ορισμένα από αυτά (όπως η E. coli) σε ευνοϊκές συνθήκες διαιρούνται κάθε 20 λεπτά! 19

16 1 Σε αντίξοες συνθήκες Τα ενδοσπόρια δεν αποτελούν τρόπο αναπαραγωγής, διότι από ένα βακτήριο προκύπτει ένα ενδοσπόριο, από το οποίο στη συνέχεια προκύπτει ένα βακτήριο. Πολλά βακτήρια σε αντίξοες συνθήκες, όπως ακραίες θερμοκρασίες ή υπό τη δράση ακτινοβολιών, μετατρέπονται σε ανθεκτικές μορφές που ονομάζονται ενδοσπόρια. Πρόκειται για αφυδατωμένα κύτταρα με ανθεκτικά τοιχώματα και χαμηλούς μεταβολικούς ρυθμούς. Τα ενδοσπόρια, όταν βρεθούν σε ευνοϊκές συνθήκες, βλαστάνουν και από κάθε ένα ενδοσπόριο προκύπτει ένα βακτήριο. Παθογόνα βακτήρια Μερικά βακτήρια είναι υπεύθυνα για σοβαρές παθολογικές καταστάσεις του ανθρώπου. Παραδείγματα παθογόνων βακτηρίων αποτελούν: το Vibrio cholerae, που προκαλεί τη χολέρα, το Τreponema pallidum, που προκαλεί τη σύφιλη, τα βακτήρια που προκαλούν γονοκοκκική ουρηθρίτιδα, τα χλαμύδια, που μεταδίδονται με τη σεξουαλική επαφή. Γενετικό υλικό ιών Το DNA ή το RNA των ιών μπορεί να είναι μονόκλωνο ή δίκλωνο, κυκλικό ή γραμμικό. Ο πολλαπλασιασμός των ιών είναι μία ταχύτατη διαδικασία διότι οι ιοί διαθέτουν πολύ λίγα γονίδια συγκριτικά με τα κύτταρα που μολύνουν. Ο ιός της γρίπης έχει μόνο οκτώ γονίδια και ο ροτοϊός έντεκα. Ορισμένοι ιοί έχουν γονίδια για την παραγωγή DNA πολυμεράσης ή RNA πολυμεράσης, οι οποίες είναι πολύ αποτελεσματικές στη σύνθεση DNA και RNA αντίστοιχα. Ιοί Οι ιοί χαρακτηρίζονται από εξαιρετικά μικρό μέγεθος (20 έως 250nm) και για τον λόγο αυτό τα στοιχεία της δομής τους μελετήθηκαν μόνο μετά την ανακάλυψη του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Η δομή των ιών 20

17 Άνθρωπος και υγεία Οι ιοί είναι ακυτταρικές μορφές ζωής με σχετικά απλή δομή. Σε κάθε ιό παρατηρείται ένα πρωτεϊνικό περίβλημα με χαρακτηριστική γεωμετρική συμμετρία, το καψίδιο, μέσα στο οποίο προφυλάσσεται το γενετικό υλικό του. Ορισμένοι ιοί διαθέτουν και ένα ακόμη περίβλημα που ονομάζεται έλυτρο και είναι λιποπρωτεϊνικής φύσης. Το γενετικό υλικό ενός ιού μπορεί να είναι DNA ή RNA. Το γενετικό υλικό των ιών φέρει πληροφορίες για: τη σύνθεση των πρωτεϊνών του περιβλήματος, τη σύνθεση κάποιων ενζύμων που είναι απαραίτητα για τον πολλαπλασιασμό τους. Υποχρεωτικά παράσιτα Οι ιοί δεν είναι αυτοτελείς μορφές και δεν είναι δυνατό να πολλαπλασιαστούν παρά μόνο στο εσωτερικό των κυττάρων που μολύνουν. Από τον ξενιστή εξασφαλίζουν τους μηχανισμούς αντιγραφής, μεταγραφής και μετάφρασης, όπως και τα περισσότερα ένζυμα και υλικά που τους είναι απαραίτητα γι αυτές τις λειτουργίες. Για τον λόγο αυτό χαρακτηρίζονται ως υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα. Λάθη που δεν διορθώνονται Οι RNA ιοί μεταλλάσσονται πολύ συχνά και από τις μεταλλάξεις τους προκύπτουν νέα στελέχη, καθιστώντας έτσι δύσκολη της αντιμετώπισή τους και τη θεραπεία των ασθενειών που προκαλούν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι RNA πολυμεράσες συνθέτουν μόρια RNA αλλά δεν επιδιορθώνουν τα λάθη τους. Τα λάθη που απομένουν στα μόρια RNA προσδίδουν στους ιούς νέα χαρακτηριστικά. ΕΛΟΝΟΣΙΑ: η νόσος των φτωχών του κόσμου μας Κάθε χρόνο άνθρωποι πεθαίνουν από ελονοσία. Τα 9 από τα 10 θύματα της ασθένειας είναι παιδιά ηλικίας κάτω των 5 ετών, καθώς 3000 περίπου παιδιά πεθαίνουν από ελονοσία κάθε ημέρα! Η ελονοσία ενδημεί σε τροπικές και υποτροπικές χώρες εξαιτίας των υγρών και θερμών συνθηκών που επικρατούν, οι οποίες ευνοούν την ανάπτυξη των κουνουπιών. Παρότι όμως ένας εξαιρετικά μεγάλος αριθμός ανθρώπων πλήττεται από τη νόσο, οι περισσότεροι απ αυτούς ζουν σε πολύ φτωχές χώρες του κόσμου, δεν αντιπροσωπεύουν κερδοφόρα αγορά για τις φαρμακευτικές εταιρείες και τα κονδύλια που διατίθενται για την έρευνα φαρμάκων κατά της ασθένειας είναι μηδαμινά. 21

18 1 Διάκριση Οι ιοί διακρίνονται ανάλογα με: το είδος του ξενιστή που προσβάλουν, σε: ιούς των βακτηρίων ιούς των φυτών ιούς των ζώων το γενετικό υλικό τους, σε: DNA ιούς RNA ιούς Ιός της γρίπης και εμφάνιση νέων στελεχών Κάθε χρόνο εμφανίζονται στον κόσμο μας νέα στελέχη του ιού της γρίπης. Για τον λόγο αυτό είναι δυνατό να νοσούμε κάθε χρόνο από τη γρίπη, παρότι για στελέχη που μας μόλυναν κατά το παρελθόν έχουμε άνοσο μνήμη και αντισώματα. Ένας λόγος που εξηγεί αυτό το φαινόμενο προέρχεται από το ίδιο το γενετικό υλικό του ιού της γρίπης, που δεν είναι ένα ενιαίο μόριο αλλά 8 διαφορετικά μόρια RNA. Όταν δύο διαφορετικά στελέχη του ιού της γρίπης μολύνουν το ίδιο κύτταρο, τα RNA τους συνδυάζονται με ποικίλους Η εξειδίκευση δεν αφορά μόνο το είδος του οργανισμού, αλλά και το είδος του κυττάρου ή του ιστού στον οποίο παρασιτούν. Για παράδειγμα, ο ιός της πολιομυελίτιδας προσβάλλει τα νευρικά κύτταρα του νωτιαίου μυελού, ενώ ο ιός της γρίπης τα επιθηλιακά κύτταρα της αναπνευστικής οδού. Στους DNA ιούς ανήκουν οι ερπητοϊοί, ενώ RNA ιό αποτελεί ο ιός που προκαλεί το AIDS και ο ιός της γρίπης. Πολλαπλασιασμός των ιών Είσοδος του ιού στο κύτταρο-ξενιστή Για να εισέλθει ένας ιός στο κύτταρο-ξενιστή του, πρέπει να προσκολληθεί στην επιφάνεια του κυττάρου. Στη συνέχεια, η είσοδος των ιών πραγματοποιείται με διαφορετικό τρόπο ανάλογα εάν: 22

19 Άνθρωπος και υγεία διαθέτουν έλυτρο στερούνται ελύτρου Οι ιοί που διαθέτουν έλυτρο είναι δυνατό να: εισέλθουν ολόκληροι μέσα στο κύτταρο ή το έλυτρο να παραμείνει έξω από το κύτταρο, προσκολλημένο στην επιφάνειά του. Στους ιούς που διαθέτουν μόνο καψίδιο, αυτό συνήθως παραμένει προσκολλημένο στην επιφάνεια του κυττάρου και στο εσωτερικό εισέρχεται μόνο το γενετικό υλικό του ιού. Υποδοχείς Ένας ιός είναι δυνατό να διεισδύσει μέσα σε ένα κύτταρο μόνον εάν προηγουμένως συνδεθεί κατάλληλα με υποδοχείς της μεμβράνης του κυττάρου. Κάθε ιός συνδέεται με συγκεκριμένους υποδοχείς και αυτό εξηγεί την εξειδίκευση των ιών σε επίπεδο ιστού ή οργάνου. Σε κάθε περίπτωση, το γενετικό υλικό του ιού απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα και είναι δυνατό να ξεκινήσει ο πολλαπλασιασμός του ιού με τη βοήθεια των μηχανισμών και των ενζύμων του κυττάρου ξενιστή. Δημιουργία νέων ιών Αντιγραφή DNA Μεταγραφή Μετάφραση RNA πρωτεΐνη Η δημιουργία των νέων ιών πραγματοποιείται με διαφορετικό τρόπο στους DNA και στους RNA ιούς. Α. Ο πολλαπλασιασμός των ιών με δίκλωνο DNA, όπως είναι οι ερπητοϊοί, πραγματοποιείται ως εξής: Η αντιγραφή του DNA αποσκοπεί στη δημιουργία νέων μορίων DNA, ενώ με τη μεταγραφή συντίθεται RNA, το οποίο με τη μετάφραση καθορίζει τη σύνθεση των πρωτεϊνών! Πολλαπλασιασμός ερπητοϊών 23

20 1 Με την είσοδο του γενετικού υλικού του ιού στο κύτταρο, το δίκλωνο DNA του ιού είναι δυνατό να ενσωματωθεί στο γονιδίωμα του κυττάρου και να παραμείνει σε λανθάνουσα κατάσταση για κάποιο χρονικό διάστημα. Στην περίπτωση αυτή το DNA του ιού μπορεί να διπλασιάζεται μαζί με το γονιδίωμα του κυττάρου-ξενιστή όταν το κύτταρο διαιρείται. Υπό την επίδραση όμως διάφορων ερεθισμάτων είναι δυνατή η ενεργοποίηση και η έκφραση του ιικού DNA, δηλαδή η αντιγραφή, η μεταγραφή και η μετάφρασή του, με αποτέλεσμα τη δημιουργία πολλών νέων ιών. Οι νέοι ιοί απελευθερώνονται από το κύτταρο και μολύνουν άλλα κύτταρα με δυσάρεστες συνέπειες για την εύρυθμη λειτουργία του οργανισμού και την επιβίωσή του. Στην ορολογία της Βι ολογίας, ο όρος «καταλύει» σημαίνει «επιταχύνει» και άρα «επιτυγχάνει». Β. Από τους RNA ιούς ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει ο πολλαπλασιασμός των ρετροϊών, μίας ειδικής κατηγορίας RNA ιών, στους οποίους ανήκει ο ιός που προκαλεί το AIDS. Το γενετικό υλικό του ιού αυτού περιλαμβάνει δύο μόρια RNA, καθένα από τα οποία είναι συνδεδεμένο με ένα μόριο αντίστροφης μεταγραφάσης, ενζύμου που καταλύει τη σύνθεση DNA με πρότυπο RNA (αντίστροφη μεταγραφή). Πολλαπλασιασμός ρετροϊών 24

21 Άνθρωπος και υγεία Το RNA του ιού λειτουργεί ως πρότυπο για τη σύνθεση ενός μονόκλωνου DNA, το οποίο στη συνέχεια γίνεται δίκλωνο και ενσωματώνεται στο γονιδίωμα του κυττάρου. Στην περίπτωση αυτή κάθε φορά που το κύτταρο αντιγράφει το DNA του για να αναπαραχθεί, αντιγράφει και το DNA του ιού, οπότε παράγονται γενιές κυττάρων με το γενετικό υλικό του ιού. Κάποια στιγμή το DNA του ιού ενεργοποιείται, μεταγράφεται και μεταφράζεται, οπότε παράγονται νέα μόρια RNA και πρωτεΐνες του ιού. Τα νέα ιικά μόρια RNA συνδυάζονται με τις πρωτεΐνες και σχηματίζονται τελικά οι νέοι ιοί. Αυτοδιπλασιασμός Για τον πολλαπλασιασμό των RNA ιών στο κύτταρο-ξενιστή γίνεται αντίστροφη μεταγραφή, αντιγραφή, μεταγραφή και μετάφραση. Αντιγραφή DNA Μεταγραφή Αντίστροφη μεταγραφή RNA Μετάφραση πρωτεΐνη 25